Текст
ББК 32.85
УДК 621.38
СЗО
Б. Ю. Семенов
СЗО Современный тюнер конструируем сами: УКВ стерео + микро-
контроллер. М.: СОЛОН-Р, 2004. 352 с. — (Серия «Библиотека ин-
женера»)
ISBN 5-93455-191-4
В последние годы широкое распространение получило высококаче-
ственное стереофоническое вещание в УКВ диапазоне. Тем не менее,
сегодня все еще крайне сложно найти схему приемника, пригодную
для повторения в домашней радиолюбительской лаборатории. Цель
этой книги заключается в желании автора помочь радиолюбителю ос-
воить стереофонический УКВ радиоприем, сконструировать приемник
для дома, работы, садового участка. Но что самое главное — создать
современный УКВ радиоприемник с цифровой настройкой и управле-
нием на базе несложного отечественного однокристального програм-
мируемого микроконтроллера. Книга будет полезна радиолюбителям,
специалистам-ремонтникам, студентам вузов, обучающимся по специ-
альности «конструирование радиоэлектронной аппаратуры», и всем ин-
тересующимся вопросами радиоприемной техники.
На CD-ROM, прилагаемом к книге, содержится дополнительная ин-
формация, необходимая для повторения практических конструкций:
программы поддержки программаторов, файлы прошивок, отладоч-
ные средства, эскизы печатных плат, техническая документация на
микросхемы, фотографии конструкций.
В Интернете авторскую страницу можно найти по адресу:
http://www.radioland.mrezha.ru
Издательство «СОЛОН-Р»
123242, г. Москва, а/я 20
Телефоны:
(095) 254-44-10, (095) 252-36-96
E-mail: Solon-Avtor@coba.ru
Ответственный за выпуск В. Митин
Технический редактор И. Шелестов
Макет и верстка С. Тарасов
Обложка Е. Холмский
ISBN 5-93455-191-4 © Макет и обложка «СОЛОН-Р», 2004
© Б. Ю. Семенов, 2004
К читателю
В последние годы на отечественном рынке появилось множество
всевозможной бытовой радиоэлектронной аппаратуры на любые
вкусы и финансовые возможности — покупай и пользуйся. Однако
это обстоятельство нисколько не стесняет радиолюбительскую
мысль, которая не только не утратила былой активности, но, даже
поспевая за временем, перешла в новое качество. Спросите, в какое?
Чтобы ответить на этот вопрос, давайте вспомним, каким путем тра-
диционно шли радиолюбители, и тогда нам проще будет понять, ка-
кие горизонты открылись для них сегодня.
Обычно начиналось все с конструирования детекторного прием-
ника. Потом к этому чуду радиотехники пристраивался усилитель на
транзисторе. Позже следовали более или менее удачные попытки
создания супергетеродина. С момента завершения этой конструкции
появлялось желание выйти в эфир самостоятельно, и радиолюбитель
занимался постройкой радиостанции. Само собой разумеется, что на
этом пути встречались «верстовые столбы» в виде цветомузыкаль-
ных установок, усилителей низкой частоты, самодельных измери-
тельных приборов.
Появление дешевой и надежной элементной базы цифровой тех-
ники открыло еще одно направление радиолюбительского творчест-
ва — конструирование логических автоматов, персональных компь-
ютеров и автоматических определителей номера телефонных або-
нентов. «Заболевание» микропроцессорной техникой происходило,
как правило, столь серьезно, что развивалось в профессиональное.
Из «Радио-86РК», «Ориона» и ZX-Spectrum выросло целое поколе-
ние талантливых инженеров-разработчиков.
Нельзя не отметить, что радиолюбители традиционно пользова-
лись отечественной элементной базой. Это и понятно — другой базы
просто не было. Увы, с начала 90-х годов отечественные радиоэле-
менты стали исчезать с рынка, поскольку останавливалось их произ-
водство. Перестали выходить технические книги и журналы, даже
любимые всеми журналы «Радио» и «Радиолюбитель» выживали с
огромными трудностями. Недавно на массовый отечественный ры-
нок хлынул поток недорогих импортных электронных компонентов,
таких, как функциональные микросхемы, однокристальные микро-
контроллеры, программируемые логические матрицы, жидкокри-
сталлические панели, транзисторы, коммутационные изделия... Крат-
кое затишье сменилось бурным ростом творческого интереса к этим
радиодеталям: ведь осуществилась долгожданная мечта радиолюби-
теля — возможность без труда достать тот или иной радиоэлемент.
Ныне возобновляется выход научно-технической литературы, бо-
лее того, стремительное развитие компьютерных технологий позво-
ляет уже сегодня любому желающему найти в сети Интернет необхо-
димую информацию. Когда-то рутинный и нудный, нынешний про-
цесс компьютерной «разводки» печатных плат напоминает
интеллектуальную игру. Системы схемотехнического моделирова-
ния имеют такие обширные возможности, о которых приходилось
только мечтать каких-нибудь пять лет назад. Естественно, что радио-
любители не остались в стороне от этих замечательных вещей.
Какие темы для разработки можно предложить нынешнему ра-
диолюбителю, «до зубов» вооруженному компьютерной техникой?
Как и в прошлые годы, сегодня существует круг тем, которые не най-
дут поддержки. К примеру, едва ли кто будет конструировать сото-
вый телефон, монитор или телевизор — слишком это сложно и доро-
го. Сборка компьютера сегодня также превратилась в процесс «вты-
кания» трех-четырех разъемов, которые невозможно перепутать
местами. Выходит, как и прежде, что интересы большинства радио-
любителей лежат в области радиосвязи, радиовещания, усилитель-
ной техники и несложных цифровых конструкций. И тем не менее
давайте в рамках этой книги поговорим об известных вещах на но-
вом языке.
Если мы обратим внимание на диапазон ультракоротких волн, в
котором располагаются радиовещательные станции, то откроем для
себя много нового. Во-первых, здесь много хорошей музыки на лю-
бой вкус, во-вторых, качество звучания несравнимо лучше качества
звука на классических AM диапазонах. И в-третьих, что самое, на
взгляд автора, важное, — передачи ведутся в стереофоническом ре-
жиме! Тем не менее конструирование приемников радиовещатель-
ных станций в диапазоне УКВ всегда находилось на обочине радио-
любительского творчества, что вполне объяснимо, так как в состав
приемника обязательно нужно было вводить достаточно сложные и
высококачественные элементы (частотный детектор, фильтр сосре-
доточенной селекции, стереодекодер). Все эти задачи ныне успешно
решены на уровне микроэлектроники.
Область цифровых устройств сегодня смещается в сторону одно-
кристальных микроконтроллеров. Еще совсем недавно невозможно
было представить, что появятся полноценные миниатюрные микро-
процессорные устройства по цене 2—3 доллара, которые легко мож-
но «настроить» на решение разнообразных радиолюбительских за-
дач. Освоить это чудо цифровой техники возможно в домашних ус-
ловиях.
Цель книги многолика. Во-первых, есть желание помочь читате-
лю самостоятельно освоить отечественный (УКВ) и зарубежный
(FM) диапазоны радиовещания, изготовить несложный стереофони-
ческий приемник для дома, работы и дачи. Во-вторых, хочется по-
знакомить с опытом освоения техники программирования микрокон-
троллеров и применения их в радиолюбительских конструкциях.
И в-третьих, что, на взгляд автора, самое увлекательное, — создать
вместе с читателем простой приемник с современным синтезатором
частоты и микропроцессорным управлением. Попутно читатель уз-
нает много полезных вещей, которые, уверен, пригодятся ему во всех
областях радиолюбительского творчества.
Автор
Санкт-Петербург.
Октябрь 2001 г.
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ
Основные принципы УКВ радиовещания
1.1. Распространение ультракоротких волн
Ультракороткие волны (УКВ) — это огромный диапазон элек-
тромагнитных волн, который широко используется в современной
технике радиовещания, телевидения, радионавигации, радиоастроно-
мии, гражданской, военной и космической связи. Ультракороткие
волны условно разделены на поддиапазоны, названия которых при-
ведены в табл. 1.1.
Таблица 1.1. Поддиапазоны ультракоротких волн
Поддиапазон УКВ
Метровый
Дециметровый
Сантиметровый
Миллиметровый
Длина волны, м
10—1
1—0,1
0,1—0,01
0,01—0,001
Частота, МГц
30—300
300—3000
3000—30 000
30 000—300 000
Ультракороткие волны каждого поддиапазона обладают опреде-
ленными свойствами, к примеру, миллиметровые волны сильно по-
глощаются дождем, градом, снегом. Менее подвержены влиянию ат-
мосферных осадков сантиметровые волны, однако у них имеются
другие характерные особенности. На самом деле невозможно про-
вести резкую границу между разными частотным поддиапазонами
УКВ, поэтому классификация, приведенная в табл. 1.1, условна.
Сразу оговоримся, что все конструкции радиоприемников, опи-
санные в этой книге, не выходят за рамки поддиапазона метровых
волн, точнее, его части, простирающейся от 64 до 109 МГц. Более то-
го, предполагается, что радиоприем будет осуществляться в уверен-
ной зоне, то есть там, где качественное звучание обеспечивается с
помощью стандартных средств. И все же давайте кратко познако-
мимся с особенностями распространения ультракоротких волн в про-
странстве.
Основные принципы УКВ радиовещания
Общеизвестно, что на распространение электромагнитных волн
сильное влияние оказывает не только земная поверхность, но и атмо-
сфера Земли. Электромагнитные волны короче 4—5 м обычно рас-
пространяются в пределах прямой видимости, так как ионосфера
Земли для них абсолютно прозрачна. В диапазоне от 4 до Юм УКВ
волны могут отражаться от спорадического слоя атмосферы и, как
следствие, распространяться на большие расстояния (до 2000 км и
более). Спорадический слой представляет собой скопление сильно
ионизированных облаков, разделенных промежутками слабоионизи-
рованного газа. Чаще всего спорадический слой возникает летом, в
периоды высокой солнечной активности, однако причины его обра-
зования до сих пор неясны. Существует предположение, что появле-
ние спорадического слоя является следствием падения потоков кос-
мических метеоров и их сгорания в атмосфере. Как бы там ни было,
но спорадическое распространение носит случайный характер и при
разработке радиовещательной техники ориентироваться на него
нельзя. Однако в любительском радиоспорте случайный сверхдаль-
ний прием популярен и поощряется почетными наградами. Случай-
ный прием радиовещательных станций настолько необычен, что для
сведущего в вопросах распространения радиоволн человека он мо-
жет стать источником незабываемого впечатления. Известный ра-
диолюбитель-популяризатор Владимир Тимофеевич Поляков в своей
книге [1] описал такой забавный случай:
«Хорошо помню, как утром, поеживаясь от еще не ушедшей ноч-
ной прохлады, я вылез из палатки, стоящей на берегу Онежского озе-
ра, около Вытегры, и включил приемник. Не сразу сообразив, что я
делаю, я включил УКВ диапазон и настроился на ленинградскую
станцию. Послушал, какая там погода, какие фильмы и концерты
ожидаются вечером. Наконец, вспомнил, что до Ленинграда больше
четырехсот километров и попасть туда вечером совершенно нереаль-
но. Но что самое главное, УКВ сигналы не должны были приходить
оттуда! Уяснив себе, что столкнулся с аномальным явлением распро-
странения радиоволн, стал внимательно прослушивать весь диапа-
зон. И что же? Передают последние новости из Новгорода, а уж Пет-
розаводск слышно, как Москву в московской квартире... К одинна-
дцати часам не было слышно ни дальних городов, ни Петрозаводска,
до которого было всего каких-нибудь 150 км».
8 Основные принципы УКВ радиовещания
В книге [2], вышедшей еще в 1966 году, говорится о возможно-
сти создания искусственных ионизированных облаков для обеспече-
ния сверхдальней радиосвязи за счет спорадических образований.
Предполагалось, что с помощью малогабаритной ракеты на высоте
100—150 км будет распыляться легкоионизирующееся вещество,
тем самым поддерживая возможность сверхдальней связи. Опыты
показали, что ракета может сформировать столб ионизированного
газа, достигающий нескольких десятков метров и сохраняющийся
около часа. Однако в более поздних книгах эта идея уже не упоми-
нается, что вполне понятно, так как бурное развитие космической
радиосвязи с помощью искусственных спутников показало эффек-
тивность и надежность именно такого вида ретрансляции сигнала.
В диапазоне УКВ электромагнитные волны сильно поглощаются
поверхностью Земли и поэтому распространяются на незначитель-
ные расстояния. Для увеличения дальности их распространения ис-
пользуются антенны, высоко поднятые над поверхностью земли. На-
пример, в Санкт-Петербурге, где проживает автор этой книги, радио-
вещательная УКВ антенна (она находится у Финляндского вокзала)
представляет собой сложное инженерное сооружение, похожее на
огромную распустившуюся ромашку с длинным стебельком-мачтой.
Другая известная УКВ антенна — это телебашня.
Препятствия в виде горных хребтов, холмов, жилых домов, про-
мышленных построек также влияют на распространение радиоволн
УКВ диапазона. При определенных условиях препятствия могут не
только не ослаблять волну, но даже усиливать ее (!), что объясняется
сложением в месте приема прямой и отраженной от препятствия вол-
ны. Однако отраженная волна может в точке приема компенсировать
прямую волну, тогда говорят об «ослаблении за счет препятствия».
Явление «ослабления за счет препятствия» хорошо знакомо автомо-
билистам, когда при использовании слишком короткой антенны звук
приемника в движущемся автомобиле периодически замирает.
В процессе экспериментов с конструкциями, описанными в этой кни-
ге, автор несколько дней посвятил выбору удачного места для при-
емной антенны. Как оказалось, для высококачественного УКВ прие-
ма очень важно правильно расположить приемную антенну в город-
ской квартире, насыщенной железобетонной арматурой pi другими
препятствиями. Влияние на качественный радиоприем оказывают
Основные принципы УКВ радиовещания
порой самые неожиданные обстоятельства, такие, например, как че-
ловек, пересекающий прямую линию передатчик-приемник, или ут-
ренний 20-градусный мороз. Какие-либо теоретические советы дать
здесь невозможно — все зависит от конкретных условий и определя-
ется экспериментально. К радости автора, ему удалось в своей квар-
тире найти неожиданное и удачное по стабильности место на книж-
ном шкафу.
На распространение ультракоротких волн сильное влияние ока-
зывает нижний слой атмосферы на высоте 10—14 км, называемый
тропосферой. Вследствие изменения температуры и влажности воз-
духа по высоте в тропосфере может возникнуть явление рефракции
(преломления) электромагнитной волны. В результате рефракции
дальность распространения радиоволн УКВ может увеличиваться
или уменьшаться.
Объясняется явление рефракции тем, что электромагнитная вол-
на при распространении в неоднородной воздушной среде слегка
огибает земную поверхность. С явлением рефракции УКВ волн автор
впервые столкнулся в школьные годы, в конце 80-х, когда некоторые
радиолюбители Ленинграда увлекались дальним приемом передач
финского телевидения. Дело в том, что Хельсинки располагается
достаточно близко от северной столицы, но не в зоне уверенного
приема. Поэтому, изготовив антенну типа «волновой канал», можно
было в хорошую погоду смотреть (естественно, без звукового сопро-
вождения) передачи первого государственного канала Финляндии.
Надо сказать, что такие моменты выпадали нечасто.
Удивительным частным случаем рефракции является сверхреф-
ракция, когда в тропосферном слое возникают настоящие волново-
ды. Радиоволны в этих волноводах, как по трубам, отражаясь много-
кратно от «стенок», распространяются на расстояния до 1000 км и
более. Явление сверхрефракции характерно для диапазона сантимет-
ровых волн, а метровые волны получают возможность такого рас-
пространения крайне редко.
На этом закончим краткое знакомство с распространением УКВ
волн, поскольку этих сведений вполне достаточно для радиолюбите-
ля, занимающегося конструированием радиовещательных приемни-
ков. Запомним, что качественный прием радиовещательных УКВ
станций возможен только в зоне прямой видимости передающей ан-
10 Основные принципы УКВ радиовещания
тенны и только при тщательном выборе конструкции и места распо-
ложения приемной антенны. О конструировании приемных антенн в
последние годы издано достаточно много книг. По ходу книги автор
расскажет о конструкции антенны, с помощью которой он ведет ра-
диоприем. А сейчас перейдем непосредственно к теме нашей кни-
ги — к радиовещательному приемнику.
1.2. Виды модуляции
Как вы думаете, можно ли изготовить в домашних условиях каче-
ственный УКВ приемник, имея под рукой только классический муль-
тиметр и немного радиолюбительской сноровки? Лет десять назад на
этот вопрос ответили бы однозначно «нет». Сегодня на рынке имеет-
ся множество интегральных микросхем, к которым необходимо под-
ключить минимум навесных элементов, чтобы в громкоговорителе
появились звуки радиопередачи. При написании этой книги автор
стремился именно к такому подходу — разработать конструкции,
доступные для повторения широкому кругу радиолюбителей. Одна-
ко пытливому уму интересен не только момент, когда его детище
оживает, но ему всегда важно разобраться, как работает конструк-
ция, почему так, а не иначе, какие шаги нужно предпринять, чтобы
улучшить схему. Поэтому, прежде чем приступить к изготовлению
первого УКВ радиоприемника, автор счел необходимым ввести в
книгу небольшую теоретическую часть, рассказать об основах ра-
диовещательного приема на УКВ, о сигналах и способах их обработ-
ки, об основных параметрах приемников, о конструктивных радио-
технических элементах. Если для вас теория является не слишком за-
нимательным времяпровождением, можете смело отправляться к
началу второй части. А тем, кто решил задержаться и познакомиться
с теоретической частью, сообщим, что это краткое знакомство не
предполагает быть утомительным и нудным, как при чтении акаде-
мических монографий. В конце концов мы не собираемся профес-
сионально проектировать радиоприемную аппаратуру, а увлекаемся
радиолюбительским творчеством. Итак, к делу.
Как известно, источником электромагнитного поля является пе-
ременный электрический ток, текущий по проводнику. А устройство,
Основные принципы УКВ радиовещания
создающее электромагнитное поле в пространстве, представляет со-
бой генератор переменного тока, соединенный с антенной. Антенна
излучает электромагнитные волны в окружающее пространство. Та-
кое устройство принято называть радиопередающим. Сейчас нас
мало волнует, как устроены «внутренности» радиопередатчика. Мы
знаем, что в окружающем нас пространстве имеются электромагнит-
ные волны, излучаемые этими устройствами, знаем частоту переда-
чи, знаем, что волны несут для нас информацию. Поэтому нам важ-
но получить техническое средство, с помощью которого мы сможем
преобразовать информацию, содержащуюся в электромагнитной
волне, к такому виду, который возможен для восприятия нашими ор-
ганами чувств. В данном случае мы хотим преобразовать ее в звуко-
вые колебания. Так вот, устройство, перехватывающее электромаг-
нитную волну и преобразующее ее в удобный для восприятия вид,
называется радиоприемным устройством. В этой книге мы не толь-
ко подробно разберем принцип действия, но еще и самостоятельно
изготовим несколько таких радиоприемников.
Вопрос второй. Каким образом «насытить» электромагнитную
волну необходимой информацией? Самый простой способ — посту-
пить по принципу: есть волна — нет волны. Первые радиопередаю-
щие и радиоприемные устройства были спроектированы именно по
такому принципу, а для передачи информации приняли азбуку Мор-
зе. К слову сказать, столь примитивный способ передачи информа-
ции оказался настолько надежным и помехоустойчивым, что его ис-
пользуют до сих пор, называя «телеграфным» способом.
В начале XX века телеграфная радиосвязь изумила многих, но в
дальнейшем, когда к ней привыкли, появилось желание передавать не
только точки-тире, но еще и голос. Задача оказалась не слишком про-
стой — ведь диапазон частот, слышимый человеческим ухом, лежит
в низкочастотной области, а именно от 16 Гц до 10 кГц. В то же время
для получения эффективного излучения электромагнитной энергии
необходимы высокочастотные колебания. Как же быть?
Задачу решили наложением низкочастотного сигнала на высоко-
частотные колебания, а сам процесс наложения назвали модуляцией.
Математически процесс модуляции иллюстрируется очень просто.
К примеру, периодическое электрическое колебание можно запи-
сать так:
12 Основные принципы УКВ радиовещания
где Um — амплитуда колебания;
со0 — частота колебания;
Фо — фаза колебания.
Процесс модуляции представляет собой изменения одного из па-
раметров колебания высокой частоты по закону управляющего низ-
кочастотного сигнала. В зависимости от того, какой параметр (ам-
плитуда, частота, фаза) подвергается изменению, различают ампли-
тудную, частотную и фазовую модуляции.
Колебания высокой частоты, используемые для передачи сигна-
лов, носят название несущей частоты.
Исторически первой появилась амплитудная модуляция. Она до
сих пор используется на радиовещательных диапазонах длинных,
средних и коротких волн несмотря на то, что обладает низкой поме-
хозащищенностью и крайне неэффективна. Причин тому несколько.
Во-первых, коротковолновый диапазон — это единственный диапа-
зон, в котором сравнительно просто обеспечивается радиовещание
по всему миру. Для коротких волн не нужны ретрансляторы — они
сами достигают нужных точек за счет отражения. Во-вторых, конст-
руктивные особенности радиоприемников, имеющихся в эксплуата-
ции, не позволяют перейти на более эффективные способы радиове-
щания.
Давайте кратко рассмотрим особенности амплитудной модуля-
ции (AM), тем более что в рамках этой книги не предполагается
сборка AM приемника. Для простоты будем считать, что управляю-
щим сигналом служит гармоническое (синусоидальное) колебание.
Выражение для амплитудно-модулированной несущей запишется
следующим образом:
sina>of,
где Q. — частота управляющего сигнала.
Кривая, соединяющая точки, соответствующие амплитудным
значениям несущей, называется огибающей. Базовый параметр, ха-
рактеризующий AM колебание, — это коэффициент модуляции.
Основные принципы УКВ радиовещания
13
Рис. 1.1. Амплитудно-модулированное колебание
В других источниках может встретиться понятие глубины модуля-
ции, что по сути одно и то же.
AU
/72 =
и
Коэффициент модуляции не должен быть слишком маленьким, в
противном случае мы не сможем различить полезную информацию
на фоне несущей. Однако, если его значение будет больше 1, это вы-
зовет перемодуляцию и, как следствие, искажение информации. По-
этому стандартное значение m в радиовещательной технике равно
0,3. В этом случае при наиболее громких звуках не наступает пере-
модуляция.
Здесь уместно рассказать о таком понятии, как спектр радиосиг-
нала. Уже знакомая нам гармоническая функция изображается сину-
соидой во временной области, то есть в такой, где по горизонталь-
ной оси графика откладывается время. Но существует еще одна ши-
роко используемая область — частотная, в которой гармоническое
колебание выглядит так, как показано на рис. 1.2, то есть вертикаль-
ной черточкой. Обратите внимание: по горизонтальной оси отклады-
вается уже не время, а частота.
Важно отметить, что спектр периодического, но несинусоидаль-
ного колебания представляет собой набор синусоидальных «дис-
крет», вертикальных черточек, показанных на рис. 1.3.
14
Основные принципы УКВ радиовещания
I
Рис. 1.2. Спектр
гармонического колебания
СОо 2с0о ЗсОо
Рис. 1.3. Спектр периодического
негармонического колебания
Французским математиком Ж. Фурье (1768—1830) было доказа-
но, что любой несинусоидальный сигнал можно по определенному
правилу составить из суммы гармонических функций. Как показала
практика, производить расчеты в частотной области намного проще
и нагляднее, чем заниматься тем же делом в области временной. Та-
ким образом, анализ Фурье занял в радиотехнике одно из ведущих
мест.
Следует также сказать, что непериодические сигналы, к которым
относится речь человека и музыка, тоже подчиняются анализу Фу-
рье, только их спектр уже не дискретный, а сплошной, что и отраже-
но на рис. 1.4.
Амплитудно-модулированное колебание — это периодический
сигнал, который уже не имеет гармонического характера. Спектраль-
ный состав AM сигнала легко оценить, если преобразовать его ана-
литическое выражение с помощью известной формулы произведения
синусов. В результате получим
U-Um
— mUm cos(co0 -Q)t —
cos(co0
Он Пв
Рис. 1.4. Спектр непериодического
сигнала
2
;
COo-Q 00o Юо+П
Рис. 1.5. Спектр AM колебания,
модулированного гармоническим
Основные принципы УКВ радиовещания
15
Хорошо видно, что спектр AM колебания содержит, кроме несу-
щей, две боковые частоты: (со0 - Q) и (со0 + £1).
«Хорошо, — скажете вы, — но синусоидальный сигнал представ-
ляет собой однотонный звук. Что произойдет со спектром AM коле-
бания, если оно будет модулировано человеческой речью, то есть не-
периодическим сигналом?» Отвечаю.
Для передачи разборчивой речи необходимо, чтобы передатчик
имел возможность модулировать несущую на любой из частот, лежа-
щих в полосе от 250 Гц (QJ до 3 кГц (fiB). Спектр AM колебания
в этом случае будет иметь, кроме несущей, две зеркально-симмет-
ричные боковые полосы, в точности повторяющие форму спектра
низкочастотного сигнала.
JU
СЭо-Пв CDo-Пн СОо С0о+Пн COo+Qe
Рис. 1.6. Спектр AM колебания, модулированного речевым сигналом
В заключение краткого рассказа об AM сигналах предлагаю оце-
нить эффективность такого вида радиовещания с точки зрения ис-
пользования мощности передатчика. Наглядный пример расточи-
тельного характера классической AM приведен в списке литературы
[1]. Действительно, как уже было сказано, коэффициент модуляции
в стандартных условиях радиовещания не превосходит 0,3. Амплиту-
да каждой из боковых полос составляет т/2, то есть 0,15 амплитуды
несущей. Мощность, квадратично зависящая от амплитуды сигнала,
в данном случае составляет 0,0225 от мощности несущей. Представь-
те себе: менее 5% сигнала несет полезную информацию, которая со-
держится в боковых полосах и более нигде! Осознали этот факт дос-
таточно поздно, когда радиовещание на основе классической AM мо-
дуляции стало стандартом.
16
Основные принципы УКВ радиовещания
Поиски более удачных, более эффективных и более помехозащи-
щенных способов радиовещания привели к тому, что в 1935 году бы-
ла предложена система с угловой модуляцией. Угловая модуля-
ция — это модуляция посредством частоты несущей или ее фазы при
постоянстве амплитуды. Данный вид модуляции лежит в основе ра-
диовещания на УКВ. В начале рассказ о фазовой модуляции (ФМ).
Предположим, что модуляцию несущей осуществляет гармони-
ческое колебание. Тогда закон изменения фазы несущей
ф(О = Фо + A<psinQ/,
где (ро — начальная фаза колебания.
Подставляя выражение для фазы в аналитическое выражение не-
сущей, получаем
Важно заметить, что величина AcpsinQf характеризует опереже-
ние (отставание) по фазе модулированного сигнала от фазы, которую
имел бы смодулированный сигнал.
Немодулированный
сигнал
Модулированный
сигнал
Модулирующий
сигнал
Рис. 1.7. Пример ФМ колебания
Основные принципы УКВ радиовещания 17
Мгновенное значение фазового угла модулированного ФМ коле-
бания определяется из выражения
+ i
Угловая частота колебания является производной фазового угла
по времени:
d&
со = -=сос
где AcpQ = Дсо — амплитуда отклонения частоты со от частоты 0О.
Вы не слишком напуганы теоретическими выкладками? По ходу
книги их будет немного, только самое необходимое. Главное для
нас — это физический смысл полученного соотношения. А он таков:
меняя фазу колебания, мы неизбежно меняем и его частоту, причем
величина отклонения частоты зависит как от амплитуды модулирую-
щего сигнала, так и от его частоты. Величина максимального фазово-
го отклонения весьма просто связана с максимальным частотным от-
клонением — девиацией:
Дсо п
П
где Дсо — девиация частоты;
Р — индекс модуляции (не путать с глубиной модуляции!).
На практике девиацию обычно выражают не в рад/с, а в Гц, что в
2п раз меньше.
Теперь настало время рассмотреть частотную модуляцию (ЧМ)
при воздействии синусоидального управляющего сигнала. Обозна-
чим амплитуду отклонения частоты через Дсо:
со = со0 -f AcocosO/.
После преобразований получим аналитическое выражение ЧМ
колебания:
U = Um sin
Обозначим:
0 [nsm ^°)
18 Основные принципы УКВ радиовещания
Тогда
U = Um sin(co0/+PsinQr + (p0).
Хорошо видно, что при изменении частоты несущей меняется и
ее фаза. Более того, мы пришли к выражению, которое было выведе-
но в рассказе об ФМ. У читателя может сложиться впечатление, что
ЧМ и ФМ одно и то же. Действительно, рассматривая частный слу-
чай (модулирование синусоидальным сигналом), мы получим иден-
тичные спектры и не заметим разницы. Однако разница проявится,
как только управляющий сигнал перестанет быть гармоническим. За-
рыта собака в индексе модуляции и его зависимости от входного воз-
действия, что отражено в табл. 1.2.
Таблица 1.2
ФМ
р=ад„
ЧМ
Р = к2(ивх/П)
Нетрудно заметить, что ФМ обеспечивает постоянный индекс
модуляции при любой модулирующей частоте. Для ЧМ индекс моду-
ляции — понятие менее определенное, поскольку он меняется с из-
менением модулирующей частоты. Отсюда можно сделать заключе-
ние, что спектры колебаний ЧМ и ФМ вида будут несколько отли-
чаться друг от друга. Но как быть с индексом модуляции для ЧМ, как
определить его? В радиотехнике принято оценивать индекс модуля-
ции для максимальной модулирующей частоты. Для более низких
частот индекс модуляции становится больше.
Осталось оценить вид и ширину спектра сигнала с угловой моду-
ляцией. Так как подобный анализ довольно сложен для радиолюби-
теля, воспользуемся его результатами, приведенными в списке лите-
ратуры [6, 7, 8]. При небольших индексах модуляции (Р < 0,5) выра-
жение для модулированного ЧМ и ФМ сигнала может быть
приведено к виду
U U
U = Um sinGtf + -^psin(co0 +Q)t -psin(co0 -Cl)t.
Не правда ли, знакомое выражение? Давайте взглянем на такое
же точно выражение для AM сигнала, чтобы убедиться — память нас
Основные принципы УКВ радиовещания
19
не подвела. При малых фазовых отклонениях амплитудные спектры
AM, ФМ и ЧМ сигналов идентичны. Различие наблюдается лишь в
фазовых спектрах, но это более тонкий анализ, и мы не будем на нем
заострять внимание.
Если индекс модуляции таков, что уже более нельзя пользовать-
ся простыми соотношениями, на помощь приходит анализ Бесселя,
позволяющий представить сигнал с угловой модуляцией более на-
глядно:
Видно, что в спектре сигнала появляются боковые частоты с ин-
дексами «к». При возрастании р амплитуды боковых частот высших
порядков начинают быстро расти, а амплитуда несущей — умень-
шаться. Возможен даже такой вариант, когда амплитуда несущей и
боковых полос первого порядка станут равными нулю!
Угловая модуляция, при которой наблюдается заметное появле-
ние боковых полос высших порядков, называется широкополосной.
и
0,76
0,44
0,11 Т
т I
0,44
Р=1,0
10,11
т
(О
Я 9 i 9 Я
0,58 0,58
0,35 Т Т 0,35
Р=2,0
0,12 у 0,22 Т 0,12
0,03 у у ТО.ОЗ
т ТI T I It .
? *?
Рис. 1.8. Спектры сигналов с угловой модуляцией при различных
индексах модуляции
20 Основные принципы УКВ радиовещания
Точно определить ее спектр при воздействии непериодического мо-
дулирующего сигнала — задача намного более трудоемкая, чем та-
кая же задача исследования AM. Приближенно считают, что ширина
спектра радиовещательного широкополосного ЧМ сигнала
71
где В — ширина спектра модулированного сигнала;
С1в — верхняя модулирующая частота сигнала.
Можно также определить ширину спектра и через девиацию
частоты:
1
71
Итак, чтобы принять радиопередачу без заметных на слух частот-
ных искажений, необходимо учитывать наличие не только боковых
полос первого порядка, но еще и полос высших порядков. В дальней-
шем мы поговорим о стандартных спектрах сигналов, излучаемых
радиовещательными станциями, а сейчас обратимся к вопросам уст-
ройства радиовещательных приемников ЧМ.
1.3. Структура радиовещательного приемника
и его параметры
Аксиома радиотехники гласит: «Чем проще конструкция, тем на-
дежнее она работает». А что может быть проще первой радиолюби-
тельской конструкции — детекторного приемника? Поройтесь в ко-
робке, где лежат ваши первые «опыты», отыщите его, подключите
антенну и заземление. Уверяю вас: детекторный приемник оживет и
будет работать точно так же, как тогда, когда вы включали его в пер-
вый раз. Однако простота детекторного приемника оборачивается
массой других недостатков. Во-первых, прием ведется исключитель-
но на головные телефоны, во-вторых, нужна большая антенна и за-
земление, в-третьих, слушать можно только местную радиовеща-
тельную ДВ или СВ станцию («раскачать» детекторный приемник
более удаленным станциям не под силу). И все же детекторный при-
емник занял в истории техники такое же место, как паровая машина
Основные принципы УКВ радиовещания
21
или воздушный шар. Современный радиоприемник устроен гораздо
сложнее, и именно благодаря тому, что в нем содержится много раз-
личных устройств, возможен качественный и «дальнобойный» ра-
диоприем. Усложнение конструкции — плата за расширение воз-
можностей. Чтобы знать, за что мы платим, где необходимо перепла-
чивать, а где не передать лишнего, рассмотрим основные виды и
параметры радиовещательных приемников УКВ диапазона.
Структурная схема радиовещательного приемника приведена на
рис. 1.9. Радиоприемная антенна улавливает электромагнитные вол-
ны и преобразует их в электрические сигналы. Надо сказать, что ан-
тенна улавливает также и различные помехи, которые накладывают-
ся на полезный сигнал. Принятый сигнал далее поступает на высоко-
частотный (ВЧ) каскад, основное назначение которого по
возможности отделить полезный сигнал от внешних помех, а также
усилить его до уровня, обеспечивающего нормальную работу детек-
тора. Для радиовещательного приема используется метод частотной
селекции (избирательности), который осуществляется с помощью
частотно-селективных цепей. Проще говоря, мы «вырезаем» необхо-
димый нам кусочек частотного диапазона с помощью специального
фильтра.
Антенна
¥ г
1
1
L
ВЧ
тракт
Детектор
НЧ
тракт
, Громкоговоритель
| ^
Рис. 1.9. Структура радиовещательного
приемника
Детектор предназначен для выделения полезного (информацион-
ного) сигнала из модулированного сигнала. Разработано и успешно
применяется множество разных детекторов. К примеру, классиче-
ский детектор AM колебания — это полупроводниковый диод. Для
детектирования ЧМ колебаний используются свои детекторы, в част-
ности, один из них носит название дробного. Особый класс детекто-
ров — синхронные — все шире и шире применяется в современной
радиоприемной аппаратуре.
22 Основные принципы УКВ радиовещания
Продетектированный сигнал усиливается низкочастотным трак-
том (НЧ) и поступает на громкоговоритель. Низкочастотный тракт
включает в себя различные фильтры подавления внеполосных со-
ставляющих звукового сигнала, всевозможные частотно-корректи-
рующие звенья, регуляторы тембра, усилители низкой частоты
(УНЧ), усилители мощности (УМ), эквалайзеры, акустические систе-
мы и многое другое. Автор не счел необходимым включать в книгу
описания этих устройств — они хорошо известны, более того, в по-
следние годы было издано достаточно литературы по электроакусти-
ке. Исключение сделано лишь для подавляющих фильтров и частот-
но-корректирующих звеньев, так как они скорее принадлежат радио-
приемной части, нежели звукоусилительной. Да и устанавливать их
целесообразнее на плате приемника, а не УНЧ.
В зависимости от структуры ВЧ тракта радиоприемники делятся
на три основных типа: прямого усиления, супергетеродинные и гете-
родинные (прямого преобразования). ВЧ тракт приемников прямого
усиления содержит усилитель радиочастоты (УРЧ) и цепь селек-
ции — колебательный контур, настроенный на частоту полезного ра-
диосигнала. Приемники прямого усиления, работавшие в диапазонах
ДВ и СВ, отошли в прошлое из-за неважных эксплуатационных па-
раметров. Для приема УКВ эта схема не использовалась вообще.
Основная схема, которая применяется на УКВ диапазонах, — это
супергетеродинная схема. Разработанная в начале XX века, она до
сих пор остается наиболее популярной при построении радиовеща-
тельных трактов. Давайте подробно рассмотрим принципы, заложен-
ные в ее основу, достоинства и недостатки.
Структурная схема приемника, построенного по супергетеродин-
ной схеме, приведена на рис. 1.10. Принимаемый сигнал частотой fx
вначале проходит через достаточно широкополосный фильтр Z1, на-
зываемый преселектором, где он фильтруется от внешних помех.
Преселектор выполняет еще одну функцию — он ослабляет так на-
зываемый зеркальный канал приема. В УКВ радиоприемниках пре-
селектор делают перестраиваемым и снабжают усилителем радио-
частоты (УРЧ). Далее сигнал поступает на схему смесителя U1, где
преобразуется в промежуточную частоту /пч (ПЧ). Каким образом
осуществляется преобразование? Дело в том, что смеситель спроек-
тирован так, что имеет возможность перемножать два сигнала. Один
Основные принципы УКВ радиовещания
23
V zi
U1
S/пм
/f* \
G
Z2
U2
J
Рис. 1.10. Структурная схема супергетеродинного приемника
из перемножаемых сигналов — это принимаемый сигнал, а вто-
рой — сигнал гетеродина f2. Гетеродин представляет собой мало-
мощный генератор гармонического сигнала. Математически проце-
дура преобразования частоты выглядит следующим образом.
Запишем выражение для входного сигнала:
Uc=Ucmmcos2nflt.
А так запишем выражение для сигнала гетеродина:
Поскольку смеситель осуществляет операцию перемножения
двух сигналов, после преобразования по формуле произведения ко-
синусов получим
где к — коэффициент преобразования;
Un4— сигнал промежуточной частоты.
Мы видим, что на выходе смесителя появилось две гармониче-
ских составляющих, одна из которой является суммой частоты сиг-
нала и гетеродина, а вторая — разностью. Теперь необходимо ре-
шить, какую из составляющих (суммарную или разностную) исполь-
зовать для дальнейшего преобразования. Теоретически не видно
никакой разницы — составляющие равнозначны. Практически же
оказывается, что гораздо удобнее работать с разностной составляю-
щей, и вот почему. Сигнал ПЧ поступает на фильтр промежуточной
частоты Z2, который отфильтровывает одну из ненужных составляю-
24 Основные принципы УКВ радиовещания
щих. Изготовить фильтр ПЧ для выделения разностной составляю-
щей намного проще, чем для выделения суммарной. Долгое время
для этой цели использовались фильтры сосредоточенной селекции,
построенные на индуктивно-емкостных контурах. Теперь применя-
ются пьезокерамические фильтры. Пьезокерамика технологична в
изготовлении, малогабаритна и стоит недорого. А вот для выделения
суммарной составляющей подойдут только дорогостоящие кварце-
вые фильтры.
Отфильтрованный сигнал ПЧ дополнительно усиливается усили-
телем промежуточной частоты А1 (УПЧ) и детектируется частотным
детектором U2 (ЧД). После детектирования низкочастотный звуко-
вой сигнал усиливается А2 (УПЧ).
«К чему такие сложности? — спросите вы. — Неужели нельзя не-
посредственно детектировать принятый сигнал, предварительно его
усилив?» Кто сказал, что нельзя? Можно поступить и так, если во
всем диапазоне частот работает только одна радиопередающая стан-
ция. Настроил цепи радиоприемника на нее, и можно ни о чем не
беспокоиться. Однако станций много, и слушателю вряд ли понра-
вится, если он одновременно будет слышать голоса двух-трех радио-
передач. Для того чтобы обеспечить селективность приемника (то
есть придать ему способность принимать только нужные частоты),
необходимо ограничить полосу пропускания радиоприемного трак-
та, а сам тракт сделать перестраиваемым. Две эти противоречивые
задачи невозможно совместить в одном устройстве. Вообще-то, если
быть до конца честным, совместить-то можно, но преселектор полу-
чится дорогим, сложным и ненадежным. Гораздо проще изготовить
неперестраиваемый фильтр промежуточной частоты с требуемым
показателем селективности, а перестраивать гетеродин и невысоко-
селективный преселектор одновременно. Вот и вся премудрость су-
пергетеродинного приема.
Рассказывая о супергетеродинном приемнике, мы и не вспомина-
чи, что вместе с полезным сигналом в тракт радиоприемника может
«просочиться» помеха. Поэтому коротко упомянем основные виды
помех и разберемся, чего следует опасаться при приеме УКВ, а че-
го — нет.
Атмосферные радиопомехи — это помехи, источником которых
являются грозовые разряды. Интенсивность атмосферных помех
Основные принципы УКВ радиовещания 25
уменьшается с ростом рабочей частоты диапазона. К счастью, атмо-
сферные помехи проявляются в основном в диапазонах ДВ и СВ, не
«долетая» до диапазона УКВ. В громкоговорителе они прослушива-
ются как трески и шорохи. Единственная возможность услышать
щелчок атмосферной помехи на УКВ — включить приемник в тот
момент, когда разряды молнии происходят над местом приема.
Индустриальные радиопомехи — это электромагнитные возму-
щения, порождаемые различными электротехническими устройства-
ми. Источников индустриальных помех повсюду очень много: элек-
трические двигатели, системы зажигания автомобилей, линии элек-
тропередачи, сварочное оборудование, компьютерная техника,
люминесцентные лампы и т. д. Автору приходит на ум красноречи-
вый пример из его практики: когда за стенкой, в соседней квартире,
включается пылесос или электродрель, в приемнике начинает про-
слушиваться негромкий треск. Треск неприятен на слух и заставляет
на время убавлять до предела громкость.
Пути проникновения индустриальных помех могут быть различ-
ны. Во-первых, помехи наводятся по цепям питания, а во-вторых,
проникают через приемную антенну. Ощутимый эффект ослабления
помехи дает экранировка приемника. Однако полностью избавиться
от индустриальных помех не удается, поэтому с редко возникающи-
ми тресками и шумами легче смириться, чем бороться.
Помехи от посторонних радиопередающих средств возникают
при работе приемника вблизи мешающих источников радиоволн.
Причем излучаемые волны могут находиться в той же полосе частот,
в которой ведется прием, а также в другой полосе частот. «Радиопе-
редатчики находятся далеко от меня, — скажете вы, — и такой вид
помех в моей квартире маловероятен». Но как раз посторонние ра-
диопередающие средства являются основным источником помех на
УКВ. Не верите? Вот первый пример. Несколько лет назад на отече-
ственном рынке появились домашние беспроводные телефоны, излу-
чение радиопередающей части которых попадало в полосу приема
1-го телевизионного канала. Из-за плохо продуманных средств по
борьбе с внеполосным излучением этот телефон буквально забивал
изображение, которое покрывалось плывущей сеткой. В какой-то ме-
ре проблема была решена переходом на более высокочастотную не-
сущую (900 МГц), однако в эксплуатации еще находится немало низ-
26 Основные принципы УКВ радиовещания
кочастотных аппаратов, так что, встретившись с неожиданными по-
мехами телеприему, не стоит исключать данный вариант из
рассмотрения.
Второй пример. При разговоре по беспроводному телефону в од-
ном из уголков квартиры периодически кто-то вклинивается в разго-
вор. Звуки достаточно бессвязны, слов не разобрать, но совершенно
ясно, что это человеческая речь, а не что-то иное. Объяснение здесь
также простое: внеполосное излучение передающего и недостаточ-
ная селективность приемного аппарата приводят к тому, что трубка
«хватает» чужой канал.
Третий пример. Кто увлекался компьютером ZX-Spectrum, навер-
няка помнит, что одновременно с работой компьютера слушать близ-
корасположенный УКВ радиоприемник было невозможно — весь
диапазон забивали «гармоники»... Примеров можно привести множе-
ство. Наверняка и вы вспомнили нечто подобное из вашей практики.
Парадоксально, что сам супергетеродинный приемник также яв-
ляется источником излучения помех от гетеродина. Конечно, мощ-
ность излучения микроскопична, но в ряде случаев будет достаточно
и ее. В этом вы можете убедиться, расположив радиоприемник вбли-
зи комнатной телевизионной антенны, а также настроив телевизор на
3-й метровый канал. К слову, излучения гетеродинов промышленных
приемников нормируются государственными стандартами. Напри-
мер, ГОСТ 5651-64 на радиовещательные приемники нормирует до-
пустимое излучение гетеродина именно в диапазоне УКВ. Но не пу-
гайтесь, конструкции, описанные в этой книге, никому не помешают.
И тем не менее не пренебрегайте высокочастотным экранированием,
сделайте простенький экран там, где его предусмотрел автор.
С помехами мы разобрались. Теперь нам легче будет понять, ка-
кие недостатки имеются у «супергетеродина». Что такое зеркальный
канал, о наличии которого мы уже упоминали вскользь? Зеркаль-
ный канал — это дополнительный канал приема, отличающийся по
частоте от частоты настройки приемника на величину, равную удво-
енному значению ПЧ. Давайте вначале представим, что преселектор
Z1 обладает характеристикой селективности, изображенной на
рис. 1.11 кривой «1». Тогда в полосу приема попадает, кроме полез-
ного сигнала/р еще и мешающий сигнал /,*, отстоящий от полезного
Основные принципы УКВ радиовещания
27
сигнала на значение 2/пч. Далее, как мы помним, сигнал подвергается
преобразованию в смесителе и фильтрации в ФПЧ. Так вот, на выхо-
де смесителя появится не только частота (/J -f2), но еще и (f2 - /,*),
которая пройдет ФПЧ и наложится на основной сигнал, вызовет его
искажения. Хорошо, если на частоте f* эфир чист. А если нет? По-
этому с зеркальным каналом необходимо бороться. Для этого приме-
няются два способа. Во-первых, на УКВ принято завышенное значе-
ние ПЧ (10,7 МГц) по сравнению с диапазонами AM (промежуточная
частота 465 кГц), чтобы «раздвинуть» интервал 2/пч. Во-вторых, ха-
рактеристика селективности преселектора должна быть такой, как
показана на рис. 1.11 кривой «2». Поскольку во всех конструкциях,
описанных в книге, для формирования требуемой селективности ис-
пользуются готовые пьезокерамические фильтры, значение проме-
жуточной частоты нам изменить не удастся. А вот изготовить хоро-
ший преселектор вполне в наших силах.
/пч /1* /2 /1
Рис. 1.11. Зеркальный канал супергетеродинного приемника
Не следует думать, что побочные каналы в супергетеродинном
приемнике ограничиваются только зеркальным каналом. На выходе
смесителя имеются также частоты, образующиеся при смешении
гармоник сигнала и гетеродина в соответствии с формулой
fn4 = mfx±nf2.
В основном, конечно, в этой сумме преобладают гармоники гете-
родина, поскольку он генерирует не совсем гармонический сигнал.
Утешает то обстоятельство, что с ростом тип амплитуды гармоник
резко падают, соответственно и комбинационные частоты практиче-
ски незаметны.
28 Основные принципы УКВ радиовещания
Существуют еще некоторые недостатки, свойственные суперге-
теродинным приемникам, но мы не будем их упоминать в силу их не-
значительности.
Чтобы оценить качество приемника как радиоэлектронного уст-
ройства, введены некоторые оценочные критерии, касающиеся не
только чистоты звука принимаемой радиопередачи, что, конечно, то-
же важно. Оценивается возможность уверенного приема слабых сиг-
налов в условиях помех, эксплуатационные удобства, стабильность
работы и многое другое. Об этом мы и поговорим далее.
Чувствительность — наименьшая величина входного сигнала,
обеспечивающая при некоторых условиях заданный уровень выход-
ного низкочастотного сигнала. Различают максимальную и реальную
(номинальную) чувствительность.
Максимальная чувствительность — чувствительность при но-
минальном уровне выходного низкочастотного сигнала и отношении
сигнал/шум на входе не менее 3 дБ.
Реальная чувствительность — чувствительность при номи-
нальном уровне выходного низкочастотного сигнала и отношении
сигнал/шум на входе не менее 26 дБ (для ЧМ сигнала).
Зачем необходимо измерять чувствительность? Дело в том, что
вместе с полезным сигналом на вход приемника проникают и шумы.
Более того, сам радиоприемник обладает способностью вносить шу-
мы в полезный сигнал, так как шумят каскады его тракта — усили-
тель радиочастоты, смеситель, УНЧ. Природа этого шума — тепло-
вая, поэтому надо обращать особое внимание при конструировании
приемника, какая элементная база применяется. Интегральные мик-
росхемы, используемые для построения приемников, оптимизирова-
ны по чувствительности. Однако, если, скажем, у потребителя воз-
никнет желание сделать дополнительный входной каскад УРЧ на
транзисторе, чтобы принимать более слабые сигналы, можно полу-
чить обратный результат — повысится уровень шума при приеме
близко расположенных станций. Или, например, при прослушивании
высококачественного приемника через шумящий УНЧ в шумах мо-
гут потеряться все усилия, затраченные на создание такого приемни-
ка. Необходимо выбирать малошумящую элементную базу и рацио-
нальные схемы ее включения.
Основные принципы УКВ радиовещания 29
Чувствительность УКВ приемника обычно выражают в микро-
вольтах, что является абсолютной единицей измерения. Но в ряде
случаев удобно пользоваться относительными логарифмическими
единицами, так называемыми децибелами.
Децибелы могут выражать отношение мощностей сигналов:
где Ризм — измеренная мощность, Вт;
Рэт — эталонная мощность, Вт.
Также децибелы могут выражать отношение уровней сигналов:
где UU3At — измеренное напряжение, В;
иэт — эталонное напряжение, В.
Когда необходимо сравнивать сигналы, говоря, что один сигнал
во столько-то раз больше другого, это удобно делать в пределах од-
ного каскада. Если же нам нужно проследить прохождение сигнала
сквозь множество каскадов, эти «разы» приходится умножать друг
на друга. Величины удобнее складывать, что и можно делать с деци-
белами. Если говорить об уровнях сигнала, то 6 дБ — это увеличение
в 2 раза, а 20 дБ — увеличение в 10 раз, их сумма — 26 дБ — увели-
чение в 20 раз. В дальнейшем мы обратимся к графикам, приводи-
мым в технических условиях на интегральные микросхемы. Как ока-
зывается, большинство из них отнормированы также в децибелах,
так что потренируйтесь!
К сказанному добавлю, что 0 дБ — это отсутствие усиления, еди-
ница в «разах», а минусовые децибелы означают, что сигнал ослаб-
ляется.
Каким образом измеряют реальную чувствительность? Делают
эту операцию так. На вход приемника подается сигнал от генератора
стандартных сигналов (ГСС) через эквивалент антенны, как показано
на рис. 1.12.
Поскольку реальная антенна имеет невысокое, но совершенно
конкретное выходное сопротивление, она согласуется со входом
30
Основные принципы УКВ радиовещания
ГСС
110
I 87
150
Радио-
приемник
Рис. 1.12. Эквивалент антенны
приемника. Более того, оказывается, что от входного сопротивления
приемника напрямую зависит амплитуда шумов, действующих на
его вход:
Выходное сопротивление ГСС может отличаться от выходного
сопротивления антенны, поэтому необходимо дополнительное его
согласование с приемником при помощи эквивалента антенны. Вход-
ной сигнал приемника должен иметь уровень, соответствующий но-
минальной чувствительности, индекс модуляции Р = 0,3 и значение
модулирующей частоты 1 кГц. Радиоприемник настраивается на час-
тоту генератора, затем измеряется напряжение на выходе (£/с). Затем
модуляцию выключают и измеряют напряжение шумов на выходе
(C/w). Чувствительность рассчитывают по формуле
Для радиоприемников УКВ норма чувствительности составляет
от 5 до 30 мкВ.
«Хорошо, — скажете вы, — а можно ли оценить чувствитель-
ность изготовленного приемника в домашних условиях, с помощью
подручных средств?» Можно. Для этого собранный приемник нужно
настроить на участок диапазона, свободный от радиостанций, под-
ключив его к бытовому радиокомплексу. Поставив регуляторы гром-
кости и тембра в среднее положение, нужно прослушать звук. Равно-
мерное шипение должно быть чуть заметно. Потом настроиться на
радиостанцию, подключить вместо антенны кусок провода длиной
10—15 см. Радиостанция должна прослушиваться уверенно, хотя и с
небольшим шипением. Если все окажется так, как здесь описано,
значит, приемник получился с вполне удовлетворительной чувстви-
тельностью.
Основные принципы УКВ радиовещания
31
Способность приемника отличить полезный сигнал от внешней
помехи оценивается его селективностью. Различают селективность
по соседнему каналу, по промежуточной частоте и по зеркальному
каналу.
Селективность по промежуточной частоте — возможность ос-
лабления сигналов частот, равных промежуточной. Контролировать
этот параметр необходимо вот почему. В тракт промежуточной час-
тоты может непосредственно проникнуть мешающий сигнал с часто-
той, близкой к промежуточной. Этот сигнал продетектируется и вы-
зовет искажения полезного сигнала. Поэтому фильтр промежуточ-
ной частоты всегда нормируется по такому параметру, как
избирательность по побочному каналу. Нормальным и достаточным
считается ослабление побочного канала, равное 30—40 дБ.
Селективность по зеркальному каналу показывает ослабление
зеркального канала (в дБ) на выходе приемника. Это ослабление
должно быть не менее 20—30 дБ.
Селективность по соседнему каналу оценивается шириной по-
лосы пропускания и усредненной крутизной скатов селективной кри-
вой, а также по многосигнальной селективности. Можно сказать, что
селективность по соседнему каналу является основным параметром,
характеризующим возможность принимать частоты одной передаю-
щей станции, не «захватывая» соседних станций. Измерение первых
двух параметров производится по методу так называемой односиг-
нальной селективности, когда предполагается, что на входе прием-
ника имеется единственный полезный сигнал, свободный от помех.
-6дБ
-26дБ
Рис. 1.13. Оценка односигнальной селективности
32 Основные принципы УКВ радиовещания
Ширину полосы пропускания (Пукв) определяют по уровню
6 дБ от величины напряжения ГСС на входе приемника при соответ-
ствующей частотной настройке. Полоса пропускания на этом уровне
должна соответствовать ширине спектра ЧМ сигнала, о чем мы гово-
рили в предыдущем разделе.
Усредненная крутизна скатов селективной характеристики (SCK)
численно равна отношению величины 20 дБ к разности абсолютных
расстроек по селективной (частотной) характеристике, соответст-
вующих уровням 6 дБ и 20 дБ.
На вход приемника через эквивалент антенны подают сигнал от
ГСС. Входной сигнал модулируют по частоте сигналом 1 кГц с ин-
дексом 0,3. Уровень сигнала устанавливают соответствующим ре-
альной чувствительности. Приемник настраивают на максимум, кон-
тролируя сигнал по выходу низкочастотной части. Затем проводят
цикл измерений в такой последовательности:
а) выключают модуляцию входного сигнала, измеряют напряже-
ние на выходе низкочастотной части, увеличивают напряжение ГСС
в 2 раза (на 6 дБ);
б) расстраивают частоту генератора в обе стороны от частоты на-
стройки приемника;
в) фиксируют частоты fsl и /5*, при которых напряжение на вы-
ходе приемника уменьшается до уровня, равного величине сигнала
при точной настройке;
г) напряжение генератора увеличивают до величины, в 20 раз
большей реальной чувствительности (на 26 дБ);
д) расстраивая ГСС в обе стороны от частоты настройки прием-
ника, фиксируют частоты fsln f*{9 при которых напряжение на выхо-
де уменьшается до величины, равной величине напряжения при точ-
ной настройке.
Ширина полосы пропускания определяется как абсолютная вели-
чина разности между частотами fslu fs\ :
**УКВ ~\Js\ ~ Js\ •
Усредненная крутизна скатов определяется для каждой ветви се-
лективной кривой по формулам
Основные принципы УКВ радиовещания 33
s
f _ f
Js2 J s\
Sck2=
ck2
Js2 J si
He стоит огорчаться сложностью данной методики — нам нет не-
обходимости проводить эти измерения самостоятельно. Они уже
проведены разработчиками интегральных схем. Как мы знаем, селек-
тивность супергетеродинного приемника по соседнему каналу опре-
деляется характеристикой фильтра промежуточной частоты. Мы бу-
дем использовать для своих радиоприемников готовые пьезокерами-
ческие фильтры с нормированной кривой селективности.
Многосигнальная селективность по соседнему каналу оцени-
вается действием на вход приемника полезного и мешающего сигна-
лов при условии, что мешающий сигнал лежит вне полосы приема.
«Какой смысл в такой оценке, — спросите вы, — если приемник об-
ладает селективными свойствами? Он просто отфильтрует внеполос-
ную помеху». Оказывается, что оценивать односигнальную селек-
тивность очень даже нужно, и связано это с неидеальностью элемен-
тов, используемых в тракте приемника.
Прежде всего опасность ухудшения параметров приемника кро-
ется в смесителе. Сигнал очень сильной помехи может попасть непо-
средственно на вход смесителя, тогда возможно возникновение тако-
го явления, как прямое детектирование сигнала на нелинейных эле-
ментах смесителя. Результатом прямого детектирования является
разбаланс схемы смесителя и падения общей чувствительности при-
емника. Это явление называют «забитием» полезного сигнала силь-
ной помехой.
Перекрестные искажения возникают вследствие воздействия
мешающего сигнала, при котором несущая полезного сигнала оказы-
вается промодулированной составляющими мешающего сигнала.
Явление это также объясняется прямым детектированием мощных
мешающих сигналов на нелинейных элементах высокочастотного
тракта, только выражаются они в появлении гула, свиста или посто-
ронней радиопередачи на фоне полезного сигнала. Перекрестные ис-
кажения характеризуются постоянством — они присутствуют неза-
34 Основные принципы УКВ радиовещания
висимо от настройки радиоприемника. Для УКВ приемника появле-
ние перекрестных искажений свидетельствует о том, что он
располагается очень близко к источнику мощного электромагнитно-
го излучения либо крайне некачественно выполнен его монтаж. Вто-
рая причина более вероятна, поэтому следите, чтобы связи между
элементами в радиочастотной части были как можно короче.
Интермодуляция — особый вид помехообразования, когда по-
является помеха с частотой, близкой к частоте полезного сигнала
(или близкой к промежуточной частоте) за счет действия на нелиней-
ные элементы тракта двух сильных мешающих сигналов. Интермо-
дуляция также может проявиться в появлении посторонней радиопе-
редачи. Но интермодуляционная помеха появляется и исчезает при
перестройке, так что классифицировать ее достаточно трудно. К сло-
ву, ни одна из конструкций, описанных в этой книге, не проявила на-
личие перечисленных видов помех. Но если вы все же столкнетесь с
неудовлетворительной работой какой-либо из схем, не спешите де-
лать вывод о неисправности того или иного элемента — возможно,
виновата помеха. Надеюсь, теперь вам будет немного легче узнать
истинную причину.
Хорошей иллюстрацией описанных источников помехообразова-
ния может служить следующая ситуация. Жители Петербурга, часто
проезжающие на автомобилях по набережной Невы мимо телевизи-
онной башни, с огорчением замечают, что неожиданно вблизи башни
начинают «фокусничать» УКВ радиоприемники. То сигнал передачи
резко пропадает, то вдруг с огромными искажениями появляются
звуки посторонних радиопередач. Понять это явление несложно.
Вблизи телебашни присутствует высокий уровень внеполосного из-
лучения передающего оборудования, близкий по частотам к частоте
УКВ радиовещания. Явление «забития» иллюстрируется пропадани-
ем сигнала радиоприемника, а явление интермодуляции — появле-
нием звуков посторонних радиопередач. Чтобы ослабить неприят-
ные эффекты, в конструкции некоторых автомобильных приемников
предусмотрен входной аттенюатор с названием «ближний при-
ем/дальний прием». Ну а у кого такого переключателя нет, тем при-
ходится терпеть, пока автомобиль не покинет зону помех, или при-
глушать громкость.
Основные принципы УКВ радиовещания 35
В заключение этого раздела коротко упомянем еще одну схему
радиоприемника, называемую гетеродинной (или прямого преобра-
зования). Гетеродинная схема — это мощная альтернатива суперге-
теродинному способу приема сигналов. Главная особенность ее со-
стоит в том, что перенос спектра радиосигнала в область звуковых
частот происходит непосредственно в смесителе. Затем полученная
низкочастотная составляющая фильтруется от внеполосных колеба-
ний обычным низкочастотным фильтром (ФНЧ) и поступает на вы-
ход приемника. Существенный недостаток такого вида радиоприема
заключается в переносе обоих полос приема (верхней и нижней),
что служит источником неприятных сюрпризов. Этот недостаток
устраняется использованием так называемого синхронного метода
преобразования частоты и детектирования. Суть его в следующем.
В радиоприемный тракт вводится гетеродин, частота и фаза колеба-
ний которого синхронизируется с несущей принимаемого сигнала.
Боковые полосы сигнала, смешиваясь с сигналом гетеродина, обра-
зуют в смесителе продетектированный звуковой сигнал. Самым
простым методом синхронного детектирования является прямой за-
хват частоты колебаний гетеродина колебаниями несущей и после-
дующей автоматической синхронизацией. Метод прямого захвата
хорошо оправдывает себя там, где влияние мешающих сигналов не-
велико, однако в условиях действия мощных помех происходит рас-
синхронизация и потеря слежения. В середине 1980-х годов появи-
лась радиолюбительская конструкция синхронного приемника
А. Захарова [9, 10], в которой как раз и использовался метод прямо-
го захвата. По сути, для приема УКВ радиостанций требовался все-
го один (!) транзистор, несколько резисторов и конденсаторов, пара
бескаркасных катушек индуктивности и батарейка напряжением
1,5 В. Простота приемника настолько окрылила автора этой книги,
что он немедленно, за несколько часов, на куске картона, собрал
приемник А. Захарова и опробовал его в работе. Конечно, стабиль-
ность работы оставляла желать лучшего, но, как известно, это плата
за простоту.
Дальнейшее развитие идеи гетеродинного приема привело к раз-
работке промышленного однокристального приемника на микросхе-
ме КХА058. Микросхема активно продавалась на радиолюбитель-
ских рынках, разрабатывались несложные радиоприемники на ее ос-
36 Основные принципы УКВ радиовещания
нове. Не обошла эта микросборка и автора данной книги, в арсенале
которого есть публикация [И], описывающая громкоговорящий
УКВ приемник. Нужно сказать, что КХА058 — это уже вчерашний
день гетеродинного радиовещательного приема, поскольку она не
имела встроенного индикатора точной настройки, да и нестабильно
работала в зарубежном FM диапазоне. Сегодня наиболее актуальной
является микросхема КР174ХА34АМ, с которой мы и начнем путе-
шествие в мир УКВ в практической части нашей книги. А сейчас
давайте познакомимся с частотно-селективными цепями — основ-
ными устройствами, обеспечивающими избирательные свойства
приемника.
1.4. Немного о частотно-селективных цепях
Чтобы читателю было более понятно, каким образом обеспечива-
ется избирательность приемника, автор счел возможным включить в
книгу небольшой рассказ о частотно-селективных цепях и основах
оценки их параметров. Если вас заинтересует этот вопрос более под-
робно, вы можете взять любой учебник радиотехники и познако-
миться с этим интересным видом электрических цепей. А сейчас пе-
рейдем непосредственно к цепям.
Колебательный контур — простейшая частотно-селективная
цепь, состоящая из катушки индуктивности (Lk), конденсатора (Ск) и
активного сопротивления (Rk). Сопротивление Rk обусловлено нали-
чием активных потерь в контуре. Откуда появляется сопротивление
потерь? Поскольку контур составлен из неидеальных элементов, у
катушки индуктивности обязательно имеется активное сопротивле-
ние, образованное сопротивлением провода, которым она намотана.
Интересно отметить, что это сопротивление зависит от частоты тока.
Только постоянный ток и ток небольшой частоты проходит равно-
мерно по всему сечению проводника. Токи радиочастоты, из-за нали-
чия в проводнике эффекта вытеснения, называемого физиками
скин-эффектом, протекают только в тонком поверхностном слое. От-
сюда растут и потери.
Различают последовательный и параллельный колебательные
контуры. В этой книге вы не встретитесь с последовательными коле-
Основные принципы УКВ радиовещания
37
бательными контурами. Однако теория, приведенная в этом разделе,
касается их в той же степени, что и параллельных.
Rk
а)
б)
Рис. 1.14. Одиночные частотно-селективные цепи
а) — последовательного типа; б) — параллельного типа
Резонансная кривая — основная характеристика колебательно-
го контура, показывающая зависимость амплитуды напряжения на
входных контактах (Uk) от частоты приложенного к нему напряже-
ния (Ег). На рис. 1.16 показано семейство резонансных кривых. Как
видно, все кривые имеют колоколообразный вид с максимумом на
частоте резонанса (f0). Частота резонанса определяется по формуле
Томсона:
f 159
Если в формулу подставить Ск в пикофарадах, a Lk — в микроген-
ри, то результатом будет значение частоты в мегагерцах.
Нетрудно заметить, что кривая Q, при одинаковой резонансной
частоте f0 «плавнее», чем кривая Q3. Это означает, что контуры, ха-
Рис. 1.15. К определению
основных параметров
колебательного контура
Qi
/о
Рис. 1.16. Резонансные кривые
колебательного контура
Основные принципы УКВ радиовещания
растеризуемые этими кривыми, имеют разную добротность. Что та-
кое добротность, легче понять, рассматривая не частотные характе-
ристики резонансных систем, а временные. Колебательный кон-
тур — это как бы электрический аналог колокола. Допустим, если
мы ударим по хорошему колоколу, он будет долго и красиво гудеть.
А вот если мы стукнем тяжелым предметом по известному Царь-ко-
локолу, то ничего, кроме разочарования, не получим, поскольку ус-
лышим короткий и глухой звук. Отколовшийся во время неудачного
охлаждения кусок нарушил высокодобротный характер колебатель-
ной системы, внес большие потери. Поэтому его и поднимать на
звонницу не стали — уже на земле стало ясно, что колокол погиб как
колокол. Кстати, в хозяйственном магазине продавцы именно по зву-
ку определяют, имеет ли посуда скрытые трещины.
Итак, высокодобротная система характеризуется тем, что, имея
небольшие потери, долго сохраняет колебания. Низкодобротные
системы с большими потерями «умолкают» гораздо быстрее. Точно
так же происходит с электрическими колебаниями в резонансных
контурах.
--V--
Рис. 1.17. Затухание колебаний в высоко добротном (1)
и низкодобротном (2) контуре
Чтобы определить добротность контура, необходимо знать его
характеристическое (волновое) сопротивление. Не вдаваясь в под-
робности, скажем, что волновое сопротивление определяется:
159
Основные принципы УКВ радиовещания 39
Если в приведенные формулы/, подставлять в мегагерцах, Ьк — в
микрогенри, аСк — в пикофарадах, то значение волнового сопротив-
ления получим в килоомах.
Добротность контура определяется
я,
Хорошо видно, что добротность — это безразмерная величина,
показывающая, во сколько раз волновое сопротивление контура
больше сопротивления активных потерь в нем.
Проанализируем теперь процессы, происходящие в контуре, по
рис. 1.15. Допустим, что частота генератора Ег много меньше резо-
нансной частоты контура. Тогда катушка Lk будет шунтировать ис-
точник, а значит, все напряжение Ег упадет на активном сопротивле-
нии Ra (за вычетом пренебрежимо малого падения на RK). Такая же
точно ситуация наблюдается и в области частот, намного выше резо-
нансной, только шунтировать источник там будет конденсатор Ск.
Но что происходит на резонансе? А на резонансе общее сопротивле-
ние контура становится чисто активным, но его значение во много
раз больше сопротивления активных потерь Rk
С учетом вышеприведенных соотношений
где Roe, — так называемое резонансное сопротивление контура.
Таким образом, делитель RJloe будет целиком определяться со-
противлением Roe, на резонансе возникнет увеличение амплитуды на-
пряжения UK.
Только что мы рассмотрели процесс настройки радиоприемника
на нужную полосу частот. При приеме спектров радиосигналов очень
важно, чтобы тракт приема пропускал без искажений определенную
полосу частот и в то же время не «захватывал» чужих спектральных
составляющих. Прежде чем дать определение свойств селективности
контура, введем несколько понятий, облегчающих понимание этого
вопроса. Тем более, что эти понятия часто встречаются и в профес-
сиональной, и в радиолюбительской литературе.
40 Основные принципы УКВ радиовещания
Колебательный контур называется настроенным, если частота
генератора Ег, подключенного к его контактам, совпадает с резонанс-
ной частотой контура f0. При несовпадении частот генератора и кон-
тура последний именуется расстроенным. Чтобы оценить степень
расстроенное™ контура, введено понятие расстройка.
Абсолютная расстройка — разность между частотой генератора
и резонансной частотой колебательного контура:
где /— частота генератора.
Относительная расстройка — приведенная к резонансной час-
тоте контура абсолютная расстройка. Удобство ее состоит в том, что
относительная расстройка измеряется не в относительных единицах,
а в «разах».
При небольших абсолютных расстройках (Af<f0 ) удобнее поль-
зоваться приближенной формулой для вычисления относительной
расстройки:
Обобщенная расстройка — величина, связывающая относи-
тельную расстройку и добротность контура:
Коэффициент передачи колебательного контура — отношение
напряжения на элементах контура к напряжению генератора, под-
ключенного к входным контактам контура:
Нетрудно заметить, что на резонансе к0 = 1.
Нормированный коэффициент передачи — величина, равная
отношению коэффициента передачи контура при расстройке к коэф-
фициенту передачи на резонансе:
Основные принципы УКВ радиовещания 41
Для одиночного контура
1
Нормированная резонансная кривая — очень удобный вид
представления резонансной кривой не только одиночных контуров,
но также и более сложных резонансных систем. Чтобы построить
нормированную резонансную кривую, по горизонтальной оси необ-
ходимо отложить обобщенную расстройку (%), а по вертикальной
оси — нормированный коэффициент передачи (у). При построении
нормированной резонансной кривой удобно по вертикальной оси от-
кладывать не «разы», а децибелы:
Горизонтальная ось в таком случае тоже становится логарифми-
ческой, как показано на рис. 1.18.
Теперь мы можем приступить к оценке селективных свойств оди-
ночного колебательного контура.
Селективность контура — характеристика ослабления сигнала
генератора при заданной расстройке. Селективность численно равна
обратному значению нормированного коэффициента передачи. Од-
нако удобнее селективность выражать в децибелах:
^е(дБ) ~~~У(дБ) '
Для одиночного контура
Знак «минус», как мы помним, означает, что присходит ослабле-
ние сигнала.
Ясно, что селективность параметр достаточно условный, так как
его значение зависит от величины расстройки. Тем не менее мы мо-
жем уже сейчас оценить селективность по зеркальному каналу оди-
ночного контура, имеющего следующие параметры:
- частота резонанса/, = 100 МГц; добротность Qk = 100;
- абсолютная расстройка Af= 21,4 МГц (удвоенное значение ПЧ).
42
Основные принципы УКВ радиовещания
о :
10
100
10
20
30
ч
\
\
\
\
\
\
\
\
V
\
\
\
\
40
у, дБ; /Se/, дБ
Рис. 1.18. Нормированная резонансная кривая одиночного
колебательного контура
По исходным данным находим
Селективность одиночного контура по зеркальному каналу полу-
чилась вполне подходящей для УКВ радиоприемника с запасом.
К сожалению, в дальнейшем мы увидим, что селективность конту-
ров, работающих в реальных схемах, меньше, а следовательно, мень-
ше и добротность. Снижение добротности происходит потому, что
контуры нагружаются другими элементами радиоприемного тракта,
в частности, сопротивлениями усилительных каскадов.
Основные принципы УКВ радиовещания
43
Чтобы более конкретизировать селективные свойства частот-
но-селективных цепей, было введено понятие полосы пропускания.
Полоса пропускания — величина, характеризующая Ширину
нормированной резонансной кривой, отсчитываемую на заданном
уровне. Полоса пропускания (обратите внимание!) всегда сопровож-
дается индексом, указывающим, на каком уровне происходит отсчет.
«Таких полос у контура бесконечное множество, — скажете вы, — и
какую полосу принять за оценочную характеристику, непонятно».
Оказывается, для достаточно подробной оценки селективных
свойств нужно иметь данные всего по трем точкам: на уровне 0,7 (ос-
лабление 3 дБ), на уровне 0,5 (6 дБ) и на уровне 0,1 (20 дБ).
Для одиночного контура
П - —
ZO,5
Давайте определим значение полосы пропускания для контура,
данные для которого были заданы в предыдущем примере:
= 1,7 |^ = 1,7 МГц,
Яп,=10-^ = 10МГц.
0,1
Рис. 1.19. К определению полосы пропускания
44
Основные принципы УКВ радиовещания
Коэффициент прямоугольности — характеристика формы
нормированной резонансной кривой. Коэффициент прямоугольно-
сти выражается отношением полосы Пу к полосе, отсчитанной на
уровне 3 дБ:
* -
i0,7
Например, для уровня 20 дБ коэффициент прямоугольности од-
ного колебательного контура kn =10.
Se,Y
Пу
П0,7 ^
У ,
У0.7
о %
Рис. 1.20. К определению коэффициента прямоугольности
Крутизна ската резонансной кривой — отношение разности
двух уровней нормированной резонансной характеристики (у2 —j^),
выраженных в децибелах, к разности абсолютных расстроек (в кГц),
соответствующих этим уровням (Af2 — A/J):
У2 '
(дБ/кГц).
Давайте зададим себе вопрос: каким образом должна работать
идеальная частотно-селективная цепь? Ее задача — равномерно про-
пускать всю полосу частот, занимаемую радиосигналом, и предельно
ослаблять внеполосные частоты. То есть идеальная частотно-селек-
тивная цепь обладает прямоугольной селективной характеристикой,
как показано на рис. 1.22. Коэффициент прямоугольности такой це-
пи, естественно, равен 1, а крутизна скатов — бесконечно большая.
Основные принципы УКВ радиовещания
45
Реально такую частотно-селективную цепь не построить, более того,
в теоретической радиотехнике показано, что любая реальная цепь бу-
дет обладать конечной крутизной скатов и иметь неравномерность в
полосе пропускания.
Рис. 1.21. К определению крутизны
ската резонансной кривой
Рис. 1.22. Идеальная
частотно-селективная цепь
Интересно оценить одиночный колебательный контур с этих по-
зиций. Увы, одиночный контур обладает неважным коэффициентом
прямоугольное™, поскольку неравномерность передаточной харак-
теристики контура на краях полосы пропускания приводит к частот-
ным искажениям сигнала. Чтобы сгладить неравномерность, требу-
ется расширять полосу пропускания, а значит, снижать селектив-
ность. Поэтому одиночный колебательный контур допустимо
использовать в преселекторах радиовещательных УКВ приемников,
но для фильтра промежуточной частоты (ФПЧ) он совершенно не
подходит.
Прежде чем перейти к рассказу о частотно-селективных цепях,
используемых в трактах ПЧ, несколько слов о нагруженных колеба-
тельных контурах. Наверняка вы, уважаемые читатели, как любозна-
тельные радиолюбители (а именно вас автор считает таковыми, по-
скольку вы читаете этот раздел), не раз изучали схемы бытовой ра-
диоаппаратуры. Например, в радиоприемном тракте магнитолы
«Вега-331» (см. издание [12]) на входе высокочастотного блока УКВ
можно увидеть каскад, приведенный на рис. 1.23. Очень похожий
каскад можно встретить и во многих других моделях радиоприемни-
ков. Спросите, а не проще было бы антенну подключить к транзисто-
46
Основные принципы УКВ радиовещания
ру УРЧ или включить колебательный контур, как показано на
рис. 1.24? Бесспорно проще, однако в этом случае входной контур
оказывается нагруженным входным сопротивлением транзистора
УРЧ, соответственно резко снижается добротность контура. Для ос-
лабления влияния нагрузки применяют неполное включение конту-
ра. Но не думайте, что чрезмерное ослабление нагрузки — отличное
решение в данном случае. Контур не перестраивается по диапазону,
соответственно его резонансная частота выбирается равной средней
частоте диапазона. Здесь будет обеспечен хороший прием, а вот на
краях диапазона чувствительность приемника снизится и ослабление
несущей станет заметным на слух даже с хорошей антенной. Так что
добротность контура нужно выбрать такой, чтобы контур, во-пер-
вых, выполнял функцию предварительной фильтрации внеполосных
помех, а во-вторых, не «гасил» края диапазона. Задача состоит в вы-
боре коэффициента включения контура.
11 г Р
_L i. IT 68пф
К транзистору
УРЧ
Ег
Uk IRh
Рис. 1.23. Типовой входной каскад блока
УКВ отечественного промышленного
радиоприемника
Рис. 1.24. Нагруженный
колебательный контур
Коэффициент включения контура — отношение напряжения
между точками подключения нагрузки к напряжению на полном кон-
туре. Для емкостного способа неполного включения (рис. 1.25) коэф-
фициент включения определяется из следующего соотношения:
С,
Рис. 1.25. Пример неполного включения контура
Основные принципы УКВ радиовещания 47
Существует несколько видов неполного включения контура, на-
пример трансформаторный и автотрансформаторный. Эквивалент-
ные параметры нагруженного контура связаны с конструктивными
параметрами следующими соотношениями:
где Q3, /7Э, R°oe— эквивалентные параметры нагруженного контура.
Тем не менее лучшие результаты дают перестраиваемые вход-
ные фильтры, которые с помощью переменной емкости или (что ре-
же) индуктивности настраиваются на частоту приема. Тогда есть
смысл бороться за высокую добротность.
Для перестраиваемых контуров введено понятие коэффициент
перекрытия диапазона, численно равного отношению максималь-
ной частоты диапазона (fmax) к минимальной частоте (fmit). В табл. 1.3
приведены коэффициенты перекрытия для отечественного и импорт-
ного (FM) диапазонов УКВ радиовещания.
Таблица 1.3
Диапазон, МГц
64—74
88—108
Средняя частота, МГц
69
98
Коэффициент перестройки
1,16
1,28
Коэффициент перестройки — важный параметр, так как в УКВ
приемнике, построенном по супергетеродинной схеме, требуется
обеспечить сопряжение настроек преселектора и гетеродина таким
образом, чтобы при любом положении ручки настройки разность
частоты резонанса преселектора и гетеродина была равна (или близ-
ка с допустимой погрешностью) промежуточной частоте. Как прави-
ло, для УКВ приемников, описанных в этой книге, сопряжение на-
48 Основные принципы УКВ радиовещания
строек будет заключаться в подстройке резонансной частоты пресе-
лектора по максимуму выходного сигнала на средней частоте
диапазона.
Недавно во входном каскаде преселектора стали использовать
фильтры на поверхностно-акустических волнах (ПАВ). Они отлича-
ются тем, что имеют неплохую крутизну скатов за пределами диапа-
зона при довольно равномерной характеристике в полосе пропуска-
ния. Говоря по-другому, коэффициент их прямоугольности лучше
такого же параметра для одиночного колебательного контура. К со-
жалению, купить этот полезный элемент, при всем разнообразии
предлагаемых компонентов, автору не удалось. Выпаяв фильтр ПАВ
из старого радиоприемника и поставив его на вход самодельного,
разницы в звучании, перестройке, помехоустойчивости выявить не
удалось. Поэтому автор решил не снабжать конструкции, описанные
в книге, этими фильтрами. Но если вам попадут в руки такие элек-
тронные компоненты, смело ставьте их в схему, возможно, они выру-
чат вас в какой-нибудь необычной ситуации. А сейчас настало время
поговорить о тракте ПЧ.
Частотно-селективные цепи тракта ПЧ, как нам уже известно,
обеспечивают селективность супергетеродинного приемника по со-
седнему каналу. Если диапазон, в котором идет прием, не слишком
«забит» передающими станциями, то и требования к фильтрам про-
межуточной частоты не слишком высокие. А если диапазон «густо-
населен», тут уж хочешь не хочешь необходимо иметь хороший
ФПЧ, чтобы обеспечить качественный прием. Однако слишком уз-
кополосный фильтр ПЧ может «отрезать» крайние частоты боковых
полос радиосигнала и исказить звук. УКВ диапазон сегодня можно
считать густонаселенным, так как в нем регулярно появляются но-
вые радиостанции. Какова же должна быть полоса фильтра проме-
жуточной частоты для качественного приема радиопередач в этом
диапазоне?
Сегодня в России используется два диапазона УКВ волн — так
называемый отечественный и зарубежный. Отечественный диапа-
зон (условно именуемый диапазоном ЧМ) функционирует в нашей
стране с 50-х годов, он хорошо известен всем, так как промышлен-
ные приемники, выпущенные в нашей стране, имеют возможность
приема радиопередач только в этом диапазоне. В последние десять
Основные принципы УКВ радиовещания
49
лет во многих городах России появились радиостанции, вещающие в
зарубежном частотном (условно называемом FM) диапазоне. Прини-
мать передачи этого диапазона поначалу могли только редкие обла-
датели импортных магнитол. Теперь, с распространением импортной
радиоаппаратуры, оба диапазона уравнялись в правах, а в крупных
городах западный стандарт вещания даже начинает лидировать.
К сожалению, робкие попытки разработать массовый отечественный
промышленный приемник FM диапазона пока не имеют большого
успеха. Будем надеяться, что вскоре ситуация изменится к лучшему.
Разговор о принципиальных отличиях этих диапазонов состоится у
нас в разделе, посвященном стереофоническому вещанию, а пока,
воспользовавшись данными табл. 1.4, прикинем, какую полосу про-
пускания нужно иметь фильтру промежуточной частоты, чтобы без
искажений принимать передачи обоих диапазонов.
Таблица
ЧМ
FM
1.4
Диапазон, МГц
64—74
88—108
Верхняя
частота,
15
15
кГц
Девиация,
50
75
кГц
Поскольку девиация частоты на FM диапазоне больше, следует
ожидать более широкого спектра радиосигнала. Давайте убедимся,
что наше предположение верно.
Индекс модуляции ЧМ диапазона
Индекс модуляции FM диапазона
Н 15
Ширина спектра радиосигнала в диапазоне ЧМ
Вчм= 2-15(1 + 3,3 + V^3) = 180 кГц.
Ширина спектра радиосигнала в диапазоне FM
Вт = 2 • 15 • (1 + 5 + V5) s 250 кГц.
50 Основные принципы УКВ радиовещания
Ширина спектра «диктует» частотную сетку, то есть разнос час-
тот радиостанций друг относительно друга. Мы видим, что в отече-
ственном диапазоне станции могут плотнее прилегать друг к другу,
чем в зарубежном. Попутно можно сделать интересный вывод, ка-
сающийся конструкции приемников, рассчитанных на двухдиапазон-
ный вариант. Если мы желаем обеспечить высококачественный при-
ем станций в обоих диапазонах с помощью одного и того же тракта,
нам необходимо сужать полосу пропускания ФПЧ при работе в оте-
чественном диапазоне и расширять ее на диапазоне импортном. За-
дача, прямо скажем, не слишком простая, однако есть и другой путь.
Если выбрать компромиссный фильтр со средней частотой, следует
ожидать некоторого снижения качества звука принимаемых радио-
передач. Тем не менее этот путь в большинстве случаев устроит слу-
шателя — ощутимо большой разницы между первым и вторым вари-
антом, как правило, не наблюдается.
Изготовление хорошего ФПЧ всегда считалось высококлассной
задачей, требующей определенного опыта, пока не появились гото-
вые пьезокерамические фильтры с требуемыми параметрами. Тем не
менее традиционные фильтры, построенные на основе колебатель-
ных контуров, все еще широко используются в технике радиоприема.
Поэтому нелишне будет потратить время и сделать небольшой экс-
курс в теорию фильтров сосредоточенной селекции.
Если одноконтурному фильтру мы успели поставить однознач-
ный диагноз, свидетельствующий о невозможности его использова-
ния в тракте ПЧ, то возникает законный вопрос: что делать? На по-
мощь приходят системы связанных контуров.
Связанные колебательные контуры — это система одиночных
колебательных контуров, имеющих общую электрическую или маг-
нитную связь. Основные виды связи между контурами: внешняя ем-
костная (рис. 1.26, а), внутренняя емкостная (рис. 1.26, б) и транс-
форматорная (рис. 1.26, в).
Очень важный параметр, который используется при расчетах час-
тотных характеристик связанных систем, — это коэффициент связи.
Для рис. 1.26, а:
к - с-
" с
Основные принципы УКВ радиовещания
51
Сев
1Г7Г
а)
г
Lkj
Ск
II
II
Т
Т
Ск
||
II
Сев |
Jt
Lk
4
X
Lk
*-*
м
г
1к
1
т
б)
Рис. 1.26. Виды связи
в)
Для рис. 1.26, б:
Для рис. 1.26, в:
*_=■
С, +С.
it -¥~
св~и
где М— взаимная индуктивность контуров.
Наиболее часто для построения ФПЧ радиовещательных прием-
ников использовали схему «а», поэтому рассмотрим ее подробнее.
Простейший фильтр на ее основе носит название двухконтурного
полосового фильтра. Схематически он выглядит точно так же,' но
сигнал подается на отвод левой катушки, а снимается с отвода пра-
вой катушки. Отводы предусматривают для понижения степени на-
груженности контуров и повышения их эквивалентной добротности.
Знакомая схема? Наверняка вы встречали ее в несложных перенос-
ных супергетеродинных приемниках AM диапазона, выпущенных в
начале 70-х годов. Радиолюбительские приемники, опубликованные
в разное время в журнале «Радио», как правило, также оснащались
двухконтурными фильтрами.
Чтобы оценить качество двухконтурного полосового фильтра,
введем некоторые параметры. В этом списке мы встретим знакомые
по одноконтурному фильтру названия.
Селективность двухконтурного фильтра оценивается по специ-
ально составленным таблицам и графикам, поскольку аналитические
выражения для ее оценки неудобны в практическом применении. Си-
туация осложнена тем, что селективность здесь зависит не только от
параметров самих контуров, но также и степени связи между ними.
52
Основные принципы УКВ радиовещания
Сугубо ориентировочно можно считать, что двухконтурный фильтр
дает выигрыш в 6 дБ относительно одиночного контура.
Параметр связи учитывает коэффициент связи контуров и их
добротность. Параметр связи влияет на форму частотной характери-
стики, коэффициент передачи и селективность:
Если параметр связи близок к единице, эту связь называют кри-
тической. Критическая связь важна тем, что значительно упрощает
расчет связанной системы.
Полоса пропускания двухконтурного фильтра при критической
связи оказывается на 40% шире, чем для одиночного колебательного
контура. Однако не думайте, что здесь имеет место обычное снижение
добротности колебательной системы. В данном случае крутизна скатов
становится больше. Если связь больше критической (г\св> 1), полоса
расширяется, как показано на рис. 1.27. Обратите внимание: частотная
характеристика становится «двугорбой», как будто вершину частотной
характеристики одиночного колебательного контура «промяли» паль-
цем. Коэффициент прямоугольное™ двухконтурного фильтра лучше.
Оценить полосу пропускания такого фильтра (в условиях крити-
ческой связи) можно по следующему соотношению:
Т|св = 1
/1 /0 /2
Рис. 1.27. Частотная характеристика двухконтурного ФПЧ
при различных параметрах связи
Основные принципы УКВ радиовещания 53
Коэффициент передачи двухконтурного фильтра за счет потерь,
вносимых связью контуров, оказывается меньше аналогичного пара-
метра одиночного контура. При критической связи коэффициент пе-
редачи оказывается в два раза меньше коэффициента передачи резо-
нансного контура:
k -к
Затухание — параметр, оценивающий ослабление полезного
сигнала в фильтре за счет потерь связи:
При критической связи затухание двухконтурного фильтра со-
ставляет 6 дБ.
При расчете фильтра, как уже было отмечено, обязательно нужно
учитывать нагрузки и корректировать добротность. С учетом сказан-
ного разработка даже простенького двухконтурного ФПЧ выливает-
ся в весьма непростую задачу, доступную лишь опытному радиолю-
бителю. Теперь представьте, что для приличного приемника двух-
контурного фильтра недостаточно — ему нужен по крайней мере
трехконтурный, а еще лучше — четырехконтурный. Такие фильт-
ры называются фильтрами сосредоточенной селекции (ФСС).
К примеру, в магнитоле «Ореанда-201», выпущенной в середине 80-х
годов, для селекции AM диапазонов используется четырехконтур-
ный фильтр. Если же разбираться в конструкции ФСС для УКВ диа-
пазона, то окажется, что он имеет четыре (!) каскада двухконтурных
фильтров, поставленных в ряд, один за одним. Чувствуете важность
и ответственность этой составной части приемника?
При проектировании сложных ФСС все контуры стремятся сде-
лать одинаковыми, а конденсаторы, отвечающие за связь, выбрать
такими, чтобы, с учетом нагрузок, они установили критические свя-
зи. Далее наступает этап настройки. Чтобы ФСС настроить на тре-
буемую полосу, в катушках индуктивности предусматривают под-
строечные сердечники. Варьируя индуктивностью катушек, контуры
расстраивают, контролируя полосу пропускания и форму передаточ-
ной характеристики по приборам. Частотная характеристика приоб-
54 Основные принципы УКВ радиовещания
ретает трехгорбый характер (у трехконтурного ФСС) или четырех-
горбый (у четырехконтурного).
Для ФСС вводят следующие основные параметры:
о номинальная частота настройки (равна промежуточной час-
тоте);
• селективность по побочному каналу;
• ширина полосы пропускания;
• вносимое затухание;
• неравномерность АЧХ в полосе пропускания.
Из этого ряда практически все параметры нам знакомы. Добавлю,
что для трехконтурного фильтра затухание составляет 9,5 дБ, а для
четырехконтурного — 14 дБ. Эти цифры приведены для случая кри-
тической связи.
Ну что, приуныли, несмотря на все мои заверения? Не унывайте!
Если бы сборка супергетеродинного УКВ приемника превращалась
бы в долгое Ичкропотливое занятие, автор едва ли взялся за книгу по
этой теме, адресованную широкому кругу радиолюбителей. К сча-
стью, техника наших дней заключила сложный ФСС со множеством
настроек и изрядным куском теоретических знаний в «черный
ящик», не забыв указать его параметры.
Вот мы и подошли к описанию пьезокерамических фильтров, ко-
торые представляют собой маленькие квадратики с тремя выводами,
один из которых вход, второй — выход, третий — «общий». Снару-
жи все точно так же, как и для случая классического ФСС! Однако
пьезокерамические фильтры сегодня пользуются огромной популяр-
ностью у разработчиков массовой аппаратуры, поскольку они мало-
габаритны, не требуют настройки, технологичны, хорошо сохраняют
свои селективные свойства на протяжении времени, недороги.
В мире существует достаточно много фирм, производящих «пье-
зокерамику», их продукция близка по параметрам, номенклатуре и
качеству. Поэтому автор решил не останавливаться на обзоре рынка
этих изделий, а привести характерный пример, представленный на
отечественном рынке.
Фирма «Murata» — один из мировых лидеров по производству
пьезокерамических фильтров. Для радиоприемников FM и ЧМ диа-
пазонов выпускаются следующие виды фильтров промежуточной
частоты, приведенные в табл. 1.5.
Основные принципы УКВ радиовещания
55
Таблица 1.5
Тип ФПЧ
SFE10.7MA5-A
SFE10.7MS2-A
SFE10.7MS3-A
SFE10.7MJA10-A
По,?, кГц
280
230
180
150
По,1, кГц
650
600
520
360
Затухание, дБ
4—6
4—6
4,5—7
4,5 ±2,0
Подавление
побочного канала, дБ
30-^3
40-45
40—45
35—44
Нелишне напомнить: параметр, свидетельствующий о степени
подавления побочного канала, говорит о том, что внеполосные час-
тоты тоже могут проходить сквозь пьезокерамический фильтр, их ос-
лабление гарантируется в приведенных пределах. Это еще лучше
видно из частотных характеристик, приведенных на рис. 1.28, а.
Конструктивные размеры фильтра серии МА5 показаны на
рис. 1.28, б. Фильтры других серий имеют аналогичные размеры.
Нелишне также запомнить, что пьезокерамический фильтр дол-
жен быть согласован с нагрузками. Разработчики рекомендуют в ка-
честве нагрузки с обеих сторон сопротивления не более 330 Ом.
Вот, пожалуй, и все начальные сведения, которые хотелось при-
вести в разделе о частотно-селективных цепях. Существует целый
класс цепей, рассчитанных на использование в трактах НЧ. Эти цепи
называются фильтрами низкой частоты, и о них мы поговорим то-
гда, когда вы приступите к изготовлению приемников. А сейчас — о
стереофоническом вещании на УКВ.
1.5. Стереофоническое радиовещание
В этом разделе у нас состоится обстоятельный разговор о прин-
ципах стереофонического вещания на УКВ, его особенностях, воз-
можностях и ограничениях. Пожалуй, в наши дни УКВ радиовеща-
тельный прием получил доселе невиданную популярность. Давайте
вспомним, что было раньше, и сравним с тем, что имеется сейчас.
В прежние годы на УКВ в крупных городах вещали две-три радио-
станции: традиционный всесоюзный «Маяк», центральное и местное
радио. На дачах обычно слушали передачи на средних и длинных
волнах. Еще один образ, прочно вошедший даже в художественную
56
Основные принципы УКВ радиовещания
SFE10.7MA5-A
SFE10.7MS2-A
ю
10
л- 20
30
40
50
60
70
9,7 10,7 11,7 12,7
Частота, МГц
SFE10.7MS3-A
fill
\
л
J
Л
V
8,7 9,7 10,7 11,7 12,7
Частота, МГц
£
10
■r 20
30
40
50
60
70
Лг
T
/
/
■л
1
\i
If
г
\!
8,7 9,7 10,7 11,7 12,7
Частота, МГц
л 10
о 30
а)
40
50
60
70
SFE10.7MJA10-A
л/
У
\
1
\
\
i
\
1
ы
п
8,7 9,7 10,7 11,7 12,7
Частота, МГц
7,0
E10.7S
(Й! П
Г
ч
/
7,0
5,0
2,5 2,5
- — -
3+1
WWW
6)
Рис. 1.28. a — частотные характеристики фильтров промежуточной частоты
фирмы «Murata»; б — Конструктивные параметры фильтра SFE10,7MA-5
Основные принципы УКВ радиовещания 57
литературу, — человек, крутящий ночью ручку настройки коротко-
волнового приемника в надежде услышать сквозь рев «глушилок»
слова «голосов». К счастью, эти ночные времена ушли в прошлое.
Сегодня некоторые наиболее известные «голоса» ретранслируются
местными средневолновыми и длинноволновыми радиопередатчика-
ми, желающие могут просто настроиться на волну и не напрягаясь
слушать. Надо сказать, что снятие запретов не увеличило, а резко
уменьшило количество их слушателей. В основном сегодня популяр-
ны музыкально-информационные радиостанции УКВ диапазона. На-
пример, присмотритесь к кабине профессионального шофера, крутя-
щего баранку изо дня в день, и вы обязательно увидите (и услышите)
магнитолу, настроенную на музыкальную УКВ радиостанцию. Му-
зыка, чередующаяся со сводками новостей, конкурсами, поздравле-
ниями, шутками ди-джеев, вносит разнообразие в монотонный рабо-
чий ритм, успокаивает нервы. Обратите внимание на сотрудников
предприятий, слушающих передачи УКВ диапазона в обеденный пе-
рерыв, и не только. Даже продавцы еды привлекают проголодавших-
ся покупателей музыкой магнитол, выставленных на улицу. На УКВ
диапазоне есть музыка на все вкусы — от ретро до техно. Очень по-
пулярен этот диапазон у молодежи, ведь редкая радиостанция не
предоставляет возможность позвонить в «прямой эфир» и заказать
песню в день рождения любимой девушки или свадьбы друга, или
просто передать привет знакомым. Идея интерактивного вещания, о
которой давно говорят журналисты электронных СМИ, потихоньку
начинает реализовываться.
Что же привлекает работников радиовещания и слушателей в
УКВ диапазоне? Прочитав предыдущие разделы этой книги, мы уже
можем назвать причины. Во-первых, на УКВ очень мало помех,
во-вторых, имеется возможность передавать весь спектр частот, слы-
шимых человеческим ухом, а не только заботиться о разборчивости
речи. Но самая главная и, пожалуй, решающая причина в том, что
имеется возможность вещания в стереофоническом режиме. Кстати,
стереофоническое вещание предлагалось ввести и на AM диапазо-
нах, но от этой идеи отказались, так как ощутимого прироста качест-
ва звука такое новшество не дало бы. На УКВ же, при правильной
настройке стереофонического радиоприемного тракта, возможно по-
лучить качество звука, сравнимое с качеством звуковоспроизведения
58 Основные принципы УКВ радиовещания
кассетного магнитофона высокого класса. Важно также отметить,
что УКВ радиовещание сегодня стало отраслью бизнеса. Радиостан-
ции существуют за счет рекламы, которую они периодически озву-
чивают, а значит, сотрудники станций призваны улучшать качество
и разнообразие транслируемых передач, расширять музыкальный ар-
хив, завоевывать слушателей. Интересно отметить, что хороший
УКВ приемник позволяет узнавать даже характерный тембр, прису-
щий той или иной радиостанции.
Мы уже немного говорили о том, что в нашей стране вещание на
УКВ ведется в двух частотных диапазонах. Если нас вполне устраи-
вает монофонический вариант звучания, то мы можем использовать
приемник, рассчитанный на прием в одном диапазоне, для прослу-
шивания передач в другом, перестроив его преселектор и гетеродин.
Однако не все так просто со стереофонической перестройкой. Чтобы
звук приемника стал стереофоническим, в тракт радиоприема необ-
ходимо ввести устройство, называемое стереодекодером. Стереоде-
кодер выделяет из сигнала радиостанции, работающей в режиме сте-
реопередачи, сигналы правого и левого каналов, а также сигнализи-
рует о том, что передача идет в стереорежиме.
Автор этой книги «заболел» стереофоническим приемом еще в
школьные годы, в конце 80-х, когда отечественная стереоаппаратура
«кусалась» по цене, а радиостанции FM диапазона еще не вещали.
В распоряжении имелся только старенький монофонический прием-
ник, однако чудо стереозвука манило неизведанностью и заставляло
придумывать способы принять его. Классические схемы отечествен-
ных стереодекодеров, разработанных для промышленной аппарату-
ры и публикуемых в журнале «Радио», состояли из множества дис-
кретных элементов. Все схемы требовали точной и кропотливой на-
стройки для получения более-менее приличного звучания. Повторив
промышленную схему, описанную в книге [12], автор несколько
дней настраивал ее на слух, с помощью отвертки, но качественного
звучания так и не добился. Впрочем, позже все прояснилось — тра-
диционные схемы стереодекодеров невозможно настроить без при-
менения специального оборудования. К счастью, как раз в тот мо-
мент в радиомагазинах появился радиолюбительский набор «Фон-7»,
в состав которого входила настроенная плата стереодекодера, спро-
ектированного на основе первой отечественной микросхемы стерео-
Основные принципы УКВ радиовещания 59
фонических трактов нового поколения — К174ХА14. В составе ти-
повой схемы включения этой микросхемы нет ни одного (!) индук-
тивного элемента, а настройка стереорежима производится
поворотом всего одного подстроечного резистора. И хотя для обес-
печения работы микросхемы необходимо довольно значительное ко-
личество навесных элементов, а переход в режим «стерео» сопрово-
ждается неприятным щелчком в громкоговорителях, даже этот сте-
реодекодер нового поколения сразу же после подключения
позволяет почувствовать новый объемный звук стереофонической
передачи. Спустя некоторое время отечественная промышленность
начала серийный выпуск более удачного стереодекодера —
К174ХА35. Совсем недавно на отечественном рынке появилась ком-
бинированная микросхема КР174ХА51, представляющая собой уни-
версальный стереодекодер. Поскольку отечественных микросхем,
предназначенных для декодирования стереосигнала, не так много,
автор счел нужным в практической части книги привести схемы их
включения с рекомендациями по сборке.
К появлению в начале 90-х годов вещания на FM диапазоне наша
страна оказалась неподготовленной. Импортная аппаратура была то-
гда еще дорогой и малораспространенной, отечественная не имела
возможности принимать передачи этого диапазона. И пока осталь-
ные граждане искали возможность приобрести соответствующие ра-
диоприемники, радиолюбители нашли оригинальный выход, на вре-
мя сгладивший остроту проблемы. Были разработаны простые кон-
верторы, «перебрасывающие» FM диапазон на частоты ЧМ
диапазона. Конвертор подключался к антенному гнезду приемника
или прикреплялся к его приемной антенне. Тогда же выявились не-
достатки такого метода — прием передач зарубежного диапазона
происходил в монофоническом режиме, даже если приемник был ос-
нащен стереодекодером. Причина проста — отечественная и зару-
бежная системы радиовещания построены по разным стандартам и
несовместимы. Отечественная система декодирует стереофониче-
ский сигнал с полярной модуляцией, а зарубежная — с пилот-то-
ном. Соответственно для обработки необходимы разные схемы сте-
реодекодеров. Вот такая неприятная ситуация, чем-то напоминаю-
щая историю недавнего прошлого, когда отечественные телевизоры
приходилось оснащать декодерами ПАЛ, чтобы смотреть видеозапи-
60 Основные принципы УКВ радиовещания
си импортных видеомагнитофонов в цветном изображении. Учиты-
вая это обстоятельство, все импортные телевизоры стали мультиси-
стемными. С мультисистемностью стереовещания ситуация иная —
система с полярной модуляцией практически не имеет распростране-
ния в мире, в то время как система с пилот-тоном широко распро-
странена. Соответственно элементная база, разработанная для прие-
ма по этой системе, разнообразна и выпускается многими фирмами.
Однако совсем недавно на отечественном рынке появилась импорт-
ная аппаратура с возможностью стереоприема в двух стандартах —
так ведущие зарубежные фирмы прореагировали на возможности ги-
гантского сбыта своей продукции в России. Увы, пока отечественная
промышленность оживает, место сбыта ее продукции занимают ино-
странцы... На одной из радиолюбительских конференций, имеющих-
ся в Интернете, недавно довелось прочитать интересную реплику,
отрывок из которой приведу.
«Российские заводы пока не в состоянии наполнить рынок конку-
рентоспособными УКВ радиоприемниками. Те, что имеются у насе-
ления, с естественным износом, постепенно, сокращают эффектив-
ность УКВ радиовещания. Жаль. Хороший диапазон, высокорента-
бельный, исторически привычный для российского слушателя. Ну
приобрели бы наши производители лицензию у фирмы SONY на ве-
ликолепный тюнер ST215, поддерживающий оба стандарта стереове-
щания и уже устаревший по японским меркам, сделали бы на его
базе всеволновые радиоприемники! В конце 1998 года одна москов-
ская маркетинговая фирма провела исследование и определила пара-
метры российского радиоприемника массового спроса. Затем был
проведен конкурс разработок и в апреле 1999 года был определен по-
бедитель. Есть работающий макет, дело за внедрением. Увы, пока ни
один завод не изъявил желания взяться за его производство. Все
ждут финансирования. В России его можно ждать веками. Что, у нас
бизнесмены перевелись? Неужели никто не хочет на этом зарабо-
тать?»
Главный недостаток отечественного УКВ диапазона, с которым
соглашаются практически все специалисты в области радиовеща-
ния, — малая частотная протяженность. Дело в том, что в 50ге годы.
XX века, когда принималось решение о развитии сети УКВ вещания
у нас в стране, была запланирована на глубокую перспективу работа
Основные принципы УКВ радиовещания 61
максимум четырех программ центрального и 4—5 местных радио-
станций, располагающихся в крупных городах. «Считалось, что со-
ветскому человеку больше не понадобится даже при коммуниз-
ме», — остроумно замечает автор статьи [28]. Об освоении участка
УКВ диапазона, простирающегося от 100 до 108 МГц, речи тогда во-
обще не шло. Интересно отметить, только в 1978 году этот частот-
ный диапазон зарезервировали высококачественное музыкаль-
но-развлекательное радиовещание, но реально первые радиостан-
ции появились в этих «краях» только в 1991 году. Участок
диапазона 88—100 МГц вообще не входил в планы освоения радио-
вещателями, так как эти частоты попадают в полосу 4-го и 5-го ка-
налов телевидения. Впрочем, проведенные сегодня исследования
показали, что аккуратная (беспомеховая) работа радиостанций в
этом участке возможна, а потому здесь активно развивается веща-
ние. «В бывшем СССР стереофоническое вещание более двадцати
лет оставалось в зачаточном состоянии. Доля выпускавшихся при-
емников и магнитол со стереодекодерами даже в 80-е годы не превы-
шала 15—20% от всей продукции такого рода. Стереофонические пе-
редачи составляли не более 50% от общего объема вещания, а коли-
чество городов, где к моменту распада СССР были установлены
стереопередатчики, не превосходило 150», — пишет автор [28].
Споры о том, эксплуатировать ли в дальнейшем диапазон
66—74 МГц, или отказаться от него, перейдя к вещанию только на
частотах 88—108 МГц, разгораются сегодня все острее. На взгляд
автора, строящийся в основном с обывательских позиций слушателя,
отказываться от отечественного диапазона нельзя. Более того, недав-
ний опыт бездумного крушения экономики страны говорит о том,
что возрождение утраченного сопряжено с большими материальны-
ми затратами, сравнимыми с первоначальным освоением.
Как обстоит дело с вещанием в «нижнем» УКВ диапазоне в стра-
нах, которые развивали сеть своего вещания с помощью Советского
Союза? Чехия и Венгрия решились на полный отказ от «нижнего»
УКВ, но здесь, по всей видимости, сказались скорее политические
причины, желание расстаться с «наследием недавнего прошлого»,
нежели научно-технические доводы. Такой же процесс идет в Слова-
кии и Латвии. В Словакии в диапазоне 66—74 МГц осталось только
Две государственных станции, а в Риге, кроме государственных ра-
62 Основные принципы УКВ радиовещания
диопрограмм, лишь одна частная радиостанция решилась вещать в
«нижнем» диапазоне УКВ. В Польше и Эстонии оба диапазона ис-
пользуют с максимальной выгодой и, по некоторым сведениям, про-
должают активно развивать их, не делая исключений. В Румынии,
Литве и странах СНГ ситуация аналогичная. Если исключить из поля
зрения политические доводы, какой аргумент в пользу эксплуатации
обоих диапазонов на равных правах окажется наиболее весомым?
Мы уже знаем, что радиус уверенного приема сокращается с повы-
шением частоты передачи. Следующий факт поможет нам убедиться
в справедливости сказанного. В Ленинградский области, к примеру,
в районе поселка Толмачево (около 120 км от Санкт-Петербурга) ни
одну радиостанцию, вещающую в «верхнем» диапазоне, невозможно
принимать, в то время как многие радиостанции «нижнего» диапазо-
на уверенно принимаются в монорежиме на телескопическую антен-
ну. Расчеты показывают, что вещание в зарубежном частотном диа-
пазоне сокращает территорию.охвата почти в 2 раза. Отказ от отече-
ственного диапазона лишит большие территории между крупными
городами России программ УКВ радиостанций. Корректно ли такое
отношение к слушателю?
Но вернемся к проблемам научно-техническим. Как реализовать
стереофоническую передачу так, чтобы возможно было принимать
сигналы обоих каналов звука одновременно? К примеру, можно пе-
редавать сигналы правого и левого каналов двумя передатчиками,
частоты которых расположены рядом. Увы, эта идея принадлежит к
разряду крайне нерациональных, так как, во-первых, вдвойне увели-
чивает расходы на постройку и эксплуатацию радиовещательного
оборудования, а во-вторых, требует, чтобы в состав радиоприемника
были введены два отдельных ВЧ тракта, две ручки настройки на тре-
буемую частоту. При совмещении настроек в приемнике возникает
другая неприятность: если станция ведет передачи в монофониче-
ском режиме, это значит, что в одном из каналов стереоприемника
будет присутствовать либо шум эфира (характерное шипение), либо
сигнал какой-то другой (соседней) радиостанции. Более того, обла-
датели монофонических приемников смогут принимать сигналы
только одного из каналов, что приводит к неестественному звучанию
передачи. В общем, возникает масса излишних технических трудно-
стей.
Основные принципы УКВ радиовещания 63
Разработчики стереофонической системы радиовещания не стали
вводить второй (дополнительный канал) приема, а решили обойтись
одним, но несколько усложнили модулирующий сигнал. Оказалось,
что гораздо удобнее передавать одновременно сумму левого и право-
го канала (А + В), а также их разность (А - В). Причем передавать
эти сигналы таким образом, чтобы обычные монофонические прием-
ники воспринимали только суммарный сигнал, а стереофониче-
ские — оба сигнала. Стереодекодер стереофонического приемника
соответствующим образом должен отделить один сигнал от другого,
перекодировать их и выдать сигналы каналов на разные выходы. Та-
ким образом, совместимость монофонической и стереофонической
систем вещания обеспечивается автоматически.
У читателя наверняка уже возник следующий вопрос: «При одно-
временной передаче суммарного и разностного сигнала их спектры
должны смешиваться, что приведет к искажению выходного сигнала.
Почему же этого не происходит?» Все дело в том, что в области час-
тот, слышимых человеческим ухом (так называемой тональной час-
ти), передается только суммарный сигнал. Разностный сигнал пере-
носится в область спектра, которая лежит выше звукового диапазона
частот (в надтональную часть). Операция переноса спектра в надто-
нальную часть выполняется с помощью амплитудной модуляции
поднесущей частоты, которая лежит в надтональной части.
Теперь вспомним раздел, в котором рассказывалось об амплитуд-
ной модуляции. Как мы уже знаем, AM сигнал содержит боковые по-
лосы, каждая из которых занимает частотную полосу, равную шири-
не спектра модулирующего сигнала. Исходя из этого обстоятельства,
выбирается частота поднесущей: во-первых, нижняя боковая полоса
модулированного колебания не должна попадать в спектр тональной
части, и, во-вторых, она не должна значительно расширять спектр,
излучаемый передающей радиостанцией. На рис. 1.29 представлен
спектр сигнала стереофонической передачи. Чуть позже мы вернем-
ся к этому вопросу более подробно, а сейчас познакомимся со спосо-
бами, формирования сигнала стереофонической передачи.
Рассмотрим сначала отечественную систему с полярной модуля-
цией и разберемся, каким образом формируется модулирующий сиг-
нал. Поможет нам в этом структурная схема стереокодера, изобра-
женная на рис. 1.30.
64
Основные принципы УКВ радиовещания
и
Тональная
часть
А+В
Надтональная
часть
Поднесущая
А-В
1
А-В
К
Рис. 1.29. Спектр сигнала стереофонической передачи
А1 A3 U2
Вх.А
Вх. В
КСС
Рис. 1.30. Схема формирования КСС для системы с полярной модуляцией
Получить суммарный сигнал левого и правого канала (А + В) по-
зволяет усилитель-сумматор, изображенный на рис. 1.30 условным
квадратиком А1. Разностный сигнал (А - В) присутствует на выходе
блока А2. Этим сигналом модулируется сигнал поднесущей частоты,
вырабатываемый генератором G1. В отечественной системе стерео-
кодирования частота этого генератора равна 31250 Гц. Модулиро-
ванная поднесущая далее суммируется с сигналом (А + В) в сумма-
торе A3, проходит через режекторный фильтр U2, настроенный на
частоту поднесущей. Сигнал, полученный на выходе режекторного
фильтра, называется комплексным стереосигналом (КСС). Именно
КСС используется для модуляции несущей УКВ диапазона. Чуть
Основные принципы УКВ радиовещания
65
позже нам станет ясно, с какой целью в тракт введен фильтр. Пока
же стоит обратить внимание на сигнал, получаемый на выходе блока
A3. Этот сигнал носит название полярно-модулированного колеба-
ния (ПМК). Замечательное свойство ПМК состоит в том, что оги-
бающая его положительных полупериодов является сигналом сте-
реоканала А, огибающая отрицательных — стереоканала В.
Рис. 1.31. Полярно-модулированное колебание
Только что мы достаточно подробно разобрали, как аппаратно
формируется ПМК, теперь разберемся, какие преобразования проис-
ходят с сигнальными составляющими. Пока для простоты будем счи-
тать, что ПМК формируется из монофонического сигнала, который,
вдобавок ко всему, медленно изменяется во времени. Монофониче-
ский сигнал одновременно поступает на оба входа стереокодера. Не-
трудно заметить, что на выходе блока А2 разностный сигнал будет
отсутствовать, а на выходе U2 сформируется поднесущая с постоян-
ной амплитудой. Просуммировав ее с тональной частью (А + А), на
выходе блока A3 получим ПМК, изображенное на рис. 1.32.
Видно, что низкочастотный звуковой сигнал «раскачивает» под-
несущую относительно горизонтальной оси t. Относительно оси t'
мы получили в чистом виде сигнал канала А, однако эта ось сдвинута
относительно оси t на постоянную составляющую Uo.
Теперь усложним задачу, введя для каналов А и В разные сигна-
лы. Колебание, полученное на выходе модулятора U1 посредством
модуляции сигнала поднесущей разностной составляющей (А - В),
будет выглядеть так, как показано на рис. 1.33.
66
Основные принципы УКВ радиовещания
Рис. 1.32. Полярно-модулированное колебание, образованное
монофоническим сигналом
и
/
1
/
""" —
А-В
i Ух
1
1
""""
^- - у^~
Г
/
Uo
""А" *
\
Рис. 1.33. Сигнал поднесущей, модулированный разностным сигналом
Далее необходимо наложить на этот сигнал суммарную состав-
ляющую (А + В). Для наглядности наложение удобно представить
так: ось под действием суммарной составляющей как бы изогнется,
повторяя в точности ее «рельеф», что показано на рис. 1.34.
Простая арифметика иллюстрирует этот процесс очень доходчиво:
Нас не должно смущать удвоение по амплитуде сигнала канала
А, поскольку нелинейных искажений такое преобразование не вно-
Основные принципы УКВ радиовещания
67
Рис. 1.34. Формирование полярно-модулированного
колебания для канала А
сит. Отсекая постоянную составляющую Uo, что обычно делается с
помощью разделительного конденсатора, мы после детектирования
получаем сигнал канала А.
Теперь давайте посмотрим, как происходит формирование оги-
бающей канала В, для чего взглянем на рис. 1.35. Разностный моду-
лированный сигнал (А - В) в данном случае будет не суммироваться,
а вычитаться из суммарного сигнала (А + В):
А+В
Рис. 1.35. Формирование ПМК для канала В
68 Основные принципы УКВ радиовещания
Мы убедились, что полярно-модулированное колебание имеет в
области положительных а4мплитуд огибающую канала А, а в области
отрицательных — канала В.
Но подавать этот сигнал непосредственно на вход ВЧ модулятора
нельзя. Вообще-то подать, конечно, можно, но оказывается, что если
ПМК использовать для модуляции в том виде, в котором оно форми-
руется на выходе блока A3, то на передачу одной только поднесу щей
(что легко проверить в случае, если не подавать на вход стереодеко-
дера никаких сигналов) потребуется израсходовать около 55% мак-
симальной девиации частоты. Это приведет к уменьшению громко-
сти прослушивания стереофонической передачи в 2,24 раза (на 7 дБ)
по сравнению с монофонической. Конечно, уменьшение громко-
сти — понятие относительное, и подобная ситуация будет незаметна,
если все радиостанции начнут вещать в режиме непосредственного
использования ПМК. Однако в большинстве городов России экс-
плуатируются разные типы вещательных станций, поэтому скачки
громкости более чем в 2 раза при перестройке окажутся весьма не-
приятными для восприятия слушателями. Более того, расточать тех-
нические ресурсы неразумно. Поэтому в схемы стереокодеров ввели
режекторный фильтр U2 со стандартизованной добротностью
Q = 100±5, который ослабляет поднесущую в 5 раз (на 14 дБ). При
подавлении несущей девиация ее составит 20% (10 кГц) от полной
девиации, а не полезную информацию останется 80% (40 кГц), гром-
кость при приеме по сравнению с монофонической станцией умень-
шается в 1,26 раза (на 2 дБ), что практически незаметно на слух. «Но
если подавление несущей дает такой выигрыш, почему бы не пода-
вить ее полностью, а излучать только боковые полосы?» — спросит
читатель. Можно поступить и так, однако мы забегаем несколько
вперед с этим вопросом.
При формировании КСС из ПМК в полосу режекции контура од-
нозначно попадают также нижние частоты боковых полос надто-
нальной части, как показано на рис. 1.36. В результате спектр надто-
нальной части несколько искажается. Обращая внимание читателей
на это обстоятельство, следует сказать, что при изготовлении или ре-
монте стереофонической радиоприемной аппаратуры нужно внима-
тельно относиться к рекомендациям, касающимся восстановления
нормальной работы стереодекодеров с полярной модуляцией. В та-
Основные принципы УКВ радиовещания
69
и
пмк, Ukcc
А+В
Режекция
поднесущей
А-В <
Т
^ А-В
/
Рис. 1.36. Формирование КСС из ПМК
ких стереодекодерах ПМК (или его надтональная часть) должно
быть восстановлено как можно более точно, иначе последует ухуд-
шение разделения стереоканалов на низких частотах. Обратившись к
нашей простой арифметике, проанализируем этот факт:
Очевидно, что появление в канале А составлющей канала В, ко-
торая «подмешалась» на этапе декодирования сигнала, ухудшит раз-
деление каналов на выходе приемника. Впрочем, о разделении кана-
лов мы поговорим в практической части. А сейчас рассмотрим схемы
классических стереодекодеров по системе с полярной модуляцией.
Стереодекодер с полярным детектором
Самым простым декодером, разработанным еще на заре отечест-
венного стереофонического вещания, является схема, изображенная
на рис. 1.37. Блок А1 предназначен для восстановления ПМК из
КСС. Контур LC1 имеет добротность, близкую к 100. Вместе с рези-
сторами R1 и R2 он образует частотнозависимый делитель, который
поднимает уровень поднесущей в 5 раз (на 14 дБ). Далее сигнал уси-
ливается в блоке А2 и поступает на полярный детектор A3. Положи-
тельные полуволны ПМК проходят через диод VD1, отрицатель-
ные — через диод VD2. Таким простым методом происходит отделе-
ние канальных составляющих. Элементы R3C2 и R4C3 — цепи
компенсации предыскажений. Для чего они нужны? Дело в том,
что если сигналы правого и левого стереоканалов, студийно обрабо-
танные для нормального восприятия слухом (все частоты звучат при-
мерно равномерно по громкости), подавать непосредственно на сте-
70
Основные принципы УКВ радиовещания
реодекодер, то окажется, что основная спектральная мощность сиг-
нала будет сосредоточена в области низких частот.
Человеческое ухо — своего рода акустическая антенна. А из тео-
рии антенной техники известно, что, чем ближе размеры антенны к
длине волны, принимаемой ею, тем эффективнее осуществляется
прием. К слову, ультразвук человеческое ухо также не слышит, хотя
длина волны ультразвука меньше длин волн, воспринимаемых чело-
веком. Связано это с инерционностью нашего слухового аппарата,
который можно считать широкополосным фильтром. Вообще вопро-
сами качества звука занимается электроакустика, которая заслужива-
ет отдельной радиолюбительской книги.
А1
А2
Рис. 1.37. Структурная схема стереодекодера
с полярным детектором
Совсем другая картина в области высоких звуковых частот.
«Вес» их в модулирующем сигнале невелик, поэтому они больше за-
биваются шумовыми помехами в радиопередающем и радиоприем-
ном тракте. Чтобы выровнять спектр сигнала, подаваемого на ВЧ мо-
дулятор, сигналы левого и правого каналов до подачи на стереодеко-
дер пропускают через фильтр высокой частоты (ФВЧ) первого
порядка, проще говоря, через обычную дифференцирующую RC це-
почку с постоянной времени т = 50 мкс. Отсюда следует, что после
восстановления сигнала в стереодекодере на его выходе необходимо
осуществить обратную операцию — пропустить сигнал через ФНЧ с
такой же постоянной времени. Поэтому на выходе любого стереоде-
кодера можно увидеть либо простую интегрирующую RC цепь, либо
активный ФНЧ первого порядка. В принципе, если предыскажения
не компенсировать, ничего страшного не произойдет. Однако вы
сами останетесь недовольны работой своего приемника: его звук
окажется слишком «звенящим», лишенным «басов» и из-за этого не-
Основные принципы УКВ радиовещания 71
сколько раздражающим слух. При изготовлении одной из конструк-
ций, описанных в книге, я советую вам провести такой эксперимент:
на время выпаять цепь компенсации предыскажений и убедиться в
справедливости сказанного. Следует также отметить, что в некото-
рых странах постоянная времени предыскажений отличается от оте-
чественной и составляет 75 мкс. В высококачественных приемниках
после стереодекодера обычно предусматривается активный фильтр
2 — 4-го порядка, выполняемый на операционных усилителях или на
специализированных микросхемах. Частота, среза этого фильтра
должна быть не менее 15 кГц. Данный фильтр служит совершенно
для другой цели — он дополнительно подавляет надтональную часть
ПМК, что особенно важно для звукозаписывающей техники. По-
скольку тракты магнитофонов обладают нелинейностью, вполне воз-
можно образование комбинационных частот между поднесущей и
сигналом магнитофонного ГСП, попадающих в звуковую область.
Образуется своего рода смеситель, поэтому, чем лучше удастся «за-
давить» продукты надтональнои части, тем лучше. О фильтрах у нас
будет отдельный разговор.
Недостатки схемы стереодекодера с полярным детектированием
заключаются в повышенных искажениях сигналов А и В, поскольку
их вносит малопригодный для высококачественного детектирования
однополупериодный амплитудный детектор. Классическая схема по-
лярного декодера, как мы убедились, проста и бесхитростна, но сего-
дня она стала достоянием истории радиотехники. Едва ли вы встре-
тите ее в более-менее современной аппаратуре. И все же... И все же
неслучайно говорят, что новое — это хорошо забытое старое. Совре-
менные стереодекодеры, выполненные в интегральном исполнении,
работают по принципу полярного детектирования, конечно значи-
тельно модернизированному и улучшенному.
Логическим продолжением классических полярных декодеров
стереосигнала стали суммарно-разностные стереодекодеры, разра-
ботанные на базе дискретных элементов, схемотехнически услож-
ненные, но обеспечивающие более качественное декодирование. Эти
стереодекодеры еще долго будут эксплуатироваться в составе отече-
ственной аппаратуры. Вы наверняка встретитесь (если уже не встре-
тились) с их типовыми схемами при ремонте бытовой аудиотехники,
выпущенной в 80-х — начале 90-х годов. Типовые суммарно-разно-
72
Основные принципы УКВ радиовещания
стные декодеры (например, СД-А-7) подробно описаны в ремонтной
литературе [12], и при необходимости найти их схемы можно без
труда. Как правило, отечественная техника снабжалась очень непло-
хими принципиальными схемами, служащими сегодня отличным
подспорьем мастеру. В этом разделе коснемся только принципа ра-
боты и общего устройства.
А2
ксс
-А
- в
Рис. 1.38. Структурная схема суммарно-разностного стереодекодера
Входной КСС усиливается предварительным усилителем А1, да-
лее происходит разделение сигнала на тональную и надтональную
составляющие. Фильтр низкой частоты (ФНЧ) U1 выделяет тональ-
ную часть КСС (А + В). Схема восстановления поднесущей U2 выде%-
ляет надтональную часть (А - В). Этот блок, по сути, является конту-
ром с эквивалентной добротностью 100. Получить такую высокую
добротность, применяя простую катушку с сердечником, очень труд-
но. Поэтому разработчики стереодекодера использовали умножитель
добротности на транзисторе с регулируемой степенью обратной свя-
зи. Надо сказать, что умножитель добротности капризен в настройке,
поэтому изготавливать такой декодер — занятие не слишком увлека-
тельное. Да и ремонтировать его надо аккуратно, чтобы не нарушить
устойчивости умножителя.
При появлении сигнала поднесущей зажигается светодиод «сте-
рео» в блоке A3, что свидетельствует о приеме стереопередачи. Вое-
Основные принципы УКВ радиовещания
73
становленная поднесущая детектируется в диодном детекторе, по-
строенном по мостовой схеме, поканально суммируясь с тональной
частью. Цепи компенсации предыскажений в блоке А2 пояснения не
требуют. Можно заметить, что принцип работы этого декодера
«с точностью до наоборот» повторяет принцип стереокодера, опи-
санного ранее.
Современные стереодекодеры, изготавливаемые в интегральном
исполнении, чаще всего используют принцип временного разделе-
ния каналов. Структурная схема этого стереодекодера представлена
на рис. 1.39.
А1
ксс
-А
-в
Рис. 139. Стереодекодер с временным разделением каналов
Особенность схемы состоит в том, что в состав стереодекодера
вводится схема фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), главным
элементом которой является генератор, управляемый напряжением
(ГУН). Схему ФАПЧ мы рассмотрим подробно позже, а в данном
случае она обозначена укрупненным квадратиком U1. Частота гене-
ратора ГУН синхронизируется с точностью до фазы с частотой под-
несущей. Восстановление ПМК осуществляется в блоке U2. ГУН
управляем ключами Кл1 и Кл2 таким образом, что во время положи-
тельных полупериодов поднесущей открыт ключ Кл1, а во время от-
рицательных — Кл2. Предыскажения компенсируются в блоке А2.
Обратите внимание: эта схема сильно напоминает стереодекодер с
полярным детектором. Однако в данном случае роль диодов выпол-
няют высоколинейные ключи, синхронизированные сигналом подне-
сущей. Поэтому такой декодер можно назвать стереодекодером с
синхронным полярным детектором.
74
Основные принципы УКВ радиовещания
Существуют и другие заслуживающие внимания разработки, на-
пример кольцевая схема [9], схема с коррекцией частотных пре-
дыскажений [16] и некоторые другие, разработанные радиолюбите-
лями. Автором были опробованы почти все нетрадиционные схемы,
опубликованные в журнале «Радио». Авторский опыт изготовления
и настройки показал, что все эти схемы интересны в основном с тео-
ретической точки зрения и для качественного стереоприема совер-
шенно не подходят. Тем не менее очень может быть, что на их осно-
ве кто-то разработает и высококачественную схему, внесет необхо-
димые дополнения.
Вот, пожалуй, все основные теоретические сведения, которые не-
обходимы для знакомства с отечественной системой стереовещания.
Рассмотрим теперь западный стандарт, разработанный фирмами
Zenith Radio и Дженерал электрик, который называется системой
стереовещания с пилот-тоном. Вначале есть смысл рассмотреть
способ формирования кодированного стереосигнала. Структурная
схема стереодекодера, работающего в этой системе, приведена на
рис. 1.40. В ней имеются уже знакомые нам узлы, однако есть и
принципиальные отличия.
А1
Вх.А
Рис. 1.40. Структурная схема стереокодера для системы с пилот-тоном
Основные принципы УКВ радиовещания
75
Сигналы каналов А и В, предварительно обработанные ФВЧ с т =
= 50 мкс, подаются на блоки А1 и А2, где формируются суммарная
(А + В) и разностная (А - В) составляющие комплексного стереосиг-
нала (КСС). Поднесущую частоту формирует генератор G1 с часто-
той 19 кГц. Затем поднесущая удваивается в умножителе частоты U2
и модулируется по амплитуде разностным сигналом в модуляторе
U1. Особенностью данного модулятора является формирование так
называемого DSB сигнала. DSB сигнал — это разновидность AM
сигнала, которая характеризуется отсутствием на выходе модулятора
несущей при нулевом значении сигнала на его входе. Временная диа-
грамма DSB сигнала показана на рис. 1.41.
U Модулирующий
сигнал
Рис. 1.41. DSB сигнал
В данном случае модуляция осуществляется гармоническим (си-
нусоидальным) сигналом, чтобы читателю было легче понять осо-
бенности DSB модуляции. Обратите внимание на форму поднесущей
в окрестности точки А: при переходе управляющего сигнала через
ноль фаза поднесущей меняется на 180 градусов, модулированное
колебание как бы «выворачивается» относительно нулевой оси.
К слову, такое колебание энергетически более выгодно, чем обычное
AM колебание. Если сравнивать AM колебание, обладающее коэф-
фициентом модуляции, равным 1 (внешне оно похоже на DSB коле-
бание, однако в нем не происходит перемены фазы), с DSB колебани-
76
Основные принципы УКВ радиовещания
ем, то окажется, что на передачу AM нужно затратить мощность,
большую на 66%. Есть у DSB модуляции и недостаток — невозмож-
ность детектировать классическим амплитудным детектором. В са-
мом деле, если в рис. 1.41 мысленно отсечь отрицательные полувол-
ны, мы получим искаженный (несинусоидальный) сигнал на выходе
детектора, имеющий мало общего с исходным сигналом.
Спектр DSB колебания содержит только боковые полосы, как по-
казано на рис, 1.42, а несущая на частоте fn(WI отсутствует.
НБП
ВБП
/подн
Рис. 1.42. Спектр DSB сигнала
Другое название DSB сигнала — балансномодулированное ко-
лебание. Именуют его так потому, что для формирования этого сиг-
нала нужно использовать специальную схему балансного модулято-
ра. Для детектирования балансномодулированного колебания обыч-
но используют синхронные детекторы. О синхронном
детектировании в приложении к стереофоническому вещанию мы
еще поговорим.
Чтобы обеспечить правильное декодирование стереосигнала, в
КСС вводят дополнительный пилот-сигнал с частотой 19 кГц. Пи-
лот-сигнал представляет собой гармоническое колебание, его спектр,
как нам уже известно, обозначается одной вертикальной «дискре-
той». Для формирования пилот-сигнала нет необходимости исполь-
зовать отдельный генератор, и речь здесь вовсе не об экономии ра-
диоэлементов. УКВ радиовещательное оборудование — товар штуч-
ный и дорогой. Дело совсем в другом. Пилот-сигнал должен быть
фазирован с колебаниями надтональной части, то есть их «нули»
обязаны совпадать. На рис. 1.40 генератор G1 формирует также и пи-
лот-сигнал. Амплитуда пилот-тона подбирается такой, чтобы его
вклад в девиацию частоты не превышал 8—10% от полной девиации
Основные принципы УКВ радиовещания
77
75 кГц. Далее сигналы тональной и надтональной части, а также пи-
лот-тон суммируются в сумматоре A3 и непосредственно подаются
на вход ВЧ модулятора УКВ передатчика. Ясно, что в данном случае
нет необходимости вводить дополнительный режекторный фильтр
на частоте несущей, так как несущая уже полностью подавлена. Ам-
плитуда пилот-тона, заменяющего несущую, может быть отрегули-
рована независимо от информационного сигнала. Следовательно, в
состав стереодекодера нет необходимости включать контур с норми-
рованной добротностью, что значительно снижает требования к но-
минальным допускам элементов, входящих в тракт стереодекодера.
Полный спектр сигнала, сформированного по системе с пилот-то-
ном, показан на рис. 1.43.
Ukcc
Пилот-сигнал
А+В
г
А-В
А-В
/подн
Рис. 1.43. Спектр кодированного сигнала
в системе с пилот-тоном
Максимальная частота такого сигнала составляет 53 кГц, то есть
больше, чем в отечественной системе (46,25 кГц). Впрочем, расши-
рение спектра компенсируется большей девиацией.
Теперь настало время разобраться, как декодировать этот сигнал.
Исторически стереодекодеры с пилот-тоном развивались по пути,
аналогичному отечественным стереодекодерам. Это и понятно — у
них достаточно много общих черт. Первыми появились полярные
декодеры, в которых детектирование осуществлялось при помощи
однополупериодных амплитудных детекторов. Однако, в отличие от
декодеров системы с полярной модуляцией, где ПМК восстанавлива-
ется из КСС только подъемом поднесущей и прилегающих к ней час-
тот на 14 дБ, здесь ПМК необходимо формировать, восстанавливая
несущую. Структурная схема полярного стереодекодера приведена
на рис. 1.44.
78
Основные принципы УКВ радиовещания
КСС
А1
А2
Z
ПМК
t
Z1
f
/
U1
/
2/
I
At
U2
—i
♦
A4
Рис. 1.44. Структурная схема полярного стереодекодера
для системы с пилот-тоном
Входной сигнал КСС усиливается в усилителе А1. Далее в поло-
совом фильтре Z1 осуществляется выделение пилот-тона, удвоение
его частоты (в блоке U1), коррекция фазы устройством задержки U2
и дополнительное усиление в масштабном усилителе А4. Затем про-
исходит сложение пилот-тона с КСС в сумматоре А2, на выходе ко-
торого образуется ПМК. Полярно-модулированное колебание детек-
тируется в полярном детекторе, а также корректируются предыска-
жения каналов. Эту функцию выполняет блок A3. Как видно,
полярный стереодекодер для системы с пилот-тоном гораздо слож-
нее аналогичного декодера системы с полярной модуляцией. Однако
качество выходного сигнала в декодерах с пилот-тоном выше, не-
смотря на то что детектирование не имеет особенностей в той и дру-
гой системе.
Чтобы читателю стали понятнее эти утверждения, разберем фор-
мирование ПМК в тракте стереодекодера. Для простоты вначале счи-
таем, что модуляция осуществляется монофоническим сигналом.
Спектр КСС в таком случае будет содержать тональную часть и сиг-
нал пилот-тона. Надтональная часть, полученная методом балансной
модуляции, отсутствует. Мы увидим на выходе стереодекодера кар-
тину, изображенную на рис. 1.45.
Из рис. 1.45 видно, что на полезный сигнал накладывается «пуль-
сация» пилот-тона, впрочем, не слишком большая. Учитывая это, а
также то, что эта «пульсация» фильтруется дополнительным ФНЧ,
устанавливаемым на выходе стереодекодера, мы на время забудем о
пилот-тоне.
Основные принципы УКВ радиовещания 79
,t
Рис. 1.45. Модуляция монофоническим
сигналом
Итак, попробуем восстановить формы сигналов без учета воздей-
ствия пилот-тона, считая, что сигнал подается только в канал А, но
на входе канала В сигнал остается нулевым.
Суммарный сигнал каналов, изображенный на рис. 1.46, а, скла-
дывается с DSB сигналом, образованным модуляцией разностной со-
ставляющей (рис. 1.46, б). В результате образуется колебание
(рис. 1.46, в), которым модулируется ВЧ передатчик. Это колебание
представляет собой КСС, однако на самом деле форма его сложнее,
так как на рис. 1.46 не показан пилот-тон. Как уже было сказано, не-
посредственно детектировать такое колебание нельзя, потому что по-
ложительные полупериоды содержат не только составляющие кана-
ла А, но и компоненты канала В. Чтобы правильно восстановить ка-
нальные составляющие, нужно «разнести» полупериоды,
относящиеся к разным каналам, в противоположные стороны. Для
этого необходимо наложить на КСС сигнал, по частоте равный сиг-
налу поднесущей DSB, и, более того, совпадающий с ним по фазе.
Сигнал наложения, просуммировавшись с DSB колебанием, образует
ПМК, вид которого показан на рис. 1.46, д. В принципе мржно фор-
мировать сигнал наложения прямо в стереодекодере, синхронизиро-
вав ее DSB. Однако такой путь не слишком удачен для высококаче-
ственного приема, так как при пропадании DSB колебания синхрони-
зация однозначно нарушится. Рассинхронизация наступит и при
80
Основные принципы УКВ радиовещания
Ukcc
Uhmk
Удвоенный участок
пилот-сигнала Пилот-сигнал
Рис. 1.46. Формирование ПМК в декодере по системе с пилот-тоном
Основные принципы УКВ радиовещания 81
приеме стереосигналов с малым различием канальных составляю-
щих, не говоря уж о моносигналах. Чтобы уверенно принимать сте-
реопередачи, сигнал наложения передают в составе КСС. Вы навер-
няка догадались, что это пилот-сигнал. Поскольку его частота равна
половинной частоте поднесущей, после выделения частоту пилот-то-
на удваивают, как показано на рис. 1.46, г. При удвоении происходит
небольшое фазовое искажение, выражающееся в задержке фазы, по-
этому в классический стереодекодер вводят элемент дополнительной
задержки U2, выравнивающий фазы DSB сигнала и удвоенного пи-
лот-тона. Если схема удвоителя вносит небольшую задержку, не осо-
бенно влияющую на качество детектирования, то от U2 можно отка-
заться. Далее сигнал наложения можно усиливать, подобрав его ам-
плитуду так, чтобы получить минимально возможные искажения.
Как известно, нелинейные искажения удобно характеризовать с по-
мощью коэффициента гармоник. В случае однополупериодного ам-
плитудного детектора
v m
где т — коэффициент амплитудной модуляции.
Искажения в амплитудном детекторе связаны с квадратичным
видом прямой ветви вольт-амперной характеристики диода, и они
могут быть понижены путем снижения коэффициента амплитудной
модуляции. В данном случае можно без труда понизить глубину мо-
дуляции.
Дальнейшее развитие техники стереовещания привело к разра-
ботке стереодекодера, основанного на принципе суммарно-разност-
ного разделения каналов. Структурная схема такого стереодекодера
показана на рис. 1.47.
Поступив на вход стереодекодера, КСС усиливается в предва-
рительном усилителе А1 и поступает в систему фильтров Zl—Z3.
Фильтр низкой частоты (с частотой среза 15 кГц) выделяет то-
нальную составляющую (А + В), полосовой фильтр Z2 с полосой
23—53 кГц предназначен для выделения надтональной составляю-
щей (А — В). Фильтр Z3 выделяет пилот-сигнал, который удваи-
вается в умножителе U1, при необходимости фаза корректируется
цепью задержки U2. Далее удвоенный пилот-тон детектирует в
82
Основные принципы УКВ радиовещания
КСС
Рис. 1.47. Стереодекодер на основе принципа суммарно-разностного
разделения стереоканалов
синхронном детекторе U3 надтональную часть. В результате на
выходе U3 образуется составляющая (А - В). Сумматор A3 преоб-
разует низкочастотную суммарную и разностную составляющие в
канальные сигналы А и В. Далее необходимо лишь скорректиро-
вать предыскажения. Можно заметить, что в этой схеме отсутству-
ет амплитудный детектор. Синхронный детектор, построенный на
принципе перемножения двух сигналов, переносит спектр разност-
ной составляющей из надтональной в тональную часть.
Практические схемы описанных стереодекодеров приведены в
книге [17], и при желании их можно повторить. Впрочем, сегодня не
имеет особого смысла заниматься этой работой. Многочисленные
современные стереодекодеры, выпускаемые в виде интегральных
микросхем, требуют для обеспечения рабочего состояния минималь-
ное количество навесных элементов, миниатюрны и удобны в экс-
плуатации. Они построены на основе более совершенных принци-
пов, имеют встроенный генератор с ФАПЧ, синхронизируемый пи-
лот-тоном, синхронный детектор и множество других полезных
дополнений. В мире выпускается огромное количество стереодеко-
деров с ФАПЧ, с разнообразным набором сервисных функций, диа-
пазоном питающего напряжения, интегрированных с радиоприемной
частью и самостоятельных. Упомянуть все стереодекодеры в рамках
Основные принципы УКВ радиовещания
83
этой книги — задача невыполнимая. Поэтому в практической части
автор решил познакомить читателя с наиболее характерными схема-
ми, с остальными при необходимости придется познакомиться само-
стоятельно.
Структурная схемы стереодекодера с ФАПЧ приведена на
рис. 1.48.
КСС
А1
>
КСС
А2
I
Кл1
U1
G1
1_АЗ
ГУН
Оа
й
Кл2
Рис. 1.48. Стереодекодер с ФАПЧ и синхронным детектором
Входной сигнал КСС усиливается в усилителе А1. Далее он по-
ступает на простой полосовой RC фильтр, который отделяет пи-
лот-тон от остальных составляющих. В схеме декодера предусматри-
вается также местный генератор поднесущей G1, частота которого
устанавливается близкой к частоте пилот-тона. Отфильтрованный
сигнал пилот-тона, а также сигнал G1 подаются на фазовый детектор
U1, который вырабатывает сигнал фазовой ошибки между этими сиг-
налами. Сигнал ошибки управляет частотой G1, таким образом, час-
тота генератора синхронизируется с точностью до фазы пилот-то-
ном. Удвоенный в U2 сигнал G1 смешивается в сумматоре А2 с КСС,
таким образом восстанавливается ПМК. Кроме того, сигнал G1
управляет работой ключей Кл1 и Кл2 так, что во время положитель-
ных полупериодов открыт Кл1, а во время отрицательных — Кл2.
84 Основные принципы УКВ радиовещания
Индикация о наличии стереосигнала осуществляется блоком A3, в
который входит драйвер светодиода.
Важной особенностью стереодекодеров с ФАПЧ является отсут-
ствие индуктивных элементов, поэтому настраивать их очень про-
сто — достаточно установить частоту ГУН G1 близкой к частоте за-
хвата пилот-тона, что выполняется поворотом всего одного подстро-
ечного резистора.
Автором в свое время было изготовлено и опробовано в работе
несколько разновидностей стереодекодеров с пилот-тоном. Практика
показала, что в сегодняшних условиях заниматься сборкой стереоде-
кодера из дискретных элементов — значит затратить много времени
и получить очень средний результат. Нужно наматывать катушки,
настраивать их в резонанс с пилот-тоном, снижать нелинейные иска-
жения в амплитудном детекторе и преодолевать прочие трудности.
Значительно сэкономить время и получить прекрасный результат по-
зволяют только интегральные стереодекодеры на основе ФАПЧ. Лю-
бой промышленный интегральный декодер, приобретенный в мага-
зине, на радиолюбительском рынке или аккуратно выпаянный из раз-
битой магнитолы, удовлетворит слух подавляющего большинства
слушателей. В общем-то еще 5—6 лет назад радиолюбители так и
поступали: покупали на радиорынках то, что предлагалось (1—2 на-
именования), выпаивали из отслуживших свое плат (одно время эти
платы бойко продавались по копеечным ценам). Короче говоря, что
было, то и ставили. Автор этой книги не без основания гордится тем,
что в свое время, движимый желанием высококачественного приема
станций в FM диапазоне, разработал доступный для повторения тю-
нер [15]. Собственно, никаких новых технических решений в той
конструкции нет — она сложилась из чуть-чуть переработанных уз-
лов отечественной промышленной аппаратуры. В тракте стереодеко-
дера использовалась микросхема A4510D неизвестного происхожде-
ния, но тем не менее отлично зарекомендовавшая себя с точки зре-
ния нелинейных искажений, разделения стереоканалов, надежности
и других эксплуатационных свойств.
Надеюсь, теперь читателю в основном ясно, как построены систе-
мы стереовещания и чем они отличаются друг от друга. Интересно
отметить, что если 6—8 лет назад, конструируя стереоприемники,
удивлялись, почему в FM диапазоне пропадает стереосигнал, то те-
Основные принципы УКВ радиовещания 85
перь уже недоумевают, почему «не стерео» в отечественном диапа-
зоне. Недавно автор стал свидетелем обсуждения такого вопроса на
одной из интернетовских конференций. Это говорит о том, что FM
диапазон в нашей стране освоен, а диапазон ЧМ постепенно начина-
ет замирать.
В заключение этого раздела остановимся на общих проблемах
стереовещания. Как показывает современный опыт радиопередачи
стереозвука, проблемы с качественной трансляцией сигнала могут
возникнуть не только на стороне приема. Если передающий тракт
спроектирован без учета специфических особенностей взаимодейст-
вия сигналов с близкими частотами, каким бы качественным ни был
приемник, добиться высокого качества звука при приеме вряд ли
удастся.
Опыт проектирования радиопередающих средств свидетельст-
вует, что на входе стереокодера необходимо устанавливать не
только ФВЧ с нормированной постоянной, но также и ФНЧ, кото-
рый равномерно пропускает все частоты ниже 15 кГц и имеет вы-
сокую крутизну спада амплитудной характеристики выше 15 кГц.
Если такого фильтра в кодере нет, высокочастотные составляю-
щие спектра звукового сигнала (об этом уже было вкратце сказа-
но) попадут в нижнюю боковую полосу надтонального сигнала
(от 16,25 до 46,25 кГц в системе с полярной модуляцией и от 19
до 53 кГц в системе с пилот-тоном), что показано на рис. 1.49.
Последствия будут такими.
Если звук кодируется в системе с пилот-тоном, то внеполосная
составляющая попадает в зону пилот-сигнала, следовательно, сте-
реодекодер может выйти из режима захвата системы ФАПЧ.
В системе с полярной модуляцией, к примеру, если спектр то-
нальной составляющей КСС простирается до 19 кГц, она превра-
тится в 12,25 кГц на выходе декодера. Более того, в обоих случа-
ях расширяется спектр излучаемых частот, что приводит к поме-
хам на частоте вещания соседних радиостанций. Взаимные
помехи — серьезная проблема современного стереовещания. Ис-
следования специалистов этого вопроса, проведенные в крупных
городах России (Санкт-Петербург, Москва), показывают, что вза-
имные помехи соседних станций часто служат источником жалоб
их сотрудников друг на друга. Мирное соседство здесь — явление
86
Основные принципы УКВ радиовещания
/.«ГЦ
38 53 /.кГц
46,25 /. "Гц
53 /.кГц
а)
б)
Рис. 1.49. Спектры нормально кодированных и кодированных с несоблюдением
норм стереосигналов: a — в системе с полярной модуляцией;
б — в системе с пилот-тоном
непостоянное. Суть проблемы заключается в неконтролируемом
увеличении девиации частоты передатчика как за счет расширения
спектра, так и при передаче громких пиков сигнала. В принципе
увеличение девиации даже до 120 кГц при разносе частот 400 кГц
не создает помех приему тогда, когда радиоприемник обладает
высокой селективностью по соседнему каналу. Увы, в эксплуата-
ции имеется много дешевых приемников китайского производства,
изготовленных «на коленях». Речи о том, что соблюдаются нормы
на характеристики ФПЧ, даже и не идет — нет никакого соответ-
ствия с нормами современного приемника, предназначенного для
работы в условиях густонаселенных диапазонов. Решить проблему
взаимных помех не так просто, но отчасти возможно с помощью
специального ограничителя амплитуды сигнала и хорошего ФНЧ
на входе стереокодера. Конечно, можно сказать, что пусть радио-
вещатели разбираются со своими проблемами сами, мы будем ис-
пользовать хорошие, фирменные фильтры ФПЧ и избавимся от
помех соседей. Но не будем забывать, что остается еще первая
Основные принципы УКВ радиовещания
87
проблема. Автор столкнулся с ней при приеме одной питерской
радиостанции, название которой не упоминается из этических со-
ображений. Довольно продолжительное время на волне этой стан-
ции постоянно «помаргивал» светодиод «стерео», свидетельствуя
о выходе системы ФАПЧ из режима захвата, присутствовали за-
метные на слух нелинейные искажения. Причина крылась, как ви-
дится автору, в отсутствии хорошего ФНЧ. Некоторое время спус-
тя, скорее всего, кто-то указал радиостанции на качество излучае-
мого ею сигнала, и проблему устранили. И все же, занимаясь
изготовлением приемников, описанных в книге, не делайте по-
спешные выводы о плохой настройке приемной антенны или час-
тотного детектора. Если при настройке на определенную станцию
будет проявляться нечто подобное, вполне возможно, что пробле-
ма — на передающей стороне.
В качестве примера густонаселенного УКВ диапазона можно
привести московскую сетку частот по состоянию на конец 2000 года.
Легко подсчитать, что вещание ведется 14 станциями отечественного
диапазона и 21 станцией диапазона FM.
66,44
66,86
67,22
68,00
68,30
68,84
69,26
69,80
70,19
71,30
72,14
72,92
73,40
73,82
«Радио России»
«Максимум»
«Маяк»
«Авторадио»
«Радио-1»
«Юность»
«Шансон»
«Европа-Плюс»
«Ультра»
«Русское радио»
«Орфей»
«Ретро»
«Радио 7 на семи холмах»
«Эхо Москвы»
88
| 88,00
90,30
90,80
91,20
100,10
100,50
101,20
101,70
102,10
102,50
103,40
103 JO
104,20
104,70
105,20
105,70
106,20
106,60
107,00
107,40
107,80
Основные принципы УКВ радиовещания
«До-радио» (полярная модуляция)
«Авторадио»
«Спорт-FM»
«Эхо Москвы»
«Серебряный дождь»
«Ультра»
«Динамит FM»
«Наше радио»
«Монте-Карло»
«Открытое радио»
«Маяк»
«Максимум»
«Радио России»
«Радио 7 на семи холмах»
«РДВ — Радио Деловая Волна»
«Русское радио»
«Европа-Плюс»
«Любовь»
«Станция 2000»
«Хит-FM»
«Милицейская волна»
Нам пора завершать разговор об основах стереофонического ра-
диовещания и переходить к краткому обзору технических идей, ис-
пользуемых для демодуляции сигналов. После этого — первая прак-
тическая конструкция.
1.6. Детектирование сигналов и система ФАПЧ
Картина, сложившаяся у нас после чтения теоретической части,
будет неполной, если мы не расскажем вкратце о том, каким образом
осуществляется детектирование модулированных колебаний. Как
читатель уже успел заметить, в современном УКВ приемнике при-
Основные принципы УКВ радиовещания 89
сутствуют все основные разновидности детекторов: амплитудные,
частотные, фазовые. Исторически первыми появились амплитудные
детекторы, преобразующие модулированное AM колебание, напри-
мер, в звуковой сигнал. Простейший амплитудный детектор, уже
встреченный нами в разделе, посвященном стереодекодерам, изобра-
жен на рис. 1.50.
VD
\Um
Rh =p о
Ср
1Ь
ивых
Рис. 1.50. Классический амплитудный детектор
Детектор «обрезает» отрицательные полупериоды AM колебания
и фильтрует ВЧ пульсации поднесущей. Вот, собственно, и весь
принцип его работы. К сожалению, на качество выходного сигнала
такого детектора очень сильно влияют параметры диода VD. Явля-
ясь нелинейным элементом, выпрямительный диод вносит в полез-
ный сигнал дополнительные гармонические составляющие, ампли-
туда которых прямо пропорциональна уровню входного сигнала и
коэффициенту амплитудной модуляции (т). Покажем, что это так на
самом деле. В теоретической радиотехнике реальную вольт-ампер-
ную характеристику выпрямительного полупроводникового диода
(рис. 1.51) заменяют квадратичной зависимостью вида:
i = A0 + Axi + A2i2 ,
где Ао, А\, А2 — коэффициенты, зависящие от конкретного типа
диода.
Текущее значение входного напряжения в случае AM колебания
будет определяться известным выражением
U = JJт (1 + wsinQ/)sincou/.
Подставляя это значение в выражение для тока диода, получим:
/ = Ао + AxUm2 2
Основные принципы УКВ радиовещания
Рис. 1.51. Вольт-амперная характеристика диода
Если раскрыть это выражение с помощью правил школьной три-
гонометрии, группируя члены, относящиеся к частотам Q и соо, то
окажется, что в спектре выходного тока будут присутствовать:
а) постоянная составляющая;
б) частоты ш0, 2соо, относящиеся к немодулированной несущей;
в) частоты Q и 2Q, относящиеся к модулирующему сигналу;
г) комбинационные частоты (соо - Q), (соо + П), (2ооо + Q), (2со0 -
Если выбрать со0 » Q, то блокировочный конденсатор Сн от-
фильтрует все составляющие, в которых присутствует со0. Раздели-
тельный конденсатор Ср обрежет неинформативную постоянную со-
ставляющую. Таким образом, выражение для выходного напряжения:
=mA2U2mRg
-^ A2U2m
В спектре выходного сигнала, как мы видим, присутствует со-
ставляющая с частотой 2Q. Эта составляющая искажает выходной
сигнал. Но можно также заметить, что основная гармоника сигнала
пропорциональна первой степени коэффициента модуляции т, а
вторая пропорциональна квадрату. Такое детектирование, в резуль-
тате которого появляются паразитные составляющие, называют
квадратичным. Чтобы детектирование осуществлялось по линей-
ному закону, прежде всего, важно использовать такой элемент на
месте диода, характеристика которого имела бы вид, изображенный
на рис. 1.52.
Основные принципы УКВ радиовещания
91
Рис. 1.52. ВоЛьт-амперная характеристика диода,
не обладающего нелинейностью
Конечно, простых элементов, обладающих этими свойствами,
пока не разработано. Однако можно заметить, что при малых коэф-
фициентах модуляции квадратичный член становится пренебрежимо
малым. Физически это означает, что «кривизна» вольт-амперной ха-
рактеристики на малом отрезке незаметна, что и отражено на
рис. 1.53.
Рис. 1.53. Спрямленная характеристика реального диода
Нелинейные искажения, обусловленные неидеальностью вольт-ам-
перной характеристики полупроводникового диода, — не единствен-
92
Основные принципы УКВ радиовещания
ная «беда» классического амплитудного детектора. Искажения также
вносит его частотная инерционность, связанная с конечным значени-
ем постоянной времени нагрузки х = ChRh. Впрочем, если выбрать
где Fmax — максимальная модулирующая частота, то нелинейные
искажения, обусловленные инерционностью детектора, будут
сведены к минимуму.
Простой амплитудный детектор обладает конечными входным и
выходным сопротивлениями, что усложняет его согласование с ис-
точником сигнала и нагрузкой. Учитывая вышеперечисленные не-
достагки, преследуя цель избавиться от них, были разработаны тран-
зисторные амплитудные детекторы, изображенные на рис. 1.54.
+11пит
- +11пит
11вых
Um
О
1 к
■■ 1
П
Rh[
L .
.Г
Увых
а) б)
Рис. 1.54. Транзисторные амплитудные детекторы
в)
Эмиттерный детектор, представленный на рис. 1.54, а, имеет
высокое входное сопротивление и низкое выходное, что обусловли-
вается основными свойствами эмиттерного повторителя. Режим ра-
боты детектора устанавливается резисторами R1 и R2. Принцип та-
кого детектора станет ясен, если вы взглянете на рис. 1.54, в. Эмит-
терный переход транзистора представляет собой полупроводнико-
вый диод, поэтому с помощью делителя Rl—R2 рабочую точку
выводят в положение, в котором диод будет «отсекать» отрицатель-
ные полуволны (потенциал базы составляет около 0,7 В).
Основные принципы УКВ радиовещания
93
Коллекторный детектор, изображенный на рис. 1.54, б, отлича-
ется от описанных ранее тем, что за счет усиления транзистора (сиг-
нал «снимается» с коллекторного вывода) коэффициент передачи
сигнала такого детектора будет больше 1. К слову, в составе УКВ
ЧМ приемников тоже имеются амплитудные детекторы, построен-
ные, правда, по несколько усложненным транзисторным схемам.
Разработчики импортных микросхем, как правило, указывают в до-
кументации устройство основных каскадов, в том числе и амплитуд-
ного детектора.
Особый класс амплитудных детекторов составляют синхронные
детекторы. Схемотехнически они значительно сложнее обычных, од-
нако усложнение оправдывается возможностью получения мини-
мальных искажений демодулированного сигнала. Рассмотрим струк-
турную схему синхронного детектора, изображенную на рис. 1.55.
А1
>
U1
Лх
/л
Z1
Z2
G1
G
ГУН
Us.
Рис. 1.55. Амплитудный синхронный детектор
Входной модулированный сигнал усиливается широкополос-
ным усилителем А1. Далее с помощью фильтра Z1 отфильтровыва-
ется несущая сигнала, которая с точностью до фазы синхронизиру-
ет ГУН G1. ГУН — это генератор, управляемый напряжением. На
его выходе формируются прямоугольные импульсы, которые пока-
заны на рис. 1.56, б. Эти импульсы в умножителе U1 перемножа-
ются с модулированным AM колебанием, полученным с выхода
А1. На выходе умножителя наблюдается однополярное колебание
(рис. 1.56, в), огибающая которого представляет собой демодули-
рованный сигнал.
94
Основные принципы УКВ радиовещания
I
I
1
и
1
1
1
t
а)
б)
в)
Рис. 1.56. Сигналы, формируемые в синхронном амплитудном детекторе
С помощью ФНЧ Z2 отфильтровывается несущая, и на выходе
детектора мы имеем сигнал Ueblx. Как показывает теория, выходное
напряжение (в случае модуляции гармоническим сигналом) имеет
форму
2U
"
вых
к
Другими словами, синхронный детектор — это обыкновенный
амплитудный детектор, но имеющий идеальный диод.
Теперь поговорим о частотных детекторах. Классический частот-
ный детектор состоит их двух основных частей: устройства преобра-
зования частотно-модулированного колебания в амплитудно-моду-
Основные принципы УКВ радиовещания
95
лированное и амплитудного детектора AM колебания. Преобразова-
тель модуляции предназначен для преобразования ЧМ сигнала в
сигнал с амплитудой, изменяющейся по закону изменения частоты.
Достигается это за счет использования в составе преобразователя та-
кого элемента, у которого коэффициент передачи зависит от часто-
ты. Элемент хорошо нам известен — это одиночный колебательный
контур. Если колебательный контур немного расстроить относитель-
но несущей частоты, но так, чтобы девиация «уложилась» на одном
из скатов резонансной кривой (как показано на рис. 1.57, а), то на вы-
ходе каскада А1 (рис. 1.57, б) получим AM колебание.
а)
Рис. 1.57. Частотный детектор с одиночным колебательным контуром
и график, поясняющий его работу
96 Основные принципы УКВ радиовещания
Внимательный читатель может заметить, что, если ЧМ колеба-
ние, образуемое генератором ию9 будет вдобавок менять амплитуду,
это обстоятельство внесет искажения в выходной сигнал детектора.
Чтобы предотвратить искажения, в состав тракта детектирования
вводят ограничитель, который стабилизирует амплитуду и&х. Огра-
ничитель необходимо ввести в тракт перед преобразователем моду-
ляции, но никак не после него. Качество стабилизации амплитуды
оценивается параметром степень подавления паразитной AM. По-
скольку ограничитель — элемент неидеальный, на его выходе пара-
зитная AM все же остается, но значительно сниженной. «Но почему
появляется паразитная AM?» — спросит читатель. Дело в том, что
уровень сигнала, поступившего на вход приемника, зависит и от
мощности передающей станции, и от ее удаленности от места прие-
ма, и от качества приемной антенны, и еще много от чего. Амплиту-
да входного ВЧ сигнала меняется, а значит, будет меняться она и на
входе детектора. Ограничитель позволяет избавиться от указанного
недостатка. Степень подавления AM обязательно нормируется в тех-
нической документации на микросхемы радиоприемников УКВ диа-
пазона.
Степень подавления AM при наличии соответствующих приборов
можно оценить и самостоятельно. Делается это с помощью одновре-
менного способа измерения. Методика, описанная, например, в
ГОСТ 17692-72, звучит так. На вход приемника подается ВЧ сигнал,
одновременно модулированный по частоте (F = 400 Гц, Afm = 50 кГц)
и по амплитуде (F = 1 кГц, m = 0,3). Представляете себе частотно-мо-
дулированное колебание, у которого вдобавок изменяется и амплиту-
да? Так вот, показателем подавления AM служит отношение выходно-
го напряжения с частотой 400 Гц, измеренное без амплитудной моду-
ляции, к приращению напряжения, измеренного с включенной AM.
Это отношение, выраженное в децибелах, не должно превышать
26—34 дБ. Аналогично (правда, с другими параметрами модуляции)
измеряется степень подавления AM в приемниках FM диапазона. Вы
можете найти все необходимые данные в технической документации.
В частотных детекторах с преобразованием модуляции очень
важным является степень линейности ската резонансной характери-
стики контура. Естественно, чем более она будет отличаться от пря-
мой линии, тем сильнее исказится выходной сигнал. Нелишне вспом-
Основные принципы УКВ радиовещания 97
нить о такой характеристике контура, как его добротность. Чем
меньше добротность, тем плавнее скаты резонансной кривой. Слиш-
ком маленькая добротность, кстати, тоже плоха — наклон ската ока-
жется очень уж небольшим. Следовательно, и коэффициент модуля-
ции получится недостаточным, а значит, и размах сигнала снизится.
Внимание! Добротность контуров частотных детекторов искусствен-
но снижают до разумных пределов, вводя параллельно контуру со-
противление Rk, как показано на рис. 1.57, б. Это сопротивление вы
еще не раз увидите в практических схемах.
Существуют методики настройки частотных детекторов, однако
при изготовлении самодельных преемников проще всего настроить
частотный детектор «на слух», по максимуму громкости и минимуму
искажений звукового сигнала. В процессе настройки не следует то-
ропиться, лучше потратить небольшое количество времени, чтобы,
вращая сердечник катушки индуктивности, изучить поведение де-
тектора при различных его положениях. Попробуйте настроить де-
тектор несколько раз на одной станции, перестройте приемник и по-
вторите настройку. «Почувствуйте разницу», как говорилось в одной
телерекламе.
В начале нашего разговора о ЧМ радиовещании мы вскользь упо-
минали схему дробного ЧМ детектора. Эта схема использовалась в
радиоприемной аппаратуре на протяжении десятилетий, хорошо за-
рекомендовала себя с точки зрения качества звука, стабильности ха-
рактеристик. Сегодня дробный детектор потихоньку становится дос-
тоянием истории массовой радиоаппаратуры, поэтому описывать его
устройство мы здесь не будем. Если у читателя возник интерес, от-
сылаю его к изданиям [7, 18].
Поскольку радиоприемники — продукция, выпускаемая очень
большими партиями, ее разработчики стремятся снизить количество
элементов, используемых в схеме, упростить и автоматизировать
технологический процесс сборки, до минимума сократить настроеч-
ные операции. Экономический эффект, следующий за этим, весьма
высок. К сожалению, настройка резонансных катушек индуктивно-
сти — задача для автоматизации не подходящая. Необходимо содер-
жать штат настройщиков, которые будут «крутить контуры», услож-
нять технологический процесс. Разработчикам современной эле-
ментной базы удалось отказаться, как мы ранее говорили, от
98 Основные принципы УКВ радиовещания
трудоемких ФСС, заменив их пьезокерамическими фильтрами.
Очень хотелось отказаться также от контура частотного детектора.
Не так давно это удалось сделать, заменив индуктивный элемент пье-
зокерамическим эквивалентом колебательного контура. Эквивален-
ты выпускаются фирмой Murata, маркируются индексом CDA (мар-
кировка CDA-10,7 означает, что данный эквивалент предназначен
для работы в ЧМ приемниках с ПЧ, равной 10,7 МГц). Внешне CDA
выглядят так, как показано на рис. 1.58. Частотная характеристика
приведена на рис. 1.59.
В окрестности 10,7 МГц вершина частотной характеристики «1»
представляет собой достаточно ровный скат. Преобразование ЧМ ко-
лебания в AM возможно при девиации несущей частоты в ту или
иную сторону от центральной частоты. Кривой «2» обозначена сте-
пень нелинейных искажений, возникающих при использовании
CDA. Видно, что при незначительных отклонениях в пределах
±100 кГц нелинейные искажения не превышают 0,5%. В практиче-
ской части мы изготовим приемник, в котором будет использован
CDA. Уверен, вам понравится его звучание.
«А возможно ли сразу демодулировать ЧМ колебание, без его
предварительного преобразования в AM?» — спросит любознатель-
ный читатель. Оказывается, и такое возможно. Существует особый
класс частотных детекторов, называемых двойными балансными
квадратурными ЧМ детекторами. Практически они используются
на частотах, не превышающих сотни кГц, что затрудняет их приме-
нение в УКВ технике. Однако фирмой «Филипс» разработаны одно-
кристальные приемники TDA7010, TDA7021 (отечественный аналог
К174ХА34), TDA7088, в составе которых имеется такой детектор.
Микросхема TDA7010 требует для нормальной работы детектора
подключения внешних элементов, а в TDA7021 детектор настроен на
этапе изготовления. Скоро мы встретимся с этими микросхемами,
поэтому постарайтесь как можно лучше понять работу квадратурно-
го ЧМ детектора. Его структурная схема приведена на рис. 1.60.
Входной ЧМ модулированный сигнал поступает на предвари-
тельный усилитель А1. После усиления амплитуда сигнала ограни-
чивается амплитудным селектором А2 и подается на вход аналогово-
го умножителя А4. Теперь рассмотрим другую сигнальную ветку.
Этот же входной ЧМ сигнал, усиленный в А1, поступает на фазовра-
Основные принципы УКВ радиовещания
99
8,0±1,0
Рис. 1.58. CDA эквивалент колебательного контура
фирмы «Murata»
10,5 10,7 10,9
Частота, МГц
Рис. 1.59. Частотная характеристика CDA-эквивалента
щатель U1, который задерживает сигнал, создавая ему дополнитель-
ный фазовый сдвиг ср. Фазовращатель необходимо построить так,
чтобы фазовый сдвиг линейно зависел от частоты входного сигнала.
Далее задержанный сигнал также ограничивается по амплитуде в
100
Основные принципы УКВ радиовещания
А1
>
А2
г
U1 A3
ф(со)
г
А4
cot /
\ Х
wt+(p(co) \
Z1
Рис. 1.60. Структурная схема двойного балансного квадратурного
ЧМ детектора
блоке A3 и поступает на второй вход умножителя А4. На выходе ум-
ножителя нет амплитудного детектора, есть только ФНЧ Z1, выде-
ляющий информационный сигнал. Как видите, схема принципиально
отличается от классического ЧМ детектора, результат ее работы по-
истине поразительный! Но еще более удивительным является сле-
дующее обстоятельство. Задумайтесь: ограничители сигнала — это
по сути компараторы с нулевым порогом, которые преобразуют ана-
логовый сигнал в импульсный (цифровой). А на выходе детектора
мы имеем нормальный звуковой сигнал. Наличие ограничителей в
схеме детектора не просто желательнр, а даже необходимо.
Чтобы досконально понять логику работы детектора, задачу не-
сколько упростим. Предположим, что ограничителей в схеме нет, и
гармонический сигнал, обладающий постоянством амплитуды, по-
ступает на последующие каскады в виде
Ux=Ulm sincv;
Ошибки в записи последней функции нет. Для правильной рабо-
ты квадратурного балансного ЧМ детектора очень важно, чтобы пря-
мой и задержанный сигналы находились в квадратуре, то есть были
сдвинуты на 90° друг относительно друга. Естественно, что точный
сдвиг на четверть периода частоты может выполняться на какой-то
одной частоте. Предположим, что это частота немодулированной не-
Основные принципы УКВ радиовещания 101
сущей. Сигнал на выходе умножителя является результатом произве-
дения этих функций:
Uim sinaV-cos(cD0/-<p(co)),
где а — коэффициент пропорциональности.
После несложного тригонометрического преобразования по-
лучим:
UebLX =oUlmU2m [sincp(co) + sin2co0/ • cos<p(co) -cos2co0/ • sin(p(co)].
При небольших отклонениях фазы мы вполне можем упростить
эту формулу:
Сгруппируем:
Нам пришлось сделать допущение, что начальным является зна-
чение ф = 0. В действительности на частоте, в которой сигналы нахо-
дятся в квадратуре, необходимо задерживать сигнал U2 в точности
на угол я/2, что возможно реализовать с помощью схемы фазовраща-
теля, приведенной на рис. 1.61. Такой фазовращатель используется в
составе микросхем TDA7010 и TDA7021. Фазочастотная характери-
стика этого узла приведена на рис. 1.62.
На центральной частоте, равной 76 кГц, фазовый сдвиг составля-
ет я/2, что видно из разметки левой вертикальной оси. Правая ось,
имеющая и положительные и отрицательные фазовые сдвиги, отно-
сится к квадратурным сигналам. Знак «+» означает опережение
фазы, знак «-» — отставание. Отклонение частоты в сторону умень-
шения «скручивает» фазу (в реальном сигнале она становится мень-
ше я/2), увеличение, наоборот, «накручивает» ее. Для квадратурного
сигнала это означает, что сдвиг становится то положительным, то от-
рицательным.
Теперь настало время проанализировать формулу, полученную
выше. Сигнал, полученный на выходе умножителя, по сути состоит
из двух частей:
™ = а£/1яС/2иФ(ю)-[1-со82©0/]
102
Основные принципы УКВ радиовещания
Ubx
и
Рис. 1.61. Возможный вариант фазовращателя для двойного
балансного ЧМ детектора
-45
-90
-135
-180
Ф
-90
-45
45
10 100 1000 104 105 106 107
Рис. 1.62. Требуемая ФЧХ фазовращателя
Слагаемое с индексом «2» — это симметричный относительно
горизонтальной оси синусоидальный сигнал с частотой, равной уд-
военной частоте несущей. Амплитуда сигнала постоянна, а значит,
его легко отфильтровать простейшим ФНЧ. Слагаемое с индексом
«1» по сути также является периодической функцией, однако сдви-
нутой относительно горизонтальной нулевой оси. Более того, ампли-
туда этой составляющей меняется с изменением фазового сдвига, как
показано на рис. 1.63.
Внимательный читатель уже наверняка заметил, что, если сигнал
«переходит» горизонтальную ось, должна «перевернуться» фаза ко-
синусного колебания, то есть колебание будет располагаться в облас-
ти отрицательных амплитуд. И очень хорошо! Вы не забыли, что на
выходе умножителя нет никаких амплитудных детекторов, а есть
только ФНЧ, который выделит из колебания низкочастотную состав-
ляющую, изображенную на рис. 1.63 штрих-пунктирной линией.
Основные принципы УКВ радиовещания 103
Рис. 1.63. Вид колебания на выходе умножителя
Вам понравился такой детектор? Автору он тоже понравился. Од-
нако пора завершать теоретический раздел. В заключение мы пого-
ворим о таком интересном радиотехническом изобретении, как фазо-
вая автоподстройка частоты (ФАПЧ). Система ФАПЧ разработана
давно, широко используется в различных каскадах радиоприемни-
ков, мы также в процессе изготовления наших конструкций встре-
тимся с ней лицом к лицу. Здесь коротко расскажем о ФАПЧ, выпол-
няющей работу по поддержанию стабильной частоты гетеродина.
При изготовлении УКВ приемников не следует забывать, что час-
тота гетеродина с течением времени непостоянна, она может «ухо-
дить» от нужной под действием температуры (когда работающий ра-
диоприемник вынесли из теплого помещения на мороз), изменения
напряжения питания (к примеру, связанное с разрядом батарей пита-
ния), механическим воздействием на органы настройки частоты
(если приемник работает в автомобиле). Когда селективность ПЧ
тракта невысока, «уход» частоты не вызовет пропадания принимае-
мого сигнала, а вот если ФПЧ высокоселективный (специалисты го-
ворят, что настройка такого приемника очень острая), радиостанция
может уменьшить громкость или вообще пропасть. С целью стабили-
зации частоты настройки с необходимой точностью в условиях воз-
действия дестабилизирующих факторов, разработана система
ФАПЧ, структурная схема которой приведена на рис. 1.64.
Эта схема, являющаяся классической, содержит в своем составе три
основных элемента: дискриминатор (U2), ФНЧ (Z1), управитель (А2).
Дискриминатор вырабатывает управляющее напряжение, вели-
чина и знак которого определяются величиной и знаком ухода час-
тоты гетеродина от номинального значения. Частотная характери-
стика дискриминатора имеет вид, изображенный на рис. 1.65, а. Ра-
104
Основные принципы УКВ радиовещания
'/
U1
А1
>
G1
U2
Z1
А2
А/
ли
Рис. 1.64. Структурная схема ФАПЧ
AU
А/
AU
а)
б)
Рис. 1.65. Передаточные характеристики дискриминатора (а)
и управителя (б)
ботает дискриминатор следующим образом. При изменении на А/
частоты сигнала, подаваемого на вход дискриминатора, изменяет-
ся на величину AU напряжение на его выходе. Важно отметить, что
знак напряжения Af/ должен зависеть от того, в какую сторону от
центральной частоты настройки происходит уход частоты гетероди-
Основные принципы УКВ радиовещания 105
на. Если частота гетеродина возросла на +Д/, соответственно увели-
чится промежуточная частота на выходе смесителя U1. При умень-
шении частоты полярность выходного напряжения изменяется на
противоположную.
Дискриминатор характеризуется крутизной передаточной харак-
теристики:
Sd=^, (В/кГц).
Второй элемент системы ФАПЧ, называемый управителем (А2),
изменяет частоту гетеродина так, чтобы скомпенсировать влияние
дестабилизирующих факторов, снизить уход частоты до допустимо-
го значения. Управитель имеет передаточную характеристику, изо-
браженную на рис. 1.65, б. Увеличение управляющего напряжения
(Л/7), подаваемого от дискриминатора, должно вызвать уменьшение
частоты гетеродина на величину А/
Управитель также характеризуется крутизной:
5,=^, (кГц/В).
Фильтр (Z1) — важный элемент системы ФАПЧ, определяющий
ее инерционные свойства. Фильтр, во-первых, позволяет избавиться от
составляющих промежуточной частоты на выходе дискриминатора и,
во-вторых, устраняет самовозбуждение системы ФАПЧ. Дело в том,
что система ФАПЧ является системой обратной связи, а значит, подчи-
няется законам автоматического управления. Из теории систем с об-
ратными связями известно, что при определенных условиях устойчи-
вость петли ФАПЧ может нарушиться, возникнет генерация. Специа-
листы говорят, что система «завелась». Классический пример системы
с неустойчивой обратной связью—гетеродин радиоприемника.
Для оценки эффективности ФАПЧ введен параметр, называемый
коэффициентом автоподстройки частоты. Коэффициент показы-
вает, во сколько раз изменение частоты гетеродина при включенной
петле ФАПЧ меньше изменения частоты гетеродина в условиях, ко-
гда петля ФАПЧ разомкнута. Конечно, оценку следует производить
при одной и той же расстройке относительной центральной частоты.
Капч = 1 + SySd .
106 Основные принципы УКВ радиовещания
При увеличении крутизны дискриминатора и управителя эффек-
тивность системы ФАПЧ увеличивается. На практике коэффициент
автоподстройки может достигать значений, равных 10.
Традиционно система ФАПЧ используется только в УКВ трактах
для подстройки частоты гетеродина. Как показывает многолетний
опыт разработки радиоприемной аппаратуры, ФАПЧ значительно
улучшает характеристики приемника без заметного усложнения его
схемы. Оказывается, что контур частотного детектора обладает ха-
рактеристикой, идентичной рис. 1.65, а. Поэтому иногда этот контур
называют дискриминатором. В качестве управителя обычно исполь-
зуются соответствующим образом включенные в контур гетеродина
варикапы. Регулирующее напряжение, приложенное к варикапу, из-
меняет его емкость, а следовательно, и частоту гетеродина.
Частотные характеристики дискриминаторов и управляющие ха-
рактеристики варикапов обладают некоторой нелинейностью, поэто-
му для оценки свойств ФАПЧ полезно ввести еще два понятия.
Полоса захвата оценивает способность системы ФАПЧ входить
в режим автоподстройки. Другими словами, это полоса частот отно-
сительно центральной частоты настройки, в пределах которой вход-
ное напряжение на любой частоте вызывает перестройку частоты
приемника. За пределами полосы захвата приемник свободно пере-
страивается.
Полоса удержания характеризует способность системы ФАПЧ
сохранять режим слежения. Иначе — это полоса частот, внутри кото-
рой изменение частоты выходного сигнала вызывает под действием
ФАПЧ соответствующее изменение частоты гетеродина.
Полоса захвата и полоса удержания могут отличаться друг от друга
в 3—4 раза. Типичные значения составляют для полосы захвата 300 кГц,
для полосы удержания — 950 кГц. Включенная система ФАПЧ может
затруднять перестройку приемника (станция будет «тянуться» за пово-
ротом ручки настройки достаточно долго), поэтому во многих моделях
радиоприемников предусматривалось отключение ФАПЧ.
Существует еще одна разновидность системы ФАПЧ на основе
цифроаналоговой техники, называемая цифровым синтезатором
частоты. Мы обязательно опробуем такой синтезатор и убедимся,
что его использование открывает широкие горизонты для радиолю-
бителей.
Основные принципы УКВ радиовещания 107
Приложение.
Некоторые сведения, необходимые радиолюбителю
при расчете катушек индуктивности
В практической работе по изготовлению УКВ приемников наи-
большие трудности вызывают обычно всевозможные катушки ин-
дуктивности. И вот почему. Микросхемы, являющиеся серийными
изделиями, оптимизированы по параметрам и не нуждаются в допол-
нительных доработках. То же самое можно сказать относительно ре-
зисторов, конденсаторов, диодов, варикапов, светодиодов. Выбрав
нужный элемент, купив его, радиолюбителю только и остается впа-
ять его на штатное место в печатной плате. Едва ли так гладко полу-
чится с индуктивными элементами. Представьте себе: сначала надо
из великого разнообразия конструкций безошибочно выбрать нуж-
ную, приобрести или самостоятельно изготовить каркас, обеспечить
резьбу для перемещения сердечника, не промахнуться с диаметром
провода, рассчитать и намотать нужное количество витков, жестко
закрепить обмотку и выводы, настроить катушку. Голова может пой-
ти кругом от обилия операций. Кстати, именно индуктивные элемен-
ты являются «камнем преткновения» начинающих радиолюбителей,
которые не доводят до конца свои конструкции, испугавшись слож-
ности технологии изготовления и настройки катушек. Поэтому автор
счел крайне необходимым привести некоторые практические сведе-
ния, касающиеся разработки индуктивных элементов для УКВ-ЧМ
радиоприемников.
А. Бескаркасная однослойная ВЧ катушка
Пожалуй, это самый простой вид катушки. Для ее изготовления
необходим минимум материалов: кусок трансформаторной проволо-
ки в эмалевой изоляции и круглая оправка нужного диаметра (напри-
мер, сверло). Намотав на оправке нужное количество витков, зачис-
тив выводы кусочком мелкой наждачной бумаги и залудив их, мож-
но впаивать готовую катушку в печатную плату. Однако присущи
такой конструкции некоторые недостатки. Во-первых, регулировку
индуктивности удастся произвести лишь в небольших пределах, уве-
личивая расстояние между соседними витками (практики говорят,
108
Основные принципы УКВ радиовещания
что для настройки необходимо «сжимать» или «растягивать» витки).
Во-вторых, отсутствие жесткого каркаса приводит к тому, что при
механических воздействиях (например, в условиях тряски в салоне
автомобиля) гетеродинная катушка четко воспринимает эти колеба-
ния и модулирует по частоте гетеродинный сигнал. Конечно, гул
вибрации появится в динамиках. Для борьбы с этим явлением в де-
шевых радиоприемниках бескаркасные катушки заливают большим
количеством парафина. В-третьих, для обеспечения жесткости бес-
каркасные катушки необходимо устанавливать на печатную плату в
горизонтальном положении, по возможности прижимая их к поверх-
ности платы. Вертикально стоящая катушка, конечно, занимает
меньше места, но она подобна свободной пружине, что является худ-
шим из двух зол. Впрочем, указанные недостатки не мешают широ-
чайшему использованию бескаркасных катушек индуктивности в
промышленных и самодельных приемниках. Причина тому — край-
няя дешевизна, технологичность изготовления. На рис. 1.66 пред-
ставлена расчетная модель такой катушки.
■о,
I
Рис. 1.66. Бескаркасная однослойная катушка: dk — диаметр оправки;
dn — диаметр провода; D — расчетный диаметр катушки;
/ — длина катушки
Расчетный диаметр определяется по формуле
Основные принципы УКВ радиовещания
109
Общая формула для расчета катушки записывается так [19]:
10'2Dw2 ,/
L = —rz при /п>0,3.
^/+0,44 /D
В эту формулу Du l необходимо подставлять в см, тогда L полу-
чится в микрогенри.
Если катушка достаточно длинная (у^ > 5), данная формула пре-
образуется к следующему простому виду:
L = lO'3kDw2 .
Таблица 1.6. Значения коэффициента к в зависимости от линейных размеров
катушки
I/D
к
20
со
со
о
17
О
14
со
о
13
со
СО
о
11
в
со
о
10
о
9
со
о
8
7,7
ю
см
7
со
6,7
6,3
5,9
i
5,6
со
5,3
см
со
5
со
со
В принципе для конструирования индуктивного элемента приве-
денных сведений достаточно. Во многих книгах, посвященных рас-
четам электротехнических изделий, приведенной выше формулой ог-
раничиваются. А напрасно! Как правило, в конструктивных расчетах
по известной индуктивности мы должны определить размеры катуш-
ки, количество витков. Если мы попытаемся выразить «в лоб» из об-
щей формулы конструктивные параметры, у нас ничего не получит-
ся. В самом деле, зная диаметр оправки (dk), диаметр провода (dn), ко-
личество витков (w) и длину (/), проблем с определением
индуктивности катушки не возникнет. Но нам нужно по одной толь-
ко известной индуктивности (L) определить четыре (!) конструктив-
ных параметра. Как быть? Теоретики поступили бы так: задаваясь
произвольными значениями, они многократно, с точностью «до со-
тых», производили бы расчет и «подгоняли» индуктивность к нуж-
ной. Практики обычно экономят время, поэтому нелишне будет ис-
пользовать опыт разработки таких изделий и наложить некоторые
ограничения. Диаметр оправки разумно выбрать в пределах 4—8 мм,
диаметр провода — 0,2—0,6 мм. Слишком тонкий провод для ВЧ ка-
тушек не годится, поскольку в нем увеличатся потери и снизится об-
110 Основные принципы УКВ радиовещания
щая добротность резонансного контура. Слишком толстый тоже луч-
ше не применять, поскольку его диаметр становится соизмеримым с
диаметром катушки и заставляет делать поправку в расчетных фор-
мулах. С учетом сказанного длина катушки (с небольшим допущени-
ем) запишется так:
l = wdn.
Считаем, что витки очень плотно прилегают друг к другу, а тол-
щина изоляции существенно меньше диаметра провода. После под-
становки получим
L_ lQ-2D2w2
wdn + 0,44D
Решая квадратное уравнение, полученное из предыдущей формулы
1(Г2D2w2 -Ldnw-
получаем
Ldn ±^JL2d2 +4-КГ4 -0,44-£>3Z,
Wl'2 = W^D~2
Анализируя полученное соотношение, нетрудно заметить, что
корень, полученный при условии действия знака «-», в любых усло-
виях отрицателен, поэтому не имеет физического смысла. Но и ос-
тавшийся корень, с помощью которого возможно определить витки,
достаточно громоздкий. Давайте вместе упростим эту формулу. Если
взглянуть на выражение, стоящее под знаком корня, то можно уви-
деть, что при условии
L2d2»l,76-l0-4D3L
формула для расчета количества витков значительно упростится:
»-,0.
D2
Каковы границы применимости этой формулы? Для выяснения
этого вопроса учтем, что знак «много больше» означает преоблада-
ние одной величины над другой по крайней мере на порядок, то есть
в 10 раз:
L2 d2> 1,76 -1(Г3 D2L
Основные принципы УКВ радиовещания
111
или иначе
Рассчитывая число витков катушки, следует поступать так:
• задаться параметрами dm Д /;
• проверить применимость упрощенной формулы для расчета
количества витков;
• при необходимости увеличить диаметр провода, уменьшить
диаметр оправки;
• рассчитать количество витков.
Как уже было сказано, бескаркасные однослойные катушки на-
страиваются растяжением и сжатием витков. Приблизительно оце-
нить диапазон перестройки поможет следующая формула:
AL = 2 • 10'3 kwD\ In -2- - О,9 ,
I dn )
где р — шаг намотки, см (рис. 1.67);
AL — поправка на индуктивность, мкГн.
Индуктивность катушки в данном случае найдется по формуле
к ^^ *
Проведя расчет, можно убедиться, что диапазон перестройки ка-
тушки с помощью растяжения витков незначителен. Поэтому при
Рис. 1.67. К расчету влияния растяжения
и сжатия витков
112
Основные принципы УКВ радиовещания
проектировании катушки считайте поточнее ее конструктивные па-
раметры. Но даже если вы ошибетесь, особой беды не случится. Как
правило, изготовить новую катушку удается быстро.
Довольно часто в книгах и журналах можно встретить рекомен-
дацию наматывать ВЧ катушку посеребренным проводом для повы-
шения ее добротности. Дело в том, что из-за наличия в проводнике
эффекта вытеснения ВЧ токов на поверхность провода, ток протека-
ет только в тонком приграничном слое. Задача серебрения — обеспе-
чить минимально возможное сопротивление протеканию тока. Если
в вашем распоряжении окажется специальный посеребреный провод,
советую его использовать. Если такой провод найти не удастся,
вполне сгодится и обычный, смотанный, например, с отслужившего
свое трансформатора. Уверяю вас, особой разницы вы не заметите.
Б. Многослойная катушка без сердечника
Такой вид катушек в УКВ приемниках вы встретите крайне редко.
И тем не менее рассмотрим основные соотношения для ее расчета.
Рис. 1.68. Многослойная катушка без сердечника
Общая формула для расчета многослойных цилиндрических ка-
тушек без сердечника
8-1(Г2уу2£>2
~ 3D2 +9/+10й'
где L — индуктивность катушки, мкГн;
D — средний диаметр, см;
/ — длина намотки, см;
Основные принципы УКВ радиовещания 113
h — радиальная ширина намотки, см.
Конструктивный расчет такой катушки по сравнению с одно-
слойной еще сложнее. Поэтому необходимо сделать некоторые прак-
тические допущения. Считаем, что катушка равномерно заполнена
проводом, то есть не имеет неполных слоев. Тогда расчетные значе-
ния величин запишутся следующим образом:
/ K I
С учетом приведенных допущений индуктивность многослойной
катушки вычисляется так:
«Ничуть не легче», — скажете вы. Согласен. Если раскрыть это
выражение относительно числа витков, то окажется, что нам придет-
ся решать уравнение 4-й степени. Задачка окажется сложноватой для
радиолюбителя: ведь для ее решения необходимо воспользоваться
приближенными численными методами, реализуемыми на компью-
тере. На практике (что касается большинства случаев) можно счи-
тать, что намотка катушки осуществлена тонким проводом и зани-
мает не более 1/10 диаметра каркаса. Такую катушку называют
«тонкой многослойной». Ее индуктивность можно найти по упро-
щенной формуле
8-10~2 d w2
Решая относительно количества витков w квадратное уравнение:
114 Основные принципы УКВ радиовещания
мы получим
l2
=
lt2 2-S-\0'2dK
Физический смысл имеет только положительное значение вит-
ков, полученное из этой формулы. Однако и в таком виде пользо-
ваться формулой неудобно. Поэтому учтем еще одно допущение, ка-
сающееся диаметра провода намотки. Считаем, что диаметр провод-
ника много меньше диаметра катушки. С учетом этого рабочая
формула для расчета тонкой многослойной катушки
Пользоваться упрощенной формулой намного удобнее.
В. Катушка на цилиндрическом ферритовом
сердечнике
Использование ферритового сердечника для намотки катушки
обусловлено желанием увеличить ее индуктивность без увеличения
числа витков. Из сказанного выше следует, что индуктивность ка-
тушки пропорциональна квадрату числа витков. Это означает, что
при необходимости увеличить индуктивность в 9 раз мы вынуждены
будем намотать в 3 раза больше витков. Обойтись без домотки вит-
ков позволяют катушки с ферромагнитными сердечниками.
Катушки на замкнутых магнитопроводах используются в облас-
ти силовой техники, в низкочастотных схемах. В УКВ приемниках
вы встретите их разве что в фильтрах сетевых помех, и то едва ли.
Приемники потребляют очень мало электрической энергии, и для
фильтрации сетевых пульсаций обычно достаточно электролитиче-
ского конденсатора большой емкости. Широкое распространение в
радиоприемных устройствах получили катушки на разомкнутых
магнитопроводах, или, как еще говорят, с ферромагнитными сердеч-
никами. Классический пример такой катушки: односекционный или
Основные принципы УКВ радиовещания
115
многосекционный полистироловый каркас с резьбовой втулкой для
сердечника, на который намотан тонкий провод. Резьбовой сердеч-
ник перемещается в катушке при помощи отвертки. Такие катушки
есть и в ВЧ трактах, и в ПЧ, и в составе частотных детекторов. Рас-
смотрим подробнее расчет таких индуктивных элементов.
Как показывает практика, в такой катушке можно не учитывать
высоту намотки. Естественно, что она должна находиться в разум-
ных пределах, то есть не превышать удвоенный диаметр сердечника.
В основном индуктивность катушки зависит от соотношения разме-
ров с/г и с/ , что отражено на рис. 1.69. Еще один немаловажный
/ ис / I
момент: разные сердечники обладают разной магнитной проницае-
мостью, и расчетные соотношения для определения конструктивных
параметров получаются разными. Для катушек в трактах УКВ диапа-
зона используется в основном феррит марки ЮОНН с относительной
магнитной проницаемостью \хг = 100. Другой возможный вариант:
изготовление катушек преселектора и гетеродина на основе ферри-
тов 13ВЧ или 9ВЧ. Расчеты ведутся при симметричном расположе-
нии сердечника в катушке. Возможны два случая:
1. При соотношении с/ , близком к 1:
/ l
2% lc l + Nl(\ir -1)
где ц0 — магнитная постоянная {An-10~7 Гн/м);
N\ — коэффициент формы сердечника (определяется по табл. 1.7);
Рис. 1.69. Катушка с цилиндрическим сердечником
116
Основные принципы УКВ радиовещания
Таблица 1.7
Л/г102
1.0
27,0
1.5
20,6
2,0
14,0
10
1.72
20
0,62
30
0,28
2. При соотношении СЛ более 8—10 можно воспользоваться уп-
/ v
рощенной формулой:
Внимание! Применять эту формулу для расчета катушек на ос-
нове ферритов 13ВЧ и 9ВЧ нельзя. Поэтому используйте ее для фер-
рита 100НН.
Г. Броневые катушки с зазорами
На практике могут встретиться не только катушки на классиче-
ских стержневых сердечниках, но еще и другие, не менее важные
конструкции. Катушка, изображенная на рис. 1.70, очень похожа на
известную броневую конструкцию. Отличие состоит в том, что маг-
нитпровод ее незамкнут — в центре предусматривается резьбовая
втулка, по которой перемещается цилиндрический сердечник. На-
ружный кожух состоит из двух стаканов. Проницаемость ферромаг-
нитного материала должна быть высокой, тогда индуктивность мож-
но вычислять по формуле:
0,5-
1п-
Несмотря на то, что формула выглядит устрашающе, вычислить
отсюда количество витков очень просто. Все величины, стоящие в
скобках, известны.
Недавно в продаже появились отечественные катушки индуктив-
ности с одиночным стаканом (ЖеО 075.020 ТУ). Конструкция таких
катушек схематически представлена на рис. 1.71.
Основные принципы УКВ радиовещания
117
V////77/,
У/777777С
Рис. 1.70. Броневая конструкция
Рис. 1.71. Модификация броневой
конструкции
В этом случае рекомендуется преобразовать расчетную модель
катушки к виду, изображенному на рис. 1.70, вычислив эквивалент-
ный зазор:
Д. Катушки в экранах и с немагнитными
сердечниками
Немагнитные сердечники (например, изготовленные из меди или
латуни) используются в высокочастотных катушках для подстройки
их индуктивности в случае, если ее необходимо снижать. Экраниро-
вание применяют для повышения помехозащищенности схемы от
внешних электромагнитных полей, а также для снижения ее собст-
венных полей. Нужно заметить, что небольшие экраны, сравнимые с
величиной катушек, также снижают индуктивность последних. И ес-
ли введением немагнитного сердечника мы сами добиваемся эффек-
та снижения индуктивности, то при экранировании это становится
неизбежным фактом.
118 Основные принципы УКВ радиовещания
Экран и немагнитный сердечник могут рассматриваться как ко-
роткозамкнутый виток, индуктивно связанный с катушкой и внося-
щий в нее потери. Поэтому добротность катушки (а следовательно, и
резонансного контура) несколько снижается. В наши планы не вхо-
дит подробный рассказ о добротности, остановимся только на оценке
изменения индуктивности. Оказывается, что для расчета экраниро-
ванных катушек и катушек с немагнитными сердечниками могут
быть использованы одни и те же соотношения. Однако точные фор-
мулы сложны. Для практических расчетов удобнее использовать
приближенные соотношения. Оговоримся, что они были выведены
для случая круглого экрана. Если экран квадратный, то в формулы
нужно подставлять эквивалентный диаметр, равный 1,2а, где a —
длина стороны квадрата. Расстояние между краем намотки и дном
экрана должно быть не меньше, чем диаметр катушки. Аналогичное
допущение необходимо сделать для немагнитного сердечника. Его
длина должна быть больше длины намотки по крайней мере на вели-
чину диаметра катушки.
Изменение индуктивности приближенно оценивается по фор-
муле
AL = -Lk,
где L — индуктивность неэкранированной катушки (катушки без
сердечника);
к — коэффициент изменения индуктивности.
Для однослойных и тонких многослойных катушек:
к = 1±\ 1-
где dk — диаметр катушки;
йэ — диаметр экрана (сердечника);
/ — длина катушки;
/э — высота экрана (длина сердечника).
Знак «+» используется в расчетах влияния экранов, знак «-» —
для сердечников.
ЧАСТЬ ВТОРАЯ
Практические конструкции
2.1. Ваш первый радиоприемник
Как вы думаете, когда у радиолюбителя наступает самый вол-
нующий момент? Правильно: когда конструкция собрана, подпаяны
провода питания, остается только включить ее. Заработает или не за-
работает? Бывалые «электронщики» не без основания любят повто-
рять: «Если начало работать сразу, что-то здесь не так». Действи-
тельно, порой отладка отнимает уйму душевных и умственных сил.
Однако самые первые радиолюбительские поделки должны сразу по-
давать хоть какие-то осязаемые признаки жизни. От этого в огром-
ной степени зависит радиолюбительское вдохновение, желание во
что бы то ни стало продолжать начатые эксперименты. Часто, прому-
чившись с собранной конструкцией, но так и не «оживив» ее, начи-
нающий радиолюбитель принимает решение никогда не связываться
с подобными вещами. Конструирование УКВ приемников требует
определенного навыка, пусть небольшого, но все же опыта. Чтобы не
оттолкнуть читателя от этой интереснейшей области, автор предла-
гает вначале изготовить простенький громкоговорящий УКВ прием-
ник. Несмотря на то что для его сборки потребуется пара десятков
элементов, он обеспечивает довольно высокие потребительские па-
раметры.
Основой приемника служит микросхема К174ХА34АМ (зарубеж-
ный аналог TDA7021). Предельная простота схемотехнического ре-
шения, высокая повторяемость и надежность сделали этот приемник
чрезвычайно популярным у радиолюбительской братии. Ни один ра-
диолюбительский журнал не обошел его стороной, опубликовав в
разное время несколько схемотехнических решений, впрочем, не
слишком отличающихся друг от друга. То же самое происходит и на
радиолюбительских страницах во всемирной сети Интернет. Торгов-
цы, делающие свой небольшой бизнес на радиолюбительских рын-
120 Практические конструкции
ках, быстро освоили «мелкосерийное» производство готовых настро-
енных плат. Надо сказать, торговля идет бойко.
Казалось бы, о данном приемнике сказано столько, что трудно
что-то прибавить к этому. И все же попытаемся узнать нечто новое.
Действительно, если проанализировать спектр статей по однокри-
стальному приемнику, то окажется, что все они построены по прин-
ципу: «Купите, впаяйте, настройте, наслаждайтесь музыкой». Ни
слова о том, почему схема получается столь простой, но, несмотря
на это, отлично работающей. Итак, прежде чем отправиться в мага-
зин за микросхемой, давайте попробуем разобраться в принципе ее
работы.
В теоретической части уже встречалось упоминание о гетеродин-
ном приеме как о способе непосредственного перенесения спектра
радиочастоты в область звуковых частот. Однако читатель удивится,
если узнает, что в некоторых разновидностях гетеродинных прием-
ников промежуточная частота все же имеется. Противоречия здесь
нет. Известный авторитет в области гетеродинного приема В. Т. По-
ляков [6] называет этот способ асинхронно-гетеродинным, по-
скольку в схеме приемника, построенного по такому принципу, не
предусматривается синхронизации частоты гетеродина с частотой
несущей принимаемого сигнала. Главное отличие здесь в том, что се-
лекция по промежуточной частоте осуществляется не полосовым
фильтром, а ФНЧ.
Рассмотрим укрупненную структурную схему, описывающую ра-
боту приемников такого типа (рис. 2.1).
Входной сигнал поступает с антенного выхода на вход предвари-
тельного усилителя А1, который имеет в своем составе широкопо-
лосный резонансный контур, а зачастую вообще может его не иметь.
Далее в смесителе U1 происходит преобразование частоты с помо-
щью гетеродина G1. На выходе смесителя U1 имеются суммарная и
разностная составляющая обоих сигналов (читатели, ознакомившие-
ся с теоретическими сведениями о радиоприеме, уже отлично знают,
почему так происходит). Селекция осуществляется с. помощью
фильтра низкой частоты ФНЧ Z1. Обратите внимание: для преобра-
зования выбрана очень низкая промежуточная частота — всего
76 кГц. Однако только в таком случае селекция осуществляется
обычным RC фильтром, отсекающим суммарную составляющую.
Практические конструкции
121
А1
U1
Z1
U2
. V
/ f
V3
A
G1 | Z2
ГУН
as
Рис. 2.1. Асинхронный гетеродинный приемник
Очевидны достоинства промежуточного RC фильтра: отпадает необ-
ходимость в классическом или пьезокерамическом ФСС, фильтр од-
новременно используется как усилитель с коэффициентом до 100 дБ,
не требует настройки и не возбуждается. Далее усиленный и от-
фильтрованный сигнал детектируется частотным детектором U2, ко-
торый может быть построен по-разному, например, с помощью рас-
смотренной нами двойной балансной квадратурной схемы. Фильтр
Z2 — это еще один ФНЧ, но служащий, во-первых, для выделения
частот звукового диапазона, а во-вторых, устраняющий самовозбуж-
дение по петле ФАПЧ. В петлю фазовой автоподстройки частоты
входит ГУН G1, подстраиваемый в полосе удержания варикапами.
Интересно отметить, что в описываемых микросхемах петля
ФАПЧ — встроенная. Встроены даже варикапы, выполняющие роль
управителя.
Значительным недостатком такого приемника является наличие
зеркального канала, отстоящего от частоты приема на 152 кГц. Как
мы знаем, в супергетеродинном приемнике с зеркальным каналом
принято бороться введением хорошего перестраиваемого по частоте
преселектора. Здесь же, в условиях низкой ПЧ, введение преселекто-
ра попросту бессмысленно. Как ни пытайся, мы все равно не сможем
простыми средствами обеспечить требуемую селективность на ВЧ.
А наличие на входе широкополосного неперестраиваемого контура
скорее вызвано желанием снизить внеполосные помехи. Для борьбы
с зеркальным каналом здесь необходимо использовать специальные
фазовые методы. Смеситель в таком случае строится по особой схе-
122 Практические конструкции
ме, которая «различает», в каком канале ведется прием, и в зависимо-
сти от этого либо пропускает, либо «давит» его. Конечно, на радио-
вещательных диапазонах при использовании описываемой схемы об-
ходятся без фазовых методов, то есть мирятся с наличием зеркально-
го канала, благо разноса частот вещающих радиостанций
достаточно.
Первой освоила промышленное производство микросхем фирма
«Филипс» в 80-х годах, в середине 90-х годов появился отечествен-
ный аналог, быстро завоевавший популярность у радиолюбителей.
Надо сказать, предтечей TDA7021 является микросхема той же фир-
мы TDA7010, менее удачная с точки зрения удобства использования
и наличия вспомогательных функций. Вывод подключения конден-
сатора, формирующего требуемую дискриминационную характери-
стику частотного детектора, у этой микросхемы был выведен нару-
жу. Более того, в ней отсутствовал индикатор точной настройки на
принимаемую станцию. Чуть позже, с выходом TDA7021, положение
исправили: конденсатор был встроен внутрь микросхемы, а освобо-
дившаяся «ножка» стала давать сигнал точной настройки. В осталь-
ном микросхемы похожи друг на друга, как близнецы, поэтому мы
не будем останавливаться на описании TDA7010. При необходимо-
сти разобраться, имея описание TDA7021, сделать это можно будет
за пять минут.
Собственно, вся необходимая для конструирования информация
содержится в работах [21, 22]. И тем не менее приведем необходи-
мые сведения с комментариями. В предуведомлении сказано, что
TDA7021 — это функционально-законченная микросхема для разра-
ботки малогабаритных монофонических и стереофонических прием-
ников УКВ диапазона с минимальным количеством внешних деталей
и низкой стоимостью. Селективность приемника обеспечивается ак-
тивными RC фильтрами, межстанционный шум подавляется систе-
мой корреляции. В микросхеме приняты специальные меры по сни-
жению уровня излучения гетеродина. Имеющийся в составе усили-
тель НЧ возможно использовать для работы на головной телефон
(в монофоническом режиме). Структурная схема приведена на
рис. 2.2. Чуть позже мы остановимся на ее особенностях, а сейчас
приведем назначения выводов и основные технические характери-
стики микросхемы.
Практические конструкции
123
Выход НЧ
,Цпит
т
Рис. 2.2. Структурная схема TDA7021 (КР174ХА34АМ). Жирной линией
показан путь прохождения основного сигнала
Таблица
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
2.1. Назначение выводов
Вывод фильтра низкой частоты
Вывод фильтра низкой частоты
Общий вывод
Питание
Вывод подключения контура гетеродина
Вывод подключения блокировочного конденсатора
Вывод первого фильтра ПЧ
Вывод первого фильтра ПЧ
Индикатор точной настройки
Вывод второго фильтра ПЧ
Вывод второго фильтра ПЧ
124
Практические конструкции
12
13
14
15
16
Антенный вход ВЧ
Вывод подключения блокировочного
Выход усилителя звуковой частоты
Вход обратной связи УНЧ
Вывод подключения блокировочного
конденсатора
конденсатора
Таблица 2.2. Основные технические характеристики
Параметр технических условий
Напряжение питания
Ток потребления
Диапазон входных частот
Постоянное напряжение на выводе 14
Чувствительность (EMF):
максимальная (сигнал/шум 3 дБ)
реальная (сигнал/шум 26 дБ, моно)
реальная (сигнал/шум 26 дБ, стерео)
Общие гармонические искажения на выходе
(total harmonic distortion) Af = 75 кГц
Подавление паразитной AM
AM: fm = 1 кГц, m = 0,8
ЧМ: fm = 1 кГц, Af = 75 кГц
Селективность при расстройках ±300 кГц:
S+зоо (моно)
S-зоо (моно)
S+зоо (стерео)
S.3oo (стерео)
Ширина полосы пропускания фильтра ПЧ
Отношение «сигнал/шум» на выходе НЧ:
в монорежиме
в стереорежиме
Выходное напряжение УНЧ
Температурный дрейф частоты гетеродина
Мин.
1.8
—
1,5
—
—
I I I I
—
—
—
—
Норма
—
6,3
—
1.3
5,0
7,0
11,0
2,3
50
46
30
40
22
120
60
50
90
5
Макс.
6,0
—
110
—
—
—
—
—
•—
—
—
Ед. изм.
В
мА
МГц
В
мкВ
%
ДБ
ДБ
кГц
—
мВ
кГц/°С
Настройка приемника на принимаемую станцию осуществляется
подключенным к выводу 5 резонансным контуром. Управление час-
тотой гетеродина может осуществляться либо конденсатором пере-
менной емкости (КПЕ) либо (что встречается гораздо чаще) варика-
пами. Как уже было сказано ранее, головной телефон можно непо-
Практические конструкции
125
00 0,20
cd 0,18
ф 0,16
§ 0,14
§ 0,12
ш 0,10
S 0,08
2 0,06
g 0,04
£ 0,02
1 °
s
s
s
\
II
10""
КГ4 1СГ3 1<Г2
Входное напряжение, В
10"
101
Рис. 2.3. Зависимость выходного напряжения на выводе «9» (индикатор точной
настройки) от величины входного напряжения несущей частоты в условиях
величины питающего напряжения 3 В
средственно подключать к выводу 14. Важно лишь соблюсти
условие нагружения выходного каскада, согласно которому сопро-
тивление нагрузки не должно быть ниже 100 Ом. Вывод 16 вообще
можно оставить свободным, однако тогда уменьшится амплитуда
выходного напряжения. К выводу 2 обычно подключается цепь
управления бесшумной настройкой, состоящая, согласно рис. 2.2, из
выключателя, конденсатора и резистора номиналом 10 кОм. Конден-
сатор необходим для плавного перехода из режима подавления в ре-
жим приема и обратно. При подключении резистора бесшумная на-
стройка отключается, появляются межстанционные шумы и побоч-
ные каналы приема. Однако, как утверждают разработчики, немного
повышается чувствительность приемника.
Разберемся, как работает бесшумная настройка. Структурная схе-
ма БШН показана на рис. 2.4.
Частотный детектор, описанный в разд. 1.6, особенностей не име-
ет, его работа понятна читателю. Кривая, характеризующая зависи-
мость выходного напряжения частотного детектора от фазового
сдвига, показана на рис. 2.5 линией «1». Частотный детектор являет-
ся частью системы БШН, однако, кроме него, в состав системы вхо-
дит второй канал, построенный по идентичной двойной квадратур-
ной балансной схеме. Этот канал назван разработчиками коррелято-
ром. Аналогичная кривая для коррелятора показана на рис. 2.5
линией «2». Коррелятор настраивается таким образом, чтобы на час-
тоте несущей, где фазовый сдвиг на выходе фазовращателя U1 со-
126
Практические конструкции
[Детектор"
А1 i
|Вых
БШН
[коррелятор
Рис. 2.4. Структурная схема БШН
lU(cp)
Unop
Рис. 2.5. График, поясняющий работу схемы БШН
ставляет 90°, фазовый сдвиг на выходе фазовращателя U2 составлял
180°. Нетрудно заметить, что на этой частоте напряжение на выходе
коррелятора минимально. Поэтому проще всего, выделив предвари-
тельно посредством фильтрации постоянную составляющую, уста-
новить на выходе коррелятора элементарный компаратор с напряже-
нием Unop, который будет разрешать прохождение звукового сигнала
в случае совпадения несущей с частотой настройки или блокировать
выход при межстанционной настройке. Отключение системы БШН
происходит тогда, когда принудительно (при помощи резистора) вы-
ходной сигнал коррелятора делают меньше порогового уровня для
любой настройки.
Практические конструкции
127
Микросхема выпускается в двух исполнениях. Импортная имеет
16-выводной планарный корпус SOT 109-1 с шагом 1,27 мм. Отечест-
венная изготавливается в классическом корпусе DIP 16 с шагом
2,5 мм. Первые партии микросхем выпускались в 18-выводном кор-
пусе, поэтому не исключено, что на радиолюбительском рынке чита-
телю предложат приобрести именно такой вариант из старых запа-
сов. Различие в новом и старом варианте невелико. Выводы с 1 по 8 у
обоих совпадают, вывод 9 (16-выводной корпус) соответствует выво-
ду 11 (18-выводной), 10 — 12, 11— 13, 12 — 14, 13 — 15, 14 — 16,
15 — 17, 16 — 18. Собственно, и все отличия.
-ё-
10
—I—
-Ц-
-ё-
16Щ R R
R R П9
1ТПГ
1,27 0,4
Рис. 2.6. Корпус SOT 109-1
Приступим к изготовлению приемника. Принципиальная элек-
трическая схема изображена на рис. 2.7. Входной контур представ-
лен элементами L1, С13, С14. Антенна WA1 — кусок монтажного
провода длиной 30—40 мм. Частотозадающие элементы гетеродина:
катушка индуктивности L2, разделительный конденсатор С4 и вари-
кап VD1. Настройка осуществляется с помощью переменного много-
оборотного резистора R2. Его полное сопротивление некритично и
может быть в пределах от 22 до 100 кОм. Важным элементом гетеро-
дина является конденсатор С5. Располагать его необходимо как мож-
но ближе к основным гетеродинным элементам, так как через него
замыкается этот контур. На транзисторах VT1 и VT2 построен инди-
катор точной настройки. О том, что приемник настроен на частоту
станции, свидетельствует яркое свечение светодиода HL1. Согласи-
128
Практические конструкции
тесь, гораздо удобнее судить о настройке по зажиганию индикатора,
а не по пропаданию его свечения. В данной конструкции не преду-
сматривается наличие выключателя системы бесшумной настройки.
Однако при желании вы сможете без труда ввести цепь отключения
согласно рекомендациям, приведенным выше.
Рис. 2.7. Принципиальная схема приемника на TDA7021
Микросхема TDA7050 (на схеме обозначена как DA2) — это
усилитель низкой частоты (УНЧ), работающий на динамическую го-
ловку 0,25ГДШ-2 с сопротивлением 50 Ом. Особенностью этого
УНЧ является низкое напряжение питания (от 1,8 до 6,0 В) и отсут-
ствие необходимости подключения дополнительных элементов,
только регулятор громкости и динамик. Микросхема может быть ис-
пользована как в монофоническом, так и в стереофоническом вари-
антах включения. Монофонический вариант — это мостовое вклю-
Практические конструкции 129
чение ее каналов. Технические условия не рекомендуют подключать
в монорежиме динамики с сопротивлением ниже 32 Ом. Тем не ме-
нее широко распространенные динамические головки с сопротивле-
нием 8 Ом (0,5ГДШ-1, 0,5ГДШ-2, 0,25ГДШ-3) вполне допустимо
подключать к микросхеме. Необходимо лишь снизить уровень вход-
ного сигнала, увеличив сопротивление резистора R5 с 5,1 до 22 кОм.
Впрочем, в наши планы не входит подробный рассказ о возможно-
стях TDA7050. Советую взять на заметку, что имеется такая удобная
и недорогая микросхема, при случае она вас выручит не раз. Запом-
ните также, что не рекомендуется превышать ее питающее напряже-
ние более 5 В, так как вероятность выхода из строя УНЧ резко повы-
шается.
Печатная плата приемника показана на рис. 2.8, а. Она выполне-
на из одностороннего фольгированного стеклотекстолита (или гети-
накса). Правильно собрать приемник поможет рис. 2.8, б. В автор-
ской конструкции применяются постоянные резисторы МЛТ-0,125 и
МЛТ-0,25, взятые из 5-процентного ряда. Впрочем, подойдут и дру-
гие, имеющиеся у читателя в наличии. Переменный резистор R2 —
типа СПЗ-36 (многооборотный), R8 — любой подходящих размеров,
желательно совмещенный с выключателем питания. Автор использо-
вал классический вариант с белым рифленым колесиком-ручкой.
Конденсаторы типа К10-17, КД-2 или другие малогабаритные. Элек-
тролитические конденсаторы типа К50-35, К50-68. Неплохой альтер-
нативный вариант представляют собой импортные конденсаторы
фирмы «Хитано», отличающиеся небольшими габаритами и краси-
вой полиэтиленовой оболочкой. Вместо варикапа КВ109Г можно ис-
пользовать KB 109В или импортный ВВ910. Катушки L1 и L2 — бес-
каркасные, намотанные на оправке диаметром 5 мм изолированным
проводом ПЭВ-2. Диаметр провода в пределах 0,5—0,7 мм. Количе-
ство витков: L1 — 12, L2 — 7. После намотки чуть-чуть растяните
катушки для последующей настройки.
Налаживание приемника осуществляют в следующем порядке.
Первое включение питания производят без установленных на плату
резистора R3 и конденсатора С18. Поставив резистор R8 в среднее
положение, нужно дотронуться до верхнего (по схеме) вывода этого
резистора. Если УНЧ работоспособен, в динамике будет слышен фон
переменного тока (специалисты говорят, что усилитель «фонит»).
130
Практические конструкции
55
a)
6)
Рис. 2.8. a — печатная плата; б — монтажный рисунок
Далее отключают питание и устанавливают недостающие элементы.
Кроме того, с помощью дополнительного резистора сопротивлением
10 кОм замыкают выводы конденсатора С9, временно отключая сис-
тему БШН. После включения питания в динамической головке долж-
но прослушиваться характерное шипение или звуки радиостанции,
если настройка приемника случайно попала на ее частоту. Выкрутив
резистор R2 в одно из крайних положений, следует сжатием и растя-
жением витков катушки L2 добиться приема крайней («верхней» или
«нижней») радиостанции диапазона 88—108 МГц. Конечно, проще
эту работу выполнить с помощью ВЧ генератора, но в радиолюби-
Практические конструкции 131
тельской лаборатории его, как правило, нет, поэтому приходится на-
страивать приемник по эфиру. Удобнее всего контролировать радио-
станцию по промышленному приемнику, добиваясь совпадения пе-
редач. Наиболее типичная ситуация при настройке — «обрезание»
части радиостанций на одном из краев. Если после проведенной на-
стройки сжатием-растяжением витков все равно не хватает «хода»
резистора R2, следует отмотать или домотать виток катушки L2 и по-
вторить настройку. В заключение отпаяйте резистор от выводов кон-
денсатора С9. Пожалуй, вот и вся премудрость настройки такого
приемника. Если вы используете для сборки исправные детали, акку-
ратно распаяете их на печатной плате, не перепутав местами, то при-
емник обязательно будет работать. Изготовьте для него корпус (или
подберите подходящий из готовых). На этом работу над первым
УКВ приемником можно завершить. Питание его можно организо-
вать как от гальванических элементов и аккумуляторов, так и от се-
тевого источника питания. Помните, что вы моментально выведете
приемник из строя, подав на него напряжение более 6 В.
Этот приемник легко превратить в стереофонический, немного
изменив номиналы некоторых радиоэлементов и добавив новые, как
показано на рис. 2.9. Конечно, потребуется использовать стереодеко-
дер и двухканальный УНЧ. Можно использовать любой декодер, по-
строенный по системе с пилот-тоном, описанный в этой книге. Одна-
ко лучший — низковольтный — вариант получится, если вы исполь-
зуете микросхему TDA7040T.
ЗЗОф
270=t 56кЙ К стерео-
| у декодеру
Рис. 2.9. К модернизации приемника
в стереофонический вариант
Перестроить приемник на отечественный диапазон также не-
сложно. Для этого необходимо к обоим катушкам домотать по три
витка. Можно также ввести в схему переключатель и получить двух-
Диапазонный вариант.
132 Практические конструкции
Автор надеется, что читатель собственноручно убедился в про-
стоте сборки и настройки этого приемника. Есть, конечно, у него и
недостатки, один из которых (конструктивный) заключается в необ-
ходимости иметь многооборотный переменный резистор. Как пока-
зывает практика, классические «многооборотники» имеют вытяну-
тую форму и занимают достаточно много места. Компактные же,
имеющие внутри червячный редуктор, дорогостоящи. Конечно, ра-
диолюбителю под силу приобрести «червячный» резистор, но, когда
речь идет о промышленном производстве, проблема встает остро.
«А если использовать обычный резистор?» — спросит читатель. По-
пробуйте, и вы почувствуете, что в этом случае настроиться на стан-
цию удается с трех-четырех попыток. Более того, едва корпус прием-
ника, имеющего однооборотный резистор настройки, стукнется о
что-то твердое, как настройка сбивается. Учитывая вышеперечислен-
ные недостатки, конструкторы разработали усовершенствованный
вариант приемника, в котором настройка осуществляется исключи-
тельно с помощью кнопок.
Возможно, кто-то из читателей помнит, как в продаже появились
миниатюрные (в два спичечных коробка) дешевые приемники,
имеющие колесико настройки и колесико регулировки громкости.
Позже к ним добавились такие же приемники, однако имеющие две
кнопки настройки. Обе разновидности изготавливаются, как прави-
ло, в Китае и, как видится автору, будут еще долго продаваться на ве-
щевых рынках и развалах России. Если у читателя есть желание,
можно самостоятельно изготовить двухкнопочный приемник, взяв за
основу микросхему TDA7088t разработки фирмы «Филипс». Разра-
ботчики относят ее к классу карманных миниатюрных приемников,
содержащих все необходимые для монофонического радиоприема
узлы. Принцип действия TDA7088t в целом аналогичен принципу
действия TDA7021 с той лишь разницей, что в состав микросхемы
введен узел электронной настройки. Настройка осуществляется сле-
дующим образом:
— кнопка reset «сбрасывает» настройку в начало диапазона;
— кнопка run сканирует диапазон.
Приведем основные технические данные и схему включения
(рис. 2.10).
I
x
S
1
о
oo
oo
-Г180 3.9нФ 330-г -Т-0.1МК
Упит
Выход НЧ
.8нФ = - М22к
1 I
со
134
Практические конструкции
Таблица 2.3. Назначение выводов TDA7O88t
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Вывод отключения БШН
Выход сигнала звуковой частоты
Вывод подключения блокировочного конденсатора
Питание
Вывод подключения контура гетеродина
Вывод первого фильтра ПЧ
Вывод первого фильтра ПЧ
Выход усилителя ПЧ
Вывод (ограничителя/второго фильтра) ПЧ
Вывод (ограничителя/второго фильтра) ПЧ
Вход радиочастоты
Вход радиочастоты
Вывод подключения блокировочного конденсатора
Общий
Вывод кнопки RUN
Сигнал настройки/вывод кнопки RESET
Таблица 2.4. Основные технические характеристики TDA7088t
Параметр технических условий
Напряжение питания
Ток потребления
Чувствительность:
максимальная (сигнал/шум 3 дБ)
реальная (сигнал/шум 26 дБ)
Общие гармонические искажения (THD)
Подавление паразитной AM
AM: fm = 1 кГц, m = 0,8
ЧМ: fm = 1 кГц, Дт = 75 кГц
Минимальное напряжение на выводе 16
Скорость изменения напряжения на выводе 16
Скорость изменения частоты настройки
Диапазон принимаемых частот
Мин.
1,8
4,2
—
—
47
—
95
1,25
0,5
Норма
3
5,2
3
5
2,4
52
U™—1.8
210
2,83
—
Макс.
5
6,6
6
10
—
—
—
420
5,6
110
Ед. изм.
В
мА
мкВ
%
ДБ
В
МГц/В
МГц/с
МГц
Практические конструкции
135
Интересно отметить, что при отключенной бесшумной настройке
чувствительность приемника немного повышается. Это можно ви-
деть из рис. 2.11. Заметьте также, что в угоду упрощению конструк-
ции разработчики отказались от индикатора точной настройки. Для
усиления выходного низкочастотного сигнала рекомендуется ис-
пользовать уже знакомую TDA7050.
25
§ о
-20
-40
-60
-80
(2) *
(1)
(2)-
/
БШН включе
БШН выключ
на
ен
а
ю-5
Уровень входного сигнала, В
10-
Рис. 2.11. График отношения шум/сигнал для включенной
и выключенной БШН
Вы можете смонтировать приемник навесным монтажом или са-
мостоятельно разработать несложную печатную плату. А нам пора
двигаться дальше. Но прежде чем перейти к изготовлению суперге-
теродинных УКВ приемников, разберемся, каким основным пара-
метром характеризуется качество воспроизведения звука той или
иной аудиоаппаратурой. Традиционно требовательный слушатель
большое внимание уделяет оценке с точки зрения коэффициента не-
линейных искажений (коэффициента гармоник). Другими словами
этот параметр назван THD — total harmonic distortion (общие гармо-
нические искажения). Измеряется коэффициент гармоник предельно
просто. На вход аппаратуры подается неискаженное гармоническое
колебание, а на выходе измеряется «вес» гармоник, кратных входной
136 Практические конструкции
частоте. Отнесенные к «весу» входного сигнала, они характеризуют
нелинейность тракта звуковоспроизведения. Почему появляются
кратные гармоники на выходе, когда на входе их нет? Помните, ко-
гда мы рассматривали смеситель приемника, то говорили о том, что
для преобразования частоты сигналов принципиально необходима
нелинейность его тракта. УНЧ также обладают нелинейностью, од-
нако здесь с ней борются, поскольку она вносит ненужные искаже-
ния. Кстати, интересно отметить, что идеальная передача звукового
сигнала не гарантирует, что такой звук понравится слушателю. Ока-
зывается, слуховой аппарат человека тоже обладает нелинейностью.
Исследования показали, что если на барабанную перепонку воздей-
ствовать чисто гармоническим сигналом, то человек воспримет не
только чистый тон, но и его гармоники, рожденные в «недрах» слу-
хового аппарата. Еще более интересное предположение, сделанное
электроакустиками, гласит, что звук частотой менее 100 Гц ощуща-
ется человеком не как звук основной гармоники, но только по нали-
чию высших гармонических составляющих. В данном случае это
восприятие называется субъективным. С помощью теории субъек-
тивных гармоник в какой-то мере может проясниться, из-за чего
столько времени «сражаются» сторонники высококачественной уси-
лительной техники, построенной на основе транзисторов и электрон-
ных ламп. Парадоксально, но ламповые УНЧ, обладающие достаточ-
но высоким коэффициентом нелинейных искажений, пользуются
большей популярностью у искушенных слушателей, нежели транзи-
сторные. Здесь нам необходимо учитывать, что нелинейные искаже-
ния зависят от частоты, а у ламповой техники эта зависимость более
благоприятна для слуха, нежели у транзисторной... Впрочем, это уже
тонкости электроакустики.
Современные стандарты нормируют для трактов класса Hi—Fi
коэффициент гармоник не более 0,7%. И вот здесь нужно сказать о
том, каким поразительно точным «прибором» является человеческое
ухо! Вдумайтесь: гармонические искажения более 0,1% среднестати-
стическое ухо уже в состоянии отличить, сравнивая искаженный сиг-
нал с неискаженным. Чего уж говорить о «музыкальном» ухе... Поче-
му же аппаратура высокого класса заведомо (в 7 раз) хуже по этому
параметру? Дело в том, что реальные сигналы намного сложнее.
Только тогда, когда тракт звуковоспроизведения будет обладать
Практические конструкции 137
средним коэффициентом гармоник порядка 1%, мы станем явно за-
мечать искажение музыки или речевого сигнала в виде «позвякива-
ний» и «похрипываний». Естественно, оценивать тракт по усреднен-
ным величинам достаточно грубое занятие, но на практике очень
удобно приблизительно прогнозировать ожидаемые акустические
характеристики именно так. Как мы убедились, и теоретически и
практически, указываемые в технических условиях THD на про-
стенькие карманные приемники вполне удовлетворят большинство
слушателей.
Вас не утомил это раздел? Если нет, тогда возьмемся за суперге-
теродинный приемник.
2.2. Супергетеродинный УКВ приемник
Попробовав свои силы в изготовлении несложной конструкции,
требующей минимум усилий, теперь вы в состоянии взяться за са-
мый настоящий высококачественный супергетеродинный приемник.
Оговорюсь сразу: в этом разделе описано несколько конструкций
примерно одинаковой сложности, построенных с применением раз-
ных методов управления настройкой и разных микросборок. Такое
многообразие неслучайно: во всех случаях читатель наверняка смо-
жет найти хотя бы одно наименование из описанных в этом разделе
микросхем.
Если говорить о всей номенклатуре микросхем, использующихся
в производстве современных магнитол, радиоприемников, музыкаль-
ных центров, то едва ли возможно привести все возможные схемы
включения, настолько их много. Учитывая это обстоятельство, для
самостоятельного изготовления УКВ приемника автором были вы-
браны наиболее доступные технически и наиболее распространен-
ные варианты. Для них приведены не только схемы включения, но
также и основные справочные данные, позволяющие радиолюбите-
лю получше разобраться в особенностях построения реальных УКВ
приемников.
Рассмотрим монофонический вариант радиоприемника, реализо-
ванный на микросхеме ТА8164Р производства фирмы «Тошиба».
В составе этой микросхемы имеется как тракт приема УКВ-ЧМ сиг-
138
Практические конструкции
налов, так и тракт, относящийся к AM радиоприемникам. Переклю-
чение осуществляется электронным способом. Впрочем, AM тракт
мы не будем задействовать в схемах, приведенных в этой книге.
Основные технические характеристики микросхемы ТА8164Р
приведены в табл. 2.6, а назначение выводов — в табл. 2.5.
Таблица 2.5. Назначение выводов ТА8164Р
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Вход радиочастоты ЧМ
Общий ВЧ тракта
Выход смесителя тракта ЧМ
Выход смесителя тракта AM
Вывод подключения конденсатора АРУ
Питание
Вход усилителя ПЧ AM тракта
Вход усилителя ПЧ ЧМ тракта
Общий ПЧ тракта
Вывод подключения контура ЧМ детектора
Выход НЧ
Вывод контура гетеродина AM тракта
Вывод контура гетеродина ЧМ тракта
Вывод переключателя АМ/ЧМ
Вывод подключения контура преселектора ЧМ
Вывод подключения магнитной антенны AM
Таблица 2.6. Основные технические характеристики ТА8164Р
Параметр технических условий
Напряжение питания
Ток потребления:
в режиме ЧМ
в режиме AM
Реальная чувствительность
(сигнал/шум 30 дБ)
Напряжение, развиваемое гетеродином
(f = 108 МГц)
Мин.
1,8
—
—
150
Норма
3
10,5
4,5
4
205
Макс.
8
15,5
7.0
—
280
Ед. изм.
В
мА
мкВ
мВ
Практические конструкции
139
Параметр технических условий
Отношение «сигнал/шум» тракта ПЧ
(tC= 80 дБ/мкВ)
Общие гармонические искажения тракта ПЧ
(1/вТ= 80 дБ/мкВ)
Подавление паразитной AM
Мин.
—
—
—
Норма
62
0,4
33
Макс.
—
—
—
Ед. изм.
ДБ
%
ДБ
Сведения, приведенные в табл. 2.6, являются оценочными, и для
специалиста, собирающегося применять микросборку в своих разра-
ботках, этого, конечно, явно недостаточно. Радиолюбителю, как пра-
вило собирающему радиоприемники по типовым схемам, дополни-
тельные сведения пригодятся в качестве ознакомительных.
На рис. 2.12 представлен график зависимости общих гармониче-
ских искажений (THD — total harmonic distortion) и уровня подавле-
ния паразитной AM (AMR — amplitude modulation rejection) от уров-
ня входного ВЧ сигнала для тракта ВЧ + ПЧ. Следует отметить, что
уровень входного сигнала на этом графике представлен в децибелах,
отнормированных к 1 мкВ.
На рис. 2.13 показана зависимость чувствительности приемника
от частоты его настройки. Хорошо видно, что неравномерность ли-
нии чувствительности не превышает во всем диапазоне 2—3 дБ.
20
-20
-40
-60-
-80
1 If
Af
m
1ит=3 В, f=98 МГц,
=22,5 кГц, fM=1 кГц
=0,3
V
Л
Л
•^
А
Л
>
1
/
/
AMR
ГН1
)—
2|
-20
I
Ql
2
I
s
0 20 40 60 80 100 120
Уровень входного сигнала, дБ/мкВ
Рис. 2.12. Показатели тракта ВЧ+ПЧ (AMR — подавление паразитной AM;
THD — общие гармонические искажения)
140
Практические конструкции
График рис. 2.14 показывает картину, аналогичную рис. 2.12,
только для тракта ПЧ, взятого в отдельности.
На рис. 2.15 показан уровень общих гармонических искажений
при неточной настройке приемника на принимаемую станцию. Пояс-
нением к рис. 2.15 служит следующий практический пример. Вы,
уважаемый читатель, наверняка знаете, что если УКВ приемник не-
Го 40
о
со
30
jjj 20
5 ю
Е
m -10
fm = 1 кГц
Af= 22,5 кГц
84 88 92 96 100 104 108 112
Входная частота, МГц
Рис. 2.13. Чувствительность ЧМ тракта
20
0
-20
-40
-60
-80
-20
Ur
Af
ит=3 В, f=10,7 МГц,
=22,5 кГц, fM=1 кГц
у
у
/
г*
\
\
\
ч
г
1
AN
R-
THD
/
0 20 40 60 80 100 120
Уровень входного сигнала, дБ/мкВ
AMR - подавление паразитной AM
Рис. 2.14. Показатели тракта ПЧ
of
i
1 2
Практические конструкции
141
точно настроен на радиостанцию, то звук в динамике сильно искажа-
ется хрипами. Поэтому обычно ручку настройки приемника плавно
поворачивают до тех пор, пока искажения не исчезнут. Связано это
явление со свойствами частотного детектора, которые мы разбирали
в теоретической части. Еще один интересный вывод, который можно
сделать, анализируя рис. 2.16. состоит в том, что высокие частоты
8 |
6 £
Ыпит = 3 В, f = 10,7 МГц, fm = 1 кГц
\
\
X
\
THD
\
\
\
/
У
1
/
1
1
/
/
f
Af=75
Af=
22,
кГц
5кГ
"ц-
ю
О
-300 -200 -100 0 100 200
Расстройка Af, кГц
300
Рис. 2.15. Зависимость общих гармонических искажений тракта ПЧ
от расстройки приемника относительно частоты несущей
ипит = 3 В
f= 10,7 МГц
fm = 1 кГц
Thu
/
j
/
/
4
5
оо
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Девиация Af, кГц
Рис. 2.16. Зависимость общих гармонических искажений тракта ПЧ
от величины девиации несущей частоты
142
Практические конструкции
звукового сигнала больше искажаются при демодуляции, нежели
низкие. Если прослушивать даже очень хороший ЧМ приемник через
высококачественную усилительную аппаратуру, то при некотором
навыке можно заметить эти высокочастотные искажения. Например,
высокий звук колокольчика, богато насыщенный высокочастотными
гармониками, имеет при воспроизведении характерные призвуки.
Впрочем, только искушенный слушатель заметит эти искажения,
большинство же не обратят на них ни малейшего внимания.
Структурная схема приемника, приведенная на рис. 2.17, особен-
ностей не имеет, а значит, и дополнительных пояснений не требует.
Однако следует обратить внимание на то, что в составе этой микро-
схемы, к сожалению, нет вывода для подключения индикатора точ-
ной настройки и схемы формирования ФАПЧ. В угоду простоте кон-
струкции от этих весьма полезных дополнительных устройств разра-
ботчики отказались.
Антенна AM
Рис. 2.17. Структурная схема приемника ТА8164Р
В технических условиях на импортные микросхемы очень часто
приводятся весьма полезные сведения о внутреннем устройстве их
каскадов [29]. К примеру, на рис. 2.18 приведены входной каскад,
каскад смесителя, частотный детектор и гетеродин. Видно, что вход-
Практические конструкции
143
ная часть приемника, приведенная на рис. 2.18, я, построена по схе-
ме с «общей базой», а на выводе 1 присутствует постоянное напря-
жение. Поэтому, чтобы случайно не «спалить» входной транзистор
коротким замыканием антенного провода на «землю», необходимо
во входной цепи предусмотреть разделительный конденсатор не-
большой (десяток-другой пикофарад) емкости. Смеситель, представ-
ленный на рис. 2.18, б, построен по хорошо известной балансной
схеме. Сравните этот рисунок с тем, что приведен в литературе [30]
для отечественной микросхемы К174ПС1, и вы найдете много обще-
го. Частотный детектор, приведенный на рис. 2.18, в, выполнен по
очень похожей на предыдущую схеме, называемой в зарубежной ли-
тературе QUAD-схемой (последовательно-параллельное соединение
четырех транзисторов). Гетеродинный каскад построен на одном
транзисторе (рис. 2.18, г) по классической схеме, каких-либо особен-
ностей не имеет. Важно лишь учесть, транзистор не должен влиять
на частотные свойства гетеродинного контура, поэтому связь его с
контуром делается слабой за счет разделительного конденсатора ма-
лой емкости.
50пФ
а)
б)
в) г)
Рис. 2.18. Схемы некоторых каскадов ТА8164Р
144 Практические конструкции
Приступим к изготовлению приемника. Вы можете сразу вы-
брать для повторения один из приведенных вариантов, настраивае-
мых либо механическим способом (с применением конденсатора пе-
ременной емкости — КПЕ), либо электронным (с помощью варика-
пов). Для изготовления первого — классического — варианта вам
понадобится двухсекционный конденсатор, одновременно пере-
страиваемый по обеим секциям, желательно с воздушным диэлек-
триком (обладающий меньшими потерями). Можно смело использо-
вать КПЕ от неисправного импортного переносного приемника. Его
можно приобрести на развале радиолюбительского рынка. К этому
конденсатору легко крепится подходящее колесико верньерного уст-
ройства, а значит, и легко конструируется узел плавной настройки.
Диэлектрические прокладки такого конденсатора выполнены из по-
лиэстера.
Еще один путь, которым и двигался автор этой книги, связан с
применением отечественного КПЕ. Дело в том, что в 70—80-е годы
отечественная промышленность выпустила большое количество при-
емников и магнитол, где использовались конденсаторы переменной
емкости с воздушным диэлектриком типа КПЕ-2. Внешне эти кон-
денсаторы напоминают уменьшенную копию хорошо известных
всем по ламповым радиоприемникам пластинчатые конденсаторы.
КПЕ-2 снабжен редуктором и большим шкивом, так что его очень
просто можно задействовать в верньерном механизме. Также он име-
ет две согласованные, перестраиваемые от 2,2 до 16 пФ секции. При-
обрести такой конденсатор не сложнее импортного КПЕ: достаточно
сходить на радиолюбительский рынок и купить отслуживший свое
унифицированный блок УКВ (традиционное «оформление» такого
блока — штампованный алюминиевый корпус-экран со скругленны-
ми ребрами), например УКВ-1-3. Использовать блок полностью тоже
можно, но потребуется дополнительная схема тракта ПЧ, да еще и
неизвестно, работоспособен ли он или нуждается в ремонте. Так что
лучше такой блок разобрать на радиодетали, а КПЕ-2 прослужит в
обновленном приемнике еще очень и очень долго.
Что делать, если не повезло ни с первым, ни со вторым вариан-
том? Можно самостоятельно изготовить КПЕ из двух подстроечных
конденсаторов. «Подстроечники», или, как их еще называют, «трим-
меры», «молотковые конденсаторы» (они изображаются на принци-
Практические конструкции
145
пиальных схемах символом, перечеркнутым наискосок Т-образным
«молотком») на основе керамического диэлектрика едва ли сгодятся,
поскольку их не так просто связать в единую конструкцию. Но вот
«молотковые» конденсаторы 1КПВМ-1 с воздушным диэлектриком
сгодятся. Укрепив их друг напротив друга с помощью подручных
средств, как показано на рис. 2.19, мы получим вполне надежную в
эксплуатации конструкцию. Такой вариант, конечно, по габаритам
окажется чуть больше КПЕ-2 и немного сложнее в изготовлении вер-
ньерного устройства, но в крайнем случае им можно будет восполь-
зоваться.
1-КПВМ1
Гайка
1-КПВМ1
Рис. 2.19. Самодельный КПЕ
Принципиальная электрическая схема приемника, предназначен-
ного для работы в диапазоне 88—108 МГц, приведена на рис. 2.20,
печатная плата — на рис. 2.21, я, монтажный чертеж — на
рис. 2.21, б. Печатная плата выполнена из одностороннего фольгиро-
ванного стеклотекстолита или гетинакса. Приемник собран с приме-
нением широко распространенных конденсаторов К10-17, КМ-5,
КД-2, К50-35, К50-68 или аналогичных, подходящих по размерам.
Пьезокерамический фильтр ПЧ Z1 —типа SFE10,7MA5 производст-
ва фирмы «Murata». Резисторы типа — МЛТ-0,125 или С2-33. Осо-
бое внимание следует уделить изготовлению индуктивных элемен-
тов. Катушки L1 и L2 намотаны виток к витку на гладких каркасах
диаметром 5 мм. Количество витков: L1 — 5, L2 — 6. Провод ПЭВ-2
или аналогичный в эмалевой изоляции диаметром 0,4—0,5 мм. По-
сле намотки витки желательно пропитать парафином для механиче-
ской стойкости. Катушки имеют латунные подстроечные сердечники
длиной 5—6 мм с резьбой М4. Такие сердечники можно приобрести
146
Практические конструкции
готовыми, но можно и изготовить самостоятельно. Удобно использо-
вать латунный контакт штепсельной сетевой вилки, нарезав на нем
резьбу. Не забудьте также на торце прорезать шлиц под отвертку. Ка-
тушки L3.1 и L3.2 намотаны на унифицированном полистироловом
трех- или четырехсекционном каркасе диаметром 3,5 мм и настраи-
ваются цилиндрическим ферритовым подстроечником из феррита
100НН. Количество витков: L3.1 — 13, L3.2 — 2. Провод ПЭВ-2 или
аналогичный диаметром 0,1—0,12 мм. Катушка L4 намотана на ана-
логичном каркасе, количество витков — 12, провод такого же диа-
метра. Аккуратно, чтобы не расплавить каркас, припаяйте после на-
мотки провод к выводам. Когда сборка приемника будет окончена,
протрите плату со стороны токоведущих печатных проводников ва-
той, смоченной в ацетоне. Как показывает практика, канифоль, осо-
бенно старая (темно-коричневого цвета), несколько ухудшает ди-
электрические свойства печатной платы, более того, за канифоль-
ными наплывами порой трудно разглядеть «залипухи» припоя.
Чтобы избежать возможных недоразумений, связанных с монта-
жом, приводите печатную плату к моменту первого включения в
«товарный» вид.
+ипит 3...5В
С5.1
2.2...16
ЮОмк
сз
0,022мк
С4*6,8
L1
WA1
I
С8
4700
С6* 6,8
/С5.2
JLC7
2.2...16
L4
Зк
16 15 14 13 12 11 Ю 9
DA1 ТА8164Р
12 3 4 5 6 7 8
R9
I00
С13
R2 2,2мк
^■У.ВыходНЧ
С12 J- П R3
680 Т I£J200k
Рис. 2.20. Электрическая принципиальная схема приемника
на базе ТА8164Р
Практические конструкции
147
а)
Рис. 2.21. a — печатная плата; б — сборочный чертеж
Далее из кусочка стеклотекстолита изготовьте диэлектрическую
отвертку для настройки катушек индуктивности. Металлические от-
вертки использовать нельзя — вблизи катушек они сильно влияют на
их индуктивность, а следовательно, настройка превратится в долгий
и мучительный процесс. После изготовления отвертки подключайте
антенну, источник питания, усилитель низкой частоты, и можно про-
изводить первое включение. «Стоп, стоп! — воскликнет читатель. —
У нас не было разговора о том, какую антенну подключать к прием-
нику». Верно. Но как уже было сказано в теоретической части, во-
просом антенны для высококачественного УКВ приема необходимо
148 Практические конструкции
заняться отдельно, изучить условия приема, расположение передаю-
щих станций, насыщенность внешними помехами... Обстоятельства
могут сложиться так, что достаточным окажется десятисантиметро-
вый кусок провода, а могут и так, что не поможет и остронаправлен-
ная активная антенна. Будем считать, что последний вариант крайне
редкий и это не ваш случай. Значит, ваша ситуация представляет со-
бой нечто среднее между первым и вторым. Это наиболее типичный
случай, кстати имеющийся у автора. Иными словами, при наличии
несложной пассивной антенны, а также специально подобранном
месте ее установки в квартире обеспечивается качественный прием
УКВ радиостанций. Антенна представляет собой классический сим-
метричный вибратор (диполь), состоящий из двух проводящих тру-
бок одинаковой длины (800 мм), между которыми включено согла-
сующее устройство. Можно также воспользоваться готовой «рога-
той» комнатной телевизионной антенной. Готовую антенну
согласовывать со входом приемника не нужно. Если же вы решили
изготовить диполь самостоятельно, вам понадобится согласующее
устройство. Оно изображено на рис. 2.22 и построено с использова-
нием двухотверстного ферритового эллиптического сердечника, на
который намотан монтажный провод, попарно перевитый. Необхо-
димо соединить «начала» и «концы» проводов так, как показано на
рис. 2.22. Располагать согласующее устройство нужно в непосредст-
венной близости от антенны. Соединяется антенна с приемником от-
резком экранированного кабеля РК-75.
Рис. 2.22. Согласующее устройство для антенны
Практические конструкции 149
Еще один момент, на который рекомендуется обратить внимание,
связан с так называемой поляризацией волн, излучаемых станция-
ми. В отечественном УКВ диапазоне традиционно использовалась
горизонтальная поляризация (значит, приемный диполь лучше рас-
полагать горизонтально), в то время как зарубежное передающее
оборудование проектировалось для работы на антенны с вертикаль-
ной поляризацией. Соответственно при поиске наилучшего места
расположения антенны попробуйте не только перемещать ее в про-
странстве, но также и вращать в вертикальной плоскости. Конечно, с
увеличением расстояния до передающей станции поляризация стано-
вится все менее заметной, и все же не исключено, что именно неха-
рактерный вертикально расположенный диполь даст наилучшие ре-
зультаты. Для первоначальной настройки приемника следует распо-
ложить антенну как можно выше, сориентировав ее приблизительно
на передающий центр.
Итак, все необходимые подготовительные операции завершены,
дело — за настройкой. Перед первым включением установите все ор-
ганы регулировок приемника в средние положения. Не надейтесь,
что после включения вы сразу услышите сигнал радиостанции, ско-
рее всего, вас встретит характерное негромкое шипение (но не глу-
хое молчание). Вращением ручки настройки КПЕ попробуйте пой-
мать какую-нибудь радиостанцию. Если вам это удалось, переходите
к следующему этапу настройки, если нет — тогда опять поставьте
КПЕ в среднее положение и настройтесь с помощью вращения сер-
дечника катушки L2. В подавляющем большинстве случаев это по-
могает. Но если все же и тут вы потерпели неудачу, придется, варьи-
руя в небольших пределах емкостью конденсатора С6, вращать сер-
дечник L2. Подбор конденсатора С6 может понадобиться тогда,
когда вы использовали в конструкции КПЕ, отличный от штатного
КПЕ-2, или изготовили его самостоятельно по приведенной выше ре-
комендации. Будем считать, что вам эта операция удалась, поэтому,
сопровождаемые хрипящими звуками радиостанции, переходим к
следующему этапу настройки.
Вращением подстроечного сердечника катушки L3 добейтесь
максимальной громкости звука. Тракт ПЧ настроен. Теперь (аккурат-
но и терпеливо!) с помощью подстроечного сердечника катушки L4
добейтесь минимальных искажений звука. В процессе настройки
150 Практические конструкции
вращайте КПЕ и вновь ищите положение сердечника катушки L4, в
котором искажения звука становятся минимальными. Повторяя эти
операции несколько раз, найдите такое положение КПЕ и сердечника
L4, в котором звук субъективно не имеет искажений. Частотный де-
тектор вчерне настроен.
Далее установите КПЕ в одно из крайних положений. Вращением
сердечника катушки L2 добейтесь, чтобы при перестройке КПЕ пе-
рекрывался диапазон частот 88—108 МГц. Контролировать диапазон
удобно по настроенному промышленному приемнику. Нам осталось
настроить преселектор и взять несколько завершающих аккордов.
Настройка преселектора приемника, не имеющего встроенного инди-
катора точной настройки, имеет большой субъективный фактор. Что-
бы выполнить эту работу как можно точнее, отключите приемную
антенну, заменив ее коротким отрезком провода. Радиостанция
должна приниматься на уровне шумов, с большим шипением. Не-
много расстроив с помощью КПЕ приемник, но так, чтобы звук ра-
диостанции не пропал совсем, начинайте вращать подстроечный сер-
дечник катушки L1. Максимальная громкость сигнала свидетельст-
вует о том, что преселектор настроен. Рекомендуется настройку
преселектора производить по радиостанции, работающей в середине
диапазона. Вновь подключите нормальную антенну, точно настрой-
тесь на радиостанцию. Вращением сердечника катушки L4 в неболь-
ших пределах окончательно скорректируйте работу частотного де-
тектора. На этом настройку можно и окончить. «Опломбируйте» па-
рафином сердечники всех катушек.
Второй вариант приемника, представленный на рис. 2.23, постро-
ен с использованием электронных средств настройки. Вместо КПЕ
здесь используются знакомые нам варикапы. Настройка этого вари-
анта приемника аналогична приведенной выше. Необходимости в
подборе конденсаторов в контурах не возникает, поэтому для них не
предусмотрены штатные места на печатной плате, которая приведе-
на на рис. 2.24, я. Монтаж выполняйте по рис. 2.24, б.
Последний совет касается использования этой микросхемы для
построения приемников на основе цифровых синтезаторов частоты.
Подробно на эту тему мы поговорим позже, а сейчас просто запом-
ните, что для работы синтезатора частоты необходим гетеродинный
сигнал. Прямо с генератора получить его нельзя, так как можно вне-
Практические конструкции
151
+ипит 5...6В
С12
2,2мк
411 ^ ВЫХОД НЧ
VD1...VD4 —КВ109В(Г)
СЗ.С6 —1000
С4.С5 —82
Рис. 2.23. Электрическая принципиальная схема приемника на базе ТА8164Р
с использованием элементов электронной настройки
♦ипитТ
а) б)
Рис. 2.24. a — печатная плата; б — сборочный чертеж
сти помеху в работу гетеродина, сдвинуть его частоту или вообще
«сорвать» генерацию. Выручит развязка в виде простейшего эмит-
терного повторителя, приведенная на рис. 2.25.
152
Практические конструкции
К синтезатору
частоты
Рис. 2.25. Буферизация сигнала гетеродина
Третий вариант радиоприемника очень похож на второй, с той
лишь разницей, что он построен на микросхеме TDA7227. Эта мик-
росборка выпускается фирмой SGS-Thomson microelectronics и опи-
сана в книге [31]. В составе микросхемы имеется вывод для подклю-
чения светодиодного индикатора точной настройки, что облегчает
как его первоначальную регулировку, так и эксплуатацию.
Таблица 2.7. Назначение выводов TDA7227
1 |Вход радиочастоты ЧМ I
2
3
4
5
6
i 7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Общий вывод ВЧ тракта
Выход смесителя тракта ЧМ
Выход смесителя тракта AM
Питание
Вход усилителя ПЧ ЧМ тракта
Общий вывод ПЧ тракта
Выход индикатора точной настройки
Вход усилителя ПЧ AM тракта
Вывод подключения контура ЧМ детектора
Вывод подключения конденсатора АРУ
Переключатель АМ/ЧМ
Выход НЧ
Вывод контура гетеродина AM тракта
Вывод контура гетеродина ЧМ тракта j
Питание гетеродина \
Вывод подключения контура преселектора ЧМ
Вывод подключения магнитной антенны AM j
Практические конструкции
153
Таблица 2.8. Основные технические характеристики TDA7227
Параметр технических условий
Напряжение питания
Ток потребления:
в режиме ЧМ
в режиме AM
Максимальная чувствительность
(сигнал/шум 3 дБ)
Отношение «сигнал/шум» тракта ПЧ
(Ц2"= 80 дБ/мкВ)
Общие гармонические искажения тракта ПЧ
(UeX4= 80 дБ/мкВ)
Подавление паразитной AM
Мин.
1,8
—
—
—
—
Норма
3
9
7
3
70
0,4
50
Макс.
7
—
—
—
—
—
Ед. изм.
В
мА
мкВ
ДБ
%
ДБ
Структурная схема TDA7227 показана на рис. 2.26. Принципи-
альная электрическая схема приемника, построенного с применени-
ем элементов электронной настройки, приведена на рис. 2.27, печат-
ная плата изображена на рис. 2.28, д, «монтажка» — на рис. 2.28, б.
Данные индуктивных элементов: L1 и L2 выполнены точно так же,
как и в описанной выше конструкции, L3.1 содержит 12 витков,
L3.2 — 1 виток провода ПЭВ-2 диаметром 0,1—0,12 мм. Катушка L4
имеет 16 витков того же провода. Настройка приемника производит-
ся по типовой методике с той разницей, что при настройке преселек-
тора уровень сигнала удобнее контролировать не на слух, а по макси-
муму свечения индикатора точной настройки.
Автор не приводит здесь четвертый вариант приемника, постро-
енный на основе КПЕ. Читатель в состоянии разработать такую схе-
му самостоятельно. После изготовления приемник желательно по-
местить в жестяной экран, вывести с помощью проводников выводы
питания, антенны, резистора настройки и низкочастотного выхода.
Чтобы перестроить приемник на отечественный диапазон, доста-
точно вывернуть латунные сердечники и поставить на их место такие
Же по размеру готовые сердечники из феррита 13ВЧ. Настраивать
тракт ПЧ и частотный детектор, естественно, уже не требуется.
Еще одной и, пожалуй, наиболее интересной конструкцией, кото-
рую вы сможете легко повторить, является приемник на основе мик-
росхемы ТЕА5710 производства фирмы «Филипс». Читатель навер-
154
Практические конструкции
-о
11пит
Рис. 2.26. Структурная схема TDA7227
Выход НЧ
10...
WA1
v
18 17 16 15 14 13 12 11 10
DA1 TDA7227
12345 6789
CI
io
сю
-L
75 TL3
VD1—VD4 — КВ109В(г) | ^
СЗ.С6 —1000
С4.С5 —82
L3.2
Z1
SFE10.7MA5
v HL1
УАЛ307Б
WR5
11J510
Рис. 2.27. Электрическая принципиальная схема приемника
на базе микросхемы TDA7227
Практические конструкции
155
42,5
а)
Y Антенна
б)
Рис. 2.28. a — печатная плата; б — сборочный чертеж
няка уже успел заметить, что продукция фирмы «Филипс» отличает-
ся оригинальностью технических решений, их изяществом, многооб-
разием и смелостью. Давайте сделаем небольшой технический
перерыв в наших изысканиях и совершим краткий экскурс в историю
развития этой фирмы. Поможет нам в этом материал [32], подготов-
ленный Дмитрием Степанниковым.
Датой рождения фирмы Филипс и К0 можно считать 15 мая 1891
года, когда отец и сын Фредерик и Герард Филипсы подписали част-
156 Практические конструкции
ное партнерское соглашение между собой. Ничего странного в этом
нет — в мире цивилизованного бизнеса принято разделять семейные
и деловые отношения. Первоначально новоиспеченная фирма, ме-
стом расположения которой решено было выбрать Голландию, зани-
малась выпуском ламп накаливания — товара в те времена нового и
пользующегося спросом. Понятно, что и тогда между производите-
лями электротехнических изделий существовала достаточно жесткая
конкуренция, поэтому молодая фирма жила на грани убытков. Необ-
ходим был мощный и оригинальный рывок, поэтому в 1894 году
Фредерик Филипс озадачивается поиском новых рынков сбыта, что-
бы вложить деньги в стремительное расширение производства и по-
давить конкурентов. Его сын, Антон Филипс, обладающий незауряд-
ным набором деловых качеств, совершает поездку в Россию и за два
дня заключает контракт на поставку 150 000 ламп накаливания, из
которых 50 000 планировалось использовать для подсветки резиден-
ции государя — Зимнего дворца. Как бы там ни было, но через де-
сять лет «Филипс» — крупнейший в Европе производитель ламп на-
каливания, имеющий представительства в 28 крупных странах мира.
К слову заметим, что век спустя Россия вновь станет практически
безграничным рынком сбыта электронной продукции этой фирмы.
Но и не только электронной — в магазинах, торгующих электротова-
рами, можно купить и традиционную продукцию, а именно лампы
накаливания с маркой «Филипс»!
Закон бизнеса жесток: если предприятие не расширяется, не рас-
тет объем производимой продукции, оно рано или поздно погибает.
Руководители фирмы, на деле доказавшие свои деловые качества, в
20-е годы XX столетия почувствовали, что лампы накаливания уже
не могут служить основой бизнеса, так как рынок их близок к насы-
щению. Другими словами, необходимо искать пути расширения дея-
тельности. И фирма, увлекаемая бурным развитием радиотехники,
осваивает производство электронных ламп. Первая радиолампа, раз-
работанная инженерами фирмы и названная мини-ватт, приятно уди-
вила всех низким энергопотреблением. Можно предположить, что
огромный опыт, накопленный в процессе создания экономичных
ламп накаливания, пригодился и здесь. В 1927 году проявилось пер-
вое революционное изобретение «Филипс» — пятиэлектродная лам-
па, пентод.
Практические конструкции 157
Другим направлением исследований и вложения средств фирмы
стала техника телевидения. В 1928 году на суд специалистов была
вынесена первая телевизионная установка, правда базировавшаяся
на механическом методе сканирования и передачи изображения.
В 1935 году специалисты «Филипс» построили экспериментальный
телевизионный передатчик и добились четкости телевизионного изо-
бражения телевизионного приемника до 405 строк. Стремительными
темпами шла подготовка к серийному производству телевизионной
аппаратуры. Но вмешалась Вторая мировая война, в результате кото-
рой «Филипс» потеряла четверть заводов и три четверти администра-
тивных зданий.
Работы по стереофонической звукозаписи «Филипс» начала еще
в 1938 году. В 1946 году впервые была экспериментально проверена
возможность стереофонического радиовещания. В 1958 году появил-
ся первый массовый стереофонический проигрыватель.
В 1948 году «Филипс» совершает еще одну техническую револю-
цию — налажено массовое телевидение. Как пишет автор статьи, «в
специально оборудованных публичных местах были установлены те-
левизионные приемники, транслирующие новости, развлекательные
программы, фильмы, познавательные передачи. По своим парамет-
рам система телевидения, разработанная «Филипс», значительно
превосходила все имевшиеся на тот момент мировые аналоги: изо-
бражение состояло из 567 линий, а стереофоническое (!) звуковое со-
провождение передавалось с помощью частотной модуляции». Со-
временному читателю нетрудно представить, какой популярностью
пользовались публичные телепередачи! Сегодня нечто подобное
происходит в сфере Интернета.
В 1952 году «Филипс» одной из первых освоила производство
германиевых диодов, а в 1953 году — биполярных транзисторов.
В 1954 году выпущен первый портативный транзисторный радио-
приемник. Новое изобретение мгновенно заинтересовало умы
технических специалистов фирмы, и «Филипс» в предельно корот-
кие сроки освоила производство надежных полупроводниковых
Компонентов.
Компакт-кассета. Едва ли кто не знает, что это такое. Она стала
Мировым стандартом на долгие десятилетия, уверенно вошла в XXI
158 Практические конструкции
век и пока не собирается сдавать позиции в технике звукозаписи.
А ведь именно «Филипс» разработала ее аж в 1959 году!
В 1964 году фирма представила на суд потребителей первый не-
дорогой студийный видеорекордер, осуществлявший запись изобра-
жения на магнитную ленту. В апреле 1969 года «Филипс» выпускает
первый бытовой черно-белый видеомагнитофон, а через год появля-
ется профессиональный видеорекордер, «умеющий» записывать
цветное изображение.
Компакт-диск. Компьютерщики и любители качественной му-
зыки должны кивнуть. Компакт-диск за каких-нибудь пару лет унич-
тожил производство виниловых музыкальных дисков, более того,
пираты морей программного обеспечения продают нелицензионные
программы исключительно на CD. Лицензионные программы, кста-
ти, тоже распространяются на компакт-дисках, поскольку на дискеты
просто не «влезают»... Еще в 1972 году «Филипс» разработала техно-
логию считывания информации при помощи лазерного луча. Появи-
лись видеодиски, которые, при записи с двух сторон, хранили при-
близительно двухчасовые видеофрагменты. В 1979 году разработан
известный всем музыкальный компакт-диск. Чуть позже специали-
сты уяснили, что на CD можно хранить не только музыку, но и лю-
бую другую цифровую информацию. Поэтому был спроектирован
привод для считывания CD, названный CD-ROM.
Сегодня, в эру цифровых технологий, «Филипс» выпускает как
аналоговую, так и цифровую аппаратуру класса Hi-Fi, профессио-
нальную телевизионную технику, а также переносные магнитолы,
телевизоры, видеомагнитофоны, музыкальные центры. «К сегодняш-
нему дню, — пишет Д. Степанников, — концерн стал действительно
«королевским» — его полное название выглядит как Royal Philips
Electronics. Он занимает восьмое место в списке тридцати крупней-
ших электронных корпораций мира. Это крупнейший в мире произ-
водитель цветных телевизоров и видеомагнитофонов, один из пионе-
ров в разработке цифровых стандартов телевидения, лидер на рынке
мониторов для персональных компьютеров. Наверное, проще найти
электронный прибор, к которому бы не прикасалась рука специали-
стов Philips». Достойный образец для подражания, не правда ли?
Но вернемся к инженерно-техническим и радиолюбительским за-
дачам. Особенностью микросхемы ТЕА5710 является отсутствие со-
Практические конструкции
159
гласующего контура ПЧ, а также контура частотного детектора. Вме-
сто согласующего контура включен дополнительный пьезокерамиче-
ский фильтр, обеспечивающий требуемую селективность по
соседнему каналу. Имеется также сдвоенный усилитель ПЧ, устра-
няющий возможное взаимное влияние пьезокерамических фильтров
друг на друга и более качественно усиливающий сигнал. Частотный
детектор построен на основе пьезокерамического дискриминатора
типа CDA. Микросхема выпускается в 24-выводном корпусе ми-
ни-DIP с шагом 1,78 мм, а также в планарном корпусе. Структурная
схема изображена на рис. 2.29.
24
f1 {20 J4 |6 {
Усилитель
РЧ
ЧМ
Смеситель
ЧМ
18
-22
5.
9.
11
Стабили-
затор
17
h
Усилитель
ПЧ-ЧМ №1
Усилитель
ПЧ-ЧМ №2
12
Детектор
ЧМ
Гетеродин
ЧМ
ТЕА5710
ТЕА5710Т
ЧМ-
AM
л
Гетеродин
AM
23
Усилитель
РЧ
AM
АРУ
Смеситель
AM
АМ/ЧМ
селектор
Индикатор
точной
настройки
Усилитель ПЧ AM
AM
детектор
14
21
15
13
Общий
Рис. 2.29. Структурная схема ТЕА5710
Таблица 2.9. Назначение выводов ТЕА5710
1
2
3
4
5
Вход радиочастоты ЧМ
Вход усилителя ПЧ AM
Вход смесителя тракта AM (открытый коллектор)
Выход смесителя ПЧ ЧМ
Стабилизированное напряжение (А)
160
Практические конструкции
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
Вход усилителя 1 ПЧ ЧМ
Вход/выход усилителя ПЧ AM
Выход усилителя 1 ПЧ ЧМ
Стабилизированное напряжение (Б)
Вход усилителя 2 ПЧ ЧМ
Общий вывод трактов ПЧ и детекторов
Вывод подключения дискриминатора CDA
Выход НЧ (выходное сопротивление 5 кОм)
Вывод переключателя АМ/ЧМ
Вывод индикатора точной настройки
Питание
Вывод контура гетеродина AM тракта
Вывод контура гетеродина ЧМ тракта
Общий вывод цепей радиочастоты
Вывод подключения контура преселектора ЧМ
Вывод подключения конденсатора АРУ
Вывод подключения блокировочного конденсатора
Вывод подключения магнитной антенны AM
Общий вывод
Таблица 2.10. Основные технические характеристики ТЕА5710
Параметр технических условий
Напряжение питания
Ток потребления:
в режиме ЧМ
в режиме AM
Чувствительность:
максимальная (сигнал/шум = 3 дБ)
реальная (сигнал/шум = 26 дБ)
Общие гармонические искажения по всему
тракту (Дт = 22,5 кГц)
Номинальный ток индикатора точной
настройки
Мин.
2,0
7,3
5,6
0,4
1,0
—
2
Норма
3
9,0
7,5
1.2
2,8
0,3
3,5
Макс.
12
11.2
9,9
со со
00 00
0,8
6
Ед. изм.
В
мА
мкВ
% -i
Практические конструкции
161
Электрическая принципиальная схема приемника, построенная с
использованием средств электронной настройки, изображена на
рис. 2.30.
Печатная плата приведена на рис. 2.31, я, сборочный чертеж —
на рис. 2.31, б.
+Umrr 5...6B
О-
С1
ЮОмк
6,3В
ЮмкТ" 15.022МК
(,зв 1 1 г
R1 U""*3_ СЗ
-Г-0.022МК
L1
С5
С4 Т Тюмк
00mkJ^ J_6,3B
6.3В
I
11
24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13
DA1 ТЕА5710
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
I Г
Ш ' Ш х
Z1 SFE10.7MA5
=
Выход
. НЧ
СЮ
2,2мк
6,3В
Z3
CDA10.7
12 SFE10.7MA5
J- JL JL VD1...VD4-KB109B(O
Рис. 2.30. Электрическая принципиальная схема приемника
на базе микросхемы ТЕА5710
Катушки L1 и L2 имеют такую же конструкцию, как и в опи-
санных ранее приемниках, а вот катушка L3 — бескаркасная, намо-
тана виток к витку на оправке диаметром 6 мм проводом ПЭВ-2
0,4—0,5 мм, количество витков — 2,5.
После установки L3 на печатную плату рекомендуется залить ее
небольшим количеством парафина. Настраивать эту катушку не
нужно.
Настройка приемника, как вы и предполагали, заключается в ус-
тановке границ диапазона и регулировке центральной частоты пресе-
лектора. Особенностей здесь нет, а потому смело пользуйтесь приве-
денной выше методикой, считая, что тракт ПЧ и частотный детектор
настроены заранее. Заметили, насколько упрощается создание каче-
ственного радиоприемника, если использовать готовые, не требую-
щие регулировки, элементы?
162
Практические конструкции
Вы уже успели почувствовать, что монофонические УКВ прием-
ники сами по себе не очень интересные конструкции. Поэтому пере-
ходим к конструированию стереофонических вариантов, построен-
ных также всего на одной микросхеме.
а)
б)
Рис. 2.31. a — печатная плата; б — сборочный чертеж
Практические конструкции 163
2.3. Супергетеродинный стереофонический
УКВ приемник
Смею вас уверить, уважаемый читатель, что опыт, накопленный
вами при изготовлении несложных УКВ приемников, очень приго-
дится при чтении этого и последующих разделов. Надеюсь, у вас
осталось чувство неудовлетворенности монофоническим звука соб-
ранных конструкций, но вместе с тем появилось желание принимать
стереофонические передачи с высоким качеством звука. Уверен так-
же, что вам не слишком понравилось настраивать приемник враще-
нием ручки перестройки частоты, приблизительно определяя, где
находится та или иная станция. Также вполне естественно, что хо-
чется своими силами изготовить тюнер, который по своим основ-
ным и сервисным параметрам приближался к лучшим промышлен-
ным образцам. Если все это так, то не сомневайтесь: при определен-
ной доли терпения, настойчивости и аккуратности вам удастся
решить эти задачи. Возможно, вы «буква в букву» повторите конст-
рукции, описанные на страницах этой книги. Возможно, придумаете
на их основе новые, более интересные, с более развитым сервисом.
В любом случае, прежде чем возвратиться к практике, вам нелишне
будет познакомиться с конструкциями высококачественных стацио-
нарных и автомобильных УКВ приемников, выпускаемых ведущи-
ми зарубежными фирмами, с их основными характеристиками и
возможностями.
В мире выпускается настолько много всевозможной аппаратуры,
настолько часто выходят новинки, что появилась возможность изда-
ния ежемесячных журналов, рассказывающих только о новостях в
сфере аудио- и видеотехники. В этих журналах, кстати издающихся и
У нас в России, не публикуется электрических схем, математических
расчетов, рекомендаций по ремонту и рассказов об особенностях
внутреннего устройства. Авторы статей пишут только о потреби-
тельских свойствах техники, которые понятны даже неспециалистам.
С помощью этих журналов обыватель достаточно просто выбирает
подходящую по цене и желаемым возможностям технику. Радиолю-
бители, однако, мало интересуются такой подачей материала, считая,
что изучать электрические схемы куда как приятнее и информатив-
нее. И напрасно! Даже такие простые описания таят в себе массу ин-
164
Практические конструкции
формации, много интересных творческих идей. Они часто наталкива-
ют на интересное решение.
Описывать потребительские качества аппаратуры можно до бес-
конечности, составив таким образом хороший справочник. Однако в
рамках этой книги рассматривается совершенно другая задача, по-
этому здесь уместно привести информацию, собранную автором в
сети Интернет буквально за 2—3 часа [34—36]. Уверен, этих сведе-
ний будет вполне достаточно, чтобы сориентироваться в мире совре-
менной техники высококачественного УКВ радиоприема.
Все мы знаем, что принадлежность аппаратуры тому или иному
классу можно без труда определить «на слух». Звучание дешевого
переносного радиоприемника будет разительно отличаться от звуча-
ния дорогого стационарного тюнера, подключенного к музыкально-
му центру. В разговорах на темы, касающиеся радиоаппаратуры,
обычно с уважением отзываются об аппаратуре класса Hi-Fi, Hi-End.
И все же эти оценки субъективны, базируются на «заключении авто-
ритетной комиссии», не более. А если нам нужны не приблизитель-
ные суждения, а точное определение? Принадлежность аппаратуры
тому или иному классу определяется по специальным нормативам,
оговоренным в государственных стандартах (никак не меньше!). На-
пример, стандарт DIN 45000 устанавливает основные характеристи-
ки УКВ тракта класса Hi-Fi, приведенные в табл. 2.11.
Таблица 2.11. Нормы трактов УКВ класса Hi-Fi согласно DIN 45000
Параметр
Полоса воспроизводимых частот
Коэффициент нелинейных искажений
(fm = 1 кГц, Af = 40 кГц)
Несимметрия каналов в полосе 250—6300 Гц
Переходное затухание помех между каналами:
в полосе 250—6300 Гц
в полосе 6300—12500 Гц
Отношение «сигнал/шум» на выходе тракта НЧ
Значение
40—12500
не более 2
не более 3
не менее 26
не менее 15
не менее 54
Ед. изм.
Гц
%
ДБ
ДБ
ДБ
Как видно, для стереофонического тракта первостепенное значе-
ние имеет симметрия каналов воспроизведения звука. Это понятно:
если каналы будут обладать несимметрией, ухудшится стереоэф-
Практические конструкции 165
фект. Чуть позже мы вернемся к рассказу о параметрах, характери-
зующих собственно стереофоническую часть тракта радиоприемни-
ка, а сейчас пробежимся по особенностям некоторых промышленных
конструкций.
Специалисты в области бытовой аудиотехники В. Тимофеев и
Н. Миловидов [36] провели лабораторное тестирование нескольких
моделей зарубежных тюнеров с целью сравнить их основные и сер-
висные характеристики. Надо сказать, что многие малоизвестные
производители любят в рекламных целях завышать реальные харак-
теристики производимой аппаратуры. По заключению авторов, в
процессе тестирования обнаружено очень малое расхождение с заяв-
ленными параметрами, что говорит в пользу фирм-производителей.
Современная радиоприемная аппаратура ориентируется главным
образом на местный высококачественный прием в диапазоне УКВ, а
традиционные диапазоны AM отходят на второй план. Разработчики
аппаратуры руководствуются посылкой «лишь бы воспроизводило
звук местных AM станций с приемлемым уровнем нелинейных иска-
жений». Соответственно даже дорогие модели уверенно принимают
AM радиостанции, расположенные в пределах сотни-другой кило-
метров от точки приема.
В теоретическое разделе была обозначена важность такого пара-
метра, как чувствительность. Авторы статьи измеряли чувствитель-
ность классическим методом — с помощью генератора сигналов.
Можно сказать, что теоретически достижимая чувствительность
УКВ радиоприемника составляет 0,7—0,8 мкВ. Дальнейшему повы-
шению чувствительности мешают тепловые шумы элементов тракта
и шум эфира. Измерялось также отношение «сигнал/шум» на выходе
приемника. Авторы отмечают, что отношение порядка 50 дБ — это
разница между такими субъективными оценками, как «ничего не
слышно в шуме» и «слышно уверенно и громко». Еще один пара-
метр, который нельзя не обойти, — селективность (по соседнему ка-
налу, зеркальному каналу и побочным каналам приема). Результаты
тестирования изложены ниже.
Тюнер DENON TU-490 RG имеет на передней панели 13-знако-
вый люминесцентный индикатор, который в цифровом виде отобра-
жает значение принимаемой частоты, номер фиксированной на-
стройки, диапазон приема. Имеется даже такая нехарактерная для
166 Практические конструкции
тюнеров вещь, как пульт дистанционного управления (ПДУ). Фикси-
рованных настроек можно задать до 40 позиций. Для быстрого пере-
ключения между этими настройками (сгруппированными в 5 банков
по 8 позиций) служат 8 небольших кнопок, расположенных также на
передней панели (бывалые радиолюбители говорят в таком случае,
что они расположены «на морде»). Каждая фиксированная настройка
может быть озаглавлена уникальным названием, которое будет ото-
бражаться на буквенно-цифровом индикаторе. Название вводится
последовательно, буква за буквой. Имеется система автоматического
сканирования диапазона с занесением обнаруженных станций в па-
мять тюнера. Этими сервисными функциями управляет встроенный
микроконтроллер. Тюнер работает в двух диапазонах: западном УКВ
и средневолновом AM.
Тюнер Harman Kardon TU 950 принимает волны западного ЧМ
диапазона, а также средневолнового и длинноволнового диапазонов
AM. Имеется плавная ручная настройка на принимаемый диапазон с
помощью круглой ручки большого диаметра. Кроме того, введен ин-
тересный режим автоматической настройки. В этом режиме следует
только слегка повернуть ручку настройки, и тюнер автоматически
начнет перестраиваться на ближайшую радиостанцию. В режиме пе-
рестройки звук отключается. Среди органов управления качеством
радиоприема следует отметить переключатель полосы приема («уз-
кая/широкая»). Широкая полоса позволяет получить более высокое
качество звука, но также возрастет и потенциальная подверженность
помехам. Переключатель «дальний прием/ближний прием» пред-
ставляет собой электронный антенный аттенюатор и удобен в усло-
виях высоких внеполосных помех. Кроме того, на индикаторную па-
нель выводится значение уровня принимаемого сигнала (так назы-
ваемый S-метр). Это сигнал обычно формирует индикатор точной
настройки, далее он оцифровывается встроенным АЦП и обрабаты-
вается в цифровом виде микроконтроллером.
Тюнер Marantz ST-65 имеет три диапазона приема, как и преды-
дущий тюнер. В нем отсутствуют оригинальные сервисные функции,
однако, проводя электрические измерения тракта УКВ, авторы были
обрадованы высоким показателем чувствительности, близкой к пре-
дельной. Селективность по зеркальному каналу имеет значение по-
рядка 70 дБ. Такт звукопередачи спроектирован настолько хорошо,
Практические конструкции 167
что субъективно не ощущается посторонних призвуков и тембровой
окраски в транслируемой высококачественной фонограмме.
Тюнер Sony ST-S3000ES очень прост в эксплуатации — он име-
ет всего три основных кнопки. Одна управляет включением питания,
другая — настройкой, третья — переключением фиксированных на-
строек. Кнопки, используемые нечасто, размещены под дисплеем и
уменьшены в размерах. Интересной особенностью этого тюнера яв-
ляется наличие гнезд для подключения двух приемных антенн. Та-
ким образом, возможно с помощью кнопки оперативно выбирать
лучшую, сообразуясь с условиями приема. Программа, разработан-
ная для управляющего микроконтроллера, имеет развитый интер-
фейс. Можно даже выбрать язык сообщений, появляющихся на дис-
плее. Можно запрограммировать до 30 фиксированных настроек,
причем запоминаться будет не только частота настройки, но также
выбранная антенна, режим «моно/стерео», ослабление антенного ат-
тенюатора, режим полосы «узкая/широкая». Но самое удивительное,
что в составе тюнера есть система Active Selection Mode (ASM), ко-
торая автоматически оптимизирует эти параметры. Можно выста-
вить их и вручную. Тюнер не имеет многочисленных кнопок для вы-
бора фиксированных настроек. Они включаются последовательным
перебором. Из явных излишеств в тюнере предусмотрены два инди-
катора напряженности поля (S-метра). Один — упрощенный — по-
строен по известному принципу «бегущей полосы» с 10 ступенями.
Второй, появляющийся при нажатии соответствующей клавиши и
исчезающий через некоторое время, индицирует величину входного
сигнала в цифровом виде. Чувствительность тюнера находится на
уровне теоретически возможного предела, селективность по соседне-
му каналу составляет порядка 80 дБ, а по побочным каналам приема
приближается к 90 дБ.
Читателю, уверен, интересно также сравнить параметры некото-
рых современных автомагнитол, поскольку эти представители звуко-
воспроизводящей аппаратуры занимают значительную часть рынка
производимой аудиотехники. Читая рассказ об автомагнитолах, по-
пробуйте также сравнивать их эксплуатационные качества с описан-
ными выше качествами стационарных аппаратов.
Магнитола Clarion RAX 530D имеет два диапазона: зарубеж-
ный УКВ-ЧМ и средневолновый AM. Фиксированных настроек —
168 Практические конструкции
24, причем 18 из них используются в диапазоне УКВ, а 6 — в AM.
Приемник может автоматически просканировать диапазон и занести
найденные станции в память. Кроме того, предусмотрен режим ска-
нирования при выборе фиксированной настройки, когда каждая
станция, занесенная в память, озвучивается 10 секунд, а затем осуще-
ствляется переход к следующей настройке. Есть также автоматиче-
ская настройка в режиме плавной перестройки частоты, когда при
небольшом повороте рокера (специального колесика) частота на-
стройки приемника перестраивается до ближайшей соседней стан-
ции. Радиоприемник имеет чувствительность не хуже 5 мкВ, селек-
тивность по соседнему каналу около 80 дБ, селективность по зер-
кальному каналу 53 дБ. Подавление побочных каналов осуществля-
ется на 75 дБ.
Магнитола Denon DCR-930R имеет классический набор диапа-
зонов: западный УКВ и средневолновый AM. Фиксированные на-
стройки рассчитаны на 30 позиций (три банка по 6 настроек УКВ и 2
банка диапазона AM). Переключение между фиксированными на-
стройками осуществляется последовательным перебором. Фиксиро-
ванные настройки можно устанавливать автоматически, но имеется
возможность ручного ввода данных. Чувствительность приемника не
хуже 1,5 мкВ, избирательность по соседнему и побочным каналам
примерно 70 дБ. Отношение «сигнал/шум» на выходе — около 65 дБ.
Магнитола Philips RC468RDS в лучшую сторону отличается от
описанных ранее (как, впрочем, и вся продукция этой фирмы). Она
имеет как отечественный, так и зарубежный УКВ диапазоны, AM
средневолновый, длинноволновый и 49-метровый коротковолновый
диапазоны. В отечественном УКВ диапазоне прием, к сожалению,
возможен только в монофоническом режиме. Чувствительность в
УКВ диапазонах не хуже 1,2 мкВ, селективность по соседнему кана-
лу 74 дБ, по побочным каналам около 76 дБ. Селективность по зер-
кальному каналу 80 дБ.
Магнитола Sony XR 635SP, пожалуй, самая интересная магни-
тола, так как отечественный диапазон УКВ принимается в стереоре-
жиме. Западный УКВ диапазон, естественно, также обеспечен необ-
ходимыми средствами для стереофонического звуковоспроизведе-
ния. Система, осуществляющая стереофонический прием в обоих
УКВ диапазонах, получила название «Стерео-Плюс». Имеются так-
Практические конструкции 169
же сопутствующие диапазоны AM (средневолновый и длинноволно-
вый). Цифровой дисплей отображает принимаемую частоту, диапа-
зон и текущее время. Чувствительность УКВ приемника близка к
0,9 мкВ, селективность по соседнему каналу составляет 70 дБ.
В целом следует заключить, что современные радиоприемники
немыслимы без использования в их составе буквенно-цифровых дис-
плеев, микроконтроллеров, а также специальных устройств элек-
тронной точной настройки, называемых цифровыми синтезатора-
ми частоты. Мы обязательно рассмотрим эти устройства и исполь-
зуем их в радиолюбительских конструкциях чуть позже. Пока же
займемся освоением самого главного узла — стереофонического су-
пергетеродинного тракта.
В этом разделе вашему вниманию будет предложено несколько
стереофонических однокристальных приемников примерно одинако-
вой сложности и качества. Все они поддерживают систему стереове-
щания с пилот-тоном (зарубежный стандарт), просты в сборке и на-
лаживании, не требуют дефицитных, дорогостоящих и труднодос-
тупных деталей. В то же время они обладают высокими
техническими характеристиками и могут стать основой радиолюби-
тельского тюнера.
Отлично зарекомендовала себя в качестве унифицированного
УКВ тракта микросхема TDA7222A производства фирмы
SGS-Thomsom Microelectronics. Эта микросхема применяется в про-
мышленной стереофонической радиоаппаратуре очень широко. Вы
можете встретить ее как в недорогих переносных моделях, так и в до-
рогостоящих музыкальных центрах, а также в автомагнитолах. Мик-
росборка имеет полные аналоги ТА8127, ТА8167 (фирма-производи-
тель «Тошиба») и КА2290 (фирма-производитель «Самсунг»). По
аналогии с монофоническими вариантами, эта микросхема также
имеет в своем составе узлы, относящиеся к AM тракту. Эти возмож-
ности микросхемы мы договорились не использовать. Описывая
микросборку и конструкции на ее основе, мы будем ориентироваться
На технические данные аналога (ТА8127), поскольку они оказались
наиболее полно представленными в документации фирмы-произво-
Дителя. Тем не менее все сказанное в равной степени относится и к
знал огам.
170
Практические конструкции
Таблица 2.12. Назначение выводов ТА8127
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
Вход радиочастоты ЧМ
Общий вывод ВЧ тракта
Выход смесителя тракта ЧМ
Выход смесителя тракта AM
Вывод подключения конденсатора АРУ
Питание
Вход усилителя ПЧ AM
Вход усилителя ПЧ ЧМ
Общий вывод ПЧ тракта
Вывод подключения индикатора точной настройки
Вывод подключения индикатора «стерео»
Вывод подключения контура ЧМ детектора
Выход НЧ правого канала
Выход НЧ левого канала
Вывод настройки частоты ГУН стереодекодера
Вывод переключения «АМ/ЧМ»
Вывод переключателя «стерео/моно»
Вход стереодекодера
Выход детектора АМ/ЧМ
Вывод контура гетеродина AM тракта
Вывод контура гетеродина ЧМ тракта
Вывод питания гетеродина
Вывод подключения контура преселектора ЧМ
Вывод подключения магнитной антенны AM
Таблица 2.13. Основные технические характеристики ТА8127
Параметр технических условий
Напряжение питания
Ток потребления:
в режиме ЧМ
в режиме AM
Максимальная чувствительность
(отношение «сигнал/шум» 3 дБ)
Мин.
1,8
—
—
Норма
3
13,2
8,4
10
Макс.
7,0
20
13,5
—
Ед. изм.
В
мА
мкВ
Практические конструкции
171
Параметр технических условий
Отношение «сигнал/шум» тракта ПЧ
(tC= 80 дБ/мкВ)
Напряжение, развиваемое гетеродином
(f = 72,3 МГц)
Общие гармонические искажения тракта ПЧ
(Ц£ч= 80 дБ/мкВ)
Подавление паразитной AM
Чувствительность индикатора точной настройки
Максимальное входное напряжение КСС
стереодекодера(1_ + R = 90%, пилот-тон Р = 10%,
гармонические искажения THD = 3%)
Разделение каналов (f = 100—10000 Гц)
Общие гармонические искажения стереодекодера:
в монорежиме
в стереорежиме
Несимметрия каналов
Уровень пилот-сигнала, при котором происходит
включение индикатора «стерео»
Отношение «сигнал/шум» стереодекодера
Мин.
—
—
—
45
—
35
—
-2
2
—
Норма
70
105
0,4
32
51
350
42
0,2
0,2
0
6
70
Макс.
—
—
—
—
56
—
—
—
2
—
Ед. изм.
ДБ
мВ
%
ДБ
дБ/мкВ
мВ
ДБ
%
ДБ
мВ
ДБ
В документации на эту микросхему представлено много полез-
ных графиков, описывающих режимы. Многие из них аналогичны
приведенным в разд. 2.2 для монофонических приемников. Это не-
случайно: ведь если забыть о существовании стереодекодера, этот
приемник превратится в обычный монофонический. Конечно, повто-
ряться и вновь разбирать то, что относится к монофонической части,
здесь нет никакого смысла — вы уже освоили ее. При желании всег-
да можно получить подробности на Интернет-сайте фирмы-произво-
дителя. Обратить внимание хочется на то, чего не было описано в
разд. 2.2, то есть на графические зависимости, отображающие осо-
бенности эксплуатации стереорежима. Некоторые до сей поры незна-
комые параметры встретились вам в табл. 2.13, поэтому вначале по-
говорим о них, затем рассмотрим графики.
Важным параметром, характеризующим качество декодирова-
ния, является позиция, обозначенная «разделение каналов». Этот па-
раметр показывает, в какой мере сигнал левого канала «подмешива-
172 Практические конструкции
ется» в правый канал и наоборот. Чем сильнее каналы влияют друг
на друга, тем хуже ощущается стереоэффект. В предельном случае,
когда канальные сигналы «перемешаны» полностью, звучание стано-
вится монофоническим. Естественно, такой стереодекодер вряд ли
кто сочтет годным к использованию. Разделение каналов обычно
нормируется отдельно в разных участках звукового диапазона, по-
скольку на одних частотах стереодекодер может хорошо разделять
каналы, а на других — хуже.
О несимметрии каналов уже было сказано несколько слов в нача-
ле этого раздела. Действительно, при большом различии канальных
характеристик ухудшается или даже сводится на нет стереоэффект.
К примеру, если один канал воспроизводит только высокие частоты,
«заваливая» низкие, а другой безмерно «басит», информация о про-
странственном положении звуковых источников искажается или те-
ряется вовсе. Если каналы отличаются только по уровню громкости,
то это меньшее зло, хотя как сказать... Слушателю часто придется
пользоваться регулятором стереобаланса, возникнут трудности с
симметрией записи на стереофонический магнитофон. Конечно, раз-
ница в пределах 2 дБ практически незаметна на слух, поэтому разра-
ботчики микросхемы отнормировали несимметрию на таком уровне.
Интересным параметром является уровень пилот-сигнала, при
котором происходит опознавание стереорежима и включается инди-
катор «стерео». Дело в том, что, если задать этот уровень слишком
маленьким, любая помеха, в том числе и широкополосная шумовая,
будет постоянно переключать стереодекодер в положение «стерео»,
в то время как при приеме слабых сигналов и в промежутках между
соседними радиостанциями разумнее переходить в монорежим, что в
современных стереодекодерах осуществляется автоматически. Мо-
норежим менее чувствителен к шумам и помехам, так как спектр мо-
нофонического сигнала уже. Завышенный порог срабатывания, на-
против, может привести к тому, что режим «стерео» не включится
вообще или начнутся знакомые «прыжки» между моно- и стереоре-
жимом. Индикатор стереопередачи в таком случае хаотически мер-
цает. Поэтому порог переключения режимов оптимизирован, опти-
мизированное числовое значение приведено в табл. 2.13. Еще одно
несомненное достоинство данного стереодекодера — высокое отно-
шение «сигнал/шум».
Практические конструкции
173
Теперь разберемся в графических данных. На рис. 2.32 отображе-
на зависимость уровня разделения стереоканалов (кривая SEP) и об-
щих гармонических искажений (кривая THD) для разных модули-
рующих частот. В среднем разделение стереоканалов находится на
уровне, обозначенном в табл. — 42 дБ, — и резко падает за отметкой
12500 Гц, что соответствует аппаратуре высокого класса. Общие гар-
монические искажения, как видно из этого графика, тоже примерно
постоянны во всей полосе частот и не выходят за пределы требова-
ний, предъявляемых к аппаратуре класса Hi-Fi.
ш
с*
I
О,
ш
С/)
60
50
40
30
20
10
1)пит =
L+R =
Р = 1,
ЗВ
= 135мВ
5мВ
L->Rt
R->L
THD
L. F
L.
* г
.SEP
1
/
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
5 g
g та
ID s
i
О
0.05 0.1 0.3 13 10 30
Частота модуляции, кГц
(P — уровень пилот-сигнала)
Рис. 2.32. Зависимость уровня разделения стереоканалов (SEP) и общих
гармонических искажений (THD) от частоты модулирующего сигнала
На рис. 2.33 изображена зависимость этих же величин от уровня
входного сигнала. Как видим, уровень разделения стереоканалов но-
сит равномерный, мало изменяющийся характер, а вот гармонические
искажения резко возрастают при превышении сигналом уровня
300 мВ. Связано это главным образом с тем, что транзисторные каска-
ды, входящие в такт стереодекодера, входят в нелинейный режим. Оп-
тимальным является уровень сигнала, называемый «линейным» —
250 мВ. Гармонические искажения в этом случае не превышают 0,5%.
Очень интересный график представлен на рис. 2.34, он показыва-
ет величину полосы захвата (capture range — CR) и полосы удержа-
ния (lock range — LR) от величины входного пилот-сигнала. Как нам
174
Практические конструкции
100
о
I
i
s.
i
a.
Ml
со
60
40
20
— 3
1
1
1
1
Jnm
_+F
D =
m -
——
= зв
t = 90%
10%
1 кГц
**-
L
R
->
->
^—
R
L
■■к
/
/
/
/
1
1
гн
DL
SEP
4
ч
4 8
О
I
Q
100 150 200 250 300 350 400 450
Уровень входного напряжения
стереодекодера, мВ
Рис. 2.33. Зависимость уровня разделения стереоканалов (SEP) и общих
гармонических искажений (THD) от уровня входного сигнала стереодекодера
100
50
30
10
5
- -N
\
\
л.1
v
\
A
R
\ LR 1
1
4
1
\$
w
/\
Unnr = 3
в
13 15 17 19 21 23
Частота ГУН стереодекодера
25
Рис. 2.34. Зависимость полосы захвата (CR) и полосы удержания (LR)
пилот-сигнала встроенного ГУН от уровня пилот-сигнала
известно, в современных стереодекодерах используется синхронное
детектирование с применением обратной связи в виде петли ФАПЧ,
поэтому в состав стереодекодера вводится ГУН. Частота этого ГУН в
отсутствии пилот-сигнала ничем не синхронизирована, и, более того,
она может несколько отличаться от заданной (19 кГц или кратной
этой цифре) из-за температурной нестабильности, неточной установ-
ки. К счастью, захват и синхронизация ГУН с пилот-сигналом проис-
Практические конструкции 175
ходят даже при отличии частот. Полоса удержания синхронизирован-
ного сигнала, как нам уже известно, в большинстве случаев шире по-
лосы захвата, что и отражено на рис. 2.34. В дальнейшем, при
настройке практической конструкции радиоприемника со стереоде-
кодером, мы убедимся в справедливости этого утверждения. Вот, по-
жалуй, и все дополнительные сведения, которые понадобятся нам.
Теперь наше внимание обращено на структурную схему, приве-
денную на рис. 2.35. Цифрами на ней обозначены:
1 — усилитель радиочастоты тракта ЧМ;
2 — смеситель тракта ЧМ;
3 — смеситель тракта AM;
4 — схема АРУ/ФАПЧ;
5 — усилитель промежуточной частоты тракта AM;
6 — детектор уровня;
7 — усилитель промежуточной частоты тракта ЧМ;
8 — драйвер индикатора «настройка»;
9 — драйвер индикатора «стерео»;
10 — частотный детектор (ЧМ тракт);
11 — гетеродин ЧМ тракта;
12 — гетеродин AM тракта;
13 — усилитель НЧ тракта AM;
14 — усилитель НЧ тракта ЧМ;
15 — амплитудный детектор (AM тракт);
16 — схема переключения АМ/ЧМ;
17 — предварительный усилитель стереодекодера;
18 — ГУН стереодекодера;
19 — делитель частоты ГУН;
20 — пороговая схема;
21 — переключатель режима;
22 — стереодекодер.
В схеме предусмотрены два индикатора, один из которых сигна-
лизирует о наличии стереофонической передачи, а другой — о точ-
ной настройке на принимаемую радиостанцию, что очень удобно на
практике. В составе микросхемы имеется также схема формирования
сигнала ФАПЧ для обеспечения поддержания стабильности частоты
гетеродина. Стереодекодер автоматически переходит из режима «мо-
но» в режим «стерео» и обратно. Тем не менее предусмотрена воз-
Выход НЧ Выход НЧ
левый канал правый канал
о
§
о
1
СО
+11пит
"Настройка" "Стерео"
Практические конструкции
177
можность перевести его в режим «моно» принудительно. Других
особенностей микросхема не имеет.
Автор предлагает читателю для повторения на выбор два про-
стых варианта приемника, построенных на основе ТА8127. Первый
вариант перестраивается с помощью КПЕ, второй — с помощью ва-
рикапных матриц. Какой вариант выбрать — читатель решит само-
стоятельно, по своим возможностям.
Принципиальная электрическая схема приемника с использова-
нием блока КПЕ-2 приведена на рис. 2.36. Сравните эту схему с
рис. 2.20. Видите сходство? Внешнее расположение выводов на кор-
пусе микросхемы не слишком сильно отличается, мало отличий и в
построении навесных цепей. Если разобраться во внутреннем уст-
ройстве, окажется, что и там можно найти много общих схемотехни-
ческих решений. Соответственно одинаковыми окажутся номиналы
некоторых элементов и принципы первоначальной настройки после
сборки. Подробно останавливаться на методике настройки мы не бу-
дем, поскольку она достаточно хорошо описана в предыдущем раз-
деле. Незнакомыми и, следовательно, заслуживающими внимания
являются практические сведения относительно стереофонического
тракта.
+11пит 5В
С16
Х"68ОО Выход НЧ
правый канал
Рис. 2.36. Принципиальная электрическая схема стереофонического приемника
на базе ТА8127 с использованием КПЕ
178 Практические конструкции
Частота внутреннего ГУН стереодекодера устанавливается под-
строечным резистором R4 (типа СПЗ-38 или аналогичный, подходя-
щий по габаритам и установочным размерам). Последовательно с
этим резистором включено постоянное сопротивление R5, служа-
щее для сужения диапазона регулировки частоты ГУН и соответст-
венно повышения точности установки этой частоты (снижения
«остроты» настройки). Такая схема рекомендована разработчиками
фирмы-производителя (рис. 2.37, б). Еще одна рекомендация заклю-
чается в том, что в качестве конденсатора С15 лучше выбрать эле-
мент с максимально малым ТКЕ (температурным коэффициентом
емкости). В идеале подойдет пленочный конденсатор, который об-
ладает весьма стабильными температурными характеристиками.
Впрочем, если таковых конденсаторов в хозяйстве радиолюбителя
не найдется, не нужно расстраиваться по этому поводу — ставьте
тот, который нашли (как это было и в авторском случае). Но тогда
будьте готовы к тому, что в 20-градусный мороз, если, конечно, вам
захочется слушать музыку при такой температуре окружающего
воздуха, возможно пропадание стереозвука. Объясняется такое яв-
ление просто — при температурах, значительно отличающихся от
той, при которой настраивался стереотракт, частота свободных ко-
лебаний ГУН выходит из частотной области, в которой возможен
захват пилот-тона. Зависимость частоты колебаний ГУН от темпе-
ратуры показана на рис. 2.37, я.
Резистор R6 служит для согласования входного сопротивления
пьезокерамического фильтра с контуром L3. По правде говоря, при-
исключении этого резистора ровным счетом ничего не меняется в ка-
честве звука стереопередачи. Однако, поскольку разработчики этот
резистор ввели, оставим его и мы.
Элементы С8, С9, VD1, Rl, R2 являются внешними элементами
цепи ФАПЧ, стабилизирующей частоту гетеродина при приеме по-
лезного сигнала. Цепь R2, С9 — фильтр низкой частоты, который,
во-первых, исключает шунтирование входа стереодекодера емко-
стью С9, а во-вторых, отфильтровывает высокочастотные колебания
(в данном случае высокочастотные колебания — это колебания зву-
ковой частоты). Резистор R1 задает смещение перехода варикапа
VD1. Конденсатор С8 регулирует коэффициент включения варикапа
в контур гетеродина, тем самым позволяя варьировать полосу удер-
Практические конструкции
179
19
18
-
—■Ч
1000 ztz
-20 0 20 40 60 80
Температура окружающей среды, °С
а)
б)
Рис. 2.37. Зависимость частоты свободных колебаний ГУН стереодекодера
от температуры окружающей среды при использовании пленочного
конденсатора (а) и рекомендуемая схема внешней цепи (б)
жания системы ФАПЧ. В этой связи читателю будет интересно уз-
нать, как «на слух» работает система фазовой автоподстройки часто-
ты гетеродина. При небольшой расстройке конденсатора С5 прини-
маемая станция не меняет громкость, тембр, не появляются
искажения. При значительной расстройке в какой-то момент време-
ни станция пропадает или изменяет качество скачкообразно, с глу-
хим звуком, отдаленно напоминающим звук открываемой бутылки
шампанского. При настройке приемника можно задать желаемую по-
лосу удержания емкостью С8, однако здесь главное — не перебор-
щить. Если полоса удержания станет очень широкой, резкий скачок
частоты настройки («хлопок шампанского») может просто «пере-
прыгнуть» через близкорасположенную станцию, захватив следую-
щую за ней. Попытка обратной перестройки, как правило, ничего не
дает — приемник опять «проскочит» эту станцию, только в обрат-
ную сторону. Как традиционно решалась эта проблема? Обычно вво-
дили кнопку отключения ФАПЧ, вручную отключая слежение при
перестройке. Вы тоже можете ввести отключаемую ФАПЧ в этой
конструкции, коммутируя нижний (по схеме) вывод резистора R2 то
к выводу 19 микросхемы D1, то к средней точке дополнительного ре-
зистивного делителя, включенного между шиной питания и общим
проводом. Коэффициент делителя нужно подобрать так, чтобы при
180 Практические конструкции
переключении станция не «уходила» скачком. Впрочем, по мнению
автора, в данной конструкции отключаемая ФАПЧ — излишество.
Полоса удержания выбрана оптимальной и большинство читателей
должна устроить.
Переключателем S1 можно принудительно перевести стереоде-
кодер в режим «моно», замкнув его контакты. Конечно, как мы гово-
рили, при недостаточном для высококачественного стереоприема
уровне входного сигнала стереодекодер перейдет в режим «моно»
автоматически. Тем не менее иногда приходится пользоваться «при-
нудительной» кнопкой, поэтому рекомендуется предусмотреть ей
место на передней панели вашего стереофонического приемника.
Светодиоды HL1 и HL2 включены последовательно с токоогра-
ничительными резисторами R7 и R8. Конденсаторы С16 и С17 кор-
ректируют частотные предыскажения стереосигнала.
Приемник смонтирован на печатной плате из одностороннего
фольгированного стеклотекстолита (рис. 2.38, а), монтажный чер-
теж приведен на рис. 2.38, б. Катушки L1 и L2 намотаны на гладких
каркасах диаметром 5 мм и имеют латунные подстроечники длиной
5—6 мм с резьбой М4. Катушка L1 содержит 5 витков провода
ПЭВ-2 диаметром 0,4—0,5 мм, катушка L2 — 6 витков того же про-
вода. После намотки пропитайте обе катушки парафином. После на-
стройки закрепите парафиновой капелькой латунные сердечники.
Катушки L3 и L4 намотаны на трех- или четырехсекционных полисти-
роловых унифицированных каркасах с подстроечниками из феррита
марки 100НН. Количество витков: L3.1 — 13, L3.2 — 2, L4 — 16.
Провод — ПЭВ-2 или другой подходящий диаметром 0,1—0,12 мм.
После настройки приемника по методике, описанной в разд. 2.2, на-
стройтесь на любую радиостанцию западного УКВ диапазона, вещаю-
щую в стереорежиме, и резистором R4 установите режим «стерео». Об
установлении стереорежима, выражающегося в захвате пилот-тона
встроенным ГУН, свидетельствует зажигание светодиода HL2.
Второй вариант приемника на базе ТА8127, предлагаемый для
повторения читателям, отличается, во-первых, тем, что перестраива-
ется по диапазону с помощью варикапных матриц. Во-вторых, в нем
не использована цепь гетеродинной ФАПЧ. И в-третьих, имеется до-
полнительный каскад, который буферирует сигнал гетеродина и вы-
дает его на внешний контакт платы. Этот вариант приемника исполь-
Практические конструкции
181
62,5.
а)
Переключатель
стерео/моно
"принудительно"
~ S1
Выход НЧ Выход НЧ
левый канал правый канал
\Г С17
С13
R2 С9 <8>R5 «
*2£Л \
Рис. 2.38. я — печатная плата; б — сборочный чертеж
182 Практические конструкции
зовался автором для изучения работы цифровых синтезаторов часто-
ты, их программирования, настройки, «обкатки». И тем не менее сам
по себе разработанный приемник получился настолько удачным в
плане стабильности и надежности работы, что его можно рекомендо-
вать как самостоятельную законченную конструкцию. Читатель мо-
жет просто не устанавливать элементы, «отвечающие» за буфериро-
вание гетеродинного сигнала. А самые пытливые, не удовольство-
вавшись конструкциями, описанными в книге, могут продолжить
эксперименты, взяв этот приемник в качестве отличного объекта экс-
периментов. К нему легко «пристраивать» различные устройства
электронной настройки, включая синтезаторы.
Так как в этой конструкции для перестройки по диапазону ис-
пользуется варикапная матрица, ее «хватает» точно на западный
УКВ диапазон при изменении напряжения смещения от 2 до 27 В.
Оказалось, что в условиях такой «плавности» перестройки цепь
ФАПЧ (введенная автором способом навесного монтажа) можно ис-
ключить. Можно быть уверенным, что приемник, простояв месяц в
выключенном состоянии, будучи однажды включенным, не «собьет»
настройки, как это часто бывает в случае использования низковольт-
ных настроечных элементов.
Принципиальная электрическая схема этого приемника приведе-
на на рис. 2.39, печатная плата показана на рис. 2.40, а, монтажный
чертеж — на рис. 2.40, б. Дополнительных пояснений эта схема не
требует. Намоточные данные катушек такие же, как и в предыдущем
примере. Номиналы остальных элементов приведены на рис. 2.39.
Если вам не нужен буферированный сигнал гетеродина, можете сме-
ло исключать из схемы элементы R5, R6, R7, VT1, С5.
Еще одна достойная внимания микросхема LA1816 выпускается
японской фирмой «Саньо». По традиции в ее составе имеются оба
тракта — AM и ЧМ, а также встроенный стереодекодер. Единствен-
ное, что отсутствует в этой микросхеме, — это индикатор точной на-
стройки. Зато отсутствуют и трудоемкие индуктивные элементы
тракта ПЧ. Вместо них использованы пьезокерамические фильтры
ПЧ и дискриминатор CDA. Структурная схема приведена на
рис. 2.41. Цифрами на ней обозначены:
1 — усилитель радиочастоты тракта AM;
2 — смеситель тракта AM;
Практические конструкции
183
Рис. 2.39. Принципиальная электрическая схема стереофонического приемника
на базе ТА8127 с использованием элементов электронной настройки
3 — усилитель радиочастоты тракта ЧМ;
4 — смеситель тракта ЧМ;
5 — стабилизатор напряжения;
6 — гетеродин тракта ЧМ;
7 — схема питания гетеродинной части;
8 — усилитель ПЧ ЧМ тракта;
9 — гетеродин AM тракта;
184
Практические конструкции
52,5
а)
Выход НЧ Выход НЧ
S1 левый канал правый канал
стерео/моно
инастр
Рис. 2.40. а — пчатная плата; б — сборочный чертеж
Практические конструкции
185
10 — усилитель ПЧ AM тракта;
11 — частотный детектор;
12 — предварительный усилитель стереодекодера;
13 — схема АРУ AM тракта;
14 — амплитудный детектор;
15 — общий вывод трактов ВЧ и ПЧ;
16 — повторители напряжения;
17 — детектор пилот-сигнала;
18 — фазовый детектор стереодекодера;
19 — общий вывод тракта стереодекодера;
20 — стереодекодер;
21 —триггер;
22 — драйвер индикатора «стерео»;
23 — схема питания стереодекодера;
24 —ГУН;
25—27 — делители частоты ГУН;
28 — схема переключения «моно/стерео».
455кГц
X Т
Рис. 2.41. Структурная схема LA1816
186
Практические конструкции
Таблица 2.14. Назначение выводов LA1816
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
Вывод подключения магнитной антенны AM тракта
Выход смесителя тракта ЧМ
Вывод подключения конденсатора схемы АРУ
Вход усилителя ПЧ тракта ЧМ
Выход смесителя тракта AM
Общий вывод стереодекодера
Вход усилителя ПЧ тракта AM
Вывод питания стереодекодера
Вывод подключения индикатора «стерео»
Вывод принудительного включения режима «моно»
Вывод переключения АМ/ЧМ
Вывод настройки частоты ГУН стереодекодера
Выход НЧ левый канал
Выход НЧ правый канал
Вход стереодекодера
Выход предварительного усилителя НЧ
Вывод подключения дискриминатора CDA
Питание гетеродинной части
Вывод подключения контура гетеродина AM
Вывод подключения контура гетеродина ЧМ
Вывод встроенного стабилизатора
Вывод подключения контура преселектора ЧМ
Общий вывод ВЧ трактов
Вход ВЧ ЧМ тракта
Таблица 2.15. Основные технические характеристики LA1816
Параметр технических условий
Напряжение питания
Ток потребления:
в режиме ЧМ
в режиме AM
Мин.
1,8
—
Норма
3
8,9
3,3
Макс.
6
15
5,5
Ед. изм.
В
мА
Практические конструкции
187
Параметр технических условий
Максимальная чувствительность
(отношение «сигнал/шум» 3 дБ)
Напряжение, развиваемое гетеродином
(Af = 108,7 МГц)
Общие гармонические искажения тракта ПЧ
(1С= 100 дБ/мкВ)
Отношение «сигнал/шум» тракта ПЧ
(lC= ЮО дБ/мкВ)
Несимметрия каналов
Разделение каналов
Общие гармонические искажения тракта
стереодекодера
Мин.
—
75
—
70
—
25
—
Норма
12
110
0,7
75
0
34
0,6
Макс.
—
160
3,0
—
2,0
—
2,5
Ед. изм.
дБ/мкВ
мВ
%
ДБ
ДБ
ДБ
%
инастр +5В
VD1...VD4-KB109B(T)[
VD5-KB109A(5)
HL1 АЛ307Б
Рис. 2.42. Электрическая принципиальная схема приемника на базе
микросхемы LA1816
188
Практические конструкции
52,5
а)
Выход НЧ
правый канал
б)
Рис. 2.43. a — печатная плата; б — сборочный чертеж
Особенностью этой схемы является последовательное включение
двух пьезокерамических фильтров Z1 и Z2 для увеличения избиратель-
ности по соседнему каналу. Нечто подобное встречалось читателю в
разделе, рассказывающем о монофонических приемниках. Если пом-
ните, в микросхеме ТЕА5710 тоже должно быть подключено два пье-
зокерамических фильтра, однако они разделяются (буферируются) до-
полнительным усилителем промежуточной частоты. Теперь читателю
стало понятно, что включать каскадно пьезокерамические фильтры
Практические конструкции 189
тоже допустимо, но несколько хуже. Почему? Дело в том, что фильтр
ослабляет сигнал, приближает его к уровню шумов. Если в середине
каскадного соединения фильтров будет усилитель, он компенсирует
ослабление, вызванное первым фильтром, и в результате на входе вто-
рого усилителя присутствует по уровню такой же сигнал, какой полу-
чается с помощью одного ФПЧ. Простое каскадное соединение выну-
ждает поднимать коэффициент усиления единственного УПЧ.
Если вам не удалось приобрести дискриминатор CDA (к сожале-
нию, дискриминаторы пока менее распространены на отечественном
рынке, нежели пьезокерамические ФПЧ), не отчаивайтесь. Его с ус-
пехом заменит классический эквивалент, приведенный на рис. 2.44.
Катушка индуктивности намотана на унифицированном полистиро-
ловом каркасе с подстроечником ЮОНН проводом ПЭВ-2 диаметром
0,1—0,12 мм. Количество витков — 10. Конечно, размеры эквива-
лента окажутся заметно большими, и это потребует небольшой кор-
ректировки печатной платы. Можно и просто смонтировать эту
схемку способом навесного монтажа.
К выводу 17 DA1
1
1
X
Сд82
Рис. 2.44. Эквивалент дискриминатора CDA
В приемнике имеется система гетеродинной ФАПЧ, построенная
на элементах R5, R4, С6, С9, VD1. Сборку и налаживание приемника
проводят по классической схеме, описанной ранее.
Микросхема ТЕА5711, производимая фирмой «Филипс», являет-
ся продолжением монофонического варианта той же фирмы —
ТЕА5710. Отличие состоит в том, что в ТЕА5711 введен стереодеко-
Дер, в остальном все узлы остались прежними. На рис. 2.45 показана
структура микросхемы. Цифрами обозначены:
1 — усилитель радиочастоты ЧМ тракта;
2 — стабилизатор напряжения;
190 Практические конструкции
3 — усилитель радиочастоты AM тракта;
4 — смеситель ЧМ тракта;
5 — гетеродин ЧМ тракта;
6 — гетеродин AM тракта;
7 — смеситель AM тракта;
8 — усилитель ПЧ ЧМ №1;
9 — усилитель ПЧ ЧМ №2;
10 — частотный детектор;
11 — схема АРУ АМ/ФАПЧ ЧМ;
12 — усилитель ПЧ AM тракта;
13 — схема переключения АМ/ЧМ;
14 — индикатор точной настройки;
15 — амплитудный детектор;
16 — фазовый детектор стереодекодера;
17 — схема переключения;
18 — детектор пилот-сигнала;
19 — схема управления;
20 — преобразователь «напряжение-ток»;
21 — ГУН стереодекодера;
22 — схема задержки;
23 — схема мягкого шумопонижения;
24 — переключатель «моно/стерео»;
25 — делитель;
26 — синхронный детектор;
27 — матрица;
28 — драйвер индикатора «стерео».
Таблица 2.16. Назначение выводов ТЕА5711
1
2
3
4
5
6
7
Не задействован
Выход НЧ левого канала
Выход НЧ правого канала
Вывод фильтра детектора пилот-сигнала
Вывод подключения дискриминатора частотного детектора
Общий вывод тракта ПЧ, детекторов и стереодекодера
Вход усилителя ПЧ ЧМ №2
Практические конструкции
191
19/19/38 кГц
18
бТ"2:
29
32
Рис. 2.45. Структурная схема ТЕА5711
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
^—
Выход стабилизатора напряжения (В)
Выход усилителя ПЧ ЧМ №1
Выход/вход усилителя ПЧ AM
Вход усилителя ПЧ ЧМ №1
Выход стабилизатора напряжения (А)
Выход смесителя тракта ЧМ
Выход смесителя тракта AM
Вход усилителя ПЧ AM
Вход радиочастоты тракта ЧМ
Общий вывод усилителя радиочастоты тракта ЧМ
Вывод подключения магнитной антенны тракта AM
Вывод подключения блокировочного конденсатора
Вывод подключения конденсатора АРУ/ФАПЧ
Вывод подключения контура преселектора
Общий вывод тракта радиочастоты
Вывод подключения контура гетеродина ЧМ
Вывод подключения контура гетеродина AM
192
Практические конструкции
25
26
27
28
29
30
31
32
Питание
Вывод индикатора точной настройки
Вывод переключения «АМ/ЧМ» настройки ГУН
Выход частотного/амплитудного детектора
Вход стереодекодера
Вывод подключения индикатора «стерео»
Вывод принудительного включения режима «моно»
Вывод конденсатора системы шумопонижения
Таблица 2.17. Основные технические характеристики ТЕА5711
Параметр технических условий
Напряжение питания
Ток потребления:
в режиме ЧМ
в режиме AM
Максимальная чувствительность
(отношение «сигнал/шум» 3 дБ)
Номинальная чувствительность
(отношение «сигнал/шум 26 дБ)
Коэффициент усиления преселектора
Общие гармонические искажения
(Af = 22,5 кГц)
Номинальный ток индикатора точной
настройки (в режиме настройки на несущую)
Несимметрия каналов НЧ
Общие гармонические искажения
Отношение «сигнал/шум» тракта
стереодекодера
Разделение стереоканалов
Мин.
1.8
13.5
11,9
0,4
1.0
12
—
190
-1,5
—
—
26
Норма
3
16,5
15,0
1.2
2,0
18
0,3
255
0
0.5
74
30
Макс.
12
20.2
18.9
3.8
3,8
22
0,8
320
1.0
1.0
—
0
Ед. изм.
В
мА
мкВ
мкВ
ДБ
%
мкА
ДБ
%
ДБ
ДБ
Электрическая принципиальная схема приемника приведена на
рис. 2.46, печатная плата и сборочный чертеж соответственно на
рис. 2.47, а и 2.47, б. Особенностей сборки и настройки эта конструк-
ция также не имеет. Намоточные данные катушек L1 и L2 аналогии-
Практические конструкции
193
Рис. 2.46. Электрическая принципиальная схема приемника
набазеТЕА5711
ны предыдущим. Катушка L3 бескаркасная, содержит 2,5 витка про-
вода ПЭВ-2 диаметром 0,4—0,5 мм, намотанного на оправке диамет-
ром 5 мм. Витки имеют шаг 0,8—0,9 мм.
194
Практические конструкции
50
а)
+ин*стр
5В
Л.К.1
Выход НЧ
б)
Рис. 2.47. a — печатная плата; б — сборочный чертеж
Практические конструкции 195
Последняя конструкция, о которой рассказывается в этом разде-
ле, построена на основе микросхемы СХА1538 производства фирмы
«Sony». Интересно отметить, что ее аналог СХА1238, выпускаемый
той же фирмой, полностью совместим и по алгоритму функциониро-
вания, и по расположению выводов. Однако СХА1238 выпускается в
SMD корпусе, что затрудняет ее установку на печатную плату радио-
любительскими методами. Вообще, как вы уже, надеюсь, заметили,
все практические конструкции, описанные в этой книге, предполага-
ют использование микросхем, выпускаемых в корпусах DIP и ми-
ни-DIP. Именно для таких корпусов разработаны печатные платы.
Конечно, если читателю представится возможность приобрести
только SMD корпус, сильно огорчаться по этому поводу не стоит, по-
скольку различие наблюдается только в конструктивном исполне-
нии, а никак не в функционировании. Проще всего в этом случае не
дорабатывать печатную плату, а аккуратно распаять SMD корпус то-
ненькими проволочками, вставив их в отверстия на печатной плате
после подпайки к выводам микросхемы. К счастью, отечественные
поставщики электронных компонентов, ориентированные на потре-
бителей, связанных с ремонтом электронной техники (а таких у нас в
стране много), предлагают больше Б1Ровские корпуса.
В то время, когда эта книга находилась в процессе написания, ав-
тору понадобилось разыскать в сети Интернет документацию по при-
менению СХА1538. Не найдя таковой на сервере производителя (что
немало удивило) и продолжив поиски на других сайтах, автором был
обнаружен ее полный аналог ЭКР1087ХА9 (другое название
ILA1238NS), заявленный к производству белорусской фирмой «Ин-
теграл». К сожалению, не удалось найти никаких сведений о том,
производится ли в Минске эта микросхема, или пока находится в ста-
дии запуска в производство. Во всяком случае, просмотр прайс-лис-
тов поставщиков электронных компонентов, а также просмотр пред-
ложения электронного справочника http://www.icmicro.ru не привели
к положительному результату. СХА1538 во многих перечнях имеет-
ся (ее стоимость порядка двух долларов), а вот аналог не упоминает-
ся нигде. К сожалению — следует добавить.
Еще одна проблема информационного характера, с которой
пришлось столкнуться автору, — это восстановление технических
данных по отрывочным источникам [41 — 44]. Судить о параметрах
196
Практические конструкции
СХА1538 пришлось по параметрам ЭКР1087ХА9, поэтому не исклю-
чено, что параметры прототипа могут незначительно отличаться в
большую или меньшую сторону от приведенных. Впрочем, если речь
идет о прототипе, отличия не представляются существенными.
На структурной схеме, показанной на рис. 2.48, цифрами обозна-
чены:
1 — ГУН стереодекодера;
2 — источник опорного напряжения стереодекодера;
3 — делитель частоты ГУН;
4—5 — фазовый детектор стереодекодера;
6 — переключатель «моно/стерео»;
7 — усилитель постоянного тока;
8 — декодер и усилитель НЧ сигнала;
9 — буферный усилитель;
10 — стабилизатор опорных напряжений;
11 — схема автоматического управления режимом «мо-
но/стерео»;
12 — входной стабилизатор;
13 — блок определения уровня сигнала для подстройки частоты
ГУН;
14—15 — усилитель постоянного тока;
16 — гетеродин, УВЧ и смеситель тракта ЧМ;
Рис. 2.48. Структурная схема СХА1538
Практические конструкции
197
17 — гетеродин, УВЧ и смеситель тракта AM;
18 — буферный усилитель;
19 — УПЧ ЧМ и частотный детектор;
20 — УПЧ AM и амплитудный детектор;
21 — блок управления бесшумной настройкой;
22 — драйвер индикатора точной настройки.
Таблица 2.18. Назначение выводов СХА1538
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
Вывод подключения ФНЧ ГУН стереодекодера
Объединен с выводом 1
Вывод конденсатора детектора пилот-тона
Вывод индикатора режима «стерео»
Выход правого канала
Выход левого канала
Питание
Вывод подключения блокировочного конденсатора
Вывод конденсатора АРУ/ФАПЧ ЧМ
Вывод подключения конденсатора ФАПЧ ЧМ
Общий вывод трактов ПЧ и детекторов
Вывод индикатора точной настройки
Вход тракта ПЧ ЧМ
Вход тракта ПЧ AM
Вывод переключения АМ/ЧМ
Выход смесителей трактов AM и ЧМ
Общий вывод ВЧ AM и ВЧ ЧМ
Вход усилителя радиочастоты ЧМ
Вход тракта ВЧ AM
Вывод подключения контура преселектора ЧМ
Вывод источника опорного напряжения
Вывод гетеродина ЧМ тракта
Вывод варикапа системы ФАПЧ
Вывод гетеродина AM тракта
Вывод конденсатора постоянной времени БШН
Вывод подключения дискриминатора CDA
198
Практические конструкции
27
Вывод установки частоты ГУН стереодекодера
28
Вывод источника опорного напряжения стереодекодера
29
Вывод подключения ФНЧ ГУН стереодекодера
30
Общий вывод стереодекодера
Таблица 2.19. Основные технические характеристики СХА1538
Параметр технических условий
Напряжение питания
Ток потребления:
в режиме ЧМ
в режиме AM
Максимальная чувствительность
(отношение «сигнал/шум» 3 дБ)
Коэффициент усиления преселектора
Номинальный ток индикатора точной настройки
(в режиме настройки на несущую)
Номинальный ток индикатора «стерео»
Коэффициент ослабления выходного сигнала в
режиме БШН
Разделение стереоканалов
Общие гармонические искажения
(Df = 75 кГц, fm = 1 кГц)
Мин.
2,0
7.0
5.0
1.0
28
1,8
1,8
16
30
—
Макс.
9.0
15
12
1,2
42
7,0
5,0
30
—
2,0
Ед. изм.
В
мА
мкВ
ДБ
мА
мА
ДБ
ДБ
%
Принципиальная электрическая схема приемника приведена на
рис. 2.49. Остановимся на некоторых ее особенностях. Как вы уже
знаете, во всех предыдущих конструкциях, если возникала необходи-
мость в использовании гетеродинной ФАПЧ, приходилось включать
внешний варикап. В этой микросхеме варикап встроен в кристалл и
расположен между выводами 21—23, поэтому остается только пра-
вильно его подключить. В зависимости от положения принимаемой
частоты и частоты гетеродина необходимо использовать разные
управляющие напряжения. Тут мы встречаемся с такой интересной
особенностью система ФАПЧ, как работа «наоборот». В результате
обратной работы ФАПЧ полоса удержания не расширяется, а сужа-
ется. Практически это выражается в невозможности точно настро-
иться на принимаемую частоту. В тот момент, когда, казалось бы,
должен «поиматься» максимум настройки, происходит прыжок через
Практические конструкции
199
*я°
h*H
НН^
о
га ^ Я
nriikviHHKHf
Рис. 2.49. Принципиальная электрическая схема приемника
на базе СХА1538
это максимум на другой край. Чтобы избежать таких неприятностей,
в микросхему ввели возможность выбора управления системой
ФАПЧ. Если частота гетеродина ниже принимаемой частоты, ис-
пользуется напряжение с вывода 9, если выше — с вывода 10. Есте-
ственно, что для регулировки полосы удержания системы ФАПЧ
можно поварьировать величиной конденсатора С14.
200 Практические конструкции
Частота свободных колебаний ГУН стереодекодера регулируется
резистором R14. Разработчики микросхемы отмечают, что, посколь-
ку система автоматического переключения режимов «моно/стерео»
тщательно проработана, нет необходимости вводить в схему выклю-
чатель принудительного включения режима «моно».
Для индикации режима «стерео», а также для контроля настрой-
ки используются светодиодные индикаторы HL1 и HL2. Чтобы сис-
тема индикации работала правильно, надежно включала и выключа-
ла светодиоды, в схему введены резисторы R5 и R6. Элементы R8,
С8 и R9, С9 — цепи коррекции предыскажений звукового сигнала.
В данной схеме приведенные номиналы обеспечивают работу с по-
стоянной 75 мкс. Для получения возможности работать с постоянной
50 мкс необходимо скорректировать значение емкости конденсато-
ров С8 и С9 до величины 0,0082 мкФ.
В частотном детекторе приемника используется дискриминатор
CDA, включенный последовательно с резистором R12 для снижения
гармонических искажений. Разработчики рекомендуют при необходи-
мости подобрать этот резистор в целях снижения искажений при ис-
пользовании некоторых типов CDA. Конечно, можно воспользоваться
и эквивалентом. При этом, как указано в технических условиях, не-
сколько ухудшится чувствительность приемника (на 2—3 дБ). Экви-
валент дискриминатора может быть изготовлен по методике, приве-
денной для приемника на микросхеме -LA1816 (пролистайте назад не-
сколько страниц). Резистор R12 в этом случае можно исключить.
Микросхема имеет так называемую «мягкую систему шумопони-
жения», или бесшумной настройки. Читатель может по вкусу вы-
брать вариант со включенной или отключенной БШН. В схеме пре-
дусмотрена такая возможность. Для варианта включенной системы
БШН резистор R15 устанавливать не нужно. Естественно, можно по-
пробовать оба варианта и остановиться на лучшем. В авторском ва-
рианте резистор R15 отсутствует.
Приемник собран на печатной плате, изображенной на рис. 2.50, а,
по монтажному — рис. 2.50, б. Намоточные данные, а также конструк-
ция L1 и L2 традиционны. Элементы R8, R9, С8, С9 можно использо-
вать из широко распространенного 5% номинального ряда, однако их
желательно приобрести из одной партии для максимальной симмет-
рии. Настраивают приемник по классической методике.
Практические конструкции
201
47,5
а)
+инастр 5В
6)
Рис. 2.50. a — печатная плата; б — сборочный чертеж
202 Практические конструкции
Вот, уважаемый читатель, мы и подошли к завершению раздела,
рассказывающего об однокристальных стереофонических УКВ при-
емниках. Теперь вы с легкостью сможете изготовить вполне работо-
способную конструкцию не только для себя, но и для своих друзей.
Мы вернемся к однокристальным микросхемам в разделе, посвящен-
ном цифровой настройке. А если в вашем распоряжении уже имеется
промышленный монофонический УКВ приемник и вам хочется пре-
вратить его в стереофонический? Что делать? Извлекать монофони-
ческую начинку, на корню переделывать схему? Задумайтесь —
нужно ли делать эту непростую работу? Гораздо проще дополнить
приемник современным стереодекодером, сохранив его электриче-
ские «внутренности». Поможет вам в этой работе следующий раздел.
2.4. Стерео декодеры на все вкусы
В этом разделе автор собирается познакомить читателя с совре-
менными стереодекодерами, рассчитанными на работу как в отечест-
венном, так и в зарубежном частотных диапазонах УКВ. Вполне воз-
можно, что читатель может посчитать вопросы, связанные со стерео-
декодерами, не заслуживающими особого внимания. В самом деле,
если разработаны универсальные однокристальные радиоприемни-
ки, к чему «городить огород»? Если монофонический приемник име-
ет ценность как самостоятельное функционально законченное уст-
ройство, то стереодекодер никак нельзя назвать самоценным устрой-
ством. Стереодекодер может работать только в составе УКВ
приемника, причем, как мы знаем, не любого, а того, который прини-
мает частоты определенного диапазона. Учитывая сказанное, стерео-
декодер превращается в узкоспециальное устройство...
И все же в практике радиолюбителя сплошь и рядом могут встре-
титься случаи, когда необходимо изготовить именно отдельный сте-
реодекодер. Например, если в хозяйстве имеется старенький моно-
фонический, но вполне работоспособный радиоприемник и хочется
модернизировать его. Или желание получить стереофоническое зву-
чание от магнитолы, перестроенной на другой диапазон. Или друзья
попросили починить вышедший из строя редкий импортный аппа-
рат, для которого не найти штатного стереодекодера. Наконец, впол-
Практические конструкции 203
не возможно доработать красивую китайскую магнитолу-подделку,
купленную «по случаю» (коих в последнее время имелось в достатке
на отечественном рынке), превратить ее в полноценную. В таких слу-
чаях знакомство с параметрами, принципами сборки, настройки и
эксплуатации стереодекодеров окажутся отнюдь не лишними.
Рассказывать о всей номенклатуре стереодекодеров с пилот-то-
ном очень сложно. В мире выпускаются сотни наименований микро-
схем, выполняющих эту функцию. Конечно, среди них много похо-
жих, но тем не менее в рамках этой книги будет рассказано лишь о
трех. Первый — типовой, широкого применения, второй — низко-
вольтный, для использования в карманных радиоприемниках, тре-
тий — высококачественный, имеющий множество дополнительных
сервисных функций, предназначенный в основном для автомобиль-
ной техники. Однако начать хочется не с них, а с рассказа об отечест-
венных стереодекодерах, работающих в системе с полярной модуля-
цией. За прошедшее десятилетие их было выпущено всего три разно-
видности, причем две первых практически «сошли с дистанции».
Самая первая отечественная разработка на основе системы
ФАПЧ — К174ХА14. Она использовалась в составе хорошо всем из-
вестного тюнера «Радиотехника Т-7111 стерео», выпускалась массо-
во. Микросхема имеет большой 24-выводной корпус DIP, громозд-
кие внешние цепи частотной коррекции. К ее недостаткам также
следует отнести неприятный на слух громкий щелчок при включе-
нии режима «стерео». В остальном стереодекодер надежен в работе,
прост в настройке.
Вторая микросхема — К174ХА35 — появилась несколькими го-
дами позже. Автору не известны массовые модели отечественной ра-
диоаппаратуры, в которых использовалась эта микросхема. Однако
она широко применялась и применяется радиолюбителями, ими раз-
работано множество интересных конструкций, которые в разное вре-
мя публиковал журнал «Радио». В распоряжении автора имеется эк-
земпляр К174ХА35, датируемый 1997 годом выпуска. О том, произ-
водится ли микросхема сейчас, сказать сложно. Декодер имеет
18-выводной корпус, сокращенное количество внешних элементов.
По отзывам некоторых радиолюбителей, К174ХА35 менее устойчива
в эксплуатации, чем К174ХА14, она имеет тенденцию самопроиз-
вольно терять слежение ФАПЧ, хаотично переключаться между ре-
204 Практические конструкции
жимами «моно» и «стерео». Впрочем, все эти неприятные эффекты
наблюдались при эксплуатации стереодекодера в автомобиле, где ус-
ловия приема сложны и нестабильны. Опыт автора, касающийся экс-
плуатации микросхемы в домашних условиях, не позволил выявить
существенной разницы в качестве декодирования стереосигнала ука-
занных микросхем.
Последняя разработка, выполненная отечественной фирмой
«Ангстрем», продолжает 174-ю серию микросхем. Ее наименова-
ние — КР174ХА51. Это мультисистемный стереодекодер, предна-
значенный для работы как в системе с полярной модуляцией, так и с
пилот-тоном. Стереодекодер пришелся как нельзя кстати, он имеет
отличные характеристики, стабильно работает, в общем, идет «в но-
гу со временем». Идеи, положенные в основу этой микросхемы, за-
щищены авторским свидетельством. Сама микросхема сопровожда-
ется неплохой документацией, имеет на удивление мало внешних
элементов. Этот стереодекодер лучше всего использовать в радиолю-
бительском творчестве.
Общий недостаток, присущий всем трем стереодекодерам, за-
ключается в необходимости использования нескольких навесных
элементов с повышенной точностью (не хуже 1%). Такая необходи-
мость продиктована использованием в системе полярной модуляции
контура подавления поднесущей на 14 дБ, а также прилежащих спек-
тральных составляющих боковых полос. Значительные отклонения
восстановления подавленных боковых полос ведут к ухудшению раз-
деления стереоканалов на низких частотах. Каким образом выйти из
положения в случае отсутствия точных элементов, будет рассказано
чуть ниже. А сейчас рассмотрим типовые схемы включения и внут-
реннее устройство отечественных декодеров стереосигнала.
К174ХА14 приобрести сегодня уже довольно сложно. Тем не ме-
нее иногда эта микросхема еще встречается на радиолюбительских
развалах и в прайс-листах солидных компаний, торгующих элек-
тронными компонентами. Информация об этом стереодекодере ока-
залось труднодобываемой. Впрочем, того, что удалось узнать, впол-
не достаточно для практического применения в конструкциях. На-
значение выводов приведено в табл. 2.20, основные технические
данные — в табл. 2.21. Если читателя заинтересуют подробности, он
может обратиться, например, к публикациям [45, 47]. В отечествен-
Практические конструкции
205
ной системе не принято маркировать сигналы каналов как «левый» и
«правый». Они маркируются как А и Б.
Таблица 2.20. Назначение выводов К174ХА14
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
Вход ОУ коррекции подавления несущей (канал А)
Не используется
Выход ОУ коррекции подавления несущей (канал А)
Выход ОУ коррекции подавления несущей (канал Б)
Не используется
Вход ОУ коррекции подавления несущей (канал Б)
Вывод цепи коррекции предыскажений
Вывод цепи коррекции предыскажений
Вывод переключателя «моно/стерео»
Вывод переключателя «моно/стерео»
Выход драйвера индикатора «стерео»
Общий вывод
Не используется
Контроль частоты ГУН
Вывод цепи коррекции частотной характеристики петли ФАПЧ
Вывод подключения корректирующей емкости
Вывод цепи коррекции частотной характеристики петли ФАПЧ
Вывод подключения задающих элементов ГУН
Вывод подключения корректирующей емкости
Вывод подключения корректирующей цепи
Вход НЧ комплексного стереосигнала
Питание
Опорное напряжение
Опорное напряжение
Таблица 2.21. Основные технические характеристики К174ХА14
Параметр технических условий
Напряжение питания
Ток-потребления
Мин.
12
—
Макс.
16
30
Ед. изм.
В
мА
206
Практические конструкции
Параметр технических условий
Полоса воспроизводимых частот
Разделение стереоканалов
Общие гармонические искажения (f = 1 кГц)
Входное напряжение НЧ КСС
Подавление поднесущей на выходах каналов
Захват частоты системы ФАПЧ
Мин.
40
30
—
—
24
30500
Макс.
15000
—
0,7
250
—
32000
Ед. изм.
Гц
ДБ
%
мВ
ДБ
ГЦ
На рис. 2.51 изображена принципиальная электрическая схема
стереодекодера. Конденсатор СЗ и сопротивление, образованное
суммой R2 и R3, должны иметь допуск по своим параметрам не хуже
1%. Если удастся приобрети точный резистор сопротивлением
216 кОм, то можно его впаять вместо R2 и R3. В случае отсутствия
точных элементов радиолюбителю придется заняться подбором наи-
более близких из распространенных 5%-ного или 10%-ного ряда.
Очень хорошо, если в распоряжении окажется современный цифро-
вой тестер с измерителем емкости (такие приборы сейчас имеются в
продаже и стоят недорого). Не обойтись также без кассы с различны-
ми номиналами резисторов и конденсаторов. При подборе резисторы
лучше соединять последовательно, а конденсаторы — параллельно.
Естественно, составные элементы несколько увеличат общие габари-
ты платы, но с этим можно и смириться.
Интересно рассмотреть, каким образом осуществляется коррек-
ция НЧ искажений, вносимых на передающей стороне контуром по-
давления поднесущей. Для коррекции искажений в составе микро-
схемы предусмотрен каскад, изображенный на рис. 2.52. Таких кас-
кадов в микросхеме два, для обоих каналов. Мы опишем работу
одного канала.
В публикации [17] показано: спектр разностного сигнала с со-
ставляющими выше 1 кГц передается без искажений и может быть
восстановлен простым способом. В то же время если не принять над-
лежащих мер, то частоты ниже 1 кГц будут хуже декодироваться и в
районе 300 Гц звучание вообще перейдет в монофоническое. Поэто-
му с помощью пропорционально-интегрирующего фильтра НЧ сос-
тавляющие «поднимаются» примерно на 14 дБ, как показано на
Практические конструкции
207
Вход НЧ КСС
Контроль частоты ГУН
31,25 кГц
24 23 22 21 20 19 18 17 16
DA1 К174ХА14
7
15 14 13
6
8
9
10 11
12
4—I I R8 Rio' r—\
М 12к 12к И
-L C9 сю -L
R7
820
Rft T-L C9
10mk±1^|^
25B^4iH
2,2k
1R12
820
СЮ
0,068мкТ
Eh1
2,2к
Юмк-п
25B
Z R14
+ |—п 3'9кх
Ф 0R13B
С14
1мк
25В
R15
200к
\\
S1
стерео/
JL C\ C\JL moho
-Г KjR13p ПГ C13
1 T3'9*T 10,012mk
HL1
..R16 T
100МК-П- +ипит
25B 15B
А Б
Выход НЧ
С12
0,012мк
Рис. 2.51. Принципиальная электрическая схема стереодекодера полярной
модуляции на основе К174ХА14
Рис. 2.52. Каскад коррекции искажений разностного сигнала
микросхемы К174ХА14
рис. 2.53, построенном с помощью пакета схемотехнического моде-
лирования MicroCAP V. «Завал» на частотах ниже 40 Гц связан с ог-
раниченной величиной емкости С8.
208
Практические конструкции
Ку.дБ
30.00
24.00
18.00
12.00
6.00
0.00
/
1
/
/
s
10
100 1к
Частота
Юк ЮОк
Рис. 2.53. АЧХ каскада коррекции искажений разностного сигнала
микросхемы К174ХА14
Элементы С12, R13 и С13, R14 — цепи коррекции предыскаже-
ний (по-другому они называются цепями демпфазиса). Произведение
C12R13 и C13R14 дает значение 50 мкс. Разработчики микросхемы
рекомендуют в качестве конденсатора С6 использовать неполярный
электролит. Использование полярного конденсатора приводит к не-
устойчивой работе петли ФАПЧ, хаотическим включением режима
«стерео».
Вывод 14 микросхемы предназначен для контроля частоты ГУН
при настройке. Впрочем, можно обойтись и без дополнительных
сложностей, настроив радиоприемник на станцию и отрегулировав
декодер резистором R4 до зажигания индикатора «стерео». Конден-
сатор С4 лучше использовать с наименьшим значением ТКЕ. К сожа-
лению, микросхему необходимо питать довольно большим по ны-
нешним меркам напряжением.
Структурная схема К174ХА35 изображена на рис. 2.54, типовая
электрическая схема включения — на рис. 2.55. Назначение выводов
приведено в табл. 2.22, основные технические данные — в табл. 2.23.
Таблица 2.22. Назначение выводов К174ХА35
1
2
3
4
Общий вывод
Вывод подключения частотозадающей цепи ГУН
Вывод фильтр фильтра НЧ системы ФАПЧ
ФНЧ переключателя режима «моно/стерео»
Практические конструкции
209
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Вывод
Вывод
корректирующего фильтра разностного канала (А — Б)
подключения ФВЧ
Вход НЧ КСС
Выход
Вывод
Вывод
Выход
Выход
канала (А + Б)
корректирующего фильтра разностного канала (А — Б)
подключения конденсатора демпфазиса канала Б
канала Б
канала А
Управление переключением режимов «моно/стерео»
Вывод
Вывод
Выход
подключения конденсатора дэмпфазиса канала А
блокировочной цепи
квадратора
Питание
Вывод
драйвера индикатора «стерео»
Таблица 2.23. Основные технические характеристики К174ХА35
Параметр технических условий
Напряжение питания
Ток потребления:
в режиме «моно»
в режиме «стерео»
Разделение стереоканалов
Несимметрия каналов
Общие гармонические искажения
(в режиме «стерео»)
Отношение «сигнал/шум» (в режиме «стерео»)
Подавление поднесущей на выходе
стереодекодера
Подавление второй и третьей гармоники
поднесущей
Уровень входного сигнала НЧ КСС
Мин.
5.4
—
34
—
—
60
20
40
—
Норма
6
4,5
11
—
0
0.3
—
—
—
250
Макс.
6.6
—
60
2
0,5
—
—
—
300
||
Ед. изм.
В
мА
ДБ
ДБ
%
ДБ
ДБ
ДБ
мВ
210
Практические конструкции
19 18
7 !б
Детектор
[L^-i
Аттеню-
атор
100к
27к
100 к
Синхронный
детектор
31,25 кГц
f/2
Фазовый
детектор
62,5 кГц
f/2
ГУН
Квадра-
тор
Стабили-
затор
питания
10 11 12 13 |14 15 16 17
Рис. 2.54. Структурная схема стереодекодера К174ХА35
18
ипит
+6В
С1
ЮОмкТ
16В ±
С7
2,2M
16В
HL1
АЛ307Б
R2
18к
Т СЗ
-L C2 ЗЗмк
^510 | 6,3В
Т
1С5
У100ВыходА
1
Т
510
18 17
16 15 14 13 12
DA1 К174ХА35
3 4 5 6 7
11 10
Т Выход Б
-С6
"Т100
Рис. 2.55. Типовая схема включения К174ХА35
Практические конструкции
211
Подробно работа этой микросхемы описана в книге [46], здесь же
кратко расскажем, каким образом осуществляется коррекция искаже-
ний разностного сигнала, для чего обратите внимание на рис. 2.56.
Стереодекодер работает по принципу временного разделения кана-
лов, а значит, необходимо осуществлять коммутацию стереоканалов
с помощью ключей S^ и S^. На входе детектора предусмотрена
корректирующая цепь R5, R6, R7, R8, СИ, которая осуществляет
коррекцию искажений в соответствии с АЧХ, показанной на
рис. 2.57. Если сравнить этот график с рис. 2.53, можно обнаружить
много общего. Важно заметить, что все элементы, входящие в цепь
коррекции, должны иметь допуск не хуже 1%.
ЮОк
Рис. 2.56. Коррекция искажений разностного сигнала
в микросхеме К174ХА35
Кос, дБ
О
-7
-15
ч
10
100 1к
Частота
Юк ЮОк
Рис. 2.57. АЧХ каскада коррекции искажений разностного сигнала
микросхемы К174ХА35
212
Практические конструкции
Типовая схема включения, приведенная на рис. 2.55, особенно-
стей не имеет. Резистором R10 устанавливается частота ГУН, при
которой происходит гарантированный захват поднесущей. Конден-
саторы С2 и С4 вместе со встроенными резисторам сопротивлением
100 кОм образуют цепи коррекции предыскажений (цепи демпфази-
са) с постоянной 50 мкс. К недостаткам микросхемы следует отне-
сти жесткие рамки питающего напряжения, а также сильную зависи-
мость уровня разделения стереоканалов от напряжения питания
(рис. 2.58, б). Не следует также превышать допустимый уровень
входного НЧ КСС сигнала, так как в противном случае резко увели-
чиваются нелинейные искажения на выходе стереодекодера
(рис. 2.58, о).
Возможный вариант печатной платы стереодекодера приведен на
рис. 2.59, я, монтаж выполняется по рис. 2.59, б.
/ /0
1
0,5
0
L
/
I
100 200 300
а)
400 Ub»mB
/-
\
—^.
*- —
. В
б)
Рис. 2.58. Характеристики К174ХА35: a — зависимость общих гармонических
искажений (THD) от уровня входного КСС НЧ сигнала; б — зависимость
разделения каналов от напряжения питания
Практические конструкции
213
47,5
а)
Выход НЧ
б)
Рис. 2.59. a — печатная плата; б — сборочный чертеж
Микросхема КР174ХА51 появилась на отечественном рынке со-
всем недавно, поэтому о ее существовании еще мало кто знает. Тем
не менее освоение в производстве этой микросхемы является очень
важным событием для отечественного рынка радиокомпонентов. Как
вы наверняка знаете, сегодня наша промышленность практически не
выпускает массовой радиоаппаратуры, как это было каких-нибудь
214
Практические конструкции
десять лет назад. Естественно, всему виной экономическая ситуация,
однако не только она, но еще и отсутствие современной перспектив-
ной элементной базы. Сегодня, когда экономика страны не спеша, но
все-таки движется к нормальному состоянию, появление новых эле-
ментов может подвигнуть отечественного производителя аппарату-
ры к возрождению. А пока новые разработки интересуют в основном
отряд радиолюбителей.
Стерео декодер КР174ХА51 построен по схеме с временным раз-
делением каналов, имеет систему ФАПЧ, цепи дополнительного по-
давления пилот-тона и схему подавления сдвига по постоянному
уровню. В результате значительно снижается уровень интермодуля-
ции в тракте усилителя звуковой частоты, а также исключается не-
приятный щелчок при включении режима «стерео» в системе с по-
лярной модуляцией. При использовании элементов с повышенной
точностью для задания частоты ГУН стереодекодер вообще можно
не настраивать. Предусмотрена возможность автоматического опо-
знавания системы кодирования стереосигнала, при необходимости ее
принудительное задание, а также принудительный перевод в режим
«моно». Микросхема выпускается в корпусе DIP-18.
Таблица 2.24. Назначение выводов КР174ХА51
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Вход фазового детектора
Вход обратной связи фазового детектора
Выход фазового детектора
Общий вывод
Вывод времязадающего конденсатора ГУН
Вывод времязадающего резистора ГУН
Вывод драйвера индикатора «стерео»
Вход задания системы декодирования стереосигнала
Выход правого канала
Выход левого канала
Предварительный выход правого канала
Вход коррекции НЧ предыскажений в режиме полярной модуляции
Вход коррекции НЧ предыскажений в режиме полярной модуляции
Предварительный выход левого канала
Практические конструкции
215
15
16
17
18
Питание
Вход НЧ КСС
Вывод блокировочного
Вывод блокировочного
конденсатора
конденсатора
входного каскада
детектора пилот-тона
Таблица 2.25. Основные технические характеристики
Параметр технических условий
Напряжение питания
Ток потребления:
в режиме «полярная модуляция»
в режиме «пилот-тон»
Напряжение выходного сигнала
Несимметрия каналов
Разделение каналов
Общие гармонические искажения
Отношение «сигнал/шум» в режиме «стерео»
Диапазон захвата:
поднесущей
пилот-тона
Номинальный ток драйвера индикатора
«стерео»
Номинальный ток по выводам 9 и 10
Мин.
2.7
—
150
—
34
—
—
29,8
17,9
0,5
—
КР174ХА51
Норма
6
5,6
5,2
200
0,2
43
0.15
67
31,25
19,00
—
—
Макс.
7.0
—
250
1.0
—
—
34,1
19,7
0,7
0,2
Ед. изм.
В
мА
мВ
ДБ
ДБ
%
ДБ
кГц
мА
мА
Структурная схема КР174ХА51 показана на рис. 2.60, схема
включения — на рис. 2.61. Для коррекции низкочастотных искаже-
ний в микросхеме используется нестандартный метод. Обратите вни-
мание на рис. 2.60. Нетрудно заметить, что между выводами 12 и 13
включен конденсатор С5 (рис. 2.61), а резисторы R3 и R4 подключе-
ны к выводам предварительных усилителей DA4 и DA6. Понятно,
что реактивное сопротивление конденсатора зависит от частоты про-
ходящего через него сигнала. Этот конденсатор, с другой стороны,
включен между выводами элемента DA5, представляющего собой
дифференциальный ИТУН (источник тока, управляемый напряжени-
ем). От величины напряжения, приложенного между входами DA5,
зависит ток, формируемый на его выходах. ИТУН управляет коэф-
фициентом передачи усилителей DA7 и DA8. Таким образом, можно
216
Практические конструкции
сформировать передаточную характеристику, показанную на
рис. 2.62. Ее вид нам уже знаком. Более того, мы уже встречались с
методами частотно-зависимого управления коэффициентом переда-
чи выходных каскадов. Какую новую идею заложили разработчики в
метод коррекции? Подобная схема некритична к номиналам сопро-
тивлений R3 и R4, то есть имеется в виду, что они могут отличаться
друг от друга. Важно выдержать с точностью не хуже 1% значение
постоянной времени:
Значение этой постоянной может быть получено при различных
номиналах С9, R3, R4. Во избежание неноминальных режимов разра-
ботчики рекомендуют исходить из диапазона суммарных сопротив-
лений 20—50 кОм.
Подстройку уровня входного НЧ КСС сигнала под номинальный
уровень 250 мВ можно осуществить подбором резистора R2. При
Детектор
пилот-тона/
поднесущей
Рис. 2.60. Структурная схема КР174ХА51
Практические конструкции
217
подстройке коэффициент усиления входного каскада меняется в пре-
делах 1—5 согласно формуле
к и 20
А. — 1 1
Значение R2 необходимо подставлять в кОм.
+11пит
Вход R2
НЧ КСС 16к
Hi—i
С4
ЮОмк
6,3В
R3 Ct> R4
22,9к(1%) 22100 22,9к(1%)
18 17 16 15 14 13 12 11 10
DA1 КР174ХА51
1 2 3 4 5 6 7 8 9
VT1 '
КТ315Б
С8 О.ОЗЗмк
С13 JJ
1000"
4.3к|
Выход НЧ
Рис. 2.61. Электрическая принципиальная схема стереодекодера
на базе КР174ХА51
Кос.дБ
и
7
15
\
\
К
ill
Нтт
II
10
100 1к
Частота
Юк
ЮОк
Рис. 2.62. АЧХ цепи коррекции искажений разностного сигнала
микросхемы КР174ХА51
218 Практические конструкции
Элементы С9, R7, R8 задают частоту колебаний ГУН. При вы-
полнении допуска на эти элементы С9 = 200 пФ ± 1%, (R7 + R8) =
= 4,70 кОм ± 0,5% и напряжении питания 6 В подстройка колебаний
ГУН не требуется. Чтобы сократить общее число точных элементов
до трех, допуски частотозадающей «навески» могут быть снижены,
но тогда резистор R8 должен быть подстроечным. Следует также
учитывать, что частота свободных колебаний ГУН зависит (хоть и в
небольшой степени) от напряжения питания (рис. 2.63). Конденсатор
С9 подключен разработчиками микросхемы в целях уменьшения
влияния помех на стабильность частоты ГУН. В большинстве случа-
ев его можно вообще исключить без заметного влияния на выходные
параметры. Не рекомендуется использовать микросхему при пита-
нии ниже 3 В, так как в противном случае возрастают гармонические
искажения сигнала на выходе (рис. 2.64).
Конденсатор С2 задает постоянную времени интегрирования де-
тектора несущей (пилот-тона), его увеличение приводит к увеличе-
нию времени опознавания стереосигнала. Чтобы принудительно пе-
ревести стереодекодер в монофонический режим, предусмотрена
uem>Sl,Rl,R10,VTl.
Конденсатор СЮ задает время, за которое осуществляется пооче-
редная проверка признаков той или иной системы стереовещания.
Принудительное задание системы «полярная модуляция» осуществ-
ляется подключением вывода 8 к общему проводу, система с пи-
лот-тоном задается подключением этого вывода к шине питания.
В режиме автоматического определения уровень напряжения на вы-
воде 8 можно использовать для индикации системы стереовещания.
Устройство индикации должно иметь большое входное сопротивле-
ние (более 1 МОм), чтобы не нарушить нормальную работу автооп-
ределителя. Например, этот сигнал может быть подан на порт микро-
контроллера.
Светодиод индикации «стерео» должен обладать минимально
возможным падением напряжения в прямом направлении. В качестве
этого диода разработчики рекомендуют красные АЛ307Б(БМ) или
аналогичные того же цвета. Но лучше всего соединить вывод 7 с об-
щим проводом через резистор номиналом 1 кОм, а сигнал с вывода
микросхемы подавать на буферную транзисторную схему.
Практические конструкции
219
AfryH
fryH
4
3
2
1
О
-1
-2
-3
-4
100, %
-"
/
/
11пит.В
8
Рис. 2.63. Зависимость отклонения частоты ГУН от изменения напряжения
питания микросхемы КР174ХА51
THD, %
10
0,3
0,1
V1
\пм
Л
2 2,5
3,5
Упит, В
Рис. 2.64. Зависимость общих гармонических искажений (THD) от напряжения
питания микросхемы КР174ХА51
В заключение отметим, что этот стереодекодер может послужить
основой радиолюбительского приемника, рассчитанного на работу
как в отечественном, так и в зарубежном УКВ диапазонах. Такие
приемники неоднократно публиковались например, на страницах
журнала «Радио» [47]. Для обеспечения стереозвука авторам прихо-
дилось «мудрить» с параллельным включением разных стереодеко-
деров. Теперь такая необходимость отпадает, следовательно, конст-
руктивное исполнение упрощается.
220
Практические конструкции
Теперь настало время рассказать о стереодекодерах системы с
пилот-тоном.
Микросхема ТА7343АР, производимая фирмой «Тошиба» (пол-
ный аналог DBL1009 выпускается фирмой Daewoo) [49], имеет удоб-
ный корпус SIP9-P-A, представляющий собой пластину с 9 вывода-
ми, расположенных в один ряд на расстоянии 2,54 мм (рис. 2.65). Эта
микросхема, при минимуме внешних элементов, имеет все необходи-
мые для стереодекодера узлы и сервисные устройства, как переклю-
чатель режима «моно» и индикатор режима «стерео». Разработчики
рекомендуют использовать эту микросхему в самом широком спек-
тре радиоаппаратуры: в переносных магнитолах, в стационарных му-
зыкальных центрах и в автомобильной аудиотехнике.
На рис. 2.66 приведена структурная схема ТА7343АР, на
рис. 2.67 — схема включения.
Рис. 2.65. Корпус SIP9-P-A
Таблица 2.26. Назначение выводов ТА7343АР
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Вход НЧ
Вывод фильтра петли ФАПЧ
Питание
Вывод частотозадающих элементов ГУН
Общий вывод
Вывод драйвера индикатора «стерео»
Вывод цепи детектора пилот-тона
Выход левого канала
Выход правого канала
Практические конструкции
221
Выход НЧ моно/стёрео
+ 11пИТ
Рис. 2.66. Структурная схема ТА7343Р
01 I
Юмк 16В
Вход
3,3мк
+Цпит 16В
RiJL
DA1 ТА7343АР
4 5 6
СЗ
:1мк
16В
. СЮ
*100мк
± 16В
R3
4.7к
R5
220к
С5
160 :
HL1
АЛ307Б
"стерео"
R7
С6
0,015мк
С8
4,7мк
16В
Выход НЧ
•С9
,7мк
16В
7
0,015мк
S1 - "моно/стерео"
Рис. 2.67. Схема включения ТА7343Р
222
Практические конструкции
Таблица 2.27. Основные технические характеристики ТА7343АР
Параметр технических условий
Напряжение питания
Ток потребления
Максимальный уровень входного сигнала
Общие гармонические искажения:
в режиме «моно»
в режиме «стерео»
Несимметрия каналов
Диапазон захвата пилот-тона
Подавление составляющих пилот-тона на выходе:
19 кГц
38 кГц
Отношение «сигнал/шум» в режиме «стерео»
Выходной ток по выводам 8 и 9 (UnMT = 8 В)
Максимальный ток индикатора «стерео»
Мин.
3.5
—
—
—
—
—
—
—
—
—
Норма
—
11
—
0.08
0,08
0
±3
34
42
74
1.2
—
Макс.
12
18
900
0.3
1,5
—
—
—
1,8
20
Ед. изм.
В
мА
мВ
%
ДБ
%
ДБ
ДБ
мА
мА
На рис. 2.66 цифрами обозначены:
1 — предварительный усилитель;
2 — фазовый детектор;
3 — усилитель постоянного тока петли ФАПЧ;
4 — детектор пилот-тона;
5 — стереодекодер;
6 — ГУН частотой 76 кГц;
7 — триггер;
8 — схема переключения «моно/стерео»;
9—11 — делители частоты;
12 — стабилизатор напряжения.
На принципиальной схеме (рис. 2.67) резистор R3 служит для
подстройки частоты свободных колебаний ГУН до момента захвата
пилот-тона. Элементы R6, С6 и R7, С7 предназначены для демпфази-
са предыскажений. Номинал выбран с учетом постоянной времени
50 мкс. Для увеличения постоянной времени необходимо увеличить
номиналы конденсаторов С6 и С7 до 0,022 мкФ. Все элементы, обо-
значенные на схеме, имеют стандартные допуски 5 и 10%.
Практические конструкции
223
За последние несколько лет широкую популярность приобрели
так называемые плееры. Они настолько широко распространены, что
читателю нет нужды объяснять, для чего предназначена эта аппара-
тура и как она устроена. Отметим только, что питание плееров осу-
ществляется от двух пальчиковых батареек и даже при условии
вновь вставленного комплекта напряжение питания не может превы-
шать 3 В. Реально оно несколько меньше из-за фактора разряда бата-
рей. Поэтому низковольтная аппаратура требует особой элементной
базы. Именно для портативных плееров фирмой «Филипс» разрабо-
тан стереодекодер TDA7040T. Микросхема выпускается в 8-вывод-
ном корпусе SOT96-1 с шагом выводов 1,27 мм.
Структурная схема TDA7040T показана на рис. 2.68, схема вклю-
чения — на рис. 2.69.
8 кОм
Фильтр НЧ
70 кГц
Преобразователь
"напряжение/ток"
Синхронный
детектор
38 кГц
114 кГц
Компенса-
ция 114 кГц
Фазовый
детектор
Выходной
усилитель
Переключатель
имоно/стерео"
114 кГц
38 кГц
Детектор
пилот-сигнала
19 кГц
ГУН
228 кГц
Схема
логики
19 кГц
Рис. 2.68. Структурная схема TDA7040T
224
Практические конструкции
Таблица 2.28. Назначение выводов TDA7040T
1
2
3
4
5
6
7
8
Общий вывод
Вывод фильтра петли ФАПЧ
Вывод частотозадающих элементов ГУН
Питание
Выход правого канала
Выход левого канала
Вывод переключения «моно/стерео»
Вход НЧ стереосигнала
Таблица 2.29. Основные технические характеристики TDA7040T
Параметр технических условий
Напряжение питания
Ток потребления
Выходное напряжение НЧ
Несимметрия каналов
Выходное сопротивление
Общие гармонические искажения
Отношение «сигнал/шум» в режиме «стерео»
Разделение стереоканалов
Полоса захвата ГУН
Подавление гармоник пилот-тона на выходе:
19 кГц
38 кГц
Мин.
1,8
—
—
—
—
—
—
—
—
—
Норма
3.0
3
240
0
5
0.1
70
40
+3
30
50
Макс.
6.0
4
—
1
—
0.3
—
—
—
—
Ед. изм.
В
мА
мВ
ДБ
кОм
%
ДБ
ДБ
%
ДБ
Настройка колебаний ГУН осуществляется резистором R5. Кон-
денсаторы С2 и СЗ вместе с выходным сопротивлением микросхемы
(5 кОм) образуют цепи демпфазиса с постоянной времени 50 мкс.
Для увеличения постоянной времени соответственно необходимо
увеличить и номиналы конденсаторов С2 и СЗ до 0,015 мкФ. Пере-
вод микросхемы в монофонический режим осуществляется переклю-
чателем S1.
Теперь представьте, что вам необходимо спроектировать радио-
приемник, работающий в сложных и динамично меняющихся усло-
виях приема, например автомагнитолу. Перемещаясь по городу, ав-
Практические конструкции
225
+Upht
S1 "стерео/монои
a rs fii r4 J± се
C4 -L ШЗ.Зк LJ120K "ГЮОмк
О,1мк"Т" T X 6,3В
"Т"С5
J0.22MK *
TR5
Рис. 2.69. Схема включения TDA7040T
томобиль постоянно попадает то в зону уверенного приема, то в зону
тени, то в зону высоких помех. Часто неприятный на слух щелчок
вызывает импульсная помеха. При перестройке на другую станцию
слух режет шум эфира. Обыкновенный стереодекодер в таком случае
будет постоянно «скакать» между режимами «моно» и «стерео». Ме-
жду тем известно, что путем снижения уровня разделения стереока-
налов можно повышать отношение «сигнал/шум», сохраняя в ка-
кой-то мере стереозвучание. Поэтому в автомобильном стереодеко-
дере лучше не сразу включать режим «моно», а иметь какой-то
промежуточный режим с заниженным уровнем разделения каналов.
Можете также себе представить, что произойдет, если автомобиль-
ный приемник, рассчитанный на работу в США, вдруг попадет в Ев-
ропу? В Европе радиовещательные станции используют другую по-
стоянную предыскажений, поэтому придется влезать в приемник с
паяльником, менять цепи демпфазиса. Лучше, когда демпфазис мож-
но настроить без внедрения в схему...
Пожелания, описанные выше, учтены в конструкции микросхемы
TDA1591 фирмы «Филипс». Корме того, в ней имеются и другие по-
лезные функциональные узлы, которые нам еще не встречались. Эта
микросхема, конечно, немного сложнее тех, что описаны ранее, но
наличие дополнительных функций с лихвой окупает все сложности.
Структурная схема TDA1591 приведена на рис. 2.70, схема вклю-
чения — на рис. 2.71.
226
Практические конструкции
20
L
7,
t
h—
1
5k
>
1
2
3
L
19
4
19
|—
-
I
2
h
15
I
кГц1-
5
18
6
17 16
т
- 8
15
t
-х:
11
38 кГц
7
Г
10
3 /
9
1 15 <
1
——
3 7
I
7,4к
7,4к
12
14
13
J
-- 14
8
13 12
□ г
6,5к
1
Пб,5к
|г
L
+ >-
9
11
10
Рис. 2.70. Структурная схема TDA1591
+Urht
Разделение Постоянная
каналов дэмпфазиса
Z1-CSB456F11
("Murata")
47к
Выход НЧ П.К
С7
О.ЗЗмк
20 19 18 17 16 15 14 13 12 11
DA1 TDA1591
123456789 10
R13P -L
т
т
С12
0.1мк
Сигнал имл. помехи-*-
Отключение ГУН-*-
Откл. вых. усилителя-*-
R15-L
2,2к
-т-470
С13
С15
Вход НЧ Л.К.
R11
С9И Выход НЧ Л.К
0,047мк °'ЗЗМК "внешний"
Рис. 2.71. Схема включения TDA1591
Практические конструкции
227
Таблица 2.30. Назначение выводов TDA1591
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Фильтр петли ФАПЧ
Вывод подключения керамического резонатора
Общий вывод
Опорный токовый выход
Питание
Вход сигнала импульсной помехи
Вывод отключения ГУН
Отключения выходных каскадов от остальной схемы
Вход внешнего источника, левый канал
Выход левого канала
Выход правого канала
Вход внешнего источника, правый канал
Цепь демпфазиса. левый канал
Цепь демпфазиса, правый канал
Вывод управления постоянной демпфазиса
Управление разделением каналов
Опорное напряжение
Выход распозначания пилот-сигнала (высокий уровень — наличие)
Вывод принудительной установки монорежима
Вход НЧ стереосигнала
Таблица 2.31. Основные технические характеристики TDA1591
Параметр технических условий
Напряжение питания
Ток потребления
Постоянное напряжение на выводах 10 и 11
Выходное сопротивление по выводам 10 и 11
Разделение каналов
Общие гармонические искажения
Отношение «сигнал/шум» (в полосе 20—16000 Гц)
Мин.
7,5
—
3.3
—
—
—
—
Норма
10
12
3.8
130
40
0,1
76
Макс.
12
—
4,3
—
—
0,3
—
Ед. изм.
В
мА
В
Ом
ДБ
%
ДБ
228
Практические конструкции
Параметр технических условий
Подавление гармоник пилот-сигнала:
19 кГц
38 кГц
57 кГц
76 кГц
Подавление интермодуляционных составляющих:
10 кГц
13 кГц
Подавление составляющих перекрестных искажений:
114 кГц
190 кГц
Подавление пульсаций напряжения питания (100 мВ)
Частота ГУН
Полоса захвата ГУН
Напряжение на выводе 7 (ГУН откл.)
Входное опорное напряжение на выводе 17
Переключение в режим «моно» по выводу 19
Ток высокого уровня по выводу 18
Ослабление сигнала в режиме отключения
выходных каскадов от остальной схемы
Мин.
—
—
—
—
452
—
0
1
0
—
—
Норма
50
50
46
60
60
58
80
70
35
456
±1
—
—
—
200
80
Макс.
—
—
—
—
460
—
0,6
5
1
—
—
Ед. изм.
ДБ
ДБ
ДБ
ДБ
кГц
%
В
В
В
мкА
ДБ
На рис. 2.70 цифрами обозначены:
1 — входной фильтр НЧ четвертого порядка с частотой среза
80 кГц;
2 — фазовый детектор;.
3 — ГУН с частотой 456 кГц;
4 — детектор пилот-сигнала;
5 — стабилизатор напряжения;
6 — схема переключения;
7 — схема логики;
8 — смеситель стереосигнала;
9 — детектор помех;
10 — источник опорного тока;
11 — фильтр НЧ второго порядка с частотой среза 30 кГц;
12 — импульсный формирователь;
13 — схема управления усилением и степенью демпфазиса;
Практические конструкции
229
14 — детектор шума;
15 — схема гашения пилот-тона.
Чтобы правильно эксплуатировать микросхему при включении
согласно рис. 2.71, необходима некоторая дополнительная информа-
ция, приводимая далее. Как нам уже известно, все стереодекодеры
построены так, что превышение уровня входного сигнала выше но-
минального уровня вызывает резкий рост гармонических искажений.
Поэтому на входе декодера установлен резистор R1, задающий коэф-
фициент усиления входного каскада. Чем больше входной сигнал,
тем меньшее усиление требуется. Для указанного на схеме номинала
максимальный входной сигнал имеет уровень порядка 1,8 В. Чтобы
согласовать стереодекодер с другими источниками сигналов, необхо-
димо выбрать величину R1 в соответствии с графиком рис. 2.72.
11вх,В
4
2
0
у^
у*
yS
у*
у**
у^
у*
yS
yS
yS
R1, кОм
О 100 200 300
Рис. 2.72. График выбора резистора R1
Для задания частоты колебаний ГУН используется пьезокерами-
ческий резонатор Z1, производимый фирмой Murata. Использование
пьезокерамического резонатора обусловлено, во-первых, желанием
отказаться от дополнительной подстройки частоты ГУН, а во-вто-
рых, тяжелыми условиями эксплуатации микросхемы, когда темпе-
ратура в салоне автомобиля меняется от плюсовой к минусовой.
Влияют также влажность, тряска, удары. В таких условиях резонато-
ры ведут себя стабильнее, чем классические задающие элементы.
Пьезокерамические резонаторы сегодня можно приобрести на отече-
ственном рынке радиокомпонентов без особых проблем. Можно со-
230 Практические конструкции
всем отключить ГУН, подав на вывод 7 микросхемы сигнал низкого
уровня (например, посредством транзисторного ключа). Сделано это
для того, чтобы не создавать дополнительных помех при приеме
станций диапазона AM.
Читатель, внимательно изучивший предыдущие разделы, может
спросить, зачем предусматривается специальное отключение ГУН,
когда обычно в однокристальных приемниках при переходе в диапа-
зон AM отключается все, что связано с диапазоном ЧМ. Следова-
тельно, можно и здесь обесточивать микросхему! Оказывается, нель-
зя! Все дело в том, что выходные каскады микросхемы могут исполь-
зоваться не только для работы в диапазоне ЧМ, но еще и усиливать
сигналы, поступающие, например, от магнитофона или CD-проигры-
вателя (для чего предусмотрены выводы 9 и 12). Поэтому микросхе-
ма всегда должна находиться «под парами». Однако при работе
внешних источников сигнала от выходного усилителя должна быть
отключена вся остальная часть, связанная с декодером, иначе мы ус-
лышим звуковую какофонию. Разработчики учли этот момент и вве-
ли электронную схему отключения, управляемую с вывода 8. При
подаче на этот вывод логического нуля происходит отключение вы-
ходных усилителей от стереодекодера. Чтобы включить стереодеко-
дер, необходимо подать на вывод 8 напряжение более 4 В.
Довольно сложной для радиолюбителя может оказаться задейст-
вование системы защиты от импульсных помех. Дело в том, что сис-
тема, управляемая с вывода 6, в момент действия импульсной поме-
хи должна снизить усиление выходного каскада и сразу же восстано-
вить его после прекращения помехи. Отделить помеху от полезного
сигнала непросто, поэтому фирмой разработаны микросхемы ПЧ
тракта, сопрягаемые с данным стереодекодером, которые формиру-
ют управляющий сигнал с помощью так называемого форсирующего
детектора (например, TDA1596). Учитывая, что указанная микросхе-
ма имеет в своем составе только тракт ПЧ, для построения приемни-
ка потребуется вводить преселектор и отдельный смеситель с гетеро-
дином. Читателям, занинтересовавшимся данным методом снижения
импульсных помех, в качестве смесителя можно порекомендовать
микросхему К174ПС1... Но этот рассказ выходит за рамки нашей
книги, посвященной простым конструкциям. Вообще этот вывод
можно оставить неподключенным.
Практические конструкции
231
Чтобы установить степень разделения стереоканалов в соответст-
вии с условиями приема, можно воспользоваться графиком рис. 2.73.
Напряжение на управляющем выводе 16 задано относительно выво-
да 17, поэтому оно имеет знак «минус». Как практически можно ме-
нять этот параметр? Например, коммутировать верхний (по схеме)
вывод резистора R7 к общему проводу. Тогда возможно снизить для
неважных условий приема степень разделения каналов в 1,5—2 раза,
а не предпринимать радикальные меры в виде включения режима
«моно». Только в крайнем случае лучше пользоваться выводом 19,
«железно» переводящим стереодекодер в монорежим.
50
■а
§40
S
Разделение стерес
0
•—-
У
/
/
1
1
1
1
-200 -100 0
Напряжение на выводе 16
относительно вывода 17
Рис. 2.73. График выбора уровня разделения стереоканалов
Конденсаторы С4 и С5 вместе с внутренними резисторами мик-
росхемы образуют цепи демпфазиса. Отличие этой микросхемы от
описанных ранее состоит в том, что демпфазисом можно управлять.
Для управления предусмотрен вывод 15, напряжение на котором за-*
дается в диапазоне 0—300 мВ (со знаком «минус») относительно вы-
вода 17. Для указанных на схеме номиналов С4 и С5 постоянная
Демпфазиса составляет 50 мкс и плавно изменяется при максималь-
ном изменении управляющего сигнала в 3 раза (в сторону увеличе-
ния). Чтобы получить основную постоянную демпфазиса 75 мкс, не-
обходимо увеличить номиналы конденсаторов С4 и С5 до 0,01 мкФ.
232 Практические конструкции
Отметим, что цепи демпфазиса можно использовать как ФНЧ, «обре-
зающий» помехи на высоких частотах в сложных условиях приема.
В заключение этого раздела обрадуем читателя еще одним нема-
ловажным обстоятельством: все описанные микросхемы имеют не-
высокую стоимость (порядка 1,5—2 долларов).
2.5. Немного о выходном сигнале
стереодекодера
Изучая конструкции, представленные в этой книге, читатель на-
верняка обратил внимание на нормы подавления побочных продук-
тов декодирования стереосигнала (подавление поднесущей, пи-
лот-тона и их высших гармоник), приводимые в таблицах. «Неужели
эти побочные составляющие настолько опасны, что приходится вво-
дить нормы на их уровень? — спросит читатель. — Ведь они лежат
выше диапазона частот, слышимых человеческим ухом». Все пра-
вильно, выше. И если пользоваться приемником только в целях про-
слушивания радиопередач, мы не услышим ни одну побочную гар-
монику. Однако, если вы захотите использовать собранный радио-
приемник для записи на магнитофон полюбившихся мелодий, вас
могут настичь неожиданные неприятности. При прослушивании за-
писи, сделанной непосредственно с выхода стереодекодера, возмож-
но появление характерного свиста. Откуда он возникает на фоно-
грамме, когда в исходном сигнале его не было? Дело в том, что хоро-
шие магнитофоны обязательно имеют узлы высокочастотного
подмагничивания и стирания фонограмм. Соответственно в составе
записывающего тракта предусматривается генератор стирания-под-
магничивания (ГСП). Оговорюсь сразу, что некоторые модели низ-
кого класса, которые имеют каскад подмагничивания постоянным
током и постоянный магнит вместо стирающей головки, лишены
описываемого ниже недостатка.
Итак, чтобы максимально снизить проникновение сигнала ГСП в
звуковой тракт магнитофона, предусматриваются специальные меры
в виде, например, различных фильтров-пробок. И все же некоторая
часть побочных продуктов ГСП (особенно если каскады подавления
плохо настроены) просачивается в сигнальный тракт. Сюда же с вы-
Практические конструкции 233
хода стереодекодера проникают гармоники поднесущей или пи-
лот-тона. Поскольку тракт звукоусиления имеет хоть и небольшую,
но определенную нелинейность, гармоники смешиваются друг с дру-
гом, и разностная составляющая может попасть в область слышимых
частот. Эта разностная гармоника записывается на магнитную ленту
как характерный свист, к счастью, негромкий, но неприятный. Чтобы
макимально исключить вредное явление, на выходе стереодекодера
рекомендуется включить активный ФНЧ. Требования, предъявляе-
мые к этому фильтру, довольно жесткие: во-первых, ФНЧ не должен
искажать сигнал в тональной области, во-вторых, он должен иметь
высокое затухание (большую крутизну спада) в области надтональ-
ных частот. Довольно простой и некритичный фильтр может быть
построен способом каскадного включения двух ФНЧ второго поряд-
ка на основе структуры Рауха [52]. Этот фильтр впервые был приме-
нен автором в конструкции [15], поскольку показал высокие эксплуа-
тационные характеристики, стабильность с течением времени и не-
критичность к допускам используемых компонентов. Приятно
отметить, что фильтром заинтересовались и другие радиолюбители,
кое-кто даже использовал схему в своих разработках [47]. К сожале-
нию, питание этого фильтра определяется питанием его активного
элемент — микросхемы К174УН10А — и должно находиться в пре-
делах 12—15 В, что не позволяет применить его в низковольтной ап-
паратуре.
С целью расширить возможности использования ФНЧ автором
разработан аналогичный фильтр, схема которого приведена на
рис. 2.74. Основой ФНЧ служит микросхема К1401УД2Б — счетве-
ренный операционный усилитель с питанием 5 В. Частотные харак-
теристики фильтра приведены на рис. 2.74. Буквой «а» обозначена
АЧХ каскадов, построенных на ОУ DA1.1 и DA1.2, буквой «в» —
АЧХ каскадов DA1.3 и DA1.4. Суммарная передаточная характери-
стика показана кривой «б». Спад кривой «а» в частотной области вы-
ше 10 кГц компенсируется небольшим подъемом кривой «в».
В результате происходит выравнивание частотной характеристики
вплоть до верхней частоты 12500 Гц, а неравномерность в тональной
части не превышает 0,5 дБ, что, конечно, незаметно на слух. На час-
тотах выше 15 кГц обеспечен спад частотной характеристики с тем-
пом 24 дБ на октаву (двухкратное отношение частот). В результате
234
Практические конструкции
побочные гармоники окажутся хорошо подавленными, а качество
звучания стереопередачи не претерпит ухудшения.
Возможный вариант печатной платы показан на рис. 2.76, я, мон-
таж можно выполнить по рис. 2.76, б. Если радиолюбителю не удаст-
ся найти указанный операционный усилитель, можно использовать
любой низковольтный ОУ, желательно счетверенный.
C1 R1
Юмк 6,3В 3,9к
Вход А о 1
С2
3900
С8
С7 390I
Юмк 6,3В
Вход Б о 1
о Выход А
DA1.4 С11
Юм+к 6,3В
Ц\-—о Выход Б
ОА1-К1401УД2Б
Рис. 2.74. Фильтр НЧ, дополнительно подавляющий
поднесущую (пилот-тон)
КУ,ДБ
5.00
-2.00
-9.00
-16.00
-23.00
-30.00
100
1к
Юк
ЮОк
Частота
Рис. 2.75. Частотные характеристики фильтра НЧ: а — каскады DA1.1 И DA1.2;
б — суммарная; в — каскад DA1.3 и DA1.4
Практические конструкции
235
а)
б)
Рис. 2.76. a — печатная плата; б — сборочный чертеж
Заключение
Если немного перефразировать слова известной шуточной песни
Владимира Высоцкого про научных работников, «мы славно порабо-
тали и славно отдохнем». В какой-то мере радиолюбительство явля-
ется областью научной, так как и здесь выполняется много интерес-
ной исследовательской работы, посещают удачи и неудачи, делаются
верные и неверные предположения. Автор надеется, что все ваши за-
мыслы осуществились, а ожидания оправдались. Итак, будем счи-
тать, что собранный радиоприемник наполняет вашу комнату пре-
красной стереофонической музыкой, удивляет качеством звучания
236 Практические конструкции
друзей и знакомых. Что ж, можно откинуться на спинку кресла и не-
много расслабиться, передохнуть. Ведь во второй части мы будем ос-
ваивать современную цифровую технику, а затем вернемся к радио-
приемнику, но уже с багажом новых знаний и практического опыта...
И все же минуточку внимания! Прочтите приложение: из него вы
узнаете о ближайших перспективах радиолюбительского творчества,
связанных с техникой радиовещания.
Приложение.
Немного об RDS и GPS
В современных моделях автомагнитол и стационарных тюнеров
высокого класса имеется возможность приема сигнала системы RDS
(Read Data System). Более того, законы рынка диктуют, чтобы все
фирменные автомобильные магнитолы оснащались такой системой.
Самым близким аналогом RDS является телетекст. Телевизор,
оснащенный декодером телетекста, при включении этого режима вы-
водит на экран разнообразную текстовую информацию, передавае-
мую вместе с видеосигналом и сигналом звукового сопровождения.
Как вы уже догадались, система телетекста передает и принимает ин-
формацию в двоичном коде, то есть, по сути, является цифровым ка-
налом. RDS — это тоже побочный цифровой канал передачи данных,
но только совмещенный с сигналом УКВ радиостанции. Естествен-
но, RDS не только не мешает основному каналу, но в значительной
степени и дополняет его.
Принцип передачи данных по системе RDS был разработан в
Германии в начале 90-х годов, в результате чего появился стандарт
Cenelec EN 50067. Первоначально система предназначалась для опо-
вещения водителей важной информацией, но теперь ее могут исполь-
зовать все без исключения. RDS быстро распространилась по миру.
В США около 50% радиостанций диапазона УКВ используют допол-
нительную передачу данных в этом формате. Активно разворачива-
ется RDS в таких экзотических странах, как Австралия, Южная Ко-
рея, Китай. Отдельные страны разработали разновидности системы
цифровой передачи данных, немного отличающиеся друг от друга.
Например, в США используется разновидность, называемая RBDS.
Практические конструкции 237
Существует также система DARC, разработанная в Японии. Желание
японцев иметь собственный формат продиктовано невозможностью
передачи в классической системе иероглифов. Впрочем, японский
стандарт получился настолько удачным, что в 1997 году DARC при-
няли в качестве общеевропейского стандарта, используемого нарав-
не с EN 50067.
Назначение и структура передаваемой системой RDS информа-
ции подробно рассмотрены в [53—55]. Если читатель после прочте-
ния этого приложения раз и навсегда решит заняться конструирова-
нием приемника RDS, он может почерпнуть всю необходимую ин-
формацию в приводимых источниках. Мы же кратко поговорим об
этом чуть позже, а сейчас выясним, каким образом возможно излу-
чать сигнал RDS на передающей стороне. Рассматривать систему
стереовещания с полярной модуляцией не имеет смысла, так как в
ней не предусмотрена передача потоков цифровых данных. Но если
рассматривать систему с пилот-тоном, то окажется, что разместить в
спектре стереофонического сигнала дополнительную составляющую
не так просто. В самом деле, участок от 0 до 15 кГц занят тональной
составляющей, и введение сюда потока цифровых данных сразу же
испортит звуковой сигнал. Более того, составляющие звукового сиг-
нала испортят RDS сигнал. Пропускная способность любого сигнала
на низких частотах всегда ниже, поэтому здесь скорость передачи
информации получится слишком медленной. Чуть выше тональной
границы размещать цифровой поток также нельзя — это зона пи-
лот-тона и надтональной части, простирающейся аж до 53 кГц. Стало
быть, остается возможность разместить RDS выше надтональной
части, но не слишком далеко от верхней частоты 53 кГц, так как
«сверху» частоту ограничивает полоса пропускания фильтра ПЧ.
Разработчики системы так и поступили: в качестве поднесущей они
выбрали третью гармонику пилот-сигнала (57 кГц). Передача дан-
ных осуществляется со скоростью 1187,5 бит/с. Чтобы значительно
не увеличивать девиацию передатчика, сигнал RDS имеет неболь-
шую амплитуду, порядка милливольт. Понятно, что для извлечения
RDS из принятого сигнала необходим собственный декодер, кото-
рый, к счастью, подключается к выходу частотного детектора. Каче-
ственный прием RDS возможен только в зоне уверенного стерео-
приема. Так как амплитуда RDS сигнала невелика, он более подвер-
238 Практические конструкции
жен помехам. Отдельные части информационных посылок в зоне не-
уверенного приема могут декодироваться с ошибками. Существует
также зона, за пределами которой достоверный прием RDS вообще
невозможен, хотя декодированный звуковой стереосигнал обладает
вполне приличным качеством.
Задача обработки RDS данных не так проста, как кажется на пер-
вый взгляд. Мало принять и декодировать данные, нужно их перевес-
ти из набора нулей и единиц в осмысленную информацию, удобную
для восприятия, причем перевести быстро. Справиться с такой зада-
чей под силу только микроконтроллеру, который непрерывно обра-
батывает данные и выполняет другие необходимые действия по спе-
циально разработанной программе. Вот поэтому микроконтроллер
сегодня стал неотъемлемой частью бытовой радиоаппаратуры.
Теперь, глубоко не вдаваясь в технические подробности, несколь-
ко слов о принципах функционирования RDS. Цифровая информация
передается в последовательном коде в виде пакетов, состоящих из че-
тырех блоков длиной по 26 бит каждый. В блоках содержится опреде-
ленная информация, приняв которую блок обработки совершит ка-
кие-либо действия, например выведет информационное сообщение
на дисплей. Вообще в стандарте EN 50067 заложена масса возможно-
стей, множество видов передаваемой информации, большие перспек-
тивы дальнейшего использования. В реальных условиях та или иная
передаваемая информация может отсутствовать. Это нисколько не
нарушит работоспособность системы в целом, просто в зависимости
от конкретных условий пропадают или появляются те или иные
функциональные возможности. Современную аппаратуру также
можно настроить таким образом, чтобы она «откликалась» на опреде-
ленную информацию, а остальную блокировала.
Радиоприемник «узнает» о том, что ведется передача RDS по при-
нятому коду PI (Program Identification). По коду PS (Program Service)
передается название радиостанции. Код EON очень удобен для ис-
пользования в автомобильной аппаратуре. Приняв этот код, прием-
ник может перестроиться на волну, которая передает определенную
информацию, например экспресс-сообщение о дорожных «пробках»,
и затем, по окончании сообщения, перестроиться назад. Весьма удоб-
но использовать возможности кода EON при объединении несколь-
ких радиостанций в сеть RDS вещания. Тогда по сети может трансли-
Практические конструкции 239
роваться «сквозная» информация о том, что транслируют в данный
момент «сетевые» радиостанции. Несколько упрощенным по сравне-
нию с кодом EON является код ТА (Traffic Announcement), когда маг-
нитола, работающая в режиме воспроизведения магнитной или
CD-записи, на время передачи специальной информации «под гри-
фом» этого кода, переключается в режим радиоприема. Код PTY
(Program Type) классифицирует тип передаваемой информации. На-
пример, в момент передачи прогноза погоды «выставляется» соответ-
ствующий идентификатор, при смене ее на музыку определенного на-
правления сменяется и идентификатор. Всего в стандарте определено
32 типа передаваемых программ. Задав автоматический переход при
появлении на том или ином канале, скажем, новостей спорта, можно
постоянно быть в курсе всех спортивных событий. Интересно отйе-
тить, что в спецификации кода PTY имеется тип Alarm (тревога).
Этот тип имеет приоритетное свойство и может использоваться для
оповещения о важных событиях, например о стихийном бедствии.
Приемник, имеющий возможность избирательной работы по коду
PTY, должен время от времени сканировать незаметно для слушателя
весь диапазон частот, что имеется в современных моделях. Код СТ
(Clock Time) сообщает владельцу радиоприемника информацию о те-
кущем времени с точностью до минуты. По коду RT (Radio Text) мо-
жет передаваться бегущей строкой текстовая информация.
Разработана также система RDS пейджинга, которая является
неплохой альтернативой традиционной пейджерной связи. Дело в
том, что для RDS пейджинга нет необходимости строить дополни-
тельные радиопередающие узлы и возводить высокие антенны. Ин-
дивидуальную цифровую информацию можно чередовать с инфор-
мацией общего пользования, поступающей от передающей радио-
станции. Радиоприемник в этом случае должен игнорировать блоки
с кодами, свидетельствующими об индивидуальном характере ин-
формации. Сегодня обширные сети RDS пейджинга функциониру-
ют в США, Чехии, Венгрии, Франции, Индии. Не за горами появле-
ние RDS пейджинга и у нас в стране. Во всяком случае, главный
«застрельщик» этого дела «Радио Роке» активно продвигает RDS
сервис на наш рынок.
Что можно сказать о состоянии RDS вещания в нашей стране?
К сожалению, на сегодняшний момент эта услуга находится в зача-
240 Практические конструкции
точном состоянии, но не стоит на месте — развивается. В Москве в
январе 1997 года сигнал RDS фиксировался на частотах 103,0 МГц
(«Радио Роке»), 100,1 МГЦ («Серебряный дождь») и 101,7 МГц
(«Престиж-радио»). Позже RDS была введена на частотах 100,5 МГц
(«Ностальжи») и 105,7 МГц («Русское радио»). Информация, переда-
ваемая по отечественным RDS каналам, понемногу расширяет свой
спектр. Бегущая строка уже сообщает о курсе валюты, транслирует
необходимые для водителей номера телефонов, передает анонсы
культурных мероприятий и некоторые другие сведения. В Санкт-Пе-
тербурге RDS сигнал передают пока только три радиостанции, в дру-
гих городах чаще всего RDS передачи пока нет или, что реже, имеет-
ся одна передача.
Многообразие возможностей, заложенных в стандарте RDS, уже
начало стремительно реализовываться «в железе». Например, для
крупных городов, где проблема насыщенности автомобильным
транспортом стоит очень остро, разработана система оптимальным
управлением движения на основе системы глобального позициони-
рования объектов GPS. Эта система может транслировать топогра-
фическую карту в любом масштабе на экран магнитолы и помогать
водителю выбраться из «пробки», кратчайшим путем доехать из
пункта А в пункт Б. Наиболее подходящим для этих целей является
стандарт DARC, который использует поднесущую частоту 76 кГц, и
соответственно скорость передачи . информации повышена до
16 кБит/с. Заманчивые перспективы, не правда ли?
Радиолюбитель, привыкший активно работать над своими конст-
рукциями, может задать законный вопрос: «Могу ли я, пусть даже
частично, изготовить декодер RDS и принимать цифровой сигнал с
помощью самодельного радиоприемника, описанного в этой книге?»
Вне всякого сомнения, можно и даже нужно. Однако, встав на путь
разработки RDS приемника, радиолюбитель должен быть готов к
трудностям двоякого рода. Во-первых, как уже было сказано, «сырой
код», поступающий с выхода декодера RDS, нужно обрабатывать
программными методами, а для этого необходимо научиться про-
граммировать. Эту трудность настойчивый радиолюбитель преодо-
леет. Есть, однако, и трудность вторая, связанная со сложностью
приобретения специализированных RDS декодеров у отечественных
поставщиков электронных компонентов. Цены RDS микросхем если
Практические конструкции
241
не «кусаются», то «рычат» основательно. Вообще электронные диле-
ры выражают слабую осведомленность в этом вопросе: если совер-
шенно бесполезные микросхемы продаются свободно, то действи-
тельно необходимые для наших условий купить очень трудно. На-
пример, микросхема TDA1579, специально разработанная для
германской системы экстренного оповещения WMF (Verkehrs
Warnfunk), едва ли сгодится для применения в отечественных усло-
виях. Даже если в работающем приемнике она выйдет из строя, ни-
кто этого не заметит. А вот неплохие микросхемы SAA6579 и
SAA6588, разработанные «Филипс», очень даже подходят для отече-
ственного радиолюбителя. Первая из них предназначена для работы
только в системе RDS, вторая декодирует также сигналы RBDS.
Микросхемы очень просты, имеют несколько навесных элементов,
выпускаются в корпусе DIP. Увы, автор обнаружил их в прайс-лис-
тах всего одного дилера электронных компонентов. Будем надеяться,
что вскоре ситуация изменится к лучшему, а поэтому остановимся на
кратком описании SAA6579. Структурная схема SAA6579 приведена
на рис. 2.77, назначение выводов — в табл. 2.32.
Рис. 2.77. Структурная схема SAA6579
242
Практические конструкции
Таблица 2.32. Назначение выводов SAA6579
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Индикатор ошибочного приема данных
Выход данных RDS
Блокировка источника опорного напряжения
Вход сигнала
Питание аналоговой части
Общий вывод аналоговой части
Вход компаратора синхронного детектора
Выход фильтра восстановления сигнала
Выбор частоты кварцевого резонатора
Активизация тестового сигнала
Общий вывод цифровой части
Питание цифровой части
Вход тактового генератора
Вход тактового генератора
Тестовый сигнал 75 кГц
Синхросигнал RDS
На рис. 2.77 цифрами обозначены:
1 — сглаживающий предварительный фильтр второго порядка;
2 — счетный компаратор с автоматической компенсацией смеще-
ния по постоянному уровню;
3 — источник опорного напряжения;
4 — полосовой фильтр восьмого порядка с центральной частотой
57 кГц, построенный на основе схемотехники переключаемых кон-
денсаторов;
5 — фильтр восстановления сигнала;
6 — схема синхронного детектора с фиксированным коэффици-
ентом пересчета;
7 — блок выработки сигнала синхронизации;
8 — задающий (тактовый) генератор и делитель частоты;
9 — схема контроля достоверности принятых данных;
10 — бифазный символьный декодер;
Практические конструкции
243
11 — дифференциальный декодер;
12 — схема тестирования и выбора частоты задающего генератора.
Принцип работы микросхемы поясняет рис. 2.78. Поскольку сиг-
нал RDS передается в последовательном коде, необходимо каким-то
образом момент смены бита информации. Поэтому тактовый сигнал
с вывода 16 (RDCL) стробирует сигнал с вывода 2 (RDDA). Это
очень удобный способ приема данных. К примеру, микроконтроллер
может разместить данные в своей памяти последовательно, затем об-
работать их.
4
мкс
X
842
МКС
421
МКС
RDCL
RDDA, QUAL
Рис. 2.78. Диаграмма, поясняющая работу SAA6579
Стандартом Cenelec EN 50067 предусмотрена передача бита чет-
ности и информации, позволяющей в случае необходимости испра-
вить ошибки в данных. Для этого в составе SAA6579 предусмотрен
блок 9, автоматически проверяющий четность принятого пакета, в
случае несовпадения выдающий сигнал QUAL на вывод 1. Получив
этот сигнал, микроконтроллер может предпринять действия по вос-
становлению данных или сообщить, что восстановление невозмож-
но. Для задания тактовой частоты используются кварцевые резонато-
ры с номинальной частотой 4,332 МГц или 8,664 МГц. Выбор перво-
го номинала резонатора осуществляется подключением вывода 9
(MODE) к общему проводу, выбор второго — к шине питания (жела-
тельно через резистор сопротивлением 1—2 кОм).
График, отражающий прием среднестатистического количества
верных блоков в зависимости от уровня сигнала RDS, приведен на
рис. 2.79. Видно, что уже при амплитуде RDS, равной 0,4 мВ, досто-
верность принятой информации стопроцентная.
244
Практические конструкции
% 100
75
50
25
0
/
/
I
/
/
/
/
]/
/
/
/
/
/
/
/
/
/
J
J
0,1
Urds, mB
Рис. 2.79. График, отражающий зависимость количества блоков с достоверной
информацией от амплитуды сигнала RDS
Изучая табл. 2.33, можно сделать интересный вывод, что ширина
полосы пропускания полосового фильтра примерно равна удвоенной
частоте тактового сигнала. Вывод вполне понятный, так как, чем бы-
стрее мы передаем данные, тем шире полоса спектра, занимаемая их
потоком.
Таблица 2.33. Основные технические характеристики SAA6579
Параметр технических условий
Напряжение питания цифровой части
Напряжение питания аналоговой части
Ток потребления
Номинальный уровень RDS сигнала
(при отклонении Af = ±1,2 кГц)
Входное сопротивление микросхемы
Центральная частота полосового фильтра
Ширина полосы пропускания (-3 дБ)
Мин.
3,6
3,6
—
1
40
56,5
2,5
Норма
5,0
5,0
6
—
—
57,0
3,0
Макс.
5,5
5,5
—
—
—
57,5
3,5
Ед. изм.
В
В
мА
мВ
кОм
кГц
кГц
Практические конструкции
245
Параметр технических условий
Уровень входного сигнала компаратора
(вывод 7)
Высокий уровень на выводах 1, 2, 16
Низкий уровень на выводах 1, 2, 16
Номинальная частота сигнала RDCL
Мин.
—
4,4
—
—
Норма
1
—
—
1187,5
Макс.
10
—
0,4
—
Ед. изм.
мВ |
i
в :
в ;
кГц
Теперь поговорим о системе глобального позиционирования объ-
ектов GPS и возможностях использования се в радиолюбительских
целях. При подготовке этого материала были использованы источни-
ки [57, 58].
Вам хоть раз приходилось блуждать по лесу в поисках выхода?
Как вы сокрушались тогда, что не захватили с собой простенький
магнитный компас... Казалось бы, сегодня мы живем в такое время,
когда на земном шаре не осталось ни одной «терра инкогнита», вся
поверхность изучена, составлены карты. Однако до сих пор появля-
ются сообщения об исчезновении людей, отправившихся в сибир-
скую тайгу или в африканские джунгли. Конечно, обстоятельства ис-
чезновения могут быть разными, но случаются и такие, когда чело-
век просто не может найти выхода и, гонимый нарастающей
паникой, все дальше и дальше уходит от заветной тропинки или жи-
лища. «А сибирские просторы не для поездов...» — точно подметил в
песне «Транссибирская магистраль» Александр Розенбаум.
Еще пример: малое прогулочное судно отброшено внезапным
штормом далеко от берега. Как найти дорогу назад или хотя бы сооб-
щить о своем местопребывании, если на борту нет толковых навига-
ционных приборов, отказала радиостанция? Можно воспользоваться
системой спутникового оповещения, подать сигнал SOS. Такая сис-
тема работает достаточно давно и надежно. Однако как сообщить
спасателям точные координаты своего местопребывания, чтобы они
не рыскали в поисках, понапрасну не тратили время и горючее? Се-
годня не только для этих, но и для многих других целей используется
система глобального позиционирования объектов GPS (Global
Positioning System), разработанная и эксплуатируемая министерст-
вом обороны США. Карманный приборчик, очень точно определяю-
щий координаты, может использоваться совместно с радиобуем, со-
246 Практические конструкции
общая не только сигнал SOS, но еще и местоположение, причем если
оно меняется, то также информировать об этом.
Вообще-то система GPS разрабатывалась и внедрялась для воен-
ных целей, но в связи с потеплением международной обстановки ста-
ла доступной всем. Теперь ее используют картографы, геологи, по-
жарные, ремонтные службы, штурманы, органы правопорядка и мно-
гие другие. В зависимости от класса используемой аппаратуры,
сопутствующих методов математической обработки полученных
данных точность GPS на сегодня составляет от 1 м до 15 м. Важно
отметить, что специфика системы заключается в разной точности оп-
ределения плановых координат (широты и долготы) и высот над кон-
трольной точкой.
Для однозначного определения координат в любой точке земного
шара в околоземное космическое пространство выведены 24 спутни-
ка с орбитальным периодом 12 часов, располагающиеся на высоте
20200 км от поверхности Земли. Министерство обороны США по-
стоянно контролирует движение спутников с помощью четырех
станций слежения, трех станций связи и центра управления, осуще-
ствляющего общую координацию. Центр управления обрабатывает
поступающую информацию, при необходимости ее уточняет и пере-
дает на станции связи. Таким образом, обновление информации, по-
ступающей со спутников, происходит не реже одного раза в сутки.
Каким методом осуществляется определение координат? Дело в
том, что положение любого спутника известно точно. Необходимо
лишь измерить расстояние по крайней мере до трех спутников, что-
бы определить положение точки пересечения лучей в пространстве.
Расстояние от спутника до приемника измеряется по скорости рас-
пространения электромагнитной волны. Чтобы определить момент
выхода сигнала со спутника, разработан следующий способ. Прием-
ник и передатчик генерируют двоичный код по одному и тому же за-
кону. В момент выхода сигнала со спутника в информационном па-
кете к значению времени выхода добавляется «ярлычок» в виде кода,
сформированного в этот момент. Если часы приемника и передатчи-
ка синхронизированы, то, сравнив время, когда были сгенерированы
одинаковые коды, приемник вычислит расстояние, умножив ско-
рость распространения волны на разность временных отсчетов. Код,
генерируемый системой, является псевдослучайным. Напомним, что
Практические конструкции 247
псевдослучайный код является случайным только на ограниченном
промежутке, он имеет период повторения.
Внимательный читатель спросит, почему нельзя генерировать
точный код по какому-нибудь определенному закону, например,
просто увеличивать на единичку каждый раз? Объясняется этот мо-
мент просто: в псевдослучайный код легко вводить ошибку, искусст-
венно занижая точность определения координат. Зачем? Поскольку
система GPS разрабатывалась военными, то естественно, что боль-
шое внимание было уделено секретности информации. Соответст-
венно появились разновидности сигналов. Точный код (Р-код) шиф-
руется и может быть использован только министерством обороны
США. Грубый код (С/А-код) загрубляется искусственно и в не коди-
рованном виде передается в эфир. В 2000 году шифрование Р-кода
было отключено в связи с отсутствием необходимости, но следует
иметь в виду, что оно может быть возобновлено в любой момент. Ин-
тересно также отметить, что ошибку С/А-кода можно полностью ис-
ключить, используя для измерений так называемый дифференциаль-
ный метод. Один приемник необходимо стационарно расположить в
точке с четко известными координатами, а передвижной приемник
может производить измерения с погрешностью. Данные измерений
фиксируются обоими приемниками, затем производится их анализ и
исключение ошибок статистическими методами. Недостаток диффе-
ренциального метода: наличие по крайней мере двух приемников и
неоперативность. Впрочем, речь идет о борьбе за точность в грани-
цах 1 м. Для большинства потребителей точность не хуже 15 м более
чем достаточна.
Все спутники GPS передают сигналы на двух частотах:
f, = 1575,42 МГц и f2 = 1227,60 МГц. На частоте f, передаются одно-
временно Р-код и С/А-код, на частоте f2—только Р-код. Почему Р-код
передается на двух частотах? Дело в том, что скорость распростране-
ния электромагнитной волны в ионосфере Земли непостоянная из-за
эффекта преломления. Конечно, отличие от скорости распростране-
ния в вакууме небольшое, и, казалось бы, эту поправку можно учесть
непосредственно в приемнике. Однако ионосфера непостоянна, она
меняет свои свойства даже в течение суток. Двухчастотный метод по-
зволяет скорректировать данные, повысить точность.
248 Практические конструкции
Еще один немаловажный методический момент: для максималь-
ного снижения погрешности измерения все спутники имеют на сво-
ем борту синхронные атомные часы с невероятно высокой стабиль-
ностью. К сожалению, такие часы слишком дороги, чтобы использо-
вать их в приемниках. Для повышения точности измерений
необходим прием данных с четвертого спутника.
Данные, предназначенные для обработки, поступают со спутника
кодированными по протоколу NMEA-0183. Это текстовый протокол,
все символы в котором кодируются в ASCII. При наличии соответст-
вующего устройства обработки (мощного компьютера или микро-
контроллера) сигнал GPS можно представить в виде, удобном для
восприятия потребителем. Разработаны недорогие портативные GPS
приемники, позволяющие узнать только координаты, и более мощ-
ные, с масштабируемой встроенной картой, индикацией положения
на карте, направления и скорости движения (рис. 2.80). В любом слу-
чае эксплуатация GPS приемников связана с выполнением опреде-
ленного рода правил. Поскольку принимаемый сигнал лежит в гига-
герцовой области частот, любое препятствие в виде дома или дерева
может создать эффект тени. Нежелательно также наличие источни-
ков электромагнитных помех.
Рис. 2.80. Приемник GPS сигнала
Практические конструкции 249
В нашей стране до недавнего времени также велись работы по
созданию системы глобальной навигации ГЛОНАСС. Согласно ис-
точнику [58], первые спутники ГЛОНАСС были выведены на орбиту
еще в 1982 году с перспективой довести их число до 24. Увы, больше
20 спутников вывести не удалось — помешало ухудшение экономи-
ческой ситуации в стране. Сегодня в рабочем состоянии осталось
только 9 спутников.
Радиолюбителям, прочитавшим это приложение, может пока-
заться, что изготовить самодельный GPS приемник (пусть даже са-
мый примитивный) реально только на производстве. Отчасти это
предположение верно, но намечаются явные сдвиги, которые, хочет-
ся верить, к моменту выхода этой книги из печати позволят изгото-
вить GPS аппаратуру в домашних условиях. Уже сегодня фирма
STMicroelectronics (SGS-Thomson) производит комплект микросхем
(STB5600 и ST20GP6), позволяющих построить очень простой GPS
приемник. Первая микросхема комплекта принадлежит к аналоговой
радиочастотной части и является, по сути, супергетеродинным при-
емником, преобразующим частоту 1575,42 МГц в частоту первой
ПЧ — 20 МГц. Второе преобразование частоты до значения 4 МГц
осуществляется здесь же, но фильтруется цифровым методом во вто-
рой микросхеме комплекта. Кроме того, эта микросхема преобразует
принятую информацию в формат NMEA-0183. Вот краткий набор
информации, имеющейся на выходе ST20GP6:
— время UTS (всемирное, без учета поясного);
— широта;
— знак широты;
— долгота;
— знак долготы;
— число спутников, видимых в данной точке;
— некоторая другая служебная информация.
На сайте фирмы-производителя (http://www.st.com) можно под-
робнее познакомиться с документацией на этот чипсет.
ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ
Осваиваем микроконтроллер
Предисловие
Вне всякого сомнения, у вас, уважаемый читатель, есть домаш-
ний персональный компьютер, пусть даже устаревший 486-й, кото-
рый постоянно раздражает медленным темпом загрузки программ.
Компьютер просто необходим для освоения того, о чем будет расска-
зано в этой части книги.
Реалии сегодняшней жизни превратили персональный компью-
тер из дорогостоящего и диковинного технического новшества в по-
вседневную и необходимую всем реальность. Теперь позволить себе
иметь домашний компьютер могут очень многие, выбирая его состав
и качество по своим финансовым возможностям. Понятно также, что
радиолюбитель, пользующийся «персоналкой», наверняка слышал о
такой разновидности цифровых программируемых устройств, как
микроконтроллеры (МК). Более того, пытливый радиолюбитель-
ский ум никогда не останется в стороне от технических новинок, тем
более от тех, информация о которых поступает отовсюду. Это и по-
нятно, ведь сегодня трудно найти область, где бы не использовались
микроконтроллеры! МК используются в телефонии, автомобильной
технике, офисной и бытовой аппаратуре, различных охранных систе-
мах. В 2000 году было выпущено почти 5 миллиардов корпусов, их
доля среди других электронных компонентов составила почти 10%.
О микроконтроллерах в радиолюбительской среде сегодня гово-
рят больше всего. Обсуждаются их возможности, плохие и хорошие
стороны, секреты программирования, средства разработки про-
граммного обеспечения, использование в технике, пути устранения
тех или иных ошибок. В Интернете, этом всемирном информацион-
ном сгустке, наиболее посещаемые радиолюбительские конферен-
ции связаны с микроконтроллерами. Пожалуй, самая активная кон-
ференция расположена на сайте Зеленоградского научно-производ-
Осваиваем микроконтроллер 251
ственного предприятия «Телесистемы» (http://www.telesys.ru).
Конференция ежедневно пополняется десятками вопросов, мнений,
откликов, поступающих от ее участников. Порой в ответах можно
найти ссылку на интересный ресурс, узнать о новинках, о хитростях
использования МК. Но, что самое главное, возможно и самому уча-
ствовать в обсуждении, задавать вопросы, делиться опытом. На кон-
ференции нет пустословия и ерничанья, которое, к сожалению, при-
сутствует во многих других Интернет-конференциях. Возможно, это
потому, что здесь обмениваются мнениями по-настоящему увлечен-
ные люди.
Профессионалу в области программирования МК вообще полез-
но иметь общение с коллегами. В связи с этим вспоминается неболь-
шая история. Когда один из участников конференции, дотоле давно
не появлявшийся на ней, пожаловался, что начальство запрещает ему
выходить в Интернет в рабочее время, другой участник резонно ква-
лифицировал распоряжения начальства как неумные. Ведь стремле-
ние обогащать свои знания, повышать профессиональный уровень
достойны не порицания, а поощрения, даже в качестве прибавки к
зарплате.
Где еще можно получить информацию относительно использова-
ния МК? Зарубежные фирмы-производители выпускают подробную
сопроводительную документацию, которую можно «скачать» в Ин-
тернете. Одно время можно было даже заказать бесплатный ком-
пакт-диск, заполнив на сайте производителя форму. Но эта весть бы-
стро расползлась по сети, и диски стали заказывать все, кому надо и
кому не надо. Поэтому такой возможности сегодня больше не суще-
ствует. Но это не значит, что документация на CD вообще исчезла из
обихода разработчиков — сегодня эти диски можно приобрести у по-
ставщиков электронных компонентов. К слову, автор успел бесплат-
но получить несколько CD от ведущих производителей и остался до-
волен качеством предоставленной информации.
Можно также пользоваться книгами, которые в достаточном ко-
личестве изданы в последнее время и продолжают активно выходить
из печати. Зайдите в ближайший книжный магазин, торгующий
технической литературой, и вы убедитесь, что половина представ-
ленных книг посвящена как раз микроконтроллерам, микропроцессо-
рам и компьютерам. Информации более чем достаточно, но это оби-
252 Осваиваем микроконтроллер
лие действует на человека, решившего познакомиться с новой для
него областью точно так же, как полное отсутствие информации —
пугающе. Впрочем, профессионалы чувствуют себя в этом многооб-
разии достаточно уверенно, без труда выбирают подходящий для
своих разработок МК, быстро осваивают средства программирова-
ния. Как поселить уверенность в уме радиолюбителя, который не
претендует на серьезную оптимизацию параметров разрабатываемо-
го устройства, не высчитывает экономический эффект от внедрения
того или иного МК, а просто хочет создавать конструкции для собст-
венных нужд на недорогой базе? Выбрать самый дешевый микрокон-
троллер, добыть «взломанные» средства программирования? Встав
на такой путь, можно очень быстро прийти к разочарованию. Ска-
жем, один весьма дешевый микроконтроллер может иметь дорого-
стоящую среду разработки, второй — непонятное описание, тре-
тий — сложные средства программирования. Некоторые фирмы вы-
пускают микроконтроллеры только с однократно программируемой
памятью. Радиолюбитель, привыкший экспериментировать с конст-
рукцией в процессе ее создания, едва ли сможет иметь в запасе сот-
ню-другую резервных МК для проверки идей. Дороговато!
Хорошо определиться в самом начале, на что ориентироваться
радиолюбителю с его скромными финансовыми возможностями, и,
приняв принципиальное решение, двигаться в выбранном направле-
нии. Такой выбор можно сделать, хорошо зная возможности выпус-
каемых МК, но мы-то стремимся как раз к тому, чтобы узнать эти
возможности. Получается замкнутый круг. Действительно, осваивая
МК методом проб и ошибок, автору не раз хотелось найти такую
книжку, в которой все было бы написано, обо всем предупреждено.
Увы, нет такой книги на сегодняшний день. Не появится она и в бу-
дущем, потому что невозможно объять необъятное! Рынок микро-
контроллеров очень динамичен, он меняется каждый день. Исчеза-
ют малопопулярные и устаревшие типы, появляются новые, выхо-
дят очередные версии средств разработки, исправляются ошибки в
старых.
Не спешите огорчаться! В мире микроконтроллеров только пер-
вые шаги сложны, а значит, требуется поддержка. Дальше мир МК
будет приоткрываться сам. Следует иметь в виду, что законы, зало-
женные в основание технических наук, очень просты. Скажем, элек-
Осваиваем микроконтроллер 253
тротехника и электроника «держится» на законе Ома. Вычислитель-
ная техника стоит на трех китах: архитектуре, системе команд и об-
работке возникающих ситуаций. Научившись выявлять особенности
архитектуры, предписывать МК выполнять определенные команды,
создавать свои и обрабатывать возникающие ситуации, можно будет
сказать, что освоение техники МК прошло успешно.
Как уже было сказано, не существует книги, в которой представ-
лена всеобъемлющая информация о микроконтроллерах. Однако нет
книги и для начинающих, для тех, кто хочет сделать первые шаги.
Имеющиеся в продаже издания рассчитаны на людей, пользующихся
возможностями промышленных предприятий, для главных конст-
рукторов. В таком случае обычно не возникает проблем с приобрете-
нием необходимого для пробных экспериментов количества микро-
контроллеров, документации, программного обеспечения, аппарат-
ных средств. Радиолюбитель находится в совершенно других
условиях. Он может позволить себе иметь один (максимум два) за-
пасных кристалла с возможностями многократного программирова-
ния, очень недорогое или вовсе бесплатное программное обеспече-
ние для разработки и отладки прикладных программ, простейший
программатор, который можно изготовить самому, и конечно, хоро-
шее описание микроконтроллера на русском языке. Некоторые ра-
диолюбители поступают следующим образом: они «прошивают»
разработанную программу в МК не сами, а находят фирму, где мож-
но выполнить эту работу за небольшую плату. Такой подход годится
только для опытных, уже набивших шишек, а вот чтобы быстро
учиться, получать опыт, нужно иметь на своем лабораторном столе
полный набор средств разработки, отладки и «прошивки».
Итак, первый критерий, по которому мы сузили круг микрокон-
троллеров, понятен. Попробуем сузить его еще больше, ориентиру-
ясь на критерий «возможности—цена». В результате у нас останется
всего три фирмы, производящие МК и предоставляющие разработ-
чику бесплатные и удобные сопутствующие средства. Перечислим
эти фирмы: Atmel, Microchip, ОАО «Ангстрем».
Интересный опрос был проведен среди посетителей сайта «Теле-
системы». Участники могли ответить на вопрос: «Какому микрокон-
троллеру вы отдаете наибольшее предпочтение?» Голоса распреде-
лились следующим образом (рис. 3.1): наиболее популярными стали
254
Осваиваем микроконтроллер
МК архитектуры AVR (разработанной Atmel) и классической архи-
тектуры MCS-51 (разработка Intel), правда выпускающейся многими
фирмами. Популярна также структура PIC, разработанная Microchip.
Малопопулярны микроконтроллеры фирмы Zilog типа Z8 — исклю-
чительно из-за однократной структуры программирования. Среди
представленных типов нет отечественного микроконтроллера
КР1878ВЕ1, разработанного ОАО «Ангстрем». Причина тому, ско-
рее всего, кроется в том, что этот МК пока малоизвестен профессио-
нальным разработчикам. Между тем именно на основе отечественно-
го МК лучше всего создавать радиолюбительские конструкции и на-
бираться практического опыта. Почему? Дело даже не в том, что
автор призывает поддержать отечественного производителя (хотя
ОАО «Ангстрем» достойно такой поддержки). По своим возможно-
стям КР1878ВЕ1 не уступает AVR и PIC, а зачастую и превосходит
их, а по цене имеется явное преимущество. Приобрести микрокон-
троллер сегодня также возможно. Конечно, с точки зрения возмож-
ностей среды разработки и отладки, сопроводительных примеров
программирования микроконтроллер пока поддержан слабо. Но не
будем слишком строги, а постараемся сами внести вклад в дело по-
пуляризации отличных образцов отечественной элементной базы.
АСЕ
AVR
MCS-51
PIC
Z8
Z80
Другой
Лучший микроконтроллер — DSP
Ненавижу микроконтроллеры
1 3 (0%)
■■■__
220
■ 35 (3%)
■ 21(2%)
■ 60 (5%)
■ 33 (3%)
■ 41(3%)
309 (29%)
(21%)
317 (30%)
Рис. 3.1. Статистика опроса на сайте http://www.telesys.ru
Хочется сразу предупредить читателя, что автор не преследовал
задачу написать полный справочник по микроконтроллеру. Это ско-
Осваиваем микроконтроллер 255
рее путеводитель, нескучный учебник, шпаргалка по использованию
КР1878ВЕ1. Полную документацию, а также необходимое про-
граммное обеспечение можно получить с сайта производителя
(http://www.angstrem.ru). Надеюсь также, что, ознакомившись с этой
частью книги, читатель не попадет в группу тех 3% опрошенных, ко-
торые возненавидели микроконтроллеры лютой ненавистью.
Итак, вначале кратко остановимся на основных типах МК, выпус-
каемых Microchip и Atmel, чтобы легче было оценивать возможности
КР1878ВЕ1.
3.1. Мини-обзор микроконтроллеров
Микропроцессор, микроконтроллер — какая разница? Вообще-то
принципиальная! Микропроцессор — это, условно говоря, голова
компьютера, его центральная часть, управляющая всем остальным.
Но голова не может существовать отдельно от тела, как генералов не
бывает без армии. Так и микропроцессор. Для его работы, его обслу-
живания необходимо иметь внешнюю память, различные исполни-
тельные и информационные (периферийные) устройства, устройства
ввода/вывода информации, устройства отображения информации,
временные таймеры и т. д. Необходимо мощное программное обес-
печение, «оживляющее» компьютер. Необходима операционная сис-
тема, которая выполняет рутинную работу по размещению программ
в памяти и многие другие операции. Компьютер, созданный на базе
того или иного микропроцессора, — вещь универсальная, настраи-
ваемая на решение самых разнообразных задач. Сегодня он вычисля-
ет интеграл, а завтра готовит бухгалтерский баланс.
Однокристальный микроконтроллер имеет все атрибуты ком-
пьютера, но его можно назвать сильно упрощенным вариантом. Для
нормальной работы МК нужны и микропроцессор, и память, и тай-
меры, и периферийные устройства, и программное обеспечение. Вот
только все аппаратные средства встраиваются в один кристалл, что
сильно сокращает возможности по универсализации МК, расшире-
нию его архитектуры. Микропроцессор превращается в ядро (core),
многие периферийные устройства, а также память встраиваются
внутрь, становясь доступными только программно. Наружу выводят-
256 Осваиваем микроконтроллер
ся только линии устройств ввода/вывода, называемые портами.
Микроконтроллеру не нужна операционная система, поскольку он
жестко программируется для решения какой-либо конкретной зада-
чи. Программа, загружаемая в память МК, загружается туда раз и на-
всегда. С момента разработки первого МК и до настоящего времени
наиболее удобный язык программирования для микроконтролле-
ров — это ассемблер. Ассемблер представляет собой нечто среднее
между языком высокого уровня и машинным кодом (набором нулей
и единиц). Использовать ассемблер для программирования универ-
сальных компьютеров сегодня приходится все реже и реже, а вот в
технике микроконтроллеров он занимает ведущее место. Главное
преимущество ассемблера — возможность точно спрогнозировать
время, за которое будет выполнена та или иная команда, что чрезвы-
чайно важно при обработке или задании процессов реального време-
ни. Скажем, при измерении частоты сигнала, при задании промежут-
ков времени (режим таймера). Для некоторых микроконтроллеров
разработаны инструментальные средства, позволяющие создавать
программы на языках высокого уровня, например Си или Паскаль.
Грань между микроконтроллерами и микропроцессорными сис-
темами, однако, нельзя провести четко и однозначно. Многие МК
имеют выводы для подключения дополнительной памяти, дополни-
тельных периферийных устройств, а в микропроцессоры все чаще
встраивают быструю оперативную память (кэш-память), которая ус-
коряет его работу. И все же один четкий разделительный признак
имеется. Если микроконтроллер представляет собой функционально
законченное устройство, готовое к применению, то микропроцессор
обязательно нуждается в дополнительных внешних устройствах,
обеспечивающих его работу.
Основу этого мини-обзора составили наиболее популярные у ра-
диолюбителей, да и не только у них, типы микроконтроллеров. Ско-
рее всего, после прочтения этого раздела у неподготовленного чита-
теля возникнет масса вопросов, которые разрешатся только в процес-
се приобретения опыта. Привыкайте! Начиная знакомиться с миром
МК, автор тоже читал всевозможные описания как «китайскую гра-
моту», поначалу мало что понимая из прочитанного, но все равно до-
читывая до конца. Когда период адаптации прошел, из большого ко-
Осваиваем микроконтроллер 257
ма разрозненной информации начала выстраиваться очень логичная
картина. Итак, приступаем к знакомству с МК.
До настоящего времени самыми популярными МК являлись кри-
сталлы разработки фирмы Intel и названные серией MCS-51. Этот
тип МК получился настолько удачным, что быстро завоевал рынок
программируемых компонентов, оттеснив другие типы микрокон-
троллеров. Появилась серия MCS-51 в начале SO-x годов, но до сих
пор продолжается ее производство, расширяется номенклатура, по-
вышается быстродействие и надежность, снижается энергопотребле-
ние. Самые первые MCS-51 выпускались на основе nMOS техноло-
гии, потребляли значительную мощность, имели небольшие объемы
памяти и однократнопрограммируемый ее характер. Но в начале 80-х
и такие возможности удивляли. Стремительное развитие микроэлек-
троники позволило расширять-внутреннюю память, расширять воз-
можности периферийных устройств без увеличения корпуса МК. Но
самое, пожалуй, главное заключается в изобретении многократно-
программируемой памяти. Первоначально очищение памяти осуще-
ствлялось с помощью ультрафиолетовой лампы в течение 10—15 ми-
нут, позже были разработаны электрически стираемые типы с време-
нем очистки в доли секунды. Все типы многократно программируе-
мой памяти встречаются в технике МК по сей день, но по вполне по-
нятным причинам популярна электрически стираемая.
Следующий шаг на пути к расширению возможности МК —
встраивание в кристалл аналоговой и аналого-цифровой техники.
В составе микроконтроллеров появляются операционные усилители,
компараторы, АЦП, схемы широтно-импульсной модуляции, сторо-
жевые таймеры, стандартизованные последовательные порты. В не-
далеком будущем ожидается появление массовых МК со встроенной
DSP частью, позволяющей производить цифровую обработку анало-
говых сигналов. В настоящее время номенклатура MCS-51 от фирмы
Intel насчитывает около 50 наименований [59].
Наиболее удачные разработки в области электронных компонен-
тов редко не имеют аналогов, появляющихся вслед за прототипами.
Так случилось и с MCS-51. Программно совместимые МК выпуска-
ются фирмами «Филипс», Atmel (серия АТ89) и некоторыми други-
ми. Аналоги, как правило, могут незначительно отличаться от прото-
типов в сторону расширения возможностей, поэтому, прежде чем
258
Осваиваем микроконтроллер
разрабатывать программу, желательно ознакомиться с особенностя-
ми конкретного МК и учитывать их. Интересно отметить, что отече-
ственная промышленность то^ке приложила руку к MCS-51, выпус-
тив МК КР1816ВЕ51.
Многообразие фирм, выпускающих аналогичные МК, заставляет
читателя задуматься, какой отдать предпочтение. Технические пара-
метры приблизительно одинаковы, показатели надежности — тоже.
Незначительные отличия, на которые обратит внимание разве что
профессиональный разработчик, обычно мало волнуют радиолюби-
теля. Остаются только соображения чисто финансового характера.
И вот здесь отличия существенны. Например, цена МК, производи-
мых Intel, в 2, а то и в 3 раза выше цены МК, производимых Atmel.
По крайней мере, отечественные поставщики примерно так оценива-
ют изделия в своих прайс-листах. Впрочем, логика ценообразования
вполне понятна. Intel — солидная, всем известная фирма со стажем и
соответствующей репутацией. Ей не нужно беспокоиться о сбыте
своей продукции, поскольку действует принцип «фирма гарантиру-
ет...». Atmel — фирма молодая, известная не столь широко, она мо-
жет конкурировать на рынке МК только за счет снижения цены. Та-
кие вот азы рыночной экономики!
Таблица 3.1. Некоторые параметры микроконтроллеров серии АТ89
ТипМК
АТ89С1051
АТ89С2051
АТ89С51
AT89LV51
АТ89С52
AT89LV52
AT89S8252
ипит, в
2,7—6
2,7—6
5
2,7—6
5
2,7—6
2,7—6
ПЗУ, Кбайт
1
2
4
4
8
8
8
ОЗУ, байт
64
128
128
128
256
256
256
Ттакт, МГЦ
12, 24
12, 24
12, 16, 20, 24
12
12, 16, 20, 24
12
12
Imax. MA
15
15
20
20
25
25
25
Память МК (ПЗУ) выполнена по технологии Flash и допускает до
1000 циклов перепрограммирования. Содержимое ПЗУ можно защи-
тить от считывания, тогда при попытке считать программу память
очищается автоматически. Все МК имеют режим пониженного по-
требления мощности, когда выполнение операций частично приоста-
Осваиваем микроконтроллер 259
новлено. В режиме sleep ток потребления снижается до 0,15 от номи-
нального значения. Существует еще один режим работы МК — сто-
повый. В нем потребление снижено до 100 мкА, но микроконтроллер
самостоятельно из этого режима выйти не может.
В результате недавних разработок фирмы Intel появились серии
MCS-151, MCS-251, MCS-96, MCS-196, MCS-296. Насколько извест-
но автору, новые разработки пока не имеют широко распространен-
ных аналогов. Эти серии в радиолюбительской среде непопулярны,
поскольку серия MCS-51 справляется с радиолюбительскими задача-
ми очень даже неплохо. А какие новинки заинтересовали друзей па-
яльника?
Разрабатывая МК, фирма Atmel предложила интересную серию
AVR, которая мгновенно нашла поддержку у радиолюбителей.
В МК серии AVR используются принципы так называемой RISC
архитектуры, когда память программ и память данных, с которыми
программа оперирует, не только разделены физически, но еще име-
ют и разные каналы связи с ядром (разные шины). По-другому
RISC архитектура называется гарвардской, в отличие от классиче-
ской неймановской, когда и программа, и данные хранятся в одной
и той же памяти, но в разных ее ячейках (областях). Кроме этого,
имеется еще одна интересная особенность, называемая конвейери-
зацией. Конвейеризация позволяет одновременно и выполнять ко-
манду, и готовить к выполнению следующую. Гарвардская архитек-
тура, а также конвейеризация и некоторые другие специальные ме-
ры позволяют выполнять инструкции очень быстро — за один
машинный цикл. Существует очень похожее по названию понятие
машинного такта, с которым можно спутать машинный цикл. Так
вот, машинный такт — это, по сути, частота задающего генератора,
которая может быть предварительно поделена простейшим двоич-
ным счетчиком. Например, в контроллерах MCS-51 машинный такт
равен 12 периодам внешнего задающего генератора. Машинный
цикл может состоять из нескольких машинных тактов, однако его
длительность постоянна. Команда, запущенная на выполнение, мо-
жет в общем случае занять несколько машинных циклов. В MCS-51
команды выполняются за 1, 2 и 4 цикла. Представьте теперь, что вы
работаете в режиме реального времени и задаете с помощью МК
промежутки времени. В случае применения MCS-51 придется счи-
260
Осваиваем микроконтроллер
тать время выполнения каждой команды, а вот в случае использова-
ния AVR задача упрощается. Время выполнения любой команды
одинаково!
К сожалению, RISC архитектуре свойственны и недостатки, один
из которых заключается в том, что весьма трудно расширять память,
сохраняя конвейеризацию. Более того, все МК этого класса имеют
ограниченный набор команд, пригодный для работы только с не-
сложными задачами. Для решения задач сложных, многоплановых
приходится создавать довольно длинные процедуры.
Микроконтроллеры серии AVR имеют в своем составе компара-
торы, АЦП, устройства ШИМ, последовательные порты ввода/выво-
да. Конечно, разные типономиналы включают в себя разные устрой-
ства, но их набор на сегодняшний момент является нормой.
Таблица 3.2. Некоторые параметры
ТипМК
AT90S1200
AT90S2313
AT90S2323
AT90S2343
AT90S4414
AT90S4434
AT90S8535
AT90S8515
АТтедаЮЗ
АТтедабОЗ
ПЗУ, Кбайт
1
2
2
2
4
4
8
8
128
128
микроконтроллеров AVR
ОЗУ, байт
64
128
128
128
256
256
512
256
4 к
2 к
Ттакт, МГЦ
12
10
10
10
8
8
8
8
6
6
UnHT, В
2,7—6
4—6
2,7—6
4—6
2,7—6
3,3—6
2,7—6
4—6
4—5,5
4—5,4
Следует обратить внимание на то, что в составе МК может быть
как ОЗУ, данные в котором сохраняются только при наличии пита-
ния, и ЭСППЗУ (электрически стираемое постоянно программируе-
мое запоминающее устройство), в котором можно хранить данные и
после выключения питания. Но не путайте ЭСППЗУ программ и
ЭСППЗУ данных!
ЭСППЗУ может выполняться как по технологии flash, допускае-
мой 1000 циклов программирования, так и по EEPROM с возможно-
Осваиваем микроконтроллер 261
стью безошибочного программирования 100 000 раз. Предпочтение
для памяти программ отдается flash, память данных чаще выполняют
на EEPROM. Спросите: нужна ли вообще эта flash, допустимое число
программирования которой на два порядка меньше, чем EEPROM?
Дело в том, что время программирования flash на несколько поряд-
ков меньше времени программирования EEPROM, что весьма важно
при серийном производстве аппаратуры с использованием МК.
Предвижу еще один логичный вопрос читателя: «1000 циклов —
это много или мало?» Наверняка читатель скажет, что мало. На са-
мом деле число 1000 — не магическая цифра, не означающая, что
1000 раз программу можно записать в память, а на 1001 раз микро-
контроллер протрубит отбой. Фирма, выпускающая МК, гарантиру-
ет, что в течение этих циклов программа безошибочно запишется в
память с очень высокой долей вероятности, важной в массовом про-
изводстве техники. При превышении заданного количества циклов
фирма уже не может что-либо гарантировать, вероятность записи
ошибочной информации, например 0 вместо 1, немного повышается.
Вообще-то сбой может произойти и при «прошивке» абсолютно но-
вого МК, но вероятность его появления в таком случае исчезающе
мала. Реально только после 10 000 циклов вы заметите неладное. Так
что на этот счет радиолюбителю беспокоиться не следует. Не эко-
номьте на циклах, лучше лишний раз переработайте программу, но
добейтесь таких результатов, которые вас полностью устроят.
Популярна у профессионалов и любителей продукция фирмы
Microchip — микроконтроллеры серии Р1С (Пи-Ай-Си). По разнооб-
разию выпускаемых МК фирма Microchip находится на 1-м месте в
мире, хотя по объемам производства занимает только 12-е место, от-
ставая от Intel, «Сименс», «Филипс». Микроконтроллеры серии PIC
выпускаются со всеми возможными вариантами внутренней памяти
(однократно программируемая ОТР, с ультрафиолетовым стиранием
EPROM и электрически репрограммируемая EEPROM). Основная
доля микросхем — это все же недорогие ОТР. Но чтобы поддержать
разработчика, многие наименования продублированы их репрограм-
мируемыми аналогами. Конечно, в составе этих МК тоже можно
встретить и таймеры, и АЦП, и другую периферию. Интересной осо-
бенностью PIC является возможность программировать их после ус-
262
Осваиваем микроконтроллер
тановки в изделие. Правда, поддерживают такой режим не все МК
этой серии.
Поддержка разработчика осуществляется бесплатной интегриро-
ванной средой отладки и разработки Mp-Lab, которую можно полу-
чить с серверов http://www.microchip.com и http://www.microchip.ru.
Разработаны чрезвычайно простые программаторы и масса готовых
прикладных программ. Их также можно получить с указанных серве-
ров. К сожалению, продукция Microchip устроит далеко не всех ра-
диолюбителей исключительно по причине высокой стоимости «мно-
горазовых» кристаллов. Но работать с PIC очень просто.
Таблица 3.3. Некоторые параметры микроконтроллеров PIC
ТипМК
16С61
16С66
16С67
16С710
16С71
16С77
16F84
17С43 .
17С44
ПЗУ, слов
1024
8192
8192
512
1024
8192
1024
4096
8192
ОЗУ, байт
36
368
368
36
36
368
68
454
454'
fxaKT, МГЦ
20
20
20
20
20
20
10
33
33
Число портов
13
22
33
13
13
33
13
33
33
Такова номенклатура импортных МК, которая в первую очередь
может заинтересовать радиолюбителя. На этом завершим краткий
экскурс и перейдем к детальному изучению отечественного микро-
контроллера КР1878ВЕ1, не уступающего по своим параметрам пе-
речисленным МК, а в ряде случаев даже превосходящего.
3.2. КР1878ВЕ1 —доступный
отечественный МК
На примере этого микроконтроллера можно не только легко нау-
читься правильному обращению с микропроцессорной техникой во-
обще, но и создавать отличные радиолюбительские конструкции. Be-
Осваиваем микроконтроллер 263
ликим подспорьем в данном случае является цена данного МК, а так-
же его доступность. Но это еще не все. Поскольку микроконтроллер
выпускается отечественной фирмой «Ангстрем», он имеет сопрово-
дительную документацию на русском языке, бесплатный набор отла-
дочных средств. В целом эта разработка, кстати первая отечествен-
ная в подобном классе МК, получилась удачной. Как говорится, пер-
вый блин не комом!
Прежде чем приступить к рассказу об МК, хочется еще раз на-
помнить читателю, что автор не счел необходимым слово в слово по-
вторять то, что изложено в техническом описании. Разработчику
программ необходимо иметь под рукой оригинальную документа-
цию, которую можно получить в Интернете с сервера производителя
(http://www.angstrem.ru). Документация хранится в популярном фор-
мате PDF, она может быть распечатана и сброшюрована. При нали-
чии некоторого опыта, достаточного количества времени и людей,
готовых отвечать на вопросы, разобраться в работе МК можно по
техническому описанию. Но вот если нет ни опыта, ни людей, ни
времени, а есть только желание, то помощь окажет эта книга. Автор
постарается акцентировать внимание читателя на наиболее сущест-
венных моментах, помочь избежать углубления в частности и изго-
товить отладочное оборудование. Основой для всего этого служит
личный опыт. Итак, приступим.
Структура и принцип работы
О микроконтроллерах сегодня говорится столько хороших и пло-
хих слов, что у читателя уже мог возникнуть образ технического из-
делия, к которому и не знаешь, как подступиться! На самом деле
МК — это обычная микросхема, размещенная в стандартном DIP или
SMD корпусе, так что внешне она ничем не отличается, скажем, от
TTL микросхемы. Хитрости скрываются во внутренней структуре.
Микроконтроллер КР1878ВЕ1 выпускается в корпусе DIP-18,
планируется его выпуск в SMD корпусе, но для радиолюбительских
проектов предпочтительнее все же DIP.
На рис. 3.2 показана укрупненная структурная схема МК, в
табл. 3.4 приведено назначение выводов.
264
Осваиваем микроконтроллер
РА1
РАО OSC1 OSC2 Vcc
РА2 РАЗ РА4/ RST GND
TCLC
РВО РВ1 РВ2 РВЗ
Рис. 3.2. Структурная схема КР1878ВЕ1
Таблица 3.4. Назначение выводов КР1878ВЕ1
1, 2, 17, 18
6—13
3
15, 16
4
14
5
РАО—РАЗ
РВО—РВ7
PA4/TCLC
OSC1, OSC2
RST
Ucc
GND
Линии ввода/вывода порта А
Линии ввода/вывода порта В
Внешняя частота таймера/линия РА4 порта А
Подключение генератора тактовой частоты
Вывод сброса/программирования
Питание j
Общий вывод |
На структурной схеме цифрами обозначены:
1 — порт ввода/вывода А;
2 — порт ввода/вывода В;
3 — задающий генератор;
4 — программируемый интервальный таймер;
5 — WDT (сторожевой таймер);
6 — схема питания;
7 — схема программирования;
Осваиваем микроконтроллер 265
8 — ядро (центральный микропроцессор);
9 — стек команд;
10 — стек данных;
11 — ОЗУ данных;
12 — ПЗУ команд;
13 — ЭСППЗУ данных;
14 — схема сброса.
Что такое программа, размещенная в памяти МК? Это последова-
тельность инструкций, которые надлежит выполнить микроконтрол-
леру. Каждая инструкция располагается в своей строго отведенной
для этого ячейке (специалисты говорят: располагается по жестко за-
данному адресу). Микропроцессор последовательно извлекает содер-
жимое ячеек и в зависимости от считанной информации предприни-
мает те или иные действия. Отсюда следует первое правило микро-
процессорной техники: МК не может одновременно выполнять
несколько'команд. Он выполняет их последовательно, одна за другой.
Внимательный читатель может возразить: «Но существует ведь
метод конвейеризации потока команд!» Все правильно, существует и
успешно используется. Однако рассмотрим подробнее процесс вы-
полнения микропроцессором команд. Микропроцессор должен,
во-первых, извлечь команду из памяти, во-вторых, декодировать ее,
то есть собственно разобраться, что нужно выполнить, и, в-третьих,
исполнить предписанное. Исполнительная часть может также состо-
ять из нескольких частей, когда микропроцессор извлекает данные из
памяти, преобразует их и записывает в память результат. Вот этот
результат и интересует программиста, его волнует только момент, ко-
гда он может его получить и использовать, а не подготовительные
операции. На конвейере действительно может одновременно нахо-
диться несколько команд в разной степени готовности, но в один и тот
же момент времени возможно получение только одного результата.
Второе правило работы с МК можно предуведомить программи-
стской байкой, коих существует несчетное число. Звучит байка при-
мерно так.
Вопрос: Когда программист идет на пляж, сколько бутылок он берет с
собой?
Ответ: Две. Одна с водой — на тот случай, если пить захочется. Вто-
рая — пустая, если пить не захочется.
266 Осваиваем микроконтроллер
Микропроцессор не умеет думать, он, подобно рабу, выполняет
те действия, которые предписал программист. И если программист
ошибся, МК не задумываясь выполнит ошибочное действие. Поэто-
му хорошая программа прорабатывается до мелочей, до разбора
практически невероятных ситуаций. Итак, второе правило работы с
МК — всегда задавать себе вопрос: «А что, если...?».
Есть еще третье правило, которое следует из специфики запуска
программ на выполнение. Помните, наши предки призывали всегда
«танцевать от печки»? Микроконтроллер, подобно танцору, не мо-
жет начать правильную отработку программы с произвольного мес-
та. Ему необходимо пройти инициализацию, настроить периферий-
ное оборудование, подготовить данные. В МК КР1878ВЕ1 работа
программы всегда начинается с нулевого адреса памяти команд. Сиг-
налом к старту служит выработка специальной схемой сигнала RST
(в момент включения питания, внешнего сигнала или программной
директивы). Но правильный запуск еще не гарантирует правильность
последующих операций. Программист должен подготовить все необ-
ходимые данные к моменту начала выполнения любой команды, а не
запрягать телегу впереди лошади. В противном случае получится од-
нозначно неверный результат. Микропроцессор не разбирается в
правильности предоставленных данных, он считывает содержимое
ячеек, правильное ли оно на момент считывания или нет.
Информация, с которой оперирует МК, размещается в специаль-
ной памяти данных (поз. 11 и 13 на рис. 3.2). Данные в памяти упо-
рядочены и имеют свои уникальные адреса. Однако не путайте их с
адресами команд и уж тем более с адресами ячеек ЭСППЗУ данных.
Очень важный момент — общение с внешним миром. Как видно
из структурной схемы, ни само ядро, ни память не имеют внешних
выводов, позволяющих непосредственно менять данные или управ-
лять работой ядра. Связь с внешним миром у КР1878ВЕ1 осуществ-
ляется только с помощью портов ввода/вывода А и В. Порт А —
5-разрядный, порт В — 8-разрядный.
В прикладных задачах очень часто бывает необходимо отмерить
интервал времени. Конечно, можно выполнить эту задачу исключи-
тельно с помощью программных средств, но тогда на время, равное
интервальному, микроконтроллер будет полностью занят и не смо-
жет выполнять другую полезную работу. Чтобы не затруднять мик-
Осваиваем микроконтроллер 267
роконтроллер решением тривиальных задач, в его состав введено
специальное периферийное устройство, называющееся программи-
руемым таймером. Будучи запущенным на выполнение, таймер от-
считает определенное число периодов тактовой частоты задающего
генератора МК и после этого сообщит процессору о выполнении
операции. К сожалению, КР1878ВЕ1 имеет только один таймер, но в
большинстве радиолюбительских задач этого достаточно. Кстати,
таймер может тактироваться не только встроенным генератором, но
и внешней частотой, подаваемой на вход TCLC. Естественно, необ-
ходимо предварительно соответствующим образом сконфигуриро-
вать таймер.
Еще один встроенный специализированный таймер, называемый
сторожевым (wathdog, «сторожевая собака»), предохраняет МК от
«зависания». К примеру, в результате помехи или нештатной про-
граммной ситуации МК может «зациклиться», то есть начать непре-
рывное повторение одной и той же команды (или группы команд).
Выйти из такой тупиковой ситуации помогает обычно выключение
питания или внешний сброс. Но если МК автономен, то здесь ситуа-
цию спасет только WDT. Работает он следующим образом. В составе
таймера есть счетчик, который, досчитав до определенного числа,
вырабатывает сигнал сброса МК. Чтобы WDT постоянно не сбрасы-
вал МК, необходимо периодически обращаться к таймеру и обнулять
счетчик. WDT рекомендуется задействовать только тогда, когда это
действительно необходимо. Использовать его в других целях, ска-
жем в качестве интервального таймера, едва ли удастся — слишком
уж ограничены его интервальные возможности.
Последнее интересное устройство, имеющееся в составе МК, на-
зывается аппаратным стеком. Стек — это тоже устройство памяти,
но построенное не по адресному принципу, а совершенно иначе.
Представьте себе длинный и узкий вертикальный ящик, в который
складывают вещи. Положив на его дно свитер, а затем поверх свите-
ра плащ, вы совершенно определенно будете уверены, что назад сви-
тер вам не достать, пока не извлечете плащ. Так устроен и стек: он
тоже похож на длинный и узкий ящик, но набиваются в него не ве-
щи, а байты информации, причем программисту доступен становит-
ся только результат последней операции сохранения. Диковинно, не
правда ли? Зачем это нужно? Не проще ли хранить данные в обыч-
268 Осваиваем микроконтроллер
ной памяти? В основном стек используется для хранения служебной
информации и позволяет не загромождать оперативную память. Но
еще стек незаменим в работе с подпрограммами.
Здесь нужно сделать небольшое отступление и вкратце расска-
зать, как МК узнает о том, какую команду выполнять дальше. Ин-
формационным источником является так называемый счетчик адре-
са, в соответствии с показаниями которого и осуществляется переход
к следующей операции. Если команды выполняются одна за одной,
счетчик адреса просто увеличивает на единицу свои показания. Но
реальные программы устроены сложнее. Во-первых, существуют ко-
манды переходов на любое количество шагов, а во-вторых, часто ис-
пользуются подпрограммы, к которым основная программа обра-
щается по мере надобности. Физически подпрограммы размещаются
в памяти вслед за основной программой и работают по тем же прин-
ципам, с использованием тех же команд. При выполнении подпро-
граммы, естественно, изменяются показания счетчика адреса и реги-
стра состояния процессора (о нем позже).
Отлично! Представим, что подпрограмма отработала и хочет пе-
редать управление основной программе. И вот тут-то могут возник-
нуть проблемы. Если не сохранить показания счетчика адреса, а так-
же регистра состояния процессора в тот момент, когда осуществляет-
ся переход от основной программы к подпрограмме, при
возвращении из подпрограммы работа МК нарушится. Поэтому вся
эта информация сохраняется в стеке, а затем автоматически восста-
навливается. Важно отметить, что в стеке предусмотрена возмож-
ность сохранения нескольких значений, относящихся к разным вызо-
вам подпрограмм, поскольку одна подпрограмма может вызывать
другую (помните: «...в доме, который построил Джек...»). Эта струк-
тура в программировании называется вложенностью процедур. За-
метим, что вообще стеков может быть несколько (как показано на
рис. 3.2), и один из них сохраняет исключительно данные пользова-
теля (по его требованию). Этот стек называется стеком данных, в
отличие от стека команд, обслуживающего подпрограммы и преры-
вания (о прерываниях тоже чуть позже).
В составе МК имеются тактовый генератор, схема питания и про-
граммирования, общая шина, осуществляющая связь между всеми
устройствами. Имеется также специализированная схема сброса.
Осваиваем микроконтроллер 269
Внутренняя работа этих устройств не должна сильно интересовать
радиолюбителя. Главное, чтобы они просто работали. И если работу
схем питания, программирования и связи гарантирует производи-
тель, то надежное функционирование тактового генератора и схемы
сброса должен обеспечить пользователь. Автор, столкнувшийся с по-
добными проблемами, расскажет о путях их решения в соответст-
вующих разделах, а пока следует рассказ о том, как безошибочно
воспользоваться перечисленными аппаратными средствами.
Организация памяти и работа с ней
Оперативная память КР1878ВЕ1 относится к сегментированно-
му типу и занимает пространство 256 байт. Любая команда, выпол-
няемая МК, имеет в момент выполнения доступ не ко всему адресно-
му пространству памяти, а только к его части размером в 32 байта.
Чтобы получить доступ к остальным ячейкам, необходимо выпол-
нить команду перезагрузки сегментных регистров.
Понять принцип построения сегментированной модели и нау-
читься правильному обращению с ней поможет некоторая аналогия.
Представим всю оперативную память МК в виде табличных ячеек
(рис. 3.3). Заметим, что в цифровой технике широко используется
шестнадцатиричная система представления данных, поэтому не
удивляйтесь, что после числа 9 идет не 10, а буква «А». Практиче-
ское знакомство с отладочными средствами МК покажет вам очевид-
ное преимущество такого представления, пока же примите это утвер-
ждение на веру и привыкайте к необычной системе счисления. Что-
бы отличать основания систем счисления, числа записываются в
виде 1716 и 1710. Это разные числа!
ОЗУ микроконтроллера, как видно из рис. 3.3, состоит из двух
частей: области служебных данных, которые обеспечивают работу
МК, взаимодействие его частей, и рабочую область, в которой, соб-
ственно, хранятся операнды. О служебной области скажем особо
чуть позже, разобрав назначение ее ячеек. Пока отметим, что приемы
работы с областью операндов и со служебной областью аналогичны
друг другу, то есть данные записываются, считываются и преобразу-
ются одними и теми же командами.
270
Осваиваем микроконтроллер
00
08
10
18
20
28
30
38
40
48
50
58
60
68
АО
D8
8
0
9
1
А
2
В
3
С
4
D
5
Е
6
F
7
40
48
50
58
60
АО
D8
41
49
51
59
61
А1
D9
42
4А
52
5А
62
А2
DA
43
4В
53
5В
63
A3
DB
44
4С
54
5С
64
А4
DC
45
4D
55
5D
65
А5
DD
46
4Е
56
5Е
66
А6
DE
47
4F
57
5F
67
А7
DF
Область
} служебных
данных
Рабочая
область
Рис. 3.3. Таблица ОЗУ МК КР1878ВЕ1
Итак, каким образом мы можем получить доступ к ячейке памя-
ти? Обратим внимание на левый столбец цифр (рис. 3.3). Этими
цифрами пронумерованы линейки, состоящие из восьми горизон-
тальных ячеек. Другими словами, определены адреса сегментов.
Чтобы микропроцессор знал, какие сегменты доступны в данный
момент, нужно загрузить их адреса в специальные сегментные реги-
стры SR0—SR3. Понятно, что если каждый сегмент состоит из вось-
ми ячеек, а сегментных регистров только четыре, то общее число
доступных ячеек 32.
Сегменты определяются с помощью специальной команды за-
грузки сегментных регистров. Например, если МК выполнит по-
следовательность команд:
LDR #a, 40h
LDR #b, 48h
LDR #c, 50h
LDR #d, 58h
то все ячейки сегмента с адресом 4016 будут сопоставлены с буквой
«а».
Осваиваем микроконтроллер 271
ячейка 4016 — %а0
ячейка 4116 — %al
ячейка 4716 — %а7
То же самое сопоставление будет осуществлено и для букв «в»,
«с», «d». Если после этого МК выполнит команду
LDR #a, AOh,
сегмент «а» переместится на адрес А016 и сопоставление уже будет
другим:
ячейка А016 — %а0
ячейка А116 — %al
ячейка А716 — %а7
Задавать адреса сегментов, отличные от указанных на рис. 3.3,
нельзя. Например, сегмента с адресом 4116 не существует.
Наверняка у читателя возник вопрос: «Если существует неодно-
значность в определении ячеек памяти посредством сегментов, то
как микропроцессор узнает, из какой ячейки ему извлекать операнд и
куда его записывать?» В том-то и дело, что никак не узнает. За распо-
ложением сегментов нужно следить программисту, вовремя пере-
ключать их, дабы не испортить данные.
Как еще «на пальцах» можно представить сегментированную мо-
дель? Допустим, у вас имеется лоток с 256 ячейками, закрытый
крышкой. На крышке имеются четыре передвижных планки с проре-
зями, которые называются сегментами. Передвигая планки, можно
совмещать прорези с линейкой ячеек и работать с содержимым. Важ-
но отметить, что сегменты, находящиеся в данный момент «под
крышкой», могут только пассивно хранить данные, но непосредст-
венно работать с данными возможно только в пределах открытых
сегментов.
Составляя программу для МК, нужно помнить не только о распо-
ложении ячеек в сегменте, но и запоминать адреса активных сегмен-
тов. Например, команда
MOV %Ы, %а1
272 Осваиваем микроконтроллер
скопирует байт данных из ячейки 4116 в ячейку 4916 в том случае, ес-
ли сегментный регистр #а настроен на адрес 4016. Наоборот, эта же
команда перенесет байт данных из ячейки А116 в ячейку 4916, если
сегмент #а содержит адрес А016.
Приведенный способ работы с памятью называется непосредст-
венной адресацией операнда. Существует также способ косвенной
адресации операнда. Едва ли он будет использован начинающим
программистом, но познакомиться с косвенной адресацией нелишне,
так как применение метода в вычислительной техники весьма рас-
пространенное. И во-вторых, используя косвенную адресацию
КР1878ВЕ1, можно не вспоминать о сегментированной модели.
Чтобы обеспечить режим косвенной адресации, ячейкам %d6 и
%d7 сегмента d присваивается особый статус регистров косвенной
адресации IR0 и IR1. Косвенный режим поддерживается служебны-
ми регистрами SR4—SR7, причем регистры SR4 и SR5 относятся к
обеспечению работы регистра IRO, a SR6 и SR7 — к IR1. Регистры
SR5 и SR7 задают режим работы IR0 и IR1 в соответствии с табл. 3.5.
Таблица 3.5. Режимы работы IR0 и IR1
Биты 6 и 7 SR5 и SR7
00
01
10
11
Режим IR0
отключен
автоинкремент адреса
автодекремент адреса
чистая косвенность
Режим IR1
адресация памяти команд
автоинкремент адреса
автодекремент адреса
чистая косвенность
Регистры SR4 и SR7 содержат полный адрес операнда в памяти
данных, то есть здесь уже можно забыть про сегментацию. Напри-
мер, рассмотрим набор команд:
LDR #5, 11000000b
LDR #4, A9h
MOV %d0, %d6
Желая перенести операнд из ячейки %d6 в ячейку %d0, на самом
деле мы перенесем туда содержание ячейки А916. Спросите, зачем
нужен такой метод адресации? Очень просто: косвенная адресация
позволяет сократить число команд при операциях с массивами дан-
ных, то есть большим количеством упорядоченных чисел. Не случай-
Осваиваем микроконтроллер 273
но в табл. 3.5 заданы режимы автоинкремента и автодекремента
адреса. Если регистр SR5 или SR7 автоинкрементируются, то в на-
шем примере повторение команды
MOV %dO, %d6
перенесет данные уже не из ячейки А916, а из АА16. Автодекремент
отличается от автоинкремента тем, что уменьшает, а не увеличивает
на единичку значение адреса. Чистая косвенность не меняет адрес.
Регистр IR0 можно отключить, тогда он превращается в обычную
ячейку памяти, доступную в сегментированной модели. Отключить
регистр IR1 нельзя. Он может быть использован в особом режиме ад-
ресации памяти команд. Допустим, программисту нужно размес-
тить большое количество данных, которые не меняются (например,
таблицу функции). Он может разместить их в памяти команд, следом
за программными блоками, и адресоваться к ним с помощью регист-
ра ГОЛ. Поскольку для адресации памяти команд недостаточно 8
байт, регистр SR6 настраивается на младшие восемь бит адреса, а в
SR7 передаются три старших (размещаются в битах 0—2).
Если помните, нам встретилось новое понятие — прерывание.
Это еще один фундаментальный принцип устройства микропроцес-
сорной техники. Давайте вспомним пример из жизни. Допустим, мы
заняты интересным делом, поглощающим все наше внимание, — чи-
таем эту книгу. Но неожиданно нас позвали обедать, и скрепя сердце
приходится откладывать книжку, заложив ее на нужной странице.
Перерыв, однако! Прерывание...
В микроконтроллерах сигналы прерываний генерируются внеш-
ними устройствами, отвлекая микропроцессор на обработку возни-
кающих в данном случае ситуаций. Скажем, таймер, закончивший
счет интервала, генерирует сигнал прерывания. Или WDT, не будучи
вовремя обнуленным, тоже вызовет прерывание. Но что происходит
внутри МК при возникновении прерывания? Ответить на этот вопрос
нам помогут сведения об устройстве памяти команд. В общем-то уст-
роена она точно так же, как и память данных, только в ее ячейках со-
держатся коды команд. Все ячейки имеют свои уникальные адреса,
которые используются счетчиком команд для переходов. Несколько
ячеек памяти команд отводятся под обслуживание прерываний, при-
чем определенная ячейка обслуживает определенное прерывание.
274
Осваиваем микроконтроллер
Если таковое возникает, микроконтроллер (вне зависимости от со-
стояния счетчика адреса) переходит к исполнению команды, запи-
санной по закрепленному адресу. Этот адрес по-другому называется
вектором прерывания.
Прерывания могут быть немаскируемыми и маскируемыми.
Маскируемые прерывания можно запретить, тогда они вообще не бу-
дут возникать. Немаскируемые прерывания запретить нельзя. В ряде
случаев возможно, правда, отключить источник немаскируемого
прерывания. А если одновременно возникает несколько прерыва-
ний? Разные МК относятся к такому факту по-разному, поэтому
всегда во избежание недоразумений сверяйтесь с документацией.
В МК КР1878ВЕ1 первым будет обслужено то прерывание, вектор
которого меньше.
Таблица 3.6. Вектора прерываний МК КР1878ВЕ1
Вектор
0
1
2
3
4, 5
6
7
8—Е
F
Источник
Начальный пуск/сброс
Сторожевой таймер
Переполнение стека
Интервальный таймер
Резерв
Порт А -
Порт В
Резерв
Завершение записи
в ЭСППЗУ
Маскируемость
Н
Н
н
м
—
м
м
—
м
Как видно из табл. 3.6, прерывания могут быть сгенерированы
портами ввода/вывода при возникновении перепада напряжения (по-
ложительного, отрицательного или обоих вариантов) на одной из ли-
ний порта. Время реакции на прерывание — 3 такта. Возврат из пре-
рывания осуществляется по команде RTI. При выполнении этой ко-
манды из стека восстанавливается информация, а процессор
переходит к выполнению команды, на которой было прервано вы-
полнение.
Осваиваем микроконтроллер
275
Область служебных данных
Эта область обладает множеством необходимых функциональ-
ных свойств. С их помощью можно индивидуально настроить МК на
выполнение задач (как говорят профессионалы: сконфигурировать
МК), считать информацию с портов, вывести в них данные, сохра-
нить требуемую информацию в ЭСППЗУ и узнать о результате вы-
полнения той или иной команды. Распределение ячеек этой области
показано на рис. 3.4. Обратите внимание: в области служебных дан-
ных очень много свободных ячеек. Можно ли их использовать для
хранения операндов пользователя? Ни в коем случае! Согласно доку-
ментации, оперативная память МК расположена в пределах адресов
4016—DF16, остальные, ячейки зарезервированы для будущих разно-
видностей МК этой серии. В данной модели они не адресуются.
00
08
10
18
20
28
30
38
регистр
статуса
управле-
ние
ЭСППЗУ
рабочий
регистр
порта А
конфигу-
рация
порта А
адрес
ЭСППЗУ
рабочий
регистр
порта Б
конфигу-
рация
порта Б
регистр
управления
таймера
рабочий
регистр
таймера
управле-
ние
WDT
данные
ЭСППЗУ
Рис. 3.4. Распределение области служебных данных
Рассмотрим рис. 3.4. Рабочие регистры портов А и В предназна-
чены для ввода/вывода данных. С ними можно работать точно так
же, как и с любыми другими ячейками памяти. Регистры конфигура-
ции портов индивидуально настраивают каждую линию под решение
276
Осваиваем микроконтроллер
конкретных задач (тип вывода: вход или выход, характер вывода:
«открытый коллектор» или полный выход, разрешение прерывания).
Регистр конфигурации таймера устанавливает коэффициент деления
входной частоты (частоты встроенного генератора либо внешней
частоты, поступающей на вывод TCLC). Регистр управления разре-
шает или запрещает прерывания от таймера, а также запускает тай-
мер на счет. Рабочий регистр устанавливает длительность интервала,
который может определяться как 8-, так и 16-разрядным числом.
Сторожевой таймер представлен только одним регистром, который
устанавливает коэффициент пересчета и сбрасывает WDT. Управле-
ние ЭСППЗУ данных построено очень просто: в регистр данных за-
носится байт информации, в регистр адреса — адрес ячейки, в кото-
рую необходимо поместить информационный байт. После этого в ре-
гистр управления заносится информация, разрешающая запись и,
при необходимости, возникновение прерывания по окончании запи-
си. При считывании байта из ЭСППЗУ в регистр адреса заносится ад-
рес читаемой ячейки, затем посредством регистра управления разре-
шается чтение. После из регистра данных можно читать байт.
Автор не счел возможным подробно описывать процедуры рабо-
ты с областью служебных данных, поскольку они очень подробно
детализированы в оригинальной документации. Пользователю оста-
ется только открыть соответствующую страницу и аккуратно выпол-
нить по стандартной схеме все надлежащие действия. Но вот на ре-
гистр статуса хотелось бы обратить внимание, чтобы прояснить его
назначение, поскольку он есть во всех микропроцессорных системах.
Это один из фундаментальных узлов МК.
Регистр статуса состоит из флагов — информационных битов,
установка в «1» или сброс в «О» которых может быть вызвано в
результате выполнения команды. Различные микропроцессоры и
микроконтроллеры могут иметь разный набор флагов, облегчающий
программирование в той или иной степени. Регистр статуса
КР1878ВЕ1 имеет только шесть самых необходимых флагов.
Таблица 3.7. Регистр статуса КР1878ВЕ1
Бит
Флаг
7
—
6
—
5
DC
4
OF
3
IE
2
S
1
z
0
с
Осваиваем микроконтроллер 277
DC — флаг тетрадного переноса, который устанавливается при
возникновении переноса из младшей тетрады (четырех младших бит
байта) в старшую тетраду;
OF — флаг арифметического переполнения (используется при
работе с целыми числами, имеющими знак);
IE — флаг разрешения маскируемых прерываний (устанавливает-
ся пользователем);
S — флаг знакового признака (устанавливается в результате по-
лучения командой отрицательного числа);
Z — флаг нуля (устанавливается при нулевом результате выпол-
нения команды);
С — флаг переноса (устанавливается при переполнении разряд-
ной сетки).
Зачем нужны флаги? Только они позволяют судить пользователю
о результате выполнения команды. Например, если МК складывает
числа 11111111b и 00000001b, то разрядная сетка будет явно пере-
полнена и в ячейке операнда мы получим 00000000b. Как же так?
Прибавили единичку к большому числу и получили ноль... Вот для
таких случаев и существует флаг переноса, который будет установ-
лен при выполнении нашего примера.
Другой пример. Нам необходимо сравнить два числа и только
при их равенстве принять какое-то решение, например, что-то вывес-
ти в порт. Существует команда сравнения двух операндов СМР, ко-
торая просто вычитает один операнд из другого и в зависимости от
полученного результата установит тот или иной флаг. В случае ра-
венства операндов будет установлен флаг Z.
Флаги OF и S предназначены для работы со знаковыми числами,
то есть такими, старший разряд которых заменяет знак. В случае пе-
реполнения этого разряда, когда происходит «налезание» переноса
численного разряда, устанавливается флаг OF. Эта ситуация, назы-
ваемая переполнением мантиссы, хорошо описана в любом учебни-
ке по программированию. Флаг S устанавливается при изменении
значения разряда, отвечающего за знак. Радиолюбителю, начинаю-
щему освоение МК, можно до поры до времени забыть о том, что МК
может работать со знаковыми числами (чтобы сразу не запутаться).
Отметим, что любой из флагов Z, S, С может быть использован в
условных переходах, то есть таких, при которых переход разреша-
278 Осваиваем микроконтроллер
ется только по установленному (или сброшенному) флагу, в против-
ном случае переход игнорируется. Категория команд, в которую вхо-
дят условные переходы, называется категорией команд передачи
управления. Кроме условных переходов, в эту категорию входят
также безусловный переход, выполняющийся независимо от каких
бы то ни было флагов, переходы к подпрограммам и возвраты из них,
а также возврат из прерывания.
Кстати, о наборе команд. Их у КР1878ВЕ1 — 52 варианта. Имеет-
ся класс двухоперандных команд, которые осуществляют сложе-
ние, вычитание, сравнение двух операндов, располагающихся в опе-
ративной памяти. Кроме этого, в наборе двухоперандных команд
есть команды битовых операций (логическое И, логическое ИЛИ, ис-
ключающее ИЛИ). Вы наверняка сталкивались с логическими опера-
циями при изготовлении несложных конструкций на базе дискрет-
ных логических микросхем. Класс литерных команд отличается от
названного выше класса только тем, что один из операндов хранится
прямо в команде в виде набора нулей и единиц, а не извлекается из
памяти. Таким образом, литерные команды более ограничены в воз-
можностях, нежели двухоперандные, но с их помощью удобно зада-
вать начальные условия и экономить оперативную память.
Однооперандные команды (обмен тетрад, инверсия разрядов,
сдвиги операндов, сложение и вычитание переноса) наиболее часто
применяются в тех случаях, когда необходимо оперировать с числа-
ми, разрядность которых превышает восемь. Также однооперандные
команды незаменимы при написании процедур двоичного умноже-
ния и деления. Поскольку в данном МК нет специальных команд,
осуществляющих эти операции, приходится их эмулировать, про-
граммировать последовательностью более простых команд.
Служебные команды предназначаются для работы со служеб-
ными регистрами и стеком данных.
Специальные команды (ожидание прерывания, останов МК,
сброс МК, пустая операция) пояснения не требуют, так как их назна-
чение ясно из названия. Несколько слов следует сказать только о
пустой операции (NOP), поскольку у читателя сразу может возник-
нуть BOrtpoc, зачем нужна команда, которая ничего не делает, кроме
инкремента счетчика адреса. На самом деле NOP едва ли не такая же
важная команда, как пересылка или вычитание. Перечисление ситуа-*
Осваиваем микроконтроллер 279
ций, где она может использоваться, заняло бы не одну страницу.
Приведу только один пример.
Едва ли вы будете использовать в любой своей программе все
возможные прерывания. Какие-то из них останутся незадействован-
ными, соответственно и векторы этих прерываний работать не будут.
Но ячейка, отведенная под вектор, чем-то все равно должна быть за-
полнена. Заполнять ячейку кодом первой попавшейся под руку ко-
манды просто некрасиво, а вот команда NOP изящно разрешит воз-
никшую ситуацию.
Описывать правила работы с командами здесь также бессмыс-
ленно — вся необходимая информация есть в оригинальной доку-
ментации. Начав программировать, разбираться в возникающих за-
труднениях и ошибках, вы достаточно быстро запомните названия
команд и производимые ими действия. Это вопрос практики.
3.3. О тактовом генераторе и цепи сброса
Теперь, когда вы углубились в изучение основ программирова-
ния МК и напрочь забыли про аналоговую схемотехнику, автор вы-
нужден сообщить: вы от нее все равно никуда не денетесь! Если
большие и мощные компьютеры породили класс профессий, пред-
ставители которых занимаются исключительно программированием
и имеют весьма туманное представление об электронных схемах, то
в работе с МК схемотехника напоминает о себе постоянно. Сюда
входит и согласование уровней логических сигналов между МК и
внешними устройствами, оценка нагрузочной способности портов,
быстродействие управляемых схем. Проблем достаточно, и упомя-
нуть здесь о всех едва ли возможно. Кое-какой опыт, надеюсь, вы по-
лучили при работе с простейшими логическими схемами, и он вам
несомненно пригодится.
Подробно хочется рассказать о решении двух проблем, с которы-
ми радиолюбитель столкнется сразу же, как только начнет собирать
свою первую конструкцию с использованием МК. Речь идет о надеж-
ном запуске тактового генератора и о надежном срабатывании цепи
сброса. Эти проблемы, будучи нерешенными заранее, порождают
массу неудобств. Например, даже правильно написанная и отлажен-
280 Осваиваем микроконтроллер
ная в среде программирования рабочая программа, после «прошив-
ки» в память МК откажется работать, если тактовая поддержка от-
сутствует. Радиолюбитель может потратить массу времени в поиске
причины и даже счесть МК неисправным, отправив его в мусорное
ведро.
Вторая проблема ничуть не проще первой. Представьте, что МК
запускается, скажем, один раз на десять включений питания, неожи-
данно пропадают данные из памяти, после чего память приходит в
негодное состояние. К счастью, вариант, когда безвозвратно портит-
ся память, чрезвычайно редок. В практике автора таких случаев не
было, не описана такая возможность и в документации по
КР1878ВЕ1, однако зарубежные производители, изготавливающие
свои МК по той же технологии, напоминают о неприятностях и реко-
мендуют предпринять меры по предотвращению порчи памяти.
Поговорим вначале о тактовых генераторах. Сегодня тактовые
генераторы, в целях уменьшения габаритов, не делают отдельно от
МК, а реализуют прямо внутри микроконтроллеров. Но несколько
внешних элементов подключить все же придется. Это сделано для
того, чтобы можно было самостоятельно выбрать тактовую частоту
исходя из конкретных параметров разрабатываемой схемы. Широко
используются три типа тактовых генератора:
• кварцевые, обладающие высокой стабильностью частоты;
• релаксационные на основе RC цепей с невысокой стабильно-
стью;
• пьезокерамические, занимающие среднее положение между
первыми двумя.
Основой кварцевых генераторов служит кварцевый резонатор,
который использует эффект резонансных колебаний кварцевой пла-
стины. Эти колебания весьма стабильны и мало меняются при воз-
действии дестабилизирующих факторов, таких, как температура или
время. Кварцевые резонаторы изготавливаются с нормированной
частотой колебаний, что весьма удобно для потребителя. Эквива-
лентная схема кварцевого резонатора представляет собой так назы-
ваемый высокодобротный колебательный контур третьего вида, не-
много более сложный, чем рассмотренный ранее обычный колеба-
тельный контур. Кварцевый резонатор может возбуждаться как на
Осваиваем микроконтроллер 281
основной гармонике, так и на кратных ей частотах, что широко ис-
пользуется в технике радиосвязи и радиовещания. Работающих с
микроконтроллерами интересует лишь цифра, указанная на корпусе
резонатора, и поэтому мы не будем здесь вдаваться в особенности
высокой теории. Заинтересовавшиеся могут обратиться к источни-
кам [62, 63].
Керамические резонаторы очень похожи на кварцевые по элек-
трическим параметрам, по виду эквивалентной схемы. Однако для их
изготовления используется не искусственный кварц, получаемый по
очень сложной технологии, а доступный титанат бария. Керамиче-
ские резонаторы обладают существенно меньшей добротностью, не-
жели кварцевые, более подвержены температурному влиянию, хуже
прогнозируются по частоте возбуждения, чуть менее надежно «за-
пускаются» в составе генераторов. Тем не менее они широко исполь-
зуются в МК, поскольку значительно дешевле кварцевых и незаме-
нимы на частотах ниже 500 кГц. Ведущим мировым производителем
керамических резонаторов является фирма Murata.
Третий вариант задания тактовой частоты сводится к установке
на входе генератора задающей RC цепи, обладающей, как известно,
нормированной постоянной времени t = RC. Такой способ можно
применять для таких устройств, которые не связаны с точным зада-
нием временных интервалов, к примеру, автоматы световых эффек-
тов, несложные сигнализации. Точность и стабильность RC генера-
торов определяются допусками его задающих элементов. Понятно,
что, если использовать элементы с жесткими допусками, стабиль-
ность и точность установки частоты повысятся. И конечно, вырастут
габариты, так как между стабильностью и размерами элементов су-
ществует связь: чем элемент стабильнее, тем он больше по габари-
там.
Встроенный тактовый генератор, используемый в подавляющем
большинстве МК, приведен на рис. 3.5. Точно такая же схема приме-
няется в КР1878ВЕ1. Инвертор D и высокоомный резистор R, пере-
водящий инвертор в линейный режим, включены в состав МК, а кон-
денсаторы Cl, C2, резонатор Z — внешние.
К выбору величины конденсаторов Cl, C2 следует отнестись вни-
мательно. Дело в том, что для возникновения колебаний нужно со-
блюсти два условия: баланс амплитуд и баланс фаз прямого сигнала
282
Осваиваем микроконтроллер
Рис. 3.5. К пояснению принципа работы
тактового генератора
и сигнала обратной связи. Если баланс амплитуд соблюсти неслож-
но, так как все сигналы ограничены напряжением питания, то баланс
фаз — задача посложнее. Инвертор D «поворачивает» сигнал на
180°, и, чтобы сигнал обратной связи подать с выхода на вход инвер-
тора, нужно «довернуть» его фазу еще на 180°. Для этого использу-
ются фазосдвигающие конденсаторы С1 и С2. Набег фазы от каждо-
го конденсатора составляет 90°.
При проектировании тактового генератора величину конденсато-
ров С1 и С2 необходимо выбрать из табл. 3.8.
Таблица 3.8. Номиналы конденсаторов С1 и С2
Частота, кГц
32,768
455
1000—10000
С1,пФ
68—100
47—100
15—33
С2, пФ
68—100
47—10
15—33
Не исключено, что в процессе отладки придется подобрать вели-
чину конденсаторов в небольших пределах до надежного запуска ге-
нератора. Но в большинстве случаев подбор не требуется.
Особенность КР1878ВЕ1 состоит в том, что уже на стадии его
программирования необходимо выбрать тип генератора, который
предполагается использовать. Выбор производится непосредственно
заданием соответствующей опции в программаторе (RC, кварцевый
или керамический до 100 кГц, кварцевый или керамический свыше
100 кГц, внутренний). Внутренний генератор частотой около 50 кГц
удобен при проверке МК. Если, скажем, радиолюбителя постигнет
полное фиаско с «прошивкой» МК, он всегда сможет написать не-
Осваиваем микроконтроллер 283
большую тестовую программку, выводящую что-то на порт, а такти-
ровать ее от внутреннего генератора. Если вывод будет осуществ-
ляться, нужно «оживлять» МК со стороны тактового генератора или
цепи сброса. Если МК продолжит «молчание», с большой долей ве-
роятности можно утверждать, что микроконтроллер «замолчал» на-
всегда.
Поговорим теперь о цепи сброса. Если вы помните, один из выво-
дов МК, названный RST, используется для внешнего сброса микро-
контроллера и программирования его памяти команд. О программи-
ровании, то есть «прошивке» МК, будет сказано подробно в следую-
щем разделе. А вот о начальном пуске МК расскажем сейчас. Пока
на вывод RST подан низкий уровень, микроконтроллер блокирован и
не предпринимает никаких действий. Но как только на вход будет
подан высокий уровень, происходит запуск на счет интервального
счетчика задержки начального пуска МК. Счетчик отсчитывает ин-
тервал, равный 210 импульсов входной частоты тактового генерато-
ра. После окончания счета и выработки сигнала прерывания с векто-
ром, равным 0, процессор начинает последовательное выполнение
команд. Кстати, при программировании МК можно выбрать вариант
с включенным или отключенным счетчиком, тогда прерывание будет
отработано сразу.
Специфика надежного запуска МК заключается в том, чтобы ус-
танавливать сигнал RST не ранее, чем питание МК достигнет 3,5 В.
Почему? Разные составные части МК начинают нормально работать
при разных уровнях напряжения питания, но все гарантированно
включаются при напряжении более 3,5 В. Если сигнал RST устано-
вить слишком рано, когда, скажем, ОЗУ МК еще не начало работать,
это однозначно приведет к сбою программы. Микроконтроллер мо-
жет сразу же «зависать», не выполнив ни одной команды. Что же де-
лать? Не предусматривать же в схеме кнопку сброса, каждый раз
удерживая ее перед пуском... Сброс должен происходить автомати-
чески, стабильно. Поэтому разработчики рекомендуют применять
для сброса МК следующую схемку (рис. 3.6). При включении пита-
ния начинает заряжаться конденсатор С через резистор R1. Таким
образом, высокий уровень на входе RST появится не сразу, а через
некоторое время, определяемое постоянной времени R1C. Диод VD
284
Осваиваем микроконтроллер
предназначен для быстрого разряда конденсатора С после выключе-
ния питания.
+5В
VD А
КД522А
с -т_
0,022мк 1
R1 Г
ЗЗк j
■CZHi
R2 100
мк|
Рис. 3.6. Простейшая схема сброса МК
Опробовав эту схему, автор остался крайне недоволен ее рабо-
той. Запуск МК происходил нестабильно, притом приходилось после
выключения питания выдерживать 5—10 секунд до полного разряда
фильтрующих конденсаторов блока питания, чтобы разрядилась ем-
кость С схемы запуска. Поиск более надежного способа сброса при-
вел к разработке схемы рис. 3.7. Проблема сразу была решена: МК
надежно сбрасывается и надежно запускается даже после серии бы-
стрых включений-выключений.
1 +5В
мк]
КС133А
Рис. 3.7. Надежная схема сброса МК
Пока напряжение питания не превышает 3,5 В, транзистор VT за-
крыт (переход «база—эмиттер» подперт резистором, образованным
включенными последовательно Rl—R2). Но как только напряжение
питания превысит 3,5 В, стабилитрон VD пробивается, то есть начи-
нает пропускать ток, и открывает транзистор VT. Резистор R2 огра-
ничивает ток в базовой цепи транзистора.
Кстати, для сброса МК можно применять специализированные
микросхемы, называемые супервизорами. Простейшие супервизоры
имеют три вывода: общий, питания и выработки сигнала RST. По су-
ти, схема, изображенная на рис. 3.7, является простейшим супервизо-
ром. Улучшенные интегральные варианты резче формируют перепад
Осваиваем микроконтроллер 285
уровня «низкий/высокий». Вы вполне сможете использовать для сво-
их конструкций микросхемы МС34064 (Motorola) и КР1171СП42
(отечественный супервизор). Последние две цифры в маркировке
отечественного супервизора свидетельствуют об уровне напряжения
питания, при котором происходит выработка сигнала RST. Для дан-
ного супервизора это 4,2 В.
3.4. Инструментальные средства отладки
и программирования
Уважаемый читатель, вы уже наверняка задумались о том, как
практически работать с МК. По ходу книги вам встречались слова
«программирование», «отладка», «инструментальные средства». Да-
вайте разберемся, что нам необходимо иметь «под рукой» из инстру-
ментальных средств, чтобы самостоятельно заниматься программи-
рованием и отладкой.
Во-первых, нужна программа, в которой можно набирать и со-
хранять в отдельном файле текст программы. Обычно разработчики
пользуются стандартным блокнотом Notepad, входящим в состав
операционной системы Windows. В блокноте набирается программа
в виде последовательности команд на языке Ассемблер. Для МК
КР1878ВЕ1 текст программы сохраняется в отдельном файле с рас-
ширением .mic. Существуют также специальные настраиваемые про-
граммы, в которых текст расцвечивается разными цветами (служеб-
ные слова, операнды и т. д.). Такие программы называются блокно-
тами с подсветкой синтаксиса, их довольно много, и можно
выбрать подходящую по вкусу. Однако для приобретения опыта луч-
ше всего пользоваться традиционным способом.
Во-вторых, программа, написанная на языке Ассемблер, не мо-
жет быть автоматически «прошита» в память МК, так как микрокон-
троллер «понимает» только последовательность нулей и единиц.
Чтобы перевести программу в так называемый бинарный (загрузоч-
ный) код, необходимо ее транслировать. Запоминайте: для выпол-
нения этой операции нам в любом случае понадобится программа
транслятора. В комплект отладочных средств МК КР1878ВЕ1 вхо-
дит программа Tessa.exe — как раз тот самый транслятор. Чтобы пе-
ревести программу на язык машинных кодов, нужно выйти в DOS,
286 Осваиваем микроконтроллер
найти директорию, в которой расположена Tessa, в командной стро-
ке набрать следующую информацию:
tessa [-key] имя_файла_1 [имя_файла_2 [+...]]
Для удобства трансляции программа может быть разбита на мо-
дули, которые размещаются в разных файлах. В командной строке
должны быть набраны имена всех файлов:
имя_файла_1 - имя головного файла;
имя_файла_2 - имя модуля.
В результате работы транслятора могут быть сгенерированы фай-
лы со следующими расширениями:
.sav — загрузочный бинарный файл;
.1st — файл листинга;
.sym, .sdf— служебные файлы для обеспечения символьной от-
ладки.
Листинг — очень удобное средство отладки, применявшееся еще
на заре вычислительной техники. В файл листинга включается не
только текст исходной программы, но также нумеруются строки с
указанием, где допущены ошибки. Сообщения об ошибках выводят-
ся в процессе трансляции, но дополнительная фиксация места ошиб-
ки облегчает ее поиск. Следует отметить, что транслятор отслежива-
ет только синтаксические ошибки, связанные с неправильной запи-
сью команд Ассемблера, их форматом. Структурные ошибки или
ошибки логики работы программы транслятор отследить не может.
Трансляция иногда производится с ключом [-key]:
[-1] - разрешает генерацию файла листинга;
[-d] - разрешает генерацию служебных файлов для обеспечения режима сивольной
отладки.
Символьная отладка — удобное средство визуализации исходно-
го текста программы, используемое в специальном отладчике.
В большинстве случаев начинающему программисту рекоменду-
ется пользоваться следующей инструкцией:
tessa -I -d file.mic
Осваиваем микроконтроллер 287
Работа с транслятором в общем-то никаких сложностей не вызы-
вает и может быть освоена за 5—10 минут. Гораздо важнее научить-
ся не делать синтаксических ошибок в самом тексте программы.
Предположим, что вы уже научились безошибочно набирать
текст программы, транслировать его, создавать загрузочные файлы,
файлы листинга и символьной отладки. Но как «отловить» ошибки,
связанные с неправильным алгоритмом? Многократно «прошивать»
программу в МК, а затем опытным путем добиваться нормального
функционирования? На такой путь уйдет слишком много времени, и
не гарантируется успешное окончание. Гораздо удобнее отмоделиро-
вать выполнение программы по шагам, наблюдая за состоянием ре-
гистров, сегментов, периферийными устройствами, прерываниями и
значениями ячеек области данных. Имитировать, или, как говорят,
эмулировать, такой режим позволяет специальный отладчик
debugger (для МК КР1878ВЕ1 это mc_win.exe).
Главное окно отладчика изображено на рис. 3.8. Сверху окна
имеется строка меню. В разделе file/load PQ_ROM file... загружается
транслированный файл с расширением .sav. В разделе file/load
DATAGRAM... возможна загрузка данных ЭСППЗУ. Воспользовав-
шись разделом file/save DATA_RAM, можно сохранить образ
ЭСППЗУ, полученный в результате отладки, в отдельный файл.
В левом окне, под строкой меню, появляется текст программы,
восстановленный после трансляции. По виду он несколько отличается
от исходного, поэтому отладку лучше проводить в символьном режи-
ме, при полном соответствии восстановленного и исходного текста.
Для этого имеется еще одно окно (оно расположено под окном восста-
новленного текста и растянуто на всю ширину окна отладчика).
В правом верхнем углу отображается состояние памяти данных
(ОЗУ) и области служебных данных. Здесь же производится подсчет
количества тактов процессора (InCLC). Сегменты, активизирован-
ные на данный момент, подсвечиваются полосами другого цвета.
Внизу окна расположены указатели положения сегментов (Seg_A,
SegB, SegC, SegD), косвенных регистров (IRO, IR1 — слева два
бита режима, справа адрес), флаги регистра статуса (status) и указате-
ли стеков (iSP — команд, dSP — данных).
Светлой полоской на нижней кромке окна подсвечены функцио-
нальные клавиши, с помощью которых осуществляется управление
288 Осваиваем микроконтроллер
Рис. 3.8. Рабочее окно отладчика debugger
отладчиком. Клавиша F1 исполняет команду, помеченную символом
«>» в окне восстановленного текста программы. Клавиша F8 перево-
дит символ «>» на нулевой адрес памяти команд. Клавиша F5 задает
так называемую точку останова программы, повторное нажатие F5
эту точку сбрасывает. Если после введения точки остановки нажать
клавишу F3, отладчик выполнит цепочку команд от текущего поло-
жения символа «>» до точки останова.
Итак, загрузив программу в отладчик и оперируя функциональны-
ми клавишами, можно наблюдать любые действия, которые соверша-
ются в МК после выполнения команд. Удобно задействовать эмуля-
цию ЭСППЗУ (если, конечно, оно используется в программе пользова-
теля). Вид эмулированного ЭСППЗУ показан на рис. 3.9. В программе
отладчика имеются и другие возможности, но они пока едва ли заинте-
ресуют начинающих, поэтому не будем забивать ими голову.
Что касается beta-версии отладчика, выполненного в среде
Windows (для справки: отладчик mc__win работает в режиме эмуля-
ции DOS), то, по мнению автора, он нуждается в существенной дора-
ботке и в существующем виде использовать его для отладки про-
грамм не рекомендуется.
Осваиваем микроконтроллер
289
Рис. 3.9. Окно эмуляции ЭСППЗУ
Мало разработать и отладить программу, нужно еще «прошить»
ее в память микроконтроллера. Сама процедура «прошивки» осуще-
ствляется обычно побитно в соответствии с алгоритмом, приведен-
ным в документации на МК. К счастью, сегодняшний начинающий
разработчик имеет возможность воспользоваться уже готовыми про-
грамматорами. Поэтому основное внимание должно уделяться напи-
санию хороших программ для МК.
Суть «прошивки» вкратце следующая. МК вставляется в панель-
ку аппаратного программатора, подключающегося к любому порту
компьютера, например к порту принтера (LPT) компьютера IBM-PC.
Запускается программа поддержки, в ней открываются все необходи-
мые бинарные загрузочные файлы, проводится загрузка данных в па-
мять МК. После завершения программирования схема аппаратного
программатора полностью обесточивается. Просто, не правда ли?
Однако даже в работе с простейшими программаторами нужно со-
блюдать несколько правил безопасности. Во-первых, нельзя пода-
вать питание, не установив МК в панель программирования. Во-вто-
рых, нельзя значительно превышать напряжение программирования,
подавая на вывод RST МК КР1878ВЕ1 напряжение более 13 В.
И в-третьих, соблюдать правила работы с портами компьютера: все
операции по подключению и отключению разъемов производить при
полностью обесточенном компьютере. Не забывайте также об эле-
ментарных правилах техники безопасности.
Разработано несколько схем программирования КР1878ВЕ1. Од-
ни схемы используют встроенный блок питания компьютера, другим
хватает напряжения, получаемого с выводов порта, третьи включают
в состав отдельный блок питания. По мнению автора, использовать
встроенный БП компьютера не рекомендуется, так как вы можете
290
Осваиваем микроконтроллер
случайно устроить короткое замыкание питающих выводов и вывес-
ти дорогостоящий БП из строя. Вариант питания непосредственно от
линий порта использован в двух оригинальных разработках ОАО
«Ангстрем». Первая разработка поддержана системой DOS и управ-
ляется только из командной строки. Она неудобна, так как не облада-
ет оперативностью, и здесь не описывается.
Вторая разработка (E03_prog.exe) работает в системе Windows.
Автор рекомендует использовать именно эту программу поддержки.
Ее внешний вид приведен на рис. ЗЛО. В полях path for *.sav file и
path for EEPROM_Data file помещаются соответственно бинарный
загрузочный файл и образ EEPROM. Поиск места положения этих
файлов производится в стандартном диалоге Windows при нажатии
кнопки browse. Файл образа EEPROM имеет расширение .dat и по-
строен по простому текстовому методу, то есть содержит таблицу
8x8, набранную в шестнадцатиричном коде, например, такую:
11
ff
ff
ff
ff
ff
ff
08
ff
22
ff
ff
ff
ff
07
ff
ff
ff
33
ff
ff
06
ff
ff
ff
ff
ff
44
05
ff
ff
ff
ff
ff
ff
04
55
-ff
ff
ff
ff
ff
03
ff
ff
66
ff
ff
ff
02
ff
ff
ff
ff
77
ff
01
ff
ff
ff
ff
ff
ff
88
Цифры должны быть отделены друг от друга пробелами.
Поле oscillator позволяет выбрать тип тактового генератора, а
также включить или выключить задержку пуска (Reset Delay). После
того как необходимые файлы помещены в соответствующие поля,
опции установлены, включено питание программатора, можно нажи-
мать кнопку start. Программатор автоматически подаст питание на
МК, «прошьет» программу в память и отключит питание МК по
окончании цикла программирования.
Теперь поговорим о той части программатора, которая на про-
фессиональном программистском жаргоне называется «железом».
Осваиваем микроконтроллер 291
Рис. ЗЛО. Окно программатора ОАО «Ангстрем»
Действительно, программа поддержки может работать только совме-
стно с дополнительной электронной схемой, которая сопрягает МК с
компьютером и блоком питания, сигнализирует о подаче и снятии
напряжения, а также выполняет основную возложенную на нее зада-
чу — безошибочного программирования внутренней памяти МК.
Оригинальная схема, предлагаемая для повторения производителем
МК, содержит в своем составе дорогие импортные преобразователи
напряжения типа ADP3000. Конечно, применение этих преобразова-
телей позволяет отказаться от дополнительного источника питания,
запитывать МК только от линий порта, но в практике радиолюбителя
лучше сэкономить деньги и изготовить дополнительный БП из под-
ручных средств. С учетом сказанного оригинальная схема была пере-
работана (рис. 3.11).
Программатор собран из недефицитных деталей на печатной пла-
те или кусочке картона. Разъемы XI и Х2 — серии D-SUB. Разъем
XI имеет 25 контактов, подключается к LPT-1 порту компьютера.
Разъем Х2 — 9 контактов (питание программатора). Длину прово-
дов, соединяющих программатор с компьютером, следует сделать
как можно меньше, так как в этом случае повышается помехозащи-
щенность и быстродействие линии связи. Максимальная длина про-
водов — 0,5 м. О конструкции блока питания будет рассказано в кон-
це раздела. Транзисторы VT1 и VT3 подают питание 12 В на вывод 4
МК, транзисторы VT2 и VT4 — 5 В на вывод 14. Светодиод HL1 сиг-
нализирует о подаче и снятии питания с МК.
292
Осваиваем микроконтроллер
Х1
Рис. 3.11. Первый вариант программатора КР1878ВЕ1
Разъем ХЗ — это стандартная 18-выводная панелька DIP. В фир-
менных промышленных программаторах в качестве этого коммута-
ционного изделия применяется специально разработанная конструк-
ция с нулевым усилием. Микросхема вставляется в такую панель,
потом ее выводы прижимаются к контактам специальным зажимом,
съем происходит в обратном порядке. Повредить ножки МК невоз-
можно, да и хороший электрический контакт гарантируется. Увы,
большинству радиолюбителей панель с нулевым усилием недоступ-
на, так как стоит она очень дорого. Конечно, можно изготовить ее са-
мостоятельно, но здесь потребуются токарные работы. Проще ис-
пользовать обычную панельку, лучше с цанговыми контактами. Как
показывает опыт, надежный контакт с такой панелью сохраняется
даже после многократных циклов перепрограммирования МК. Един-
ственное, что нужно производить очень аккуратно, это вынимать МК
из панели. Не торопитесь, подденьте МК попеременно с боков, по-
немногу, пока микросхема не будет свободно «гулять» в панельке.
В противном случае вы можете «под корень» обломить тонкие выво-
Осваиваем микроконтроллер 293
ды. Вообще попробуйте сначала потренироваться на какой-нибудь
ненужной вам микросхеме, разработайте панельку.
Как вы уже, наверное, поняли, главные недостатки описываемого
программатора — малая длина линий связи с компьютером, неудоб-
ство работы с ЭСППЗУ, подключение только к порту LPT-1, невоз-
можность верифицировать (проверить) память программ сразу после
программирования. Верифицировать программу желательно, так как
после снятия питания +12 В сделать это будет невозможно — при
следующей подаче питания +12 В память программ обнулится.
Учитывая перечисленные недостатки, радиолюбителем П. Семе-
новым совместно с автором этой книги был разработан новый про-
грамматор, в котором эти недоработки устранены. Рассмотрим вна-
чале программу поддержки progve_new.exe, внешний вид которой
изображен на рис. 3.12. Программа состоит из трех вкладок. Вкладка
«работа» — основная. На ней можно выбрать опцию программирова-
ния (память программ, ЭСППЗУ или одновременное программирова-
ние). При программировании только памяти программ все данные
ЭСППЗУ сохраняются. Бинарный файл программы вводится посред-
ством стандартного диалога Windows по нажатию кнопки «открыть».
Подача питания производится вручную нажатием кнопки «питание».
Только после этого активизируются кнопки «тест» и «прошить». Ес-
ли программатор неисправен, его тестирование без установки МК
может выявить этот неприятный факт. О том, что питание подано на
МК, свидетельствует красный цвет индикаторов +5 В и +12 В, а так-
же свечение светодиодов на плате программатора.
Вкладка «настройка» позволяет выбрать тип тактового генерато-
ра, включить или выключить задержку пуска МК, выбрать порт
(LPT-1 или LPT-2), а также настроить программатор на работу с
длинным кабелем связи посредством выбора значения «пауза в цик-
ле». Дело в том, что МК подтверждает прием каждого бита ответным
сигналом, и из-за большой длины кабеля сигнал может вовремя не
дойти до порта (так называемая емкостная задержка). Поэтому при-
ходится для длинных линий несколько увеличивать время цикла «за-
пись—ответ». Оптимальное время задержки (в миллисекундах) сле-
дует подобрать экспериментально, но для коротких кабелей оно при-
мерно равно 5—8, для длинных — 12—20. В любом случае не
рекомендуется использовать провод связи длиной более 1,5 м.
294
Осваиваем микроконтроллер
Ц\ н-^аьие
а)
П LPT? Г'* Lir!"2
.v Задержка г^скс
V' Проб^оклзаписи
в)
Рис. 3.12. Окно программатора П. Семенова:
a — вкладка «Работа»; б — вкладка «Настройка»; в — вкладка «Редактор»
Осваиваем микроконтроллер 295
Вкладка «редактор» позволяет задавать данные ЭСППЗУ как не-
посредственно (в окне встроенной таблицы), так и из файла. Возмож-
но считывание информации из ЭСППЗУ, сохранение ее в файл. Ре-
дактор работает как с шестнадцатиричными, так и с десятичными
числами.
Последовательность работы с программатором следующая: от-
крыть необходимые файлы, включить питание, нажать кнопку «про-
шить», дождаться окончания программирования (индикатор загруз-
ки в нижней части окна заполнит всю строку) и отключить кнопкой
«питание». Вставлять и вынимать МК из панельки можно, убедив-
шись в отсутствии питания на аппаратном программаторе (светодио-
ды не горят).
Схема программатора изображена на рис. 3.13, двухсторонняя
печатная плата — на рис. 3.14, а, сборка — на рис. 3.14, б. Микросхе-
мы D1 и D1 — буферные. Они используются для обеспечения надеж-
ной работы программатора в условиях подключения длинного про-
вода связи. В остальном аппаратная часть особенностей не имеет и в
налаживании не нуждается. Получить программу поддержки можно
с сайта издательства или по электронной почте, прислав письмо на
E-mail: Solon-Avtor@coba.ru (в теме сообщения напишите «Про-
грамматор Павла Семенова»).
Итак, программатор вами изготовлен, получены навыки по про-
граммированию МК. Что дальше? А дальше программируйте на здо-
ровье! Все необходимые инструменты в вашем распоряжении. Не-
сколько советов в завершение. Если возникнет необходимость, можно
изготовить макетную плату, разместив на ней только кварцевый резо-
натор, цепь сброса, панельку под МК и два разъема, которые подклю-
чены к обоим портам. Вам остается только перекинуть перемычки в
отлаживаемую схему. Автор разработал такую плату, но здесь не при-
водит по причине крайней простоты. Вы сами сможете разработать
такую плату по своему вкусу и под имеющиеся в наличии детали.
Возможная схема блока питания приведена на рис. 3.15. Автор
собрал ее за час из подручных деталей. Подойдут даже параметриче-
ские стабилизаторы (в крайнем случае), так как потребление тока
при программировании невелико. Но лучше изготовить БП помощ-
нее — он пригодится не только для программирования, но и во мно-
гих других случаях.
296
Осваиваем микроконтроллер
D1.D2 К555ЛП8
Х1
Рис. 3.13. Вариант программатора П. Семенова
Осваиваем микроконтроллер
297
1H—I Tt'IV:
га
С
га
т.
о
о.
в
О
/..: :
lee <
oeo <
-0000 с
еео <
о о о <
с
0 0 0 е 0 в
»\ о о 0 0
>-
о
о о о
УЧ» М ° ° » *
О
е ее
о ее
X
CD
о
Q.
о
Рис. 3.14, а. Печатная плата
298
Осваиваем микроконтроллер
х
S
СМ
о о о
о о о
о
о
о
0
о
о
0
о
о
X
п-
о
о
о
о
о
0
о
о
о
ш
ю
+
*д
см
X
о
о
ц
А
А
У
А
А
А
А
А
А
о
—^
"СО
"СО
-со
Рис. 3.14, б. Сборочный чертеж в масштабе 2:1
D1
КР142ЕН5А
I
IOOOmk T
258 I I
сз
ЮОмк
25В
D2 КР142ЕН8Б
|10О0мк |
| 25ВI |
С4
ЮОмк
25В
< 2 +5В
< 3 Общий
< 1 +12В
VD1 - VD8 - КД209А
Т1 - ТПП205 -127/220 - 50В
Рис. 3.15. Возможная схема блока питания
Осваиваем микроконтроллер 299
3.5. Цифровой синтезатор частоты
Если вы помните, автор обещал вернуться ближе к концу книги в
область высококачественного радиоприема, поскольку цель этой
книги — построение современного УКВ стереоприемника. «Не
слишком ли крутой переход от программирования к аналоговой схе-
мотехнике?» — спросите вы. В том-то и дело, что переход этот дела-
ется как нельзя кстати.
Давайте зададимся таким вопросом: как нам быстро найти в эфи-
ре ту или иную радиостанцию? Классический вариант, использую-
щийся давно, предполагает наличие специальной шкалы, на которую
нанесены частотные риски. Совпадение риски с указателем, переме-
щающимся под действием ручки настройки, знаменует совпадение
частот настройки приемника и передающей радиостанции. Способ,
прямо скажем, довольно грубый. Вы можете убедиться в этом, взяв в
руки старенький промышленный УКВ приемник. Небольшой пово-
рот ручки настройки — и из динамика слышны звуки другой радио-
станции, а указатель шкалы почти не переместился. Неудобно также
запоминать частоты полюбившихся радиостанций. В свое время ав-
тор видел радиоприемники, владельцы которых наклеивали на шка-
лу настройки кусочки изоленты, чтобы отметить любимую волну.
В современных условиях возможна не только высокоточная уста-
новка частоты приема, но еще и занесение в память приемника час-
тоты настройки, и мгновенное извлечение из памяти при необходи-
мости. Задача эта под силу только синтезатору частоты настройки,
включающему в свой состав как аналоговую, так и цифровую части.
Без использования микроконтроллера в области синтезирования час-
тоты ныне вообще нечего делать.
Итак, что представляет собой цифровой синтезатор частоты?
Взгляните на рис. 3.16. Генератор G1 — так называемый опорный
генератор, частота которого поддерживается с высокой точностью.
Наиболее часто в качестве задающего элемента генератора использу-
ется кварцевый резонатор. Частота этого генератора подвергается де-
лению с коэффициентом п в блоке А1 до значения, соответствующе-
го требуемой сетки частот, или шага, с которым возможна пере-
стройка частоты приема. Шаг перестройки не должен быть слишком
большим, иначе некоторые станции могут быть пропущены. Бес-
300
Осваиваем микроконтроллер
смысленно делать шаг слишком маленьким, поскольку важна также
скорость перестройки, да и качество звучания приемника от этого не
повысится. Очевидно, сетка частот будет определяться шириной по-
лосы пропускания тракта ПЧ супергетеродинного приемника. Опти-
мальный шаг составит приблизительно 0,1—0,05 от ширины полосы
пропускания ПЧ.
G1
А1
A3
Z1
А
А2
G2
1 ГУ
ГУН
fryH
Рис. 3.16. Схема цифрового синтезатора частоты
В составе синтезатора частоты имеется генератор, управляемый
напряжением (ГУН) G2, который одновременно является гетероди-
ном радиоприемника. Частота этого генератора также делится с коэф-
фициентом т в блоке А2. Опорная частота и частота ГУН (естествен-
но, уже поделенные) подаются на фазовый детектор A3, который фор-
мирует управляющий сигнал, пропорциональный фазовой, а значит, и
частотной ошибки между обоими сигналами. Сигнал фазовой ошибки
проходит через ФНЧ Z1 и подстраивает частоту ГУН до момента сов-
падения опорной частоты и частоты ГУН (с точностью до фазы).
Опуская математические выкладки, можно сразу записать конечный
результат, который показывает, как формируется частота ГУН:
f ~-f
J ГУН -~ JG '
ft
Хорошо видно, каким способом мы можем перестраивать синте-
затор. Достигается это изменением коэффициента деления m счетчи-
ка А2. Еще один немаловажный факт: сам по себе ГУН может обла-
дать весьма невысокой стабильностью, но синхронизированный
кварцевым генератором он приобретает стабильность последнего!
Осваиваем микроконтроллер 301
Вы спросите: а нельзя ли обойтись в данном случае без фильтра
Z1, ведь фазовый детектор уже имеет в своем составе фильтр, выде-
ляющий сигнал фазовой ошибки? Нельзя. И более того, фильтр Z1 —
это не просто интегрирующая цепочка, а рассчитанная по достаточно
непростой методике пропорционально-интегрирующая цепь. Осо-
бенность такой цепи заключается в искусственном приостановлении
спада частотной характеристики в области высоких частот добавле-
нием последовательно с конденсатором активного сопротивления.
Зачем? Во-первых, синтезатор частоты построен на основе знакомой
дам система ФАПЧ, в которой принципиальным моментом является
наличие обратной связи. Раз есть обратная связь, значит, появляется
понятие устойчивости системы в целом. Нужно так соблюсти фазо-
вые сдвиги, чтобы в петле не возникла генерация. Во-вторых, систе-
ма ФАПЧ в данном случае должна быстро реагировать на процесс
перестройки частоты (представьте, что вы перестроились на другую
волну, а приемник медленно «плывет» к заданной точке), но в то же
время не реагировать на случайные помехи, скачки напряжения и
прочие дестабилизирующие факторы.
Обеспечить устойчивость петли ФАПЧ — задача наиболее слож-
ная и нетривиальная. Если сравнивать ту же самую задачу примени-
тельно к усилителям низкой частоты, то в них для получения устой-
чивости петли обратной связи достаточно бывает немного «подва-
лить» коэффициент усиления на высоких частотах. Совсем
по-другому обстоит дело с синтезаторами. Решить эту задачу мето-
дом проб и ошибок очень трудно, так как часто оказывается, что «за-
вал» высоких частот в петле приводит не к устранению, а к усилению
генерации. Бывает, что система может мягко «успокаиваться» и че-
рез некоторое время так же мягко снова начать «генерить». К слову,
автору пришлось сразиться с генерацией в петле ФАПЧ, и он воочию
убедился в том, что «метод научного тыка» здесь себя не оправдыва-
ет. Только обратившись к построению математической модели сис-
темы, компьютерному анализу ее фазовых характеристик, удалось
«успокоить» синтезатор. В принципе для конструкций, описанных в
книге, с помощью этого метода была обеспечена устойчивая работа
и повторяемость результатов. Но если вы захотите что-то изменить,
разработать свою конструкцию, не исключено, что вам также при-
дется провести экспресс-анализ. Советую не ломать копья, а обра-
302
Осваиваем микроконтроллер
титься к литературе [64]. Теория, содержащаяся в этой книге, помо-
жет вам найти оптимальные решения проблем.
В мире сегодня выпускается множество разных синтезаторов час-
тоты для профессиональной и любительской аппаратуры. Увы, по-
давляющее большинство микросхем непригодно для радиолюби-
тельского творчества по причине высокой интегрированное™, узко-
го применения, неудобных в монтаже корпусов и высокой
стоимости. Но не стоит огорчаться, так как выпускаются и простые
варианты, как нельзя лучше подходящие радиолюбителю, работаю-
щему в домашних условиях. Например, фирма «Филипс» давно ос-
воила и выпускает микросхемы SAA1057 и TSA6057. Недавно авто-
ру стало известно, что ОАО «Ангстрем» осваивает выпуск микросхе-
мы КР174ПЛ1 — полного аналога TSA6057. Хотелось бы, чтобы эта
микросборка появилась на рынке как можно раньше. А пока рассмот-
рим в качестве примера микросхему SAA1057 и опишем конструк-
ции на ее основе. Впрочем, TSA6057 незначительно отличается по
своим возможностям, способам программирования. Освоить ее так-
же несложно.
Итак, микросхема SAA1057 стоит примерно 2 доллара и выпус-
кается в 18-выводном корпусе DIP. Назначение выводов показано в
табл. 3.9, электрические характеристики приведены в табл. ЗЛО.
Таблица 3.9. Назначение выводов SAA1057
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
TR
ТСА
ТСВ
DCS
IN
OUT
Vcc3
FFM
Vcci
DCA
FAM
DATA
Выводы подключения элементов, обеспечивающих
работу фазового детектора
Вывод подключения блокировочного конденсатора
Вход буферного усилителя
Выход буферного усилителя
Вывод питания выходного усилителя
Вход частоты ГУН ЧМ
Вывод питания цифровой ВЧ части
Входной разделительный конденсатор
Вход частоты ГУН AM
Линия программирования синтезатора
Осваиваем микроконтроллер
303
13
14
15
16
17
18
DLEN
CLB
Vee
Vcc2
XTAL
TEST
Линии программирования синтезатора
Общий вывод
Вывод питания цифровой и аналоговой НЧ части
Вывод подключения кварцевого резонатора
Тестовый вывод
Таблица 3.10. Электрические характеристики SAA1057
Параметр технических условий
Напряжение питания:
на выводе V^
на выводе Vcc2
на выводе V^
Ток потребления:
в режиме AM
в режиме ЧМ
по выводу Vcc3
Входная частота AM
Входная частота ЧМ
Входная емкость по выводу 11
Входная емкость по выводу 8
Частота кварцевого генератора
Входные сигналы DLEN, CLB, DATA:
низкий уровень
высокий уровень
Установка сигналов DLEN, CLB, DATA
Удержание сигналов DLEN, CLB, DATA:
DATA to CLB
DLEN to CLB
Время готовности к приему следующего
пакета данных (асинхронный режим)
Мин.
3,6
3,6
Vcc2
0,3
512
70
—
—
—
0
2,4
5
0
2
0,3
Норма
5
5
16
20
0,8
—•
—
3,5
3,0
4,000
—
—
—
—
Макс.
12
12
31
1,2
32000
120
—
—
—
0.8
Vcd
—
—
—
Ед. изм.
В
мА
кГц
МГц
пФ
пФ
МГц
В
МКС
МКС
мс
Структурная схема SAA1057 показана на рис. 3.17. Цифрами на
ней обозначены:
1 — входной каскад ЧМ сигнала;
2 — входной каскад AM сигнала;
3 — делитель на 10;
304
Осваиваем микроконтроллер
4 — встроенный стабилизатор напряжения;
5 — интерфейсная схема программирования;
6 — мультиплексор;
7 — 15-битный программируемый счетчик;
8 — фазовый детектор;
9 — блокировка слова А (15 бит);
10 — блокировка слова В (15 бит);
11 — регистр-защелка (16 бит);
12 — цифровой фазовый детектор;
13 — счетчик;
14 — сумматор;
15 — делитель частоты опорного генератора (коэффициент 100
или 125);
16 — программируемый токовый усилитель;
17 — буферный каскад;
18 — опорный кварцевый генератор;
19 — схема формирования тестового сигнала.
Рис. 3.17. Структурная схема SAA1057
Осваиваем микроконтроллер
305
Программирование синтезатора осуществляется с помощью двух
слов длиной по 16 бит каждое. Слово «В», содержащее служебную
информацию, «прошивается» в первую очередь, слово «А» содержит
данные о частоте настройки. Важно отметить, что, если читатель
предполагает использовать синтезатор только в диапазоне ЧМ, слово
«В» можно «прошить» только один раз, при включении приемника.
Структура управляющих слов показана на рис. 3.18. 16-й бит каждо-
го слова определяет принадлежность его к той или иной группе (А
или В). До введения любого слова должно быть установлено состоя-
ние leading zero (ведущий ноль), о котором будет сказано позже. Сло-
во «А» может программироваться в диапазоне от 512 до 32767 (в де-
сятичном представлении, естественно) и других особенностей не
имеет. А вот слово «В» требует значительно более подробных пояс-
нений. Рассмотрим последовательность бит при программировании
слова «В».
1
ileading
1 zero
1
t
о
1
2»
FM
I 2" I 212 I
|refh| срз |
211
CP2
CP1
29
CPO
28
SB2
27
SLA
| 26 | 25 | 24
|pdmi[pdmo|brm
23
T3
T2
21
T1
2°
TO
|a
|b
Рис. 3.18. Структура управляющих слов
— FM — селектор АМ/ЧМ («1» — ЧМ, «О» — AM);
— REFH — шаг сетки частот (в режиме ЧМ: «1» — 12,5 кГц,
«О»—10,0 кГц;
в режиме AM: «1» — 1,25 кГц, «0» — 1,00 кГц);
— СРЗ, СР2, СР1, СРО — биты выбора режима выходного тока
программируемого токового усилителя (согласно табл. 3.11).
Таблица 3.11
СРЗ
0
0
0
0
1
СР2
0
0
0
1
1
СР1
0
0
1
1
СРО
0
1
0
0
0
'вых» МА
0,023
0,07
0,23
0,7
2,3
306 Осваиваем микроконтроллер
Примечание. Не рекомендуется использовать в схемах синтезатор,
настроенный в соответствии с первой строкой табл. 3.11, так как
в этом случае значительно снижается скорость перестройки по
диапазону и возрастает вероятность самовозбуждения.
— SB2 — бит автоматической установки. В случае, если этот бит
программируется в «О», младшие 8 бит слова «В» автоматически ста-
новятся нулями;
— SLA — бит способа передачи («1» — синхронная, «О» — асин-
хронная);
Примечание. Пользоваться рекомендуется только асинхронным
способом передачи.
— PDM1, PDM0 — биты управления цифровым фазовым детек-
тором (согласно табл. 3.12)
Таблица 3.12
PDM1
0
1
1
PDM2
X
0
1
Состояние цифрового фазового детектора
Автоматическое включение/выключение
Постоянно включен
Постоянно выключен
BRM — бит включения выходного усилителя, позволяющий от-
ключить усилитель в моменты передачи данных («1» — автоматиче-
ское отключение; «О» — постоянное включение);
Примечание. Эксперименты, проведенные автором с этим битом,
не выявили существенной разницы режимов. Рекомендуется посто-
янное включение.
ТЗ, Т2, Т1, ТО — биты задания тестового сигнала (рекомендуется
эти биты программировать нулями).
Программирование синтезатора частоты осуществляется по диа-
грамме, приведенной на рис. 3.19. Вначале все три линии (DLEN,
CLB, DATA) устанавливаются в нулевое состояние. После этого ли-
ния DLEN переводится в состояние «1» и стробируется импульсом
по входу CLB. Внимание! Линия данных DATA находится в состоя-
нии leading zero.
Осваиваем микроконтроллер
307
leading
zero
Рис. 3.19. Программирование синтезатора
частоты
Далее поступает пакет данных, стробируемых по входу CLB. По-
сле окончания передачи пакета данных (первым должен быть пере-
дан бит 16, последним — бит 0) линия DLEN переводится в состоя-
ние нуля и следует стробирующий импульс по входу CLB. Если по-
следняя операция не будет выполнена, синтезатор не сможет начать
работу. Помните об этом! Рекомендуется также цикл записи бита вы-
полнять за время не менее 30 мкс.
Типовая схема включения синтезатора на базе SAA1057 приведе-
на на рис. 3.20.
+5В
+30В
П 2.2_L JLiO JL
мкФ
47мкФ
ЮнФ
10
Вход ЧМ
180
b-dh
■Ш-*—I
1нФ
22нФ
Вход AM -
11
| нФ~Т~ "Т~нФ
1 12 13 7
100
нФ
VCC1 VCC2 TR TCA TCB VCC3
DCS OUT
DCA
SAA1057 IN
FFM TEST
FAM DLEN CLB DATA VEE XTAL
5 I.
18
10k
к ГУН
18к
ЗЗОнФ
113 114 112 |15
Рис. 3.20. Типовая схема включения SAA1057
27пФ
308 Осваиваем микроконтроллер
3.6. «Чтобы прозреть».
Буквенно-цифровые ЖКИ
Если вы помните, лицевая панель классического радиоприемника
содержит множество органов визуального отображения информа-
ции. Здесь располагаются регуляторы громкости с нанесенными де-
лениями, шкала настройки, различные переключатели режимов, ин-
дикаторы. Современный радиовещательный приемник устроен так,
что имеет всего несколько кнопок, а максимум необходимой для
пользователя информации отображается на цифровом табло. Обычно
табло выполняется на основе технологии жидких кристаллов (ЖКИ),
на нем отображается частота настройки, состояние внутренних уз-
лов, уровни сигналов, информация RDS и многое другое. Ведущие
фирмы специально разрабатывают ЖКИ под конкретную модель,
компонуют отображаемую информацию по принципам эргономики.
Радиолюбителю, конечно, едва ли удастся воспользоваться таким
специализированным индикатором. И все же попробуем применить
современные технологии к оформлению наших конструкций, вос-
пользуемся готовыми изделиями широкого применения, благо они
распространены на отечественном рынке, доступны и недороги.
Внешне ЖКИ широкого применения выглядят, конечно, не так кра-
сиво, как специализированные ЖКИ, но для самодельной аппарату-
ры этого достаточно. К тому же объем выводимой информации со-
перничает с хорошими фирменными моделями. Например, автор без
особого труда вывел на описываемый ЖКИ частоту настройки (с
точностью до 10 кГц), выполнил индикацию режима настройки
(плавная или фиксированная), номер фиксированной настройки. При
желании можно, доработав схему, индицировать режим «мо-
но/стерео».
Буквенно-цифровые ЖКИ выпускаются сегодня многими фирма-
ми за рубежом (Optrex Corporation, Intech, Powertip, Data Vision,
Seiko Instruments, Az Displays), проходят их освоение у нас в стране.
Индикаторы различаются количеством строк, количеством выводи-
мых символов в строке, типом жидких кристаллов, наличием или от-
сутствием подсветки. Конструкция индикаторов представляет собой
печатную плату, на которой расположены выводы подключения и
управляющие элементы. Сверху на печатной плате закреплено жид-
Осваиваем микроконтроллер
309
кокристаллическое табло в металлической оправке. Индикатор кре-
пится к лицевой панели с помощью четырех отверстий, расположен-
ных по углам печатной платы. Внешний вид 16-символьного индика-
тора DV-16100 показан на рис. 3.21. Подробную техническую
информацию относительно применения, номенклатуры и особенно-
стей ЖКИ можно получить как с серверов фирм-производителей, так
и из книг [66]. Целью этого описания является знакомство с ЖКИ.
OUUUUUUUUUUUUUU
Рис. 3.21. Внешний вид ЖКИ DV-16100
В основе схемы управления всех буквенно-цифровых ЖКИ ле-
жит специализированная микросхема KS0066 или ее аналоги (на-
пример, HD44780), которая имеет большое число выводов, часть из
которых подключена к жидкокристаллическому табло, а часть вы-
ведена для подачи управляющих сигналов. Управление типовым
индикатором осуществляется с помощью 16-контактного разъема,
причем два контакта (15 и 16) могут быть не задействованы, если
отсутствует подсветка индикатора. Технология отображения симво-
лов может быть разной: супертвист нематической, черно-белой и
отражающей. Различаются и способы подсветки: электролюминес-
центная, светодиодная, флуоресцентная с холодным катодом. Важ-
но отметить, что все индикаторы, обладающие элементами подсвет-
ки, значительно дороже по стоимости в сравнении с такими же
ЖКИ, но не имеющими подсветки. Более того, супертвист немати-
ческий — способ отображения на самом деле самый неудачный,
так как формируемые символы обладают малой контрастностью,
видны не под всеми углами. И тем не менее эти индикаторы самые
дешевые, поэтому автор рекомендует использовать их в радиолю-
бительских конструкциях. Кстати, подсветку можно сделать само-
310
Осваиваем микроконтроллер
стоятельно, обточив и прикрепив по контуру индикатора несколько
светодиодов.
Разберемся теперь, как управлять индикатором. Назначение
управляющих выводов приведено в табл. 3.13.
Таблица 3.13. Назначение выводов стандартного ЖКИ
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Vss
vdd
Vee
RS
R/W
E
DBO
DB1
DB2
DB3
DB4
DBS
DB6
DB7
LEDA
LEDB
Общий вывод
Питание
Управление контрастностью
Управление «данные/команды»
Управление «чтение/запись»
Импульс строба
Шина данных и команд
Шина данных и команд
Шина данных и команд
Шина данных и команд
Шина данных и команд
Шина данных и команд
Шина данных и команд
Шина данных и команд-
'Питание подсветки
Питание подсветки
Данные могут поступать в ЖКИ по 8- или 4-разрядной шине (при
нехватке разрядов МК) по линиям DB0-DB7 или DB4-DB7. При этом
для отображения символов использован так называемый принцип
знакогенератора. В памяти управляющей микросхемы жестко «про-
шита» таблица символов (рис. 3.22). Соответствующий символ ото-
бражается при приеме информации по линиям DB0-DB7. Из
рис. 3.22 хорошо видно, что комбинация из 8 бит содержит 255 уни-
кальных ячеек знакогенератора. К слову, знакогенератор может быть
русифицированным, то есть иметь набор букв кириллицы или не
иметь не только русских букв, но даже и английских, а, например,
Осваиваем микроконтроллер
311
только иероглифы. Естественно, набор символов обязательно поме-
чается в маркировочном названии. Обращайте на это обстоятельство
внимание при покупке индикатора!
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
А
В
С
D
Е
F
0
1
2
I
II
#
$
&
•>
С
*
+
—
и
/
3
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
а
а
D
•>
<
=
>
?
4
a
R
в
с
D
Е
F
G
Н
I
J
К
L
М
N
0
5
Р
Q
R
5
Т
и
и
и
X
V
Z
[
Ф
]
/ч
__
6
ч
a
b
с
d
е
f
g
h
•
l
i
j
k
1
m
n
о
7
p
r
s
t
u
и
u
X
У
z
ID
IE
15
<J
8
9
A
Б
Г
Ё
3
И
И
Л
П
У
ф
ч
ш
ъ
В
ю
я
6
в
г
G
Ж
Э
И
V
м
К
Л
М
Н
Ып
Э|т
с
Ч
Ш
ъ
и
ь
э
ю
я
<<
>>
ее
7?
D
i
1
II
II
• i
у
X
У
I
I
t
\
К
fr
E
Д
Ц
Щ
д
Ф
4
Щ
•
1 1
9
11
LI
•;;•
о
F
-"
>
>[
§
I
Рис. 3.22. Знакогенератор ЖКИ (русифицированный)
Управлять индикатором в режиме простого ввода символов (ко-
гда символы выводятся последовательно, один за другим) просто:
достаточно подать на линии DBO—DB7 код символа, а затем провес-
ти стробирование по входу Е. Запись данных произойдет по спаду
сигнала Е. Сигнал RS в этом случае должен находиться в положении
«1», а сигнал R/W — в положении «О».
На самом деле полный цикл управления индикатором несколько
сложнее. Дело в том, что в режиме простого вывода символов, как
312
Осваиваем микроконтроллер
уже было сказано, знакоместа заполняются слева направо, последо-
вательно. А если необходимо будет очистить индикатор или изме-
нить что-то после вывода, в определенном знакоместе? Вот тут на
помощь придет система управляющих команд. Добавим, что перед
началом работы индикатор также должен быть сконфигурирован,
иначе он не сможет работать. Учитывая это, разработчики ввели ото-
бражение курсора (постоянно горящего или мерцающего), возмож-
ность его отключения, различные сдвиговые режимы (режимы про-
крутки отображаемой информации). Если с курсором все понятно, то
зачем нужны сдвиги? Дело в том, что данные, вводимые в память ин-
дикатора, не теряются, а фиксируются во внутреннем ОЗУ, рассчи-
танном на 80 символов. Но вот индикатор DV-16100 содержит, на-
пример, только 16 отображаемых знакомест. Остальные введенные
символы не видны, но их можно просмотреть и отредактировать,
оперируя командами прокрутки.
Еще одна интересная особенность — индикатор может работать
как в однострочном, так и в двухстрочном режиме. «Как это возмож-
но, — спросит читатель, — если имеется всего одна строка?» Очень
просто, например, для DV-16100 первые 8 символов принадлежат
первой строке, а вторые 8 — строке номер два. Всего же обеим стро-
кам принадлежит по 40 символов. Если сконфигурировать одно-
строчный режим, все возможности индикатора не будут использова-
ны. Поэтому рекомендуется пользоваться режимом двух строк.
Запись команд происходит также по стробу Е, при этом сигналы
RS и R/W устанавливаются в положение «0». Код команды переда-
ется по линиям DB0—DB7. В табл. 3.14 приведены основные ко-
манды типового ЖКИ.
Таблица 3.14. Команды управления ЖКИ
Код команды
DB7
пг
0
0
DB6
0
0
0
DB5
0
0
0
DB4
0
0
0
DB3
0
0
0
DB2
0
0
1
DB1
0
1
I/D
DB0
1
X
SH
Описание команды
Очистка индикатора
Возврат курсора в начальное положение
Установка режима ввода:
I/D — увеличение/уменьшение адреса ОЗУ;
SH — сдвиг дисплея вправо/влево
Осваиваем микроконтроллер
313
Код команды
DB7
0
0
0
0
1
DB6
0
0
0
1
АС6
DB5
0
0
1
АС5
АС5
DB4
0
1
DL
АС4
АС4
DB3
1
S/C
N
АСЗ
АСЗ
DB2
D
R/L
F
АС2
АС2
DB1
С
X
X
АС1
АС1
DB0
В
X
X
АСО
АСО
Описание команды
Команда включения диспления:
D — включение/выключение курсора;
С — включение/выключение курсора;
В — управление мерцанием курсора
Сдвиг курсора или дисплея:
S/C — сдвиг курсора/дисплея;
R/L — сдвиг вправо/влево
i|
Команда конфигурации: j
DL — разрядность шины;
N — количество строк дисплея;
F — размер шрифта знакогенератора
Установка адреса знакогенератора
пользователя
Установка адреса встроенного ОЗУ
(однострочный режим — от ООп до 4Fh;
двухстрочный — от ООп до 27п
и от 40п до 67п)
Следует отметить, что в составе ЖКИ имеется несколько ячеек, в
которые можно заложить собственные символы знакогенератора.
Процедура программирования пользовательских символов довольно
хитрая, поэтому здесь не приводится. Лучше использовать встроен-
ные символы.
Существуют команды чтения из ОЗУ кодов введенных символов
и чтения состояния управляющей микросхемы. Эти операции осуще-
ствляются при установке сигнала R/W в положение «1». Команда
чтения состояния позволяет определить, выполняет ли индикатор в
данный момент какие-либо операции или ждет приема информации.
Команда выполняется при установке сигнала RS в положение «О».
Если линия DB7 установлена управляющей микросхемой в высокое
состояние, это свидетельствует о занятости индикатора — операции
вывода производить нельзя. Радиолюбителю рекомендуется пользо-
ваться более простой операцией вывода, когда после выполнения
любой команды дается задержка перед следующей на время не менее
40 мкс.
314
Осваиваем микроконтроллер
Последний вопрос связан с питанием индикаторов. Потребляют
они сущий пустяк — до 10 мА при напряжении питания 5 В. Не реко-
мендуется превышать значение питающего напряжения выше 7 В.
Регулировку контрастности следует осуществлять в соответствии со
схемой, приведенной на рис. 3.23. Резистором R необходимо добить-
ся такого положения, при котором отображаемые на табло символы
будут наиболее контрастными, а засветка знакомест — минималь-
ной. Поэкспериментируйте с этим резистором при разных положени-
ях индикатора в пространстве.
+5В
Рис. 3.23. Питание ЖКИ
И еще один совет. Индикатор слабо защищен от наводок по це-
пям питания, отображаемая информация может сбиваться. Поэтому
рекомендуется периодически ее обновлять, скажем, с периодом в
1 секунду. Мерцания табло вы практически не заметите, а помехоза-
щищенность возрастет.
ЧАСТЬ ЧЕТВЕРТАЯ
Создаем цифровой стереотюнер
Ну вот мы и подошли к конечной цели нашей книги — изготовле-
нию высококачественного стереофонического тюнера. Его схема
представлена на рис. 4.1. На первый взгляд хитросплетение сигналь-
ных линий немного пугает. Но не отчаивайтесь, приглядитесь внима-
тельно, и вы увидите знакомые узлы. Давайте вспомним, что к чему
относится.
На микросхеме D1 собрана радиоприемная часть, включающая в
себя УВЧ, УПЧ и стереодекодер. Такой блочок вы собирали и на-
страивали в разд. 2.3. Индикатор HL1 служит элементом точной на-
стройки, индикатор HL2 включается при приеме стереопередачи. Ва-
рикапы VD1—VD4 относятся к узлу точной настройки. Транзистор
VT1 работает в каскаде буферирования гетеродинного сигнала. Он
построен на полевом транзисторе по типовой схеме истокового по-
вторителя. Катушка L1 относится к ВЧ тракту (преселектор), L2 —
гетеродинная. Катушка L3 работает в тракте ПЧ, L4 — контур час-
тотного детектора. Намоточные данные катушек можно взять, на-
пример, из описания схемы рис. 2.39. Переключатель S1 может при-
нудительно задавать режим «моно». Резистором R7 настраивается
частота свободных колебаний ГУН стереодекодера.
Собственно, вы можете уже приступать к сборке тюнера, не до-
жидаясь окончания рассказа о работе всей схемы. Тем более что от-
лаживать схему по узлам намного удобнее, чем, собрав всю схему
сразу, ломать голову в поиске ошибок. Печатная плата приемника
изображена на рис. 4.2, я, сборочный чертеж — на рис. 4.2, б. Плата
выполнена из одностороннего фольгированного стеклотекстолита.
Соберите на плате радиоприемную часть, найдите на ней место
соединения резисторов R1 и R5, подключите к этой точке перемен-
ный резистор, как показано на рис. 4.3. Проводя стандартную опера-
цию настройки, добейтесь работоспособного состояния радиоприем-
ной части. В дальнейшем вам потребуется немного подстроить тракт
радиоприема. УНЧ подключите к выводам 14 и 13 микросхемы D1.
316
Создаем цифровой стереотюнер
+Unnr 5B
0,022м*
R37 [71 С40 I IF—
Юк
VD1-VD4-KB109B(Q
Н1.1-Н1_2-АЛ307БМ
HL1 - "настройка"
HL2 - "стерео"
51 - "моно/стерео"
52 - "зались"
53 - "плавно/фиксир"
54 - •-•
S5-"+"
VT1 - КПЗОЗБ(В)
Рис. 4.1. Стереофонический тюнер с электронной настройкой. Схема
электрическая принципиальная
15
1
14
7
9
6
D
R
Г)
С.
R
D5 К561ИР2
16
RG
RG
1
1
2
4
8
1
2
4
8
13
12
11
2
5
4
3
10
Создаем цифровой стереотюнер
317
Рис. 4.1. Продолжение
318
Создаем цифровой стереотюнер
Рис. 4.2, а. Печатная плата
Создаем цифровой стереотюнер
319
ПГ>
Рис. 4.2, б. Сборочный чертеж
320 Создаем цифровой стереотюнер
Считаем, что вы успешно настроили приемник. Теперь необходи-
мо собрать выходной ФНЧ на микросхеме D2. После сборки пере-
ключите УНЧ на выводы конденсаторов СЗЗ и С34, проверьте рабо-
ту фильтра. Никакой настройки ФНЧ не требуется, и, если фильтр
работает, о его существовании можно просто забыть.
Забудем на время о существовании радиоприемной части, при-
ступим к отладке блока микроконтроллера. Сюда входят МК
КР1878ВЕ1 (D4), регистр К561ИР2 (D5) и буквенно-цифровой ЖКИ
DV-16100NRT/R (D6). К выводам порта А микроконтроллера под-
ключены кнопки S2—S5, осуществляющие настройку тюнера, зане-
сение в память настроек и переключение режимов. Для задания так-
товой частоты используется керамический резонатор Z3 фирмы
Murata. Его частота — 400 кГц.
Транзистор VT2 работает в цепи сброса МК. К линиям порта В
подключен синтезатор частоты D3 и схема индикации. Чтобы ис-
пользовать ЖКИ, автору пришлось ввести в схему регистр D5. За-
чем? Давайте подсчитаем. На управление синтезатором частоты уже
израсходовано три линии порта В, следовательно, для индикатора ос-
тается 5 линий при необходимости иметь 11. Если даже мы не будем
производить операцию чтения состояния ЖКИ, остается 10 линий.
Все равно много! Сократить число линий можно только за счет уве-
личения времени вывода символа, когда в регистр D5 последователь-
но «набивается» 8-разрядный код (данные поступают на вывод D и
стробируются импульсом по входу С). После окончания «набивки»
на выходных выводах D5 «застревает» введенный код. Остается
только указать ЖКИ, что это команда или данные, и провести стро-
бирование уже по входу Е индикатора. Указанный способ позволил
сократить число линий до четырех. Естественно, пришлось соответ-
ствующим образом разработать и программное обеспечение для МК.
R5
JR1
Рис. 4.3. К отладке радиоприемной части
Создаем цифровой стереотюнер
321
Резисторы R39—R45 — токоограничительные (защитные), ре-
зистор R46 устанавливает контрастность ЖКИ. Программа МК
учитывает так называемый дребезг контактов S2—S5, когда про-
исходит механически многократное замыкание-размыкание кон-
тактов кнопок. Обычно, дребезг выражается в автоповторе нажа-
тия, хотя оно производилось один раз. В защищенном режиме вы-
полнение операции происходит после 0,5 секунды нажатия кнопок.
Убедиться в работоспособности антидребезговой системы вы мо-
жете, быстро нажав и отпустив любую кнопку. Состояние МК не
должно измениться.
Теперь можно установить на плату микросхемы D4 и D5, под-
ключить индикатор D6. Рекомендуется устанавливать МК на кон-
тактную панельку. Текст рабочей программы МК приведен в прило-
жении, там же приведены сведения относительно ее структуры и
принципа работы. Откомпилируйте программу с помощью среды
Tessa, «прошейте» ее с помощью программатора в память МК. Одно-
временно необходимо также «прошить» память данных, в которой
содержатся настройки и некоторая служебная информация
(табл. 4.1). Значения настроек можно будет изменить в дальнейшем,
но для проверки лучше не оставлять их ячейки пустыми.
Таблица 4.1. Прошивка памяти данных (в десятичном коде)
35
39
41
58
216
6
0
0
35
40
41
50
0
54
0
0
35
40
41
100
40
100
0
0
35
40
41
150
100
120
0
0
35
40
220
190
160
54
0
0
39
40
4
66
200
42
0
0
39
40
0
106
240
0
0
0
39
41
0
156
134
0
0
0
Установите МК в панельку на плате тюнера и включите питание.
При необходимости отрегулируйте контрастность индикатора рези-
стором R46. На дисплее должна появиться надпись, изображенная на
рис. 4.4.
322
Создаем цифровой стереотюнер
Рис. 4.4. Изображение на индикаторе после включения питания
Кнопками «+» и «—» попробуйте переместиться вверх и вниз от
установленной частоты. Частота при этом должна измениться так:
если кнопку не отпускать, то вначале будет произведен отсчет 10 раз
по 10 кГц, потом 10 раз по 100 кГц и затем — по 1 МГц. Если кнопку
отпустить и вновь нажать, цикл будет повторен. Нажмите кнопку
«запись» (на время не менее 0,5 с), потом снимите с платы питание и
вновь подайте его через секунду. На индикаторе появится значение
частоты, которое было на индикаторе в момент нажатия кнопки «за-
пись».
Нажмите кнопку «плавно/фиксир.» — на индикаторе появится
надпись, показанная на рис. 4.5. Кнопками «+» и «—>> переключитесь
на другие фиксированные настройки, а на индикаторе, в позициях,
отображаемых между символами «>» и «<», будет появляться номер
фиксированной настройки. Помните, что тюнер хранит не более 19
фиксированных настроек и одну плавную, появляющуюся при вклю-
чении. Нажмите и отпустите кнопку «запись» — на месте установ-
ленной настройки появится та, которая в данный момент была уста-
новлена в плавном режиме (но не та, которая устанавливается при
включении тюнера).
Рис. 4.5. Изображение на индикаторе в режиме «фиксированный»
Попробуйте несколько раз переключиться из фиксированного ре-
жима в плавный и обратно — значения установленной частоты в ре-
жиме «плавно», а также номера (и частоты) настройки в режиме
«фиксированный» должны оставаться прежними. Занесение в память
фиксированных настроек осуществляется по следующему алгорит-
му: вначале производится настройка на желаемую частоту в плавном
режиме, затем включается режим «фиксированный», устанавливает-
ся номер настройки и нажимается кнопка «запись». После отпуска-
ния кнопки «запись» настройка автоматически обновляется.
Создаем цифровой стереотюнер 323
Настал самый ответственный момент — подключение синтезато-
ра частоты D3. Установите контактную панель, распаяйте элементы
навески, потом установите в панель микросхему синтезатора. Резо-
натор Z2 — кварцевый на частоту 4 МГц. Для нормальной работы
синтезатора необходимо, чтобы напряжение UHaCTp было хотя бы на
1 В выше напряжения питания, иначе при приеме «верхних» радио-
станций возможно самовозбуждение петли ФАПЧ. Автор подал на
синтезатор напряжение 12 В, причем изготовил блок питания по сле-
дующей схеме: основную часть запитал от интегрального стабилиза-
тора КР142ЕН5А, а напряжение UHacip получил, использовав стабили-
трон с балластным сопротивлением, включив эту цепь на входе инте-
грального стабилизатора. Трансформатор БП рассчитан на
напряжение 15 В.
Все! Можно производить окончательную настройку приемника.
Но прежде чем включить питание, заключите часть платы, показан-
ную на рис. 4.2, б штрихпунктирной линией, с двух сторон в медный
экран. Не забудьте также оставить отверстия для регулировки конту-
ров и ГУН стереодекодера. Точно зная частоту настройки какой-ли-
бо радиостанции (частоты обычно объявляют в эфире), настройтесь
на нее с помощью кнопок «+» и «—» в плавном режиме и подстройте
приемник по известной методике. Если вам это не удалось (станция
не принимается уверенно, без хрипов и призвуков), кнопками на-
стройтесь в положение, при котором качество сигнала будет макси-
мальным, определите поправку:
где Fcm — точная частота вещания станции;
Fp — частота приема, считанная с индикатора.
Например, если Fcm = 10480, a Fp = 10490, значение А = 10 (ошиб-
ка 100 кГц).
Добавьте или вычтите ошибку из значения ПЧ, «зашитое» в соот-
ветствующих ячейках ЭСППЗУ (см. приложение), переведя получен-
ную цифру в двоичный код, и «перепрошейте» его в ЭСППЗУ. Зачем
нужна эта операция? Дело в том, что пьезокерамический ФПЧ имеет
небольшой технологический разброс параметров, и эту разницу при-
ходится корректировать.
324
Создаем цифровой стереотюнер
WA1
VD1-VD4-KB109B(O
Ни.Н!_2-АЛ307БМ
HL1 - "настройка"
HL2 - "стерео"
51 - "моно/стерео"
52 - "запись"
53 - "плавно/фиксир"
S4-"-"
S5 - "+"
VT1 - КПЗОЗВ(Г)
\ЛГ2-КТ361Б(Г)
Z1.Z2-SFE10.7
С2 - 4,7мк, 6,3 В
С16,С17-0.022мк
С19 - 0,022мк
15
1
14
7
9
О
С
R
о
С
R
к
RG
RG
М t
1
2
4
8
1
2
4
8
(561ИР2
13
12
11
2
5
4
3
10
Рис. 4.6. Тюнер на базе микросхемы CXA1538S
Создаем цифровой стереотюнер
325
L3
С34 ЗЗОмкГн
"Г Т 0,022мк
С31
0.022мк
D5 DV-16100-NRT-R
Рис. 4.6. Продолжение
326
Создаем цифровой стереотюнер
77,5
ЯШШ
Рис. 4.7, а. Печатная плата
Создаем цифровой стереотюнер
327
К индикатору DV16100NRT/R (D5)
Кк
1 2 3 4 S в 7 8 0 10 11 12 13 14
i-f
•щш
m •-•—«со
Hi
в и043 • в
G^J~:
• ♦ < >
С37 WW W WC35 C41
* a • сзз •-*-• •-«-•
•-"» • Q #-«W^-#L3
СЗв С341
i
R25
V05
С28
R27
>|VT2
^^•-55?»—•
tm?
A/
•>?1V^ I ITS
из ) Vi^ UR19! +# + ЭО
•У f R15 I I *Л ♦£•
• Z2
<»#чсз1
Выход НЧ
HLlJ
Рис. 4.7, б. Сборочный чертеж
328 Создаем цифровой стереотюнер
Собственно, тюнер готов. Изготовьте самостоятельно или подбе-
рите готовый корпус, закрепите в нем плату приемника и блок пита-
ния, выведите на лицевую панель органы подачи питания, настрой-
ки, индикации. Цель достигнута.
Второй вариант стереофонического тюнера с синтезатором час-
тоты приведен на рис. 4.6. Подробных пояснений относительно
принципов работы, рекомендаций по сборке и настройке эта схема
не требует, так как содержит уже знакомые читателю узлы. Радио-
приемный тракт построен здесь на микросхеме CXA1538S. Исклю-
чен выходной НЧ фильтр, вместо него на освободившемся месте раз-
мещен довольно сложный блок питания, построенный на основе ма-
логабаритных интегральных стабилизаторов D6—D8. Такая система
питания появилась не случайно. Как показала практика, питать циф-
ровую и аналоговую части тюнера от одного источника нежелатель-
но: прослушиваются помехи, наводимые на вход приеменка по об-
щим цепям питания. В предыдущей конструкции от помех избавить-
ся удалось только с помощью установки блокировочных
конденсаторов С48 и С49 в непосредственной близости от выводов
питания микроконтроллера и радиоприемника. Развязка по питанию
с использованием индуктивных элементов вместе с экранированием
радиоприемной части намного более эффективны. По программному
обеспечению эта конструкция полностью совместима с предыдущим
тюнером.
Автор надеется, что вам было интересно познакомиться с техно-
логией создания радиолюбительского тюнера. Когда писалась эта
книга, попутно возникало желание рассказать о новом стандарте «об-
щения» МК с периферийными устройствами — шине 12С, придуман-
ной фирмой «Филипс», о синтезаторах частоты на ее основе, о про-
граммируемых аудиопроцессорах и эквалайзерах. Представьте, на-
пример, что вам необходимо каждый раз подстраивать тембр
звучания по той или иной фонограмме, что раньше выполнялось час-
тенько. Сегодня можно занести настройки в память МК и вызывать
их нажатием одной кнопки, например, последовательно перебирая
настройки «джаз», «поп», «рок» и т. д. Рассказать хотелось о многом
другом, но это уже тема для новых книг.
Создаем цифровой стереотюнер 329
Приложение.
Описание программного обеспечения
стереотюнера
Программа состоит из головной части и нескольких подпро-
грамм, которые вызываются из головной части или из других под-
программ по мере надобности. Оперативная память МК использует
несколько сегментов, два из которых (основной рабочий сегмент —
40h; сегмент работы с портами и таймером — OOh) фиксированные, а
остальные (сегмент преобразования двоичного числа в десятичное и
записи в ЭСППЗУ — 48h; сегмент вывода в порт синтезатора — 50h;
сегмент конфигурации портов — 18h; сегмент работы с ЭСППЗУ
данных — 38h; сегмент кнопок — 58h; сегмент вывода на индикатор-
ную панель — 60h) переключаются программно.
В начале происходит конфигурирование портов, установка типа
выводов, настройка прерываний. Небольшая задержка (0,5 с) дается
на момент установки питания и вход в рабочий режим всех микро-
схем. Задержка выполняется подпрограммой itimer. Затем осуществ-
ляется извлечение из ЭСППЗУ слова конфигурации синтезатора. Не-
обходимо отметить, что память ЭСППЗУ содержит только 8-разряд-
ные ячейки, в то время как синтезатор работает с 16-разрядными
данными. Поэтому для хранения одного слова в ЭСППЗУ использу-
ются две ячейки, причем старшие байты хранятся в ячейках 0—21, а
младшие — в ячейках, начинающихся с адреса 18h. Запись и считы-
вание происходит так: вначале считывается старший байт, потом к
его адресу добавляется 18h и считывается младший байт.
Распределение ЭСППЗУ по ячейкам следующее: в ячейке 0 хра-
нится старший байт частоты, которая устанавливается при подаче
питания на схему; в ячейках 1—19 содержатся старшие байты час-
тот фиксированных настроек; в ячейке 20 — старший байт конфи-
гурации синтезатора частоты; в ячейке 21 — старший байт значе-
ния ПЧ.
Далее происходит конфигурирование синтезатора, вывод часто-
ты из нулевой ячейки, вывод на индикатор необходимой информа-
ции (подпрограмма led). Затем программа входит в бесконечный
цикл, в течение которого идет опрос состояния порта А (ожидания
нажатия клавиш), периодическое обновление информации на инди-
330
Создаем цифровой стереотюнер
каторной панели. При нажатии соответствующей клавиши осуществ-
ляется вывод в синтезатор и на панель ЖКИ. Особенность вывода
частоты в синтезатор состоит в том, что, поскольку гетеродин прием-
ника работает на частоте, отличающейся от частоты приема на
10,7 МГц, при выводе необходимо вычитать это значение из значе-
ния истинной частоты настройки.
Значения частоты, содержащиеся в ячейках %А1 и %А2, пред-
ставляют собой двоичный код, который преобразуется перед вы-
водом на панель ЖКИ в пять десятичных цифр подпрограммой
dsat. Необходимые для вывода в синтезатор и ЖКИ интервалы
между управляющими импульсами формируются интервальным
таймером.
jmp start
пор
jmp start
jmp i_timer
пор
пор
пор
пор
пор
пор
пор
пор
пор
пор х
пор
jmp i_spzu
start:
•.начальный пуск
;сторожевой таймер
;переполнение стека команд или данных
интервальный таймер
прерывание от порта А
;прерывание от порта В
;завершение записи в ЭСПЗУ
;точка начала программы
распределение неперемещаемой памяти:
;А:40п основной рабочий регистр
;D:OOh регистр работы с портами 'и таймером
распределение перемещаемой памяти:
;В:48п преобразования 2х частоты PLL в 10х, буфер ЭСППЗУ
;С:18п конфигурирование портов
;С:38п управление ЭСППЗУ
;C:50h вывод в порт PLL
ldr #a,40h
ldr #d,OOh
;установка неперемещаемых сегментов
Создаем цифровой стереотюнер
331
ldr tfc,18h ;установка адреса сегмента конфигурации портов А и В
movl %c1,OOO11O11b
movl %c1,00000000b
movl %d ,00000000b
movl %d ,00000000b
movl %d ,00000000b
movl %c1,00000000b
movl %c2,00011011b
movl %c2,11111111b
movl %c2,11111111b
movl %c2,00000000b
movl %c2,00000000b
movl %c2,00000000b
movl %a2,01100001b
movl %a3,10101000b
jsr timer
;автоинкремент конфигурации порта А
;тип вывода вход
;отключение р-канального транзистора
;отключение нагрузочного резистора
запрещение прерывания от положительного фронта
;запрещение прерывания от отрицательного фронта
;автоинкремент конфигурации порта В
;тип вывода выход
;включение р-канального транзистора
выключение нагрузочного резистора
;запрещение прерывания от положительного фронта
;запрещение прерывания от отрицательного фронта
;старший байт интервала таймера 0,5 с i
;младший байт интервала таймера 0,5 с
;задержка 0,5 с
;======= извлечение из ЭСППЗУ слова конфигурации ====
movl %a6,14h ;адрес ЭСППЗУ 14п - слово конфигурации
jsr rd_spzu ;вызов процедуры чтения ЭСППЗУ
;======= конфигурирование PLL ============
movl %a4,00h ;вместо старшего байта ПЧ - нули
movl %a5,00h ;вместо старшего байта ПЧ - нули
jsr port_pll ;вызов процедуры вывода в порт PLL
;======= извлечение из ЭСППЗУ промежуточной частоты 15h
movl %a6,15h ;
jsr rd_spzu ;
mov %a4,%aO ;пересылка старшего байта ПЧ
mov %a5,%a1 ;пересылка младшего байта ПЧ
;======= вывод в порт настройки ff ====
movl %a0,01111111b необходимо для запуска PLL
movl %a1,11111111b
jsr port_pll
;======= извлечение из ЭСППЗУ "плавной" настройки 00h
movl %a6,00h ;
jsr rd_spzu ;
;======= вывод в порт PLL "плавной"' настройки 00п===
jsr port_pll ;
jsr buf_spzu ;пересылка настройки в буфер ЭСППЗУ
movl %a7,00h ;вывод в "байт режима" флага 00h плавной настройки
;======= вывод на индикаторную панель =====
jsr led
;=== задание первоначального номера плавной настройки
push #c
ldr #c,68h
movl %cO,O1h
332
Создаем цифровой стереотюнер
pop #с
ldr #b,58h
plavno:
jsr delay_lcd
addl %a7,01h
jnc lc_01
jsr led
movl %Ы ,00000001b
jsr compar
jnz metka_01
jsr delay_kn
jsr compar
jnz metka__01
jsr kn_mcp
metkaJH:
movl %Ы ,00000010b
jsr compar
jnz metka_02
jsr delay_kn
jsr compar
jnz metka_02
jsr kn_decp
metka_02:
movl %Ы,00001000b
jsr compar
jnz metka_03
jsr delay.kn
jsr eompar
jnz metka_03
jsr wr_spzu
metka_03:
movl %Ы ,00000100b
jsr compar
jnz metka_04
jsr delay_kn
jsr compar
jnz metka_04
jsr kn_fiks
jmp fiksir
metka_04:
jmp plavno
блок плавных настроек ====
;— обработка нажатия кнопки "'+"
;литера проверки разряда "О"
;переход к проверке нажатия следующей кнопки
;задержка 0,5 с
;вызов обработчика кнопки
;-- обработка нажатия кнопки "-"
;литера проверки разряда "1"
;переход к проверке нажатия следующей кнопки
;задержка 0,5 с
;вызов обработчика кнопки
;~ обработка нажатия кнопки "запись"
;литера проверки разряда "4"
;переход к проверке нажатия следующей кнопки
;задержка 0,5 с
;вызов обработчика кнопки
;— обработка нажатия кнопки "фиксир"
;литера проверки разряда "1"
;переход к проверке нажатия следующей кнопки
;задержка 0,5 с
;вызов обработчика кнопки
Создаем цифровой стереотюнер
333
блок фиксированных настроек ====
fiksir:
jsr delay_lcd
addl %a7,01h
jnc lc_02
jsr led
lc_02:
movl %Ы ,00000001b
jsr compar
jnz metka_05
jsr delay_kn
jsr compar
jnz metka_05
jsr kn_mcf
metka_05:
movl %Ы,00000010b
jsr compar
jnz metka_06
jsr delay_kn
jsr compar
jnz metka_06
jsr kn_decf
metka_06:
-movl %Ы ,00001000b
jsr compar
jnz metka_07
jsr delay_kn
jsr compar
jnz metka_07
jsr kn_zap_f
metka_07:
movl %Ы,00000100b
jsr compar
jnz metka_08
jsr delay_kn
jsr compar
jnz metka_08
jsr kn_plavno
jmp plavno
metka_08:
jmp fiksir
;~ обработка нажатия кнопки "+"
;литера проверки разряда "О"
;переход к проверке нажатия следующей кнопки
;задержка 0,5 с
вызов обработчика кнопки
— обработка нажатия кнопки "-"
литера проверки разряда "1"
переход к проверке нажатия следующей кнопки
задержка 0,5 с
;вызов обработчика кнопки
;— обработка нажатия кнопки "запись"
;литера проверки разряда "4"
;переход к проверке нажатия следующей кнопки
;задержка 0,5 с
;вызов обработчика кнопки
;— обработка нажатия кнопки "плавно"
;литера проверки разряда "1"
;переход к проверке нажатия следующей кнопки
;задержка 0,5 с
;вызов обработчика кнопки
334 Создаем цифровой стереотюнер
sip
;======= процедура проверки нажатия кнопки
сотраг:
mov %bO,%d1 ;пересылка данных из порта А
and %Ь0,%Ы ; сброс разрядов, кроме "О"
cmpl %bO,OOh
rts
;==== процедура задержки повт. проверки нажатия кнопки
delay_kn:
movl %a2,01100001b ;старший байт интервала таймера 0,5 с
movl %аЗ,10101000b ; младший байт интервала таймера 0,5 с
jsr timer ;задержка 0,5 с
rts
;======= процедура нажатия кнопки "+ плавный"
kn_mcp:
movl %b2,00h
movl %b6,00101010b ;старшая частота (максимальная)
movl %Ь7,10010100b ;младшая частота (максимальная)
metka_101:
cmpl %b2,09h
jnc metka_102
addl %a1,01h
adc %a0
addl %b2,01h
jmp metka_104
metka_102:
cmpl %b2,13h
jnc metka_103
addl %a1,0ah
adc %a0
addl %b2,01h
jmp metka_104
metka_103:
movl %b3,64h
add %a1,%b3
adc %a0
metka_104:
mov %Ь4,%аО
mov %Ь5,%а1
sub %Ь5,%Ь7
sbc %b4
sub %Ь4,%Ь6
jc metka_105
movl %a0,00101010b ;старшая частота (максимальная)
movl %a1,10010100b ;младшая частота (максимальная)
movl %b2,0ah
Создаем цифровой стереотюнер 335
metka_105:
jsr port_pll
jsr led
индикатор
jsr delay_kn
jsr compar
jz metka_101
jsr buf_spzu
rts
;======= процедура нажатия кнопки "плавный"
kn_decp*
movl %b2,00h
movl %b6,00100010b ;старшая частота (минимальная)
movl %Ь7,11110110b ; младшая частота (минимальная)
metka_201:
cmpl %b2,09h
jnc metka_202
subl %a1,01h
sbc %aO
addl %b2,01h
jmp metka_204
metka_202:
cmpl %b2,13h
jnc metka_203
subl %a1,0ah
sbc %aO
addl %b2,01h
jmp metka_204
metka_203:
movl %b3,64h
sub %a1,%b3
sbc %aO
metka_204:
mov %Ь4,%аО
mov %Ь5,%а1
sub %Ь5,%Ь7
sbc %b4
sub %Ь4,%Ь6
jnc metka_205
movl %aO,00100010b ;старшая частота (минимальная)
movl %a1,11110110b ;младшая частота (минимальная)
movl %b2,0ah
metka_205:
jsr port_pll
336
Создаем цифровой стереотюнер
jsr led
jsr delay_kn
jsr compar
jz metka_201
jsr buf_spzu
rts
индикатор
kn_zap_f:
jsr wr_spzu
jsr rd_spzu
jsr port_pll
jsr led
rts
kn_mcf:
metka_303:
addl %a6,01h
cmpl %a6,14h
jc metka_301
move %a6,13h
metka_301:
jsr rd_spzu
jsr port_pll
jsr led
jsr delay_kn
jsr compar
jz metka_303
rts
kn_decf:
metka_403:
subl %a6,01h
cmpl %a6,01h
jnc metka_401
movl %a6,01h
metka_401:
jsr rd_spzu
jsr port_pll
jsr led
jsr delay_kn
jsr compar
jz metka_403
rts
процедура нажатия кнопки "запись"
процедура нажатия кнопки "+ фиксированный"
;индикатор
процедура нажатия кнопки "- фиксированный"
;индикатор
Создаем цифровой стереотюнер 337
;======= процедура нажатия кнопки "фиксированные"
kn_fiks:
push #c
ldr #c,68h
mov %a6,%cO
pop #c
jsr rd_spzu
jsr port_pll
jsr led
rts
;======= процедура нажатия кнопки "плавный"
kn_plavno:
push ub
ldr #b,48h
mov %aO,%bO
mov %а1,%Ы
pop #b
jsr port_pll
push #c
ldr #c,68h
mov %cO,%a6
pop #c
movl %a6,00h
jsr led
rts
;======= процедура вывода в порт PLL ====
port.pll:
ldr #c,50h переключение на сегмент вывода в порт PLL
mov %сО,%аО ;старший байт частоты PLL
mov %c1,%a1 ;младший байт частоты PLL
sub %c1,%a5 ;вычитание промежуточной частоты
sbc %cO ;
sub %cO,%a4 ;
;вывод в порт PLL частоты настройки
movl %a2,00000000b ;старший байт интервала таймера 1 мс
movl %аЗ,00000011b ;младший байт интервала таймера 1 мс
movl %d2,00000000b ;вывод в порт нулевого значения
jsr timer ;вызов процедуры таймера
movl %d2,00000100b формирование leading zero
jsr timer
movl %d2,00000110b
jsr timer
movl %d2,00000100b
jsr timer
338 Создаем цифровой стереотюнер
mov %c5,%cO ;пересылка старшего байта частоты в циклический байт
movl %c3,08h ;установка счетчика цикла
metka_001:
rlc %с5 ;на место бита 0 - бит 7 из переноса (в первом выполнении)
movl %c2,00h
adc %c2
movl %c4,00000001b ;литера сброса/установки разрядов
and %c2,%c4
movl %c4,00000100b
or %c2,%c4
mov %d2t%c2
jsr timer
movl %c4,00000110b
or %c2,%c4
mov %d2,%c2
jsr timer
movl %c4,00000101b
and %c2,%c4
mov %d2,%c2
jsr timer
subl %c3,01h
cmpl %c3,00h
jnz metka_001 ;вывод, пока не будет выведено 8 значений
mov %c5,%d ;пересылка младшего байта частоты в циклический байт
movl %c3,08h установка счетчика цикла
metka_002:
rlc %с5 ;на место бита 0 - бит 7 из переноса (в первом выполнении)
movl %c2,00h
adc %c2
movl %c4,00000001b ;литера сброса/установки разрядов
and %c2,%c4
movl %c4,00000100Ь
or %c2,%c4
mov %d2,%c2
jsr timer
movl %c4,00000110b
or %c2,%c4
mov %d2,%c2
jsr timer
movl %c4,00000101b
and %c2t%c4
mov %d2,%c2
jsr timer
subl %c3,01h
cmpl %c3,00h
Создаем цифровой стереотюнер
339
jnz metka_002
movl %d2,00000000b
jsr timer
movl %d2,00000010b
jsr timer
movl %d2,00000000b
jsr timer
rts
timer:
movl %d4,00010000b
movl %d5,01001001b
; коэффиц!
movl %d4,00000100b
mov %d5,%a2
movl %d4,00000000b
mov %d5,%a3
movl %d4,00000011b
wait
rts
l timer:
rti
rd_spzu:
ldr
mov
movl
пор
пор
mov
addl
movl
пор
пор
mov
rts
wr_spzu:
push
#c,38h
%c1,
%c0
%a0,
%d
%c0
%a1,
#b
%a6
,00000010b
%c7
,18h
,00000010b
%c7
вывод, пока не будет выведено 8 значений
вывод импульса окончания байта
процедура таймера ====
обращение к регистру конфигурации
регистр конфигурации:
,иент деления входной частоты 400 кГц - 1/4
пересчет по фронту
размерность регистра интервала - 16 бит
установка старшего байта интервала
старший байт интервала
установка младшего байта интервала
младший байт интервала
пуск таймера на счет
возврат из процедуры таймера
обработчик прерывания таймера
возврат из прерывания по таймеру
процедура чтения из ЗСППЗУ ====
процедура записи в ЭСППЗУ ====
340 Создаем цифровой стереотюнер
push #c
ldr #c,38h
Idr #b,48h
mov %c1,%a6
mov %с7,%Ь0
movl %cO,00010001b
wait
addl %d,18h
mov %c7,%b1
movl %c0,00010001b
wait
pop #c
pop #b
jsr delay_kn
reseta:
jsr compar
jz reseta
rts
i_spzu:
rti
buf_spzu: ;======= процедура записи в буфер ЭСЛПЗУ ====
push #b
ldr #b,48h ;настройка сегмента
mov %ЬО,%аО
mov %Ь1.%а1
pop #b
rts ;возврат в сегмент кнопок
led: ;======= процедура вывода в LCD
push #b
push #c
ldr #b,48h
ldr #c,60h
movl %cOt00000001b ;код сброса
jsr regist
jsr fik_ir
jsr dsat ;вызов процедуры преобразования - затяжка сброса
movl %cO,00000010b ;код возврата в 1-ю позицию
jsr regist
jsr fik.ir
movl %cO,00001100b ;код включения дисплея
jsr regist
jsr fik_ir
movl %cO,00111000b ;код разрядности и стройности
Создаем цифровой стереотюнер 341
jsr regist
jsr fik_ir
movl %cO,01000110b ;буква "F"
jsr regist
jsr fikjjr
movl %cO,01101101b ;буква "m"
jsr regist
jsr fik_dr
mov %сО,%Ь2 ;цифра "100,00"
swap %cO
movl %c2,00001111b
and %cO,%c2
cmpl %cO,OOh
jnz lcd_01
movl %c0,20h
jmp lcd_02
lcd.01:
movl %c2,00110000b
or %cO,%c2
lcd_02:
jsr regist
jsr fik_dr
mov %сО,%Ь2 шифра "10,00"
movl %c2,00001111b
and %cO,%c2
movl %c2,00110000b
or %cOf%c2
jsr regist
jsr fikjjr
mov %сО,%ЬЗ ;цифра "1,00"
swap %cO
movl %c2,00001111b
and %cO,%c2
movl %c2,00110000b
or %cO,%c2
jsr regist
jsr fikjjr
movl %cO,00101110b ;буква ","
jsr regist
jsr fik_dr
mov %сО,%ЬЗ шифра ",10"
movl %c2,00001111b
and %cO,%c2
movl %c2,00110000b
or %cO,%c2
jsr regist
342 Создаем цифровой стереотюнер
jsr fik_dr
mov %сО,%Ь4 ;цифра ",01"
swap %cO
movl %c2,00001111b
and %cO,%c2
movl %c2,00110000b
or %cO,%c2
jsr regist
jsr fik_dr
movl %c0,10101000b ; перевод в 40 знакоместо
jsr regist
jsr fik_ir
movl %c0,01001101b ;буква "М"
jsr regist
jsr fik_dr
movl %cO,01001000b ;буква "Н"
jsr regist
jsr fik_dr
movl %cO,01111010b ;буква "z"
jsr regist
jsr fik_dr
movl %cO,00111110b ;буква ">"
jsr regist
jsr fik_dr
;вывод номера фиксированной настройки
cmpl %a6,OOh
jz lcd_05
mov %c1,%a6
subl %d,0ah
jz lcd_06
jc lcd_07
movl %cO,00110001b ;цифра "1х"
jsr regist
jsr fik_dr
mov %c0,%d
movl %c2,00001111b ;цифра "Ox"
and %cO,%c2
movl %c2,00110000b
or %cO,%c2
jsr regist
jsr fik_dr
movl %cO,00111100b ;буква "<"
jsr regist
jsr fik_dr
movl %cO,10101010b ;буква "Ф"
jsr regist
Создаем цифровой стереотюнер 343
jsr fik_dr
jmp lcdJ38
lcd_05:
movl %c0t20h
jsr regist
jsr fikjjr
jsr fikjjr
movl %cO,00111100b ;буква "<"
jsr regist
jsr fikjjr
movl %cO,10101000b ;буква "ГГ
jsr regist
jsr fikjjr
jmp lcdj)8
lcd_06:
movl %cO,00110001b ;буква "1"
jsr regist
jsr fikjjr
movl %cO,00110000b ;буква "О"
jsr regist
jsr fikjjr
movl %cO,00111100b ;буква "<"
jsr regist
jsr fikjjr
movl %cO,10101010b ;буква "Ф"
jsr regist
jsr fikjjr
jmp lcdj)8
lcd_07:
movl %c0,20h ;пусто
jsr regist
jsr fik_dr
mov %cOt%a6
movl %c2,00001111b ;цифра "х"
and %cO,%c2
movl %c2,00110000b"
or %cOf%c2
jsr regist
jsr fikjjr
movl %cO,00111100b ;буква "<"
jsr regist
jsr fikjjr
movl %cO,10101010b ;буква "Ф"
jsr regist
jsr fikjjr
344 Создаем цифровой стереотюнер
lcd_08:
pop #с
pop #b
rts
dsat: ;======= процедура преобразования 2-х в 10-х
mov %c6,%aO
mov %с7,%а1
movl %Ь5,00100111b
movl %b6,00010000b
jsr count
movl %b2.00h
or %Ь2,%Ь7
swap %b2
movl %b5,00000011b
movl %b6,11101000b
jsr count
or %Ь2, %Ь7
movl %b5,00000000b
movl %b6,01100100b
jsr count
movl %b3,00h
or %b3t%b7
swap %b3
movl %b5,00000000b
movl %b6,00001010b
jsr count
or %b3t%b7
movl %b5,00000000b
movl %b6,00000001b
jsr count
movl %b4,00h
or %Ь4,%Ь7
swap %b4
rts
count: ;======= процедура обработки одного числа 10-х
movl %b7,00h
count_1:
cmp %с6,%Ь5
jc count_3
jnz county
cmp %c7f%b6
jc count_3
count_2:
addl %b7,01h
Создаем цифровой ст&реотюнер 345
sub
sbc
sub
jmp
count_3:
rts
regist:
mov
movl
reg_O1:
movl
rlc
adc
swap
mov
swap
movl
%с7,%Ь6
%c6
%c6,%b5
count_1
%c5,%cO
%c3,O8h
%c4,00h
%c5
%c4
%c4
%d2,%c4
%C4
%c2,00000010b
or %c4,%c2
swap
mov
swap
movl
and
swap
mov
subl
cmpl
jnz
rts
fik_ir:
movl
пор
пор
movl
пор
пор
movl
пор
пор
rts
fik_dr:
movl
пор
%c4
%d2,%c4
%c4
%c2,00000001b
%c4f%c2
. %c4
%d2,%c4
%c3,01h
%c3,00h
reg_01
%d2,00h
%d2,01000000b
%d2,00h
%d2,10000000b
процедура "набивки" регистра LCD
фиксация в IR
фиксация в DR
346
Создаем цифровой стереотюнер
пор
movl %d2.11000000b
пор
пор
movl %d2.10000000b
пор
пор
movl %d2,00000000b
пор
пор
rts
delay_lcd: ;======== процедура задержки вывода на дисплей в цикле
movl %a2,ООООООООЬ ;старший байт интервала таймера 0,01 с
movl %a3,11101000b ;младший байт интервала таймера 0,01 с
jsr timer ;задержка 0,5 с
rts
.end
Список литературы 34 7
Список литературы
1. Поляков В. Т. Посвящение в радиоэлектронику М.: Радио и
связь, 1988.
2. Дымович К Д., Фирсов А. 3., Красюк К П. Радиоволны в ионо-
сфере и ультракороткие волны. СЗПИ. Л., 1966.
3. Фок В. А. Дифракция радиоволн вокруг земной поверхности.
М.: Изд. АН СССР, 1946.
4. Долуханов М. П. Распространение радиоволн. Связь. 1965.
5. Дымович Н. Д. Ионосфера и ее исследование. Энергия. 1964.
6. Поляков В.Т. Радиолюбителям о технике прямого преобразова-
ния. М.: Патриот, 1990.
7. Богданович Б. М.у Ваксер Э. Б. Краткий радиотехнический
справочник. Минск, 1976.
8. Крылов Н. Н. Теоретические основы радиотехники. Л., 1961.
9. Захаров А. Кольцевой стереодекодер в УКВ-ЧМ приемниках
//Радио//. 1987. №10.
10. Повышение селективности УКВ приемника //Радио//. 1991.
№12.
11. Семенов Б. Простой УКВ приемник //Радио//. 1996. №10.
12. Белов И. Ф., Денин А, Е. и др. Переносные кассетные магнито-
лы. М.: Радио и связь, 1988.
13. Кононович Л. Радиовещательный УКВ прием. М.: Энергия,
1977.
14. Годинар К Стереофоническое радиовещание: пер. с чеш. М.:
Энергия, 1974.
15. Семенов Б. Стереофонический ЧМ тюнер //Радио//. 1995.
№5—6.
16. Захаров А. Стереодекодер с коррекцией частотных предыска-
жений//Радио//. 1990. №1.
17. Поляков В. Стереофоническая система радиовещания с пи-
лот-тоном //Радио//. 1992. №4.
18. Прянишников В. А. Электроника: курс лекций. СПб.: Коро-
на-Принт, 1998.
348 Список литературы
19. Русин Ю. С, Гликман И. Я., Горский А. К Электромагнитные
элементы радиоэлектронной аппаратуры. М.: Радио и связь, 1991.
20. Бастанов В. Г. 300 практических советов. М.: Моск. рабочий,
1986.
21. TDA7021 Product specification. Datasheet, Philips, 1983
(http://www.semiconductors.philips.com).
22. KP174XA34AM ОАО «Ангстрем», (http://www.angstrem.ru).
23. TDA7010t Product specification. Datasheet, Philips, 1983.
24. Portable and home hi-fi/radio designer's guide, Philips, June 1996.
25. TDA7050 Product specification. Datasheet, Philips, 1994.
26. TDA7088t Product specification. Datasheet, Philips, 1996.
27. Грудинин А. О заметности искажений. Stereo&Video. 1996.
№10.
28. Истратов A. FM против УКВ //(http://math.msu.su/~guzei/radio/
joumal/fmjikv.htm).
29. Toshiba bipolar linear integrated circuit TA8164P silicon
monolitic. Toshiba corp, 1996.
30. Бондарев В., Рукавишников А. Применение микросхемы
К174ПС1 //Радио//. 1989. №2.
31. TDA7227 Single-chip AM/FM radio with front-end.
SGS-Thomson microelectronics 1992.
32. Степанников Д. Philips: яркая спираль истории //Салон AV.
1999. №9.
33. ТЕА5710 AM/FM radio receiver circuit. Product specification,
Datasheet. Philips, 1994.
34. Справочник: Стандарты Hi-Fi. Audio expert group
(http://www.component.ru).
35. Под шорох шин с верной подругой //(http://cars.whatodo.ru).
36. Миловидов К, Тимофеев £. Пуста квартира без эфира. Тест
FM тюнеров. «Салон AV». 2000.
37. TDA7222A 3V AM/FM one-chip radio. Advance data, febrary
1995, SGS-Thomson microelectronics.
38. TA8127N 3V AM/FM one chip tuner ic. Technical data, Toshiba
corporation, 1994-3-8.
39. LAI816 Single-Chip AM/FM MPX Tuner system for headphone
stereos, Radio-cassette recorders, Sanyo 2659.
Список литературы 349
40. ТЕА5711 AM/FM stereo radio circuit. Product specification.
Philips, September 1994.
41. ILA1238NS АМ/ЧМ стереоприемник. Datasheet НПО «Инте-
грал» Минск.
42. Максимов И., Одринский А, Цифровой стереоприемник
88—108 МГц: Сервер кубанских радиолюбителей.
43. Шихатов А. И. Автомобильные магнитолы //Радио//. 1999.
№4—8.
44. Радиоприемник ЕС710к: Схема электрическая принципиаль-
ная //(http://www.chipinfo.ru).
45. Чепулъский С. Стереодекодер в радиоприемнике ИШИМ-003-1
//Радиолюбитель. 1994. №12.
46. Бирюков С. Микросхема К174ХА35 //Радио//. 1996. №4.
47. Хлюпин Н. Стереофонический УКВ-ЧМ приемник //Радио//.
1998. №11.
48. Интегральные схемы КР174ХА51 — двухстандартный сте-
реодеродер. ОАО «Ангстрем».
49. Toshiba bipolar linear integrated circuit TA7343AP FM PLL
MPX. Toshiba corporation, 1996-4-22.
50. Low voltage PLL stereo decoder TDA7040T. Product
specification, Datasheet. Philips Semiconductors, September 1986.
51. PLL stereo decoder and noise blanker TDA1591. Product
specification, datasheet. Philips Semiconductors, September 1996.
52. Марше Ж. Операционные усилители и их применение. Л.:
Энергия. 1974.
53. Мелешко И. Приемник сигналов RDS //Радио//. 1999. №7—8.
54. Мелешко Я. RDS структура сигнала //Радио//. 2000. №10.
55. Сервис в эфире: читай, выбирай, слушай. Клаксон. №2.2000 г.
56. Radio Data System (RDS) demodulator SAA6579. Product
specification, datasheet. Philips Semiconductors, 1997 feb 24.
57. Введение в основы системы GPS. «Mapping system: general
reference, Trimble Navigation Limited», 1996. //(http://www.agp.ru).
58. Русак A. GPS-чипсет or STMicroelectronics //(httpy/chipnews.com.ua).
59. Бродин В. Б., Шагурин К И. Микроконтроллеры: архитекту-
ра, программирование, интерфейс. М.: Эком, 1999.
60. Техническое описание микроконтроллеров фирмы Atmel.
КТЦ-МК (http://www.cec-mc.ru).
350 Список литературы
61. Система команд 8-разрядных RISC микроконтроллеров се-
мейства AVR. КТЦ-МК.
62. Kim P. PIC micro Microcontroller Oscillator Design Guide.
Microchip, AN588, 1997.
63. Алътшуллер Г. Б. и др. Кварцевые генераторы: Справ, пос. М.;
Радио и связь, 1984.
64. Хоровщ П., Хилл У. Искусство схемотехники. М.: Мир, 1998.
65. SAA1057 radio tuning PLL frequency synthesizer. Product
specification. Philips 1996 sept. 2.
66. БЭК: Жидкокристаллические индикаторы фирмы Data
International. M.: Додэка, 1999.
67. AZ displays inc. Specification for liquid crystal display.
ACM1601C, august 9, 1999.
68. Кривченко Т. Сопряжение AVR микроконтроллеров и ЖКИ
//(http://www.atmel.ru).
Содержание 351
Содержание
К читателю 3
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ
Основные принципы УКВ радиовещания 6
1.1. Распространение ультракоротких волн 6
1.2. Виды модуляции 10
1.3. Структура радиовещательного приемника
и его параметры 20
1.4. Немного о частотно-селективных цепях 36
1.5. Стереофоническое радиовещание 55
Стереодекодер с полярным детектором 69
1.6. Детектирование сигналов и система ФАПЧ 88
Приложение. Некоторые сведения, необходимые
радиолюбителю при расчете катушек индуктивности 107
A. Бескаркасная однослойная ВЧ катушка 107
Б. Многослойная катушка без сердечника 112
B. Катушка на цилиндрическом ферритовом сердечнике ... 114
Г. Броневые катушки с зазорами 116
Д. Катушки в экранах и с немагнитными сердечниками . ... 117
ЧАСТЬ ВТОРАЯ
Практические конструкции 119
2.1. Ваш первый радиоприемник 119
2.2. Супергетеродинный УКВ приемник 137
2.3. Супергетеродинный стереофонический УКВ приемник . . 163
2.4. Стереодекодеры на все вкусы 202
2.5. Немного о выходном сигнале стереодекодера 232
Заключение 235
Приложение. Немного об RDS и GPS 236
352 Содержание
ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ
Осваиваем микроконтроллер 250
Предисловие 250
3.1. Мини-обзор микроконтроллеров 255
3.2. КР1878ВЕ1—доступный отечественный МК 262
Структура и принцип работы 263
Организация памяти и работа с ней 269
Область служебных данных 275
3.3. О тактовом генераторе и цепи сброса 279
3.4. Инструментальные средства отладки и программирования . 285
3.5. Цифровой синтезатор частоты 299
3.6. «Чтобы прозреть». Буквенно-цифровые ЖКИ 308
ЧАСТЬ ЧЕТВЕРТАЯ
Создаем цифровой стереотюнер 315
Приложение. Описание программного обеспечения
стереотюнера 329
Список литературы , 347
ISBN 5-93455-126-4
9'785 4 551
ООО Издательство «СОЛОН-Р»
ЛР № 066584 от 14.05.99
Москва, ул. Тверская, д. 10, стр. 1, ком. 522
Формат 60x88/16. Объем 22 п. л. Тираж 8000
ООО«ПАНДОРА-1»
Москва, Открытое ш., 28
Заказ Ы*!90