186K.pdf

Nadajnik UKF FM - Stereo

Nowy Elektronik 186-K

Uk³ad jest prostym i ³atwym do wykonania nadajnikiem UKF FM - Stereo. Mimo prostej budowy nadajnik charak-

teryzuje siê dobrymi parametrami, a przy tym niedu¿ym poborem mocy, co czyni go doskona³ym rozwi¹zaniem

do zastosowania na przyk³ad w s³uchawkach bezprzewodowych lub do nadawania w³asnej audycji radiowej.

Uk³ad BA1404 ma³o znanej amerykañskiej f-my ROHM nie nale¿y do nowoci na rynku

komponentów elektronicznych. Pierwsze wzmianki na temat tego interesuj¹cego uk³adu, jakie

mo¿na znaleæ w internecie sygnowane s¹ dat¹ wrzesieñ 1989. Tak ma³a popularnoæ tego

uk³adu mo¿e wynikaæ ze specyfiki obszaru jego zastosowania, która ograniczona jest do apara-

tury kontrolno-pomiarowej i mikrofonów bezprzewodowych. Wraz z pojawieniem siê stereofo-

nicznych odbiorników telewizyjnych powsta³o zapotrzebowanie na odpowiednie s³uchawki, w

tym tak¿e bezprzewodowe. W prasie elektronicznej, czy w postaci gotowych kitów mo¿na

znaleæ opisy konstrukcji tego typu urz¹dzeñ, s¹ to jednak s³uchawki monofoniczne. W rozwi¹-

zaniach tych do ³¹cznoci wykorzystuje siê zmodulowan¹ falê non¹ ok. 36kHz, a medium

transmisyjne stanowi promieniowanie podczerwone. Rozwi¹zanie to posiada tak¿e jeszcze

jedn¹ bardzo istotn¹ wadê. Wymaga od osoby korzystaj¹cej z tego typu s³uchawek sta³ego

przebywania w polu widzenia nadajnika IR. Przegl¹daj¹c oferty wielu firm mo¿na znaleæ opisy

doskona³ych s³uchawek bezprzewodowych, których cena mo¿e doprowadziæ do zawrotu g³o-

wy. S¹ to bardzo skomplikowane uk³ady, w konstrukcjach których wykorzystywane jest pasmo

radiowe 433MHz, a w najnowszych tak¿e 863-864MHz. Wróæmy jednak do naszego bohatera,

czyli do uk³adu BA1404. Uk³ad ten pozwala przy minimalnych nak³adach zbudowaæ stereofo-

niczny nadajnik FM dzia³aj¹cy w zakresie 88-108MHz. Mimo ¿e jest to konstrukcja w.cz. jej

zbudowanie i uruchomienie nie wymaga specjalnego oprzyrz¹dowania, czy znajomoci zagad-

nieñ obwodów w.cz. Stopieñ trudnoci jest porównywalny z prostymi mininadajnikami FM,

których konstrukcje czêsto goszcz¹ na ³amach prasy dla elektroników. Dodatkowym atutem

prezentowanego rozwi¹zania jest fakt, ¿e do budowy systemu bezprzewodowych s³uchawek

stereofonicznych wystarczy zbudowaæ nadajnik FM, a jako uk³ad odbiorczy mo¿na wykorzystaæ

kieszonkowy odbiornik z zakresem FM stereo. W najbli¿szym czasie uka¿e siê tak¿e konstruk-

cja miniodbiornika FM stereo oparta na uk³adach TDA7021/7040/7050 która bêdzie pe³niæ rolê

czêci odbiorczej prezentowanego nadajnika FM.

stawia rys.3. Dalsza droga tak przetwo-

rzonych sygna³ów m.cz. kana³ów L/P

do "anteny nadawczej" jest ju¿ bardzo

krótka. Zmiksowany w odpowiednich

proporcjach sygna³ MPX podany jest

na wejcie oscylatora w.cz., który pe³-

ni jednoczenie rolê modulatora FM.

Punkt pracy oscylatora w.cz. wyznacza-

j¹ kondensatory C13,C14, a czêstotli-

woæ oscylacji obwód rezonansowy

L1,C12. Ostatnim stopniem nadajnika

FM jest prosty wzmacniacz separuj¹-

cy w.cz. i wspó³pracuj¹ca z nim ante-

na nadawcza pod³¹czona do zacisku J4/A. Jak ju¿ wspomniano uk³ad IC1 jest zasilany doæ

nietypowym napiêciem 1,2-3V, a jako optymalne producent f-ma ROHM preferuje napiêcie

1,25V (w modelu 2,0V), przy którym poziom sygna³u w.cz. na wyjciu antenowym gwarantuje

moc kilku miliwat i zasiêg kilka do kilkadziesi¹t metrów. Jak mo¿na siê ³atwo zorientowaæ z

przytoczonych danych nie s¹ to imponuj¹ce parametry. W zamyle prezentowany uk³ad ma

pe³niæ rolê nadajnika FM i byæ ród³em sygna³u radiowego dla wspó³pracuj¹cych z nim s³ucha-

wek bezprzewodowych. W takim konkretnym zastosowaniu ta minimalna moc nadajnika jest

zupe³nie wystarczaj¹ca, a uzyskany zasiêg pozwala na swobodne poruszanie siê w obrêbie

nawet doæ du¿ego mieszkania. Moc wyjciow¹, a wiec tak¿e i zasiêg mo¿na ³atwo zwiêkszyæ

poprzez prosty wzmacniacz w.cz. zbudowany w oparciu o tranzystory T1,T2. Wzmacniacz ten

to prosta konstrukcja pracuj¹ca w tzw uk³adzie RC, a wiec nie zawieraj¹ca elementów induk-

cyjnych. Konstrukcja taka stawia du¿e wymagania, co do zastosowanych tranzystorów, a za-

stosowanie tanich i ³atwodostêpnych tranzystorów BF240,BF199, których czêstotliwoæ gra-

niczna jest stosunkowo niska, to ostatecznoæ. Przy odpowiednio szybkich tranzystorach i do-

braniu ich punktów pracy (zmniejszenie wartoci rezystorów R10,R13 do ok. 10k) oraz w³¹cze-

niu anteny nadawczej do punktu J4/B, mo¿na uzyskaæ zasiêg powy¿ej 1 km. Skutkiem ubocz-

nym tej prostej konstrukcji jest du¿y poziom harmonicznych na wyjciu antenowym i koniecz-

noæ stosowania filtru antenowego tzw. filtru P. Tu nale¿y siê wszystkim pewna przestroga.

Mimo ¿e prezentowane rozwi¹zanie przy zastosowaniu odpowiednich elementów w "dopala-

czu" umo¿liwia pokrycie swoim zasiêgiem nawet sporego miasteczka, czy wsi, w intencji auto-

ra nie by³o stworzenie pirackiej radiostacji, lecz umo¿liwienie ods³uchu w zasiêgu kilkudziesiê-

ciu metrów np. w ogrodzie czy podwórku budynku wolnostoj¹cego, gdzie nie zachodzi ewen-

tualnoæ zak³ócania pracy innym u¿ytkownikom pasma UKF. Prezentowany nadajnik FM powi-

nien byæ zasilany napiêciem 9 - 12V np. z toru radiowego TV, gdzie znajdziemy równie¿ sygna³y

m.cz. kana³ów L/P. Rozwi¹zanie to wymaga jednak ingerencji w uk³ad elektroniczny TV, a w

niektórych przypadkach tak¿e koniecznoæ ekranowania nadajnika. Prostszym rozwi¹zaniem

bêdzie umieszczenie nadajnika w ma³ym pude³ku poza TV i zasilanie go z baterii lub zasilacza

sieciowego. W przypadku, gdy bêdziemy wykorzystywaæ tylko minimaln¹ moc, nadajnik mo¿-

na zasilaæ z ogniwa 1,5V z pominiêciem stabilizatora IC2. Rozwi¹zanie takie uproci konstruk-

cjê, a niski pobór pr¹du ok. 3-5mA gwarantuje d³ugi okres pracy nawet przy redniej jakoci

zastosowanej baterii.

Budowa i dzia³anie

Sercem uk³adu jest specjalizowany uk³ad BA1404, którego podstawowe dane zosta³y

przedstawione w tabeli 1, a schemat struktury wewnêtrznej z zaznaczeniem topografii wypro-

wadzeñ na rys.1. W dostêpnych materia³ach firmowych brak informacji o zakresie czêstotliwo-

ci pracy, jak i o technologii w której uk³ad ten zosta³ wytworzony. Na podstawie wyj¹tkowo

niskiego napiêcia pracy, mo¿na jedynie domniemywaæ, i¿ wykonano go w mieszanej technolo-

gii, w której zastosowano zarówno struktury MOS jak i bipolarne. O obecnoci struktur MOS

mo¿e wiadczyæ fakt wyj¹tkowej wra¿liwoci uk³adu na napiêcia statyczne, o czym mia³em siê

mo¿liwoæ przekonaæ przy budowie prototypu, gdzie uszkodzeniu uleg³ jeden z posiadanych

przeze mnie egzemplarzy. Warto wiêc zainwestowaæ kilka groszy w podstawkê, aby nie uszko-

dziæ nie najtañszego uk³adu BA1404.

Schemat ideowy nadajnika FM stereo przedstwia rys.2. Uk³ad jest bardzo prosty, a prezento-

wane rozwi¹zanie to najprostsze z mo¿liwych jest to tzw. aplikacja firmowa, która zosta³a

wzbogacona o zasilacz stabilizowany oraz prosty wzmacniacz w.cz. pracuj¹cy w uk³adzie RC.

Sygna³y kana³ów L/P np. z wyjcia EURO odbiornika TV podane s¹ na zaciski wejciowe J1,J2,

a za pomoc¹ elementów sprzêgaj¹cych na koñcówki 18,1 IC1. Zaciski te to wejcia dwóch

wzmacniaczy o wzmocnieniu 37dB ka¿dy. Elementy sprzêgaj¹ce R3/C1 i R4/C4 tworz¹ jedno-

biegunowy filtr górnoprzepustowy, obwód premfazy o sta³ej czasowej 50mS. Potencjometr P1

umo¿liwia zrównowa¿enie poziomu sygna³ów kana³ów L/P - balans. Odpowiednio wzmocnione

sygna³y kana³ów L/P podane s¹ na modulator MPX, którego pracê synchronizuje podnona

pilota stereo o czêstotliwoæ 38kH. ród³em sygna³u czêstotliwoci 38 kHz jest wewnêtrzny

oscylator synchronizowany rezonatorem kwarcowym Q1. Uk³ad nie zosta³ wyposa¿ony w prze-

³¹cznik MONO/STEREO przejcie do trybu MONO nastêpu-

je po zwarciu koñcówki 6 IC1 do masy. W wyniku pracy

modulatora MPX na jego buforowanym wyjciu - koñców-

ka 14 IC1 otrzymujemy sygna³ podstawowy. Jest to sy-

gna³ monofoniczny, który powstaje w wyniku zsumowania

kana³ów L/P, a jego obecnoæ jest niezbêdna dla zachowa-

nia kompatibilnoci nadajnika stereo z radioodbiornikami

monofonicznymi. Równolegle z pojawieniem siê na wyj-

ciu modulatora MPX sygna³u podstawowego pojawiaj¹

siê tak¿e dwa sygna³y dodatkowe. Sygna³y te powstaj¹ w

wyniku amplitudowej modulacji sygna³u ró¿nicowego L-R

czêstotliwoci¹ podnonej 38kHz. S¹ to tzw. wstêgi boczne, które nios¹ informacje o dwiêku

przestrzennym, a rozdzielone s¹ wyt³umion¹ podnon¹ pilota stereo 38kHz. Ostatnim etapem

powstawania zespolonego sygna³u stereofonicznego MPX to: odpowiednie zmiksowanie sy-

gna³u podstawowego oraz wstêg bocznych z czêstotliwoci¹ pilota stereo za pomoc¹ elemen-

tów R7,C8 i R8,C9 przy zachowaniu odpowiednich proporcji amplitud. Sygna³ pilota 19kHz

dostêpny jest na koñcówce 13 IC1, a powstaje w wyniku podzia³u przez 2 czêstotliwoci

wewnêtrznego oscylatora 38kHz. Widmo zespolonego sygna³u stereofonicznego MPX przed-

Tabela 1

Parametr

Wartoæ

Monta¿ i uruchomienie

Uk³ad elektroniczny nadajnika FM zmontowano na jednostronnym obwodzie drukowa-

nym, którego mozaikê cie¿ek i rozmieszczenie elementów przedstawia rys.4. Uk³ad nale-

¿y zmontowaæ w tradycyjny sposób. Jak zwykle najpierw montujemy elementy najmniej-

sze, montowane na p³asko, a koñczymy na najwiêkszych, montowanych pionowo oraz

Napiêcie zasilania

1,2-3 V

Pr¹d zasilania 3mA

Separacja kana³ów 45dB

Zniekszta³cenia THD <3%

MPX OUT

200mV Vpp

Pilot OUT

400mV Vpp

RF OUT

600mV

Rys. 4 Rozmieszczenie elementów na p³ytce drukowanej (skala 1:1)

Rys. 1 Schemat wewnêtrznej struktury

BA1404

J4/A

J4/B

Rys. 2 Schemat nadajnika

UKF FM - Stereo

C11

IC1

C12

50µS PREMFAZA

R11

C17

R14

R15

INP L

OSC

IC2

Wejcie L

CX 10nF

C13

15pF

ADJ

INP P

OSC

R10

100k

R12

2,2k

R13

51k

Wejcie P

BA1404

C19

C10

C21

C16

C18

C14

C15

1nF

R16

C20

9-12V

GND

elementach indukcyjnych. Kondensator CX to element SMD montowany na obwodzie

drukowanym od strony cie¿ek. Pod uk³ad IC1 nale¿y zamontowaæ podstawkê, w któr¹

nie nale¿y wk³adaæ uk³adu. W pierwszym etapie nie montujemy elementów wchodz¹cych

w sk³ad dodatkowego wzmacniacza w.cz., tranzystory T1,T2 wraz z elementami dyskret-

nymi. Jednym z mankamentów prezentowanego rozwi¹zania na pewno bêdzie problem

ze dobyciem rezonatora kwarcowego 38,00kHz. Fabryczna aplikacja zawiera taki element

f-my Kyocera typ KF-38F, jednak próby zdobycia takiego elementu na polskim rynku za-

koñczy³y siê niepowodzeniem. W prezentowanym modelu zastosowano w miejsce kwar-

cu uk³ad zastêpczy tego elementu w postaci szeregowo po³¹czonego kondensatora C10 i

indukcyjnoci L. Jest to tak zwany uk³ad Butterwortha-Van Dyke'a, w którym dla uprosz-

czenia pominiêto opornoæ szeregow¹, jak¹ reprezentuje rezonator kwarcowy oraz po-

jemnoæ w³asn¹ obudowy. W przypadku zastosowania uk³adu zastêpczego rezonatora

kwarcowego, wartoæ kondensatora C10 to 100pF, typ MKSE lub MKP-poliweglanowe o

tolerancji mniejszej ni¿ 5% ( literowy kod okrelaj¹cy tolerancjê D-0,5%, F-1%, G-2%, J-

5%). Cewka L to typowy filtr 7x7 nr 316 stosowany w radioodbiornikach w obwodach

wejciowych fal d³ugich. Filtr ten posiada dwa uzwojenia, z których wykorzystywane jest

tylko uzwojenie pierwotne o indukcyjnoci 3,7mH. W razie problemu z nabyciem filtru 316

mo¿emy wykonaæ go we w³asnym zakresie, co nie jest trudne, lecz ze wzglêdu na du¿¹

liczbê zwoi oraz ma³e wymiary rdzenia wymaga precyzji i cierpliwoci. Do wykonania

cewki L potrzebny nam bêdzie dowolny filtr 7x7 na karkasie którego, po usuniêciu rdzenia

wannowego i istniej¹cych uzwojeñ nale¿y nawin¹æ 525 zwoi DNE F0,04-0,06. Pocz¹tek i

koniec wykonanego uzwojenia ³¹czymy z koñcówek 1 i 3. Nastêpnie na karkas nak³adamy

rdzeñ wannowy i unieruchamiamy go odrobin¹ kleju. Ostatni etap to umieszczenie wyko-

nanej cewki w metalowej obudowie 7x7 i korekcja indukcyjnoci za pomoc¹ rdzenia obro-

towego. Tak wykonana cewka powinna posiadaæ indukcyjnoæ ok. 3,7mH i dobroæ Q>55.

Cewkê L1 nale¿y wykonaæ we w³asnym zakresie na polietylenowym karkasie o rednicy

5mm z rdzeniem proszkowym przystosowanym do pracy w zakresie UKF. Karkas taki bez

trudu znajdziemy w ka¿dej g³owicy UKF, a uzwojenie to 2-3 zwoje, w zale¿noci od czêsto-

tliwoci rezonansowej. W proponowanym rozwi¹zaniu modelowym cewka L1 posiada

2,25 zwoja srebrzanki O0,8mm, co przy wartoci C12 jak na schemacie daje pokrycie w

pamie w zakresie 90-100MHz. Taka liczba zwoi posiada tak¿e plus w postaci rozstawu

wyprowadzeñ 5mm tak, ¿e cewka pasuje do otworów w obwodzie drukowanym. Wygl¹d

gotowej cewki L1, gdzie wyranie widaæ sposób nawiniêcia (zwoje powinny byæ oddalone

od siebie o ok., 0,4-0,5mm), przedstawia rys.5. Zmontowany uk³ad wymaga uruchomie-

nia i zestrojenia, co nie jest zbyt trudne i nie wymaga posiadania specjalistycznego sprzê-

tu. Nim przyst¹pimy do uruchamiana nale¿y do punktu J4/A przylutowaæ ok. 70 cm prze-

wodu, który bêdzie pe³niæ rolê anteny nadawczej. Pierwszym etapem to sprawdzenie

poprawnoci pracy zasilacza stabilizowanego. W³¹czamy zasilanie i za pomoc¹ woltomie-

rza sprawdzamy poprawnoæ napiêcia na wyjciu IC2, które mierzone np. na kondensato-

rze C19 powinno wynosiæ 2V. Nastêpny etap to w³o¿enie IC1 do podstawki przy wy³¹czo-

nym zasilaniu i pierwsza próba dostrojenia. W³¹czamy radioodbiornik w pamie UKF na

zakres ok. 100MHz w tzw. cichym miejscy (brak odbioru), najlepiej przy wy³aczonym uk³a-

dzie ARcz. Teraz za pomoc¹ plastikowego wkrêtaka krêcimy rdzeniem cewki L1 dostraj¹c

nadajnik tak, aby znik³ dobiegaj¹cy z g³oników radioodbiornika szum superreakcyjny. W

razie, gdy próba dostrojenia siê nie powiedzie, nale¿y spróbowaæ przy dostrojeniu radio-

odbiornika na inn¹ czêstotliwoæ w pobli¿u wspomnianych 100MHz. Po uzyskaniu po-

prawnego dostrojenia nale¿y dostroiæ cewkê L tak, aby nast¹pi³o zapalenie diody LED w

radioodbiorniku sygnalizuj¹cej odbiór emisji stereo. Tu ze wzglêdu na fakt, ¿e wiêkszoæ

wspó³czesnych dekoderów stereo wykorzystuje pêtlê synchronizacji fazowej PLL mamy

u³atwione zadanie. Cewkê L2 mo¿na tak¿e dostroiæ wykorzystuj¹c miernik czêstotliwoci.

Pomiaru dokonujemy na wyjciu "pilota" koñcówka 13 IC1, a rdzeñ cewki L nale¿y tak

ustawiæ, aby miernik wskaza³ dok³adnie 19,0kHz, co wiadczy o dostrojeniu oscylatora do

czêstotliwoci 38,0kHz. Tak uruchomiony uk³ad jest gotowy do pracy, a pozostaje tylko

odpowiednie zabezpieczenie-unieruchomienie rdzeni cewek L1 i L i dylemat, czy wyposa-

¿yæ uk³ad w dodatkowy wzmacniacz w.cz. czy te¿ te kilka mW jakie oferuje uk³ad BA1404

jest wystarczaj¹ce.

Spis elementów

C8 - 220pF

C10 -10pF/100pF*

C11 - 10pF/47pF*

C12 - 47pF

C13 - 15pF

C14 - 15pF

C15 - 10nF

C16 - 100pF

C17 - 1nF

C18 - 10nF

C19 - 47µF/16V

C20 - 220µF/16V

CX - 10nF SMD

Rezystory:

R1 - 33k

R2 - 33k

R3 - 47k

R4 - 47k

R5 - 1k

R6 - 1k

R7 - 150k

R8 - 5,6k

R9 - 330

R10 - 100k

R11 - 470

R12 - 2,2k

R13 - 51k

R14 - 270

R15 - 470

R16 - 330

Pó³przewodniki:

IC1 - BA1404 f-my ROHM

IC2 - LM317D

T1 - BF240

T2 - BF240

Kondensatory:

C1 - 1nF

C2 - 1nF

C3 - 4,7µF/16V

C4 - 4,7µF/16V

C5 - 10µF/16V

C6 - 1nF

C7 - 1nF

C9 - 10µF/16V

Inne:

L1 - patrz tekst

Drut - 0,8mm 10cm

Karkas 7x7

P1 - 47k monta¿owy H

Q1 - kwarc 38kHz lub

Cewka 7x7 typ 316

P³ytka - 186-K

100%

L+R

L-R

10%

Sygna³

podstawowy

Wstêga

dolna

Wstêga

górna

F kHz

Rys. 3 Widmo zespolonego sygna³u

stereofonicznego

Rys. 5 Widok cewki L1

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: