Поскольку в современной аппаратуре тракт АМ стал дополнительным, а тракт ЧМ является основным, то его конструкции уделяется основное внимание. Структура этого тракта такова: резонансный УВЧ (возможна АРУ либо дискретное управление усилением), преобразователь частоты, пьезофильтр ПЧ, широкополосный УПЧ, частотный детектор, стереодекодер. Число настраиваемых контуров - от двух до четырех, в зависимости от требований, предъявляемых к избирательности приемника. УВЧ и преобразователь частоты выполнены, как правило, на одной микросхеме (например, TA7358AP или KA22495), реже - на дискретных элементах (в моделях высокого класса). УПЧ и стереодекодер также представляют собой отдельные микросхемы, хотя есть и комбинированные, объединяющие эти два узла.
В качестве примера рассмотрим тракт ПЧ ЧМ и стереодекодера автомагнитолы "Road Star" выпуска 1993 г. (рис.3). С выхода преобразователя частоты сигнал ПЧ частотой 10,7 мГц поступает на апериодический первый каскад УПЧ. Его задача - согласовать преобразователь с пьезокерамическим фильтром ZF1 и компенсировать потери в нем. Далее сигнал поступает на широкополосный УПЧ. Фазосдвигающий контур L1C3, настроенный на ПЧ, входит в состав частотного детектора. После детектора комплексный стереосигнал поступает на стереодекодер. Установка режима его работы производят резистором R7. Конденсаторы C11, C12 совместно с элементами коммутатора сигнала (на схеме не показаны) образуют цепи компенсации предыскажений.
Структура входных каскадов тракта ЧМ - резонансный УВЧ и преобразователь частоты с отдельным гетеродином - также традиционна. В старых моделях УКВ-блок выполнен на дискретных биполярных транзисторах и представляет собой единую конструкцию с ферровариометром. В настоящее время широко применяют настройку контуров варикапами, причем исключительно в радиоприемных трактах с синтезаторами частоты (в петле ФАПЧ). В отечественных автомобильных приемниках часто применяют для настройки многооборотные резисторы. Настройка конденсаторами сейчас применяется только в дешевых моделях, выполненных с совмещенным трактом АМ-ЧМ на микросхемах. Поскольку при таком построении в составе тракта УКВ есть только один перестраиваемый контур на выходе УРЧ, избирательность по зеркальному каналу невысока.
В крупных городах, где много УКВ-станций, а их мощность ограничена, высокая чувствительность приемника при недостаточной селективности только ухудшает качество приема. Входные каскады на биполярных транзисторах в таких условиях создают значительные перекрестные искажения. Для получения высокой избирательности и чувствительности в высококачественных трактах УКВ использовали двухкаскадные УРЧ и дополнительный перестраиваемый полосовой фильтр. С этой же целью в последние годы в трактах УКВ среднего и высокого класса все чаще применяют полевые транзисторы. Благодаря их высокому входному сопротивлению сохраняется добротность контура и повышается уровень сигнала, а малая проходная емкость способствует высокому усилению, что позволяет обойтись всего одним каскадом УРЧ.
Смеситель преобразователя частоты как в интегральном, так и в дискретном исполнении выполняется исключительно на биполярном транзисторе по схеме с общим эмиттером. В этом отношении тракт ЧМ отечественных автомобильных радиоприемников, построенный с применением балансного смесителя на микросхеме К174ПС1, гораздо совершеннее. Сигнал РЧ и сигнал гетеродина в рассматриваемых смесителях подают в цепь базы, а сигнал ПЧ частотой 10,7мГц выделяется в коллекторной цепи одиночным контуром. Избирательность по соседнему каналу полностью определяется пьезокерамическим фильтром в тракте ПЧ.
Гетеродин тракта УКВ на дискретных элементах выполняют обычно по схеме емкостной трехточки. В преобразователях частоты интегрального исполнения используются гетеродины на двух транзисторах, контур гетеродина подключается к ним только двумя точками. В радиоприемных трактах с аналоговой настройкой обязательно используется неотключаемая автоматическая подстройка частоты гетеродина при помощи варикапа в контуре гетеродина, управление которым производится с выхода частотного детектора. В радиоприемных трактах с цифровой настройкой за стабильность частоты гетеродина отвечает синтезатор частоты, при этом в специальных элементах подстройки нет необходимости. Неотъемлемая часть практически всех современных блоков УКВ - буферный каскад для подачи сигнала гетеродина на синтезатор частоты или цифровую шкалу, которая все чаще применяется в аппаратах с аналоговой настройкой вместо традиционной шкалы. Для обеспечения стабильности частоты гетеродина связь буферного каскада с контуром гетеродина минимальна, иногда через емкость монтажа. Катушки УРЧ и гетеродина обычно бескаркасные, намотаны медным эмалированным проводом диаметром 0,6-1,0 мм с диаметром витка 4-6 мм. Сопряжение контуров выполняется подгибанием крайних витков, после настройки витки катушки фиксируют парафином или компаундом.
В качестве примера рассмотрим УКВ-блок автомагнитолы Yamaha YX-9500 выпуска 1996 г. (рис.4) В нем есть несколько интересных технических решений, характерных и для аппаратуры других производителей.
Сигнал с антенны через конденсатор связи C1 поступает на входной контур L1C2C3VD1. Перестройка блока по частоте производится изменением управляющего напряжения на варикапах VD1-VD3. Резонансный УРЧ выполнен на двухзатворном полевом транзисторе VT1. Особенность построения каскада заключена в том, что входной сигнал подан на второй затвор, а первый затвор используется для регулировки усиления. Транзистор VT2 - ключ, изменяющий смещение на первом затворе VT1 (а, следовательно, и усиление) по команде от управляющего микропроцессора. Для получения оптимального согласования и устойчивой работы во всем диапазоне частот применено включение нагрузки - контура L3VD2 - через катушку связи L2.
На входе смесителя включен режекторный контур L4C8, настроенный на промежуточную частоту. Он уменьшает вероятность перегрузки смесителя сигналами с частотой, близкой к промежуточной. Усиленный входной сигнал и сигнал гетеродина подаются на базу транзисто ра смесителя VT3. Сигнал ПЧ частотой 10,7 мГц выделяется в коллекторной цепи и подается на УПЧ через катушку связи L6.
Гетеродин собран на транзисторе VT4 по традиционной схеме емкостной трехточки. Контур гетеродина L7VD3 для получения возможно более высокой добротности слабо связан как с транзистором гетеродина, так и с буферным каскадом на транзисторе VT5. Конструкция тракта ПЧ и стереодекодера аналогична уже рассмотренной - согласующий каскад на транзисторе, два пьезофильтра, УПЧ на микросхеме LA1140 и стереодекодер на микросхеме LA3375.
Контурные катушки намотаны медным эмалированным проводом диаметром 0,8 мм, диаметр витка 5 мм и имеют следующие данные: L1 - 6,5 витков, L2 - 2,5 витка, L3 - 6,5 витков, L7 - 5,5 витков. Катушки фильтров: L4 - стандартный дроссель индуктивностью 0,68 мкГн, L5,L6 - стандартный фильтр ПЧ 10,7мГц (конденсатор С* входит в конструкцию фильтра). Чувствительность тракта - 2,5 мкВ, избирательность по соседнему каналу - 45 дБ.
Рассмотренное построение радиоприемного тракта характерно, главным образом, для аппаратуры европейских производителей. В современных массовых моделях автомагнитол японского производства все шире применяются совмещенные радиоприемные тракты второго поколения, полностью выполненные на одном кристалле. Например, фирма Sanyo производит микросхему LA1883M, размещенную в корпусе с 64 выводами, работающую в комплекте с микропроцессором. Подобные тракты применяют в своих магнитолах фирмы Sony, Kenwood, Pioneer.
Рассказ о радиоприемных трактах АМ и ЧМ завершим рассмотрением синтезаторов частоты, без которых уже немыслим современный автомобильный радиоприемник или автомагнитола. Широкое распространение с средины 80-х годов синтезаторов частоты полностью изменило представление об автомобильном приемнике. Помимо высокой стабильности частоты настройки даже в отсутствие полезного сигнала, появились такие функции, как автоматическая настройка, сканирование фиксированных настроек, настройка на станции с наилучшим качеством сигнала, память настроек и др.
Попытки ввести дополнительные функции в управление радиоприемником предпринимались и ранее, но их технические решения распространения не получили. Более-менее удачно была реализована только автоматическая настройка в диапазоне УКВ. Зарядка конденсатора в интеграторе изменяла его выходное напряжение, подаваемое на варикапы для настройки приемника в диапазоне частот. Сканирование прекращалось по сигналу системы бесшумной настройки, которая контролировала уровень полезного сигнала в полосе пропускания ПЧ, и интегратор переводился в режим хранения. Удержание станции производила система АПЧ. Настройка сохранялась до выключения приемника или получения команды на дальнейшую перестройку. Попытки ввести аналоговую память настройки успеха не имели, как и попытки применения подобных систем в диапазонах АМ.
Синтезаторы частоты современных приемников выполнены по схеме с ФАПЧ (в англоязычной терминологии PLL - Phase Locked Loop). Принципы построения подобных систем известны: сигнал гетеродина после деления частоты сравнивается по частоте и фазе с опорным сигналом, частота которого равна шагу сетки частот в выбранном диапазоне. Полученный в результате сравнения сигнал ошибки изменяет частоту гетеродина таким образом, что она становится равна опорной частоте, умноженной на коэффициент деления. Быстродействие синтезаторов первого поколения было недостаточным, поэтому в диапазоне УКВ их использовали в комплекте с внешним делителем частоты. Набор функций был крайне ограничен.
Синтезаторы второго поколения уже выполнены полностью на одной микросхеме. Они включают в себя управляющий микропроцессор и ячейки памяти настроек. Обычно используется по 5-6 ячеек памяти в каждом из диапазонов АМ и от 10 до 30 и более в диапазоне УКВ. Ячейки в диапазоне УКВ для удобства пользования обычно разбивают на группы. Для индикации частоты настройки в синтезаторах первого поколения использовались светодиодные индикаторы, затем перешли к использованию жидкокристаллических экранов (LCD display) с задней подсветкой и катодолюминисцентных индикаторов (в дорогих моделях). Изменение сетки частот (европейский или американский стандарт) ранее производилось внешними перемычками или переключателями на плате магнитолы, в новых моделях эта операция проводится с клавиатуры чисто программным путем.
Помимо управления собственно частотой настройки приемника, микропроцессор синтезатора частоты выполняет и ряд сервисных функций. Алгоритм работы и наименование функций у разных производителей достаточно сильно отличаются. Обычный набор функций таков: переключение диапазонов (band), ручная настройка (manual tuning) с возможностью запоминания (memory), автоматическая настройка и запоминание всех доступных станций (auto tuning, auto memory store - AMS) или станций с максимальным уровнем сигнала (best stations memory, BSM), автоматическая настройка на следующую по частоте станцию (seek), сканирование ячеек памяти вперед (scan up) или назад (scan down) с прослушиванием в течение 5-10 секунд. Кроме того, автоматически запоминается последняя настройка на каждом из диапазонов (в приемниках с аналоговой настройкой это свойство было само собой разумеющимся).
В функции микропроцессора входит также сканирование клавиатуры, индикация диапазона, частоты настройки, номеров ячеек памяти, режимов работы приемника или магнитофона, набор которых может довольно сильно отличаться от модели к модели даже среди продукции одной фирмы. С распространением в звуковом тракте цифровых регуляторов (громкость, баланс, тембр) управление ими было возложено на микрокомпьютер синтезатора частоты. Лентопротяжные механизмы с логическим управлением и ряд внешних устройств также обслуж иваются этим микропроцессором, что дает основание причислить подобные управляющие системы к третьему поколению.
Появившиеся в последние годы системы передачи данных по радиоканалу (RDS) используют для вывода информации все тот же дисплей и микропроцессор. Предается дорожные сводки для водителей, прогноз погоды, финансовые новости и другая информация, которая может быть сохранена в памяти. Декодирование данных пока производится отдельным устройством, но можно предположить, что его функции тоже скоро перейдут к основному микропроцессору. К сожалению, в России эта система пока находится на первом этапе развития.
Алгоритм автоматической настройки для современных радиоприемных трактов примерно одинаков и отличается только деталями. Настройка, например, сначала производится в режиме местного приема (Local) при пониженной чувствительности приемного тракта, и лишь затем в режиме дальнего приема (DX). Некоторые современные приемники могут осуществлять поиск станций, транслирующих определенные программы (спорт, новости, музыка определенных жанров). К сожалению, отечественные радиостанции пока не передают опознавательные сигналы, да и музыкальный винегрет в эфире не способствует использованию этой функции. Процессор перестраивает приемник по диапазону до тех пор, пока не получит от него стоп-сигнал. Он вырабатывается по совпадению двух условий - захвата частоты и достижения заданного уровня сигнала ПЧ. В диапазоне УКВ для этого обычно используют сигнал системы бесшумной настройки, имеющийся у большинства микросхем. Далее, в зависимости от выбранного алгоритма, анализируются другие условия. Например, в диапазоне УКВ помимо уровня сигнала, можно контролировать наличие и уровень пилот-тона. Тогда при слабом сигнале стереодекодер принудительно переводится в монорежим. Если станция удовлетворяет поставленным условиям, ее частота заносится в память процессора.
В качестве примера рассмотрим синтезатор частоты и управляющий микрокомпьютер UPD1719G-014 магнитолы Yamaha YX-9500 выпуска 1996 г. (рис.5). Эта микросхема сейчас уже несколько устарела, но на ее примере легко разобрать построение простого синтезатора частоты и его взаимодействие с радиоприемным трактом.
Тактовая частота микропроцессора 4,5 мГц стабилизирована кварцевым резонатором. Большая часть входов и выходов микросхемы занята обслуживанием жидкокристаллического дисплея и клавиатуры, 16 кнопок которой объединены в неполную матрицу 6х4. При переходе в режим проигрывания кассет питающие и управляющие напряжения с радиоприемного тракта снимаются, сканирование клавиатуры прекращается и осуществляется только индикация направления движения ленты.
В зависимости от выбранного с клавиатуры диапазона настройки набор сигналов на выводах 12 и 13 через ключи на биполярных транзисторах (на схеме не показаны) подает питание на соответствующие каскады приемника. Сигнал гетеродина тракта АМ поступает на выв од 5, тракта ЧМ - на вывод 6. Широтно-модулированный сигнал управления частотой гетеродинов с вывода 3 подается на интегратор, выполненный на транзисторах VT4,VT5. Напряжение настройки для варикапов снимается с конденсатора C1. Данный микрокомпьютер в пр оцессе настройки не производит автоматическое переключение чувствительности приемного тракта и стереорежима, режимы Local/DX и моно-стерео (только для УКВ) переключают вручную. Соответствующие сигналы формируется на выводах 10 и 18. В процессе поиска станций или переключения фиксированных настроек микрокомпьютер выдает на выводе 14 сигнал выключения звукового тракта (mute), который управляет электронными ключами на входе УМЗЧ (на схеме не показаны). По выводу 63 высоким уровнем действуют стоп-сигналы для тракта ЧМ (от системы бесшумной настройки) и тракта АМ. Дополнительно от тракта АМ принимается промежуточная частота (вывод 16). По выводу 64 поступает сигнал от детектора пилот-тона стереодекодера для индикации стереоприема.
Для питания микропроцессора используется несколько источников. Во первых, это стабилизатор напряжения 3,6 вольта на стабилитроне VD20, от которого осуществляется питание собственно микропроцессора в рабочем режиме. Для питания ячеек памяти использован источник стабилизированного напряжения 5 вольт, выполненный на основе микромощного стабилизатора напряжения 78L05. Питание на него постоянно подано от аккумулятора автомобиля через диод VD18. При снятии основного аккумулятора можно подключить гальваническу ю батарею напряжением 9-15 вольт через цепь VD19R13. Наконец, на случай полного отключения источников питания (магнитола съемная) предусмотрен ионистор С8 емкостью 0,22 Ф. Запасенной им энергии хватает для питания ячеек памяти в течение 4-5 дней.
Источник: Журнал "Радио" №№ 4-8 1999г., Автор: А.И.Шихатов
