Многие помнят бум на радиоприемники УКВ диапазона 88…108 МГц и пожалуй единственную предлагаемую на тот момент конструкцию простого самодельного радиоприемника на микросхеме К174ХА34. Потом появляются любительские разработки на микросхемах фирм TOSHIBA, SONY, SAMSUNG и PHILIPS. (Почему-то MATSUSHITA и SANYO в этот список не попали). Естественно возникают вопросы: а как работает данная конструкция, можно ли к данному приемнику подключить стереодекодер, чем определяется чувствительность приемника, почему одновременно слышно несколько станций в городах где их количество превышает десяток, как устранить эти и некоторые другие проблемы, возникающие при эксплуатации или ремонте радиоустройства. Данная книга позволяет помочь всем желающим увеличить свой багаж знаний в этой области.
   Впервые вещание в УКВ диапазоне началось в 1934 году. Передачу осуществил Эдвин Хауард Армстронг. В 1936 были уже разработаны приемники с фазовым частотным детектором, что резко повысило качество передаваемых сигналов.
   Границы вещательного диапазона в диапазоне УКВ для стран Западной Европы - 87,5...104, США - 87,5...108, а Японии - 76…90 МГц. В настоящее время в Украине выделены следующие вещательные диапазоны частот 65,8...73 МГц и 88...108 МГц. Так как в этом же диапазоне находится 5-й телевизионный канал, то во многих городах вещание ведется на частотах только выше 100 МГц
   Следует отметить, что в последнее время ряд стран отказывается от диапазона 65,8...73 МГц. В первую очередь это сделано в Латвии, а в 2000 году и в Польше. Следует предположить, что от этого диапазона откажутся все страны, стремящиеся войти в ЕС.
   Теперь о неправильных обозначениях вещательных диапазонов. Это дань не слишком грамотному потребителю. Под аббревиатурой АМ подразумевается, что радиоприемник обязательно принимает станции в диапазоне средних волн 510...1605 кГц (дана максимальная граница диапазона из существующих стандартов) или, при наличии дополнительного переключателя, может дополнительно принимать станции в диапазонах длинных и коротких волн. Под обозначением FM подразумеваем возможность приема в УКВ диапазоне станций с частотной модуляцией. Для сведения, словом Stereo во многих странах обозначаются магнитолы, даже монофонического звучания. Нельзя переводить аббревиатуру FM на русский лад, потому,что ФМ обозначает ... фазовую модуляцию! И уж совсем неправильно, когда в статьях на тему радиоприема указывается, что радиоприем возможен в УКВ и FM диапазонах.

На заре радиовещания первые радиоприемники были детекторного типа. Сигнал с антенны поступал непосредственно на детектор и далее на наушники. Следующим этапом стало применение усилительных каскадов в цепях высокой частоты. Такие приемники называются приемниками прямого усиления. Приемники, состоящие из последовательно включенных усилителей ВЧ, неудобны по нескольким причинам. Во-первых, отдельные каскады должны быть настроены на одну и ту же частоту, что требует очень точного согласования группы одновременно перестраиваемых LC контуров. Во-вторых, поскольку общая частотная избирательность определяется характеристиками всех усилителей в совокупности, форма полосы пропускания будет зависеть от точности настройки каждого каскада; отдельные каскады не могут иметь столь узкополосную характеристику, как хотелось бы, так как настройка в этом случае была бы практически невозможна. И поскольку принимаемый сигнал может быть любой частоты в пределах принимаемого диапазона, нельзя использовать пьезофильтры для получения нужной формы АЧХ каскадов. Пьезофильтр - это полосовой фильтр на основе одного или нескольких пьезокерамических кристаллов, пропускающий узкую полосу частот (от нескольких сотен Герц и выше) и имеющий крутые спады на границах частоты.
   Лучшее решение этих проблем дает применение супергетеродинного приема. Структурная схема приемника приведена на рисунке 1 Радиоприемник без усилителя мощности называется тюнером.

Основной принцип супергетеродинного приема - преобразование (перенос) принимаемого сигнала в сигнал фиксированной частоты, называемой промежуточной (ПЧ) и в дальнейшем ее детектированием, т.е. преобразование высокочастотного сигнала в низкочастотный, в том числе и звуковой сигнал. Смысл такого преобразования заключается в том, что на одной частоте просто получить амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) требуемой формы. Промежуточная частота может быть выше и ниже частоты принимаемого сигнала. Более высокая ПЧ применяется в радиоприемниках длинноволнового диапазона и в специальных измерительных приемниках. Для УКВ диапазона промежуточная частота принята 10,7 МГц, а для диапазонов ДВ, СВ и КВ 455 (или 465) кГц. Необходимая АЧХ формируется либо многоконтурным фильтром сосредоточенной селекции (ФСС), либо пьезокерамическим фильтром. Фильтр должен обладать следующими параметрами:

• минимальная неравномерность в полосе пропускания;
• максимальная крутизна фронта и спада АЧХ. В идеале АЧХ должна стремиться к прямоугольной.

   Принцип преобразования приведен на рисунке 2.
   Где:

• fГ - частота дополнительного генератора - гетеродина;
• f1 - частота принимаемого канала;
• f2 - частота соседнего канала;
• f3 - частота зеркального канала;
• fПЧ - частота настройки каскадов промежуточной частоты.

На рисунке координата частоты f дана в линейном масштабе, поэтому характеристики фильтров получается разной ширины. Это становится понятным из следующего ориентировочного подсчета. Одной из характеристик колебательного контура является добротность. Она характеризуется как отношение частоты контура к ширине пропускания на уровне -3 дБ, поэтому при добротности контура, равной 50 на частоте, например, 10МГц и полосе пропускания 200 кГц контур на 100 МГц будет иметь полосу пропускания 2 МГц, т.е. в последнем случае в полосу пропускания попадает несколько станций.
Обычно в супергетеродинных приемниках частота генератора выше принимаемой частоты. При этом в смесительном каскаде (миксере) при преобразовании на выходе миксера присутствуют следующие частоты:

• fГ ;
• fГ - f1;
• f3 - fГ.

   Здесь возникает такое понятие, как зеркальный канал, т.е. в промежуточную частоту преобразуется и сигнал выше частоты гетеродина. Поэтому одна из задач предварительных каскадов - ослабить прохождение сигнала зеркального канала.
   В стандартах Японии частота гетеродина в УКВ диапазоне ниже частоты приема
   Одна из проблем при эксплуатации радиоприемников - проблема связи с антенной. Для улучшения избирательности приемника колебательный контур, настроенный на частоту приема, должен иметь максимальную добротность, т.е. высоким сопротивлением должен обладать как источник сигнала, так и приемник. При подключении антенны к контуру, кроме этого, необходимо согласование волнового сопротивления антенны с входными цепями.
   В низкочастотных АМ диапазонах избирательность приемника обеспечена либо применением магнитной антенны, либо подключением внешней антенны (обычно антенна на этом диапазоне имеет большое сопротивление) или к части катушки контура или через дополнительную, слабо связанную с контуром катушку.
В диапазоне УКВ размеры антенны уже сравнимы с длиной принимаемой волны, поэтому в данном случае основное назначение входного контура - наилучшее согласование антенны с входным каскадом приемника и максимальное ослабление низкочастотных АМ сигналов. Чаще всего на входе ЧМ тюнера устанавливается полосовой фильтр, конструктивно реализован в виде обычного контура, сильно связаного с антенной, Такое решение обеспечивает все необходимые условия, и при этом такой фильтр-контур имеет широкую полосу пропускания и не нуждается в перестраиваемом конденсаторе. Такое решение обеспечивает и низкий уровень входных шумов, но из-за маленькой добротности ухудшается избирательность приемника.
   Схема автоматической подстройки частоты приема (АПЧГ) реализуется практически везде одинаково - к контуру гетеродина через емкость 2...5 пФ подключается варикап, управление на который через фильтрующую цепочку подается с выхода ЧМ детектора или со специального вывода микросхемы. Характеристика ЧМ детектора имеет обычно N-образную характеристику, поэтому анод варикапа подключается к общему проводу, а управление поступает на катод. В случае И-образной характеристики (AN7223) катод подключается к плюсу или другому фиксированному напряжению, а управление к аноду. В некоторых простых моделях подстройка частоты осуществляется изменением напряжения на базе гетеродина.
   Варикап может быть встроен в микросхему и иметь один или два вывода.
   Приемники, оборудованные системой АПЧГ, выгодно отличаются по качеству звучания из-за отсутствия характерных искажений, возникающих из-за неточной настройки тюнера на радиостанцию.
Так как уровень принимаемого сигнала от разных станций различен, тюнер радиоприемника должен иметь систему автоматической регулировки усиления (АРУ). В АМ и ЧМ диапазонах микросхемы имеют внутреннюю систему АРУ, кроме того в ЧМ диапазоне содержится каскад усилителя-ограничителя. Некоторые микросхемы имеют выход АРУ для ЧМ преобразователей. Дополнительное ограничение ПЧ ЧМ сигнала осуществляется высокочастотным германиевым диодом, установленному параллельно первому контуру ПЧ. Такой диод кроме функции ограничения уменьшает добротность контура при мощных сигналах, тем самым расширяет полосу пропускания каскада. Наличие такого диода обязательно, если каскад, выполняющий функцию смесителя, одновременно является и гетеродином. При этом ослабляется эффект ухода частоты гетеродина при приеме мощных станций.
   Кроме того в высококачественных тюнерах для осуществления АРУ применяется дополнительный каскад на двухзатворном полевом транзисторе, или/и аттенюатор на p-i-n диоде, позволяющий эффективно регулировать уровень входного сигнала в диапазоне 60 дБ без интермодуляционных искажений.
   Чувствительность - один из важнейших параметров радиоприемного устройства. Чувствительность ограничивается уровнем шумов как самого приемника, так и внешними шумами. Основные источники внешних шумов - индустриальные, атмосферные и галактические . Чувствительность можно измерить в микровольтах. При дальней связи чувствительность определяется при отношении сигнал/шум 3/1 (10 дБ). Для приема музыки в режиме «моно» этот параметр должен быть не хуже 40 дБ, т.е. 100/1, а для «стерео» еще выше. В диапазоне 100 МГц и полосе приема 500 кГц уровень индустриальных помех составляет от 0,6 до 2-х микровольт. Отсюда можно сделать вывод, что нельзя получить в УКВ диапазоне реальную чувствительность менее 60, а в условии города 200 микровольт.
   Об уровне внутренних шумов самого приемника можно судить на примере выпускаемого в настоящее время высококачественного модуля тюнера PANASONIC FM/AM Tuner Type TM04, имееющего нормированную чувствительность 17 дБмкВ (то есть 7 мкВ) при отношении сигнал/шум 50 дБ. Все остальные параметры этого тюнера измеряются при уровне входного сигнала 200 мкВ.

Схему радиоприемника можно условно разделить на следующие составные части:

• входной преобразователь принимаемой частоты в промежуточную;
• усилитель и фильтр промежуточной частоты (таких каскадов может быть несколько);
• детектор;
• стереодекодер (необязательно);
• усилитель мощности низкой частоты (в дальнейшем УНЧ).

   Входной преобразователь состоит из трех основных частей:

• узел согласования с антенной;
• усилитель радиочастоты (иногда отсутствует) с одним или двумя резонансными усилителями;
• гетеродин;
• смеситель (преобразователь)
• узел согласования с последующими цепями.

   Как правило для АМ диапазона преобразователь и детектор выполнены в корпусе одной микросхемы.
Для УКВ диапазона преобразователь может быть выполнен:

• на транзисторах;
• на транзисторах и микросхеме смесителя; распространенная в отечественной аппаратуре;
• на специальной микросхеме, классифицируемой как Front End (буквальный перевод некорректен);
• так же в одном корпусе с ЧМ детектором.

   В конструкциях тюнеров можно разделить две крайние тенденции - упрощение и тщательность исполнения. В последнем случае это применение на входах низкоомных резисторов 22…220 Ом, согласование входного и выходного сопротивления пьезокерамических фильтров, нормирование добротности всех колебательных контуров подключением параллельно им резисторов. Большое значение имеет экранирование отдельных каскадов.
   Катушки контуров УКВ диапазона чаще всего имеют бескаркасное исполнение, подстройка индуктивности осуществляется сжатием и растяжением витков. Для фиксации настройки и устранение микрофонного эффекта (когда частота настройки может меняться от громких звуков и вибрации) катушки после настройки заливаются воском или компаундом. В более качественных моделях катушки контуров намотаны на каркасах, в первую очередь катушка гетеродина, а регулировка индуктивности гетеродинной катушки осуществляется латунным сердечником, а контурных - ферритовым.
   Часто вместо входного фильтра устанавливается монолитный трехвыводной фильтр, представляющий собой керамическую пластину, на которой элементы фильтра выполнены печатным методом. Все это залито компаундом, на котором нанесена маркировка.
   Наиболее крупным производителем таких фильтров является компания SOSHIN. Маркировка таких фильтров состоит из трех элементов. Первый элемент характеризует вид изделия, например GF или BP, второй элемент характеризует полосу пропускания. Это может быть как и прямое указание полосы пропускаемых частот, так и кодовое обозначение, например 60-72, или просто B. Полосе частот 88-108 МГц соответствует маркировка M. Третий элемент обозначает вид корпуса, например B1. Входное и выходное сопротивления таких фильтров, как правило, равно 75 Ом. Один из вариантов схемного решения такого фильтра приведен на рисунке 1.3, хотя некоторые фильтры имеют неравноценные входные и выходные цепи, то есть имеют вход и выход. Другой известной фирмой, выпускающей подобные фильтры является фирма SUMIDA.
    На принципиальных схемах такой фильтр имеет обозначение Z. Необходимая избирательность, как правило, реализуется в контуре, установленном после первого каскада.
Для реализации АПЧГ, если у микросхемы нет специального вывода, как уже говорилось, напряжение на варикап в блоке входного преобразователя берется с выхода НЧ микросхемы, после дополнительной его фильтрации.
   В качестве элемента перестройки применяется блок конденсаторов переменной емкости (КПЕ), набор варикапов, блок катушек переменной индуктивности (ферровариометр).
   Чаще применяется счетверенный КПЕ конструктивно совмещенный с подстроечными конденсаторами (триммерами). Для уменьшения габаритов КПЕ между пластинами проложены диэлектрические прокладки. Такие КПЕ имеют два конденсатора для работы в диапазоне ДВ, СВ и КВ и два - для работы в диапазоне УКВ. Емкость основных секций у малогабаритных КПЕ 2 х 150 пФ и 2 x 20 пФ, а дополнительных триммеров 4 x 8 пФ. КПЕ с воздушным диэлектриком имеют большие габариты, но могут иметь по 3 и более секции конденсатов на диапазон. В сочетании с меньшими потерями и определенными особенностями конструкции пластин они позволяют реализовать параметры радиоприема наилучшим способом.
   Применение варикапов также позволяет увеличить число каскадов предварительного усиления. Кроме того становится возможным электронная настройка радиоприемника.
   Различие в конструкции ФСС АМ и ЧМ вещания следующие:

• для АМ ширина полосы пропускания не более 10 кГц;
• для ЧМ ширина полосы пропускания составляет 200 кГц при девиации ±75 кГц и двух защитных полосах выше и ниже максимальной частоты девиации шириной 25 кГц.

Различие в конструкции детекторов для АМ и ЧМ модулированных сигналов следующие:
– для АМ детектирования чаще применяется просто диод или схема, работающая как диод с характеристикой, близкой к идеальному диоду;
– для ЧМ детектирования применяются по крайней мере 5 способов, наиболее распространенные из них - детектор отношений (дробный) и балансный квадратурный детектор. Почти для всех типов частотных детекторов необходим сигнал без паразитной амплитудной модуляции, поэтому перед частотным детектором устанавливается усилитель-ограничитель.
В качестве полосовых фильтров на частоте 10,7 МГц чаще всего применяются фильтры фирмы MURATA. Рисунок такого фильтра приведен на рис. 1.4.
На фильтре нанесены следующие обозначения:

• E - сокращенно от SFE - полосовой фильтр;
• T - трехэлементный SFE типа;
• 10,7 - центральная частота полосы пропускания, кГц;
• Z - характеристики фильтра.

   В таблице (пока нет) приложения приведены характеристики наиболее распространенных фильтров. Пример полной маркировки фильтра, изображенного на рисунке 4 SFE10,7MZ2-Z
   Выпускаются также фильтры и в Chip-исполнении. Такие фильтры имеют маркировку SFECA10,7MA5-Z (MS2-Z).
   Фильтры классифицируются на обычные, с малыми потерями серии A10, уменьшенной высоты (6 мм) серии C10, высокоизбирательные серии SFT, широко- и узкополосные.
   При замене или подборе фильтров следует учесть, что полосовой фильтр должен иметь полосу пропускания на уровне -6 дБ 210 кГц при монофоническом, и 240...260 кГц при стереофоническом приеме.
   Кроме входного полосового фильтра в ЧМ детекторах тюнерах вместо контуров также применяются пьезофильтры. Они называются фильтрами - дискриминаторами или опорными. Такие фильтры имеют 2 или 3 вывода. На рисунке 5. приведен внешний вид одного из таких фильтров.
   На фильтре нанесены следующие сокращенные обозначения:

• D - сокращенно от CDA (Ceramic Discriminators for Audio) - фильтр дискриминатора, наносится только на 3-х выводные фильтры;
• 10,7 - центральная частота, кГц;
• G - характеристики фильтра.

Три вывода имеют только фильтры CDA10,7MA.
В таблице приложения приведены рекомендуемые заводом-производителем микросхемы для каждого вида фильтра. Фильтры рекомендуется подключать к микросхеме LA1816 между 17-м выводом и общим проводом через резистор 620 Ом, CXA1019M - 2-м выводом и общим проводом, TA8122 - 12-м выводом и проводом питания.
Пример полной маркировки фильтра, изображенного на рисунке 1.5. CDA10,7MG1-Z.
На принципиальных схемах обозначаются:

• E10,7M - полосовой фильтр для ПЧ УКВ ЧМ тракта;
• D10,7M - фильтр дискриминатор для ПЧ 10,7 МГц УКВ ЧМ тракта;
• S455k - полосовой фильтр для ПЧ 455 кГц АМ тракта;
• B450k - детектор сигнала для ПЧ 455 кГц АМ тракта

Из других фирм-производителей пьезофильтров следует отметить такие, как TDK и TOKO. Параметры этих фильтров и маркировка приведены в приложениих 2 и 3.

   На рисунке 6 показана наиболее широко применяемая конструкция ПЧ трансформаторов и ПЧ контуров. Обмотки 1 намотаны на ферритовую гантельку 2. Индуктивность меняется перемещением ферритовой чашки 3. Гантелька укрепляется на основании 4, в специальном гнезде которого установлен трубчатый конденсатор контура 5. Выводы конденсатора и обмотки припаиваются к ножкам 6. Обычное число ножек - 5. Вся конструкция помещена в экран 7. Чашка 3 имеет наружную резьбу, а сверху шлиц под отвертку. Чашка перемещается по резьбе, нанесенной на экран, либо на специальный пластмассовый вкладыш.
   В подобном исполнении выпускаются практически все намоточные элементы радиоаппаратуры выпускаемые большим количеством производителей. Такие изделия содержат маркировку, соответствующую каталогу каждой фирмы. Сверху иногда наносится цветовая маркировка, определяющая назначение того или иного контура или катушки, но единой принятой системы такой кодировки нет.
   Нельзя однозначно сказать, какая микросхема наилучшая. Не всегда от тюнера требуется суперпараметры, хотя основным определяющим фактором является конструкция входного преобразователя, если он нужен. Как показывает практика - приемник должен быть удобен, максимально прост и ремонтопригоден.
   Что можно сказать о фирмах, так то, что основные фирмы-производители выпускают большое количество микросхем для применения в радиоприемниках различных классов сложности. Некоторое неудобство доставляет то, что одинаковые микросхемы различных фирм имеют непохожую маркировку, что, правда, компенсируется как наличием справочной литературы, так и собственно деталей.
   Наибольшее распространение на отечественном рынке получила аппаратура, содержащая электронные компоненты производства таких мировых лидеров, как TOSHIBA, MATSUSHITA, SANYO, ROHM, NEC, SONY, PHILIPS, HITACHI и SGS-THOMSON. Почти каждая фирма имеет свой подход при конструировании микросхем. Некоторые удачные разработки могут производить несколько фирм.
   Продукцию более молодых, но усиленно развивающиеся фирм автор характеризует следующим образом:

• KAXXXX (здесь и далее XXXX обозначает цифровой индекс) - (SAMSUNG) как правило копии самых лучших микросхем ведущих фирм. Небольшой минус - применение собственной маркировки. Вообще-то эту фирму следует отнести к основным;
• KIAXXXX - наихудшие, корейского производства, зато самые дешевые;
• DBLXXXX - невысокого качества (изготовлены корпорацией DAEWOO), вдобавок и собственная маркировка, что сильно затрудняет ремонт;
• CDXXXX - выпускаются неизвестным автору китайским предприятием, в широкой продаже не бывают и легко меняются на более распространенные, так как сохранен цифровой индекс прототипа. Справа показан логотип этой фирмы. Качественные параметры вполне приемлемы. Префиксом CD маркируется все подряд - и аналоговые и цифровые микросхемы.