Тюнер FM для приёмника ретро своими руками.

 Старая ламповая радиола работает в УКВ диапазоне на частотах 65,8 – 73 МГц, а так хочется послушать станции с той же частотной модуляцией (FM)  в верхнем диапазоне УКВ на частотах 88 – 108 МГц. Существует несколько способов переделок.

 Способ первый. Выход частотного детектора с промышленного приёмника подсоединить к ламповому входу УНЧ радиолы, к входу звукоснимателя или регулятора громкости. Но такой симбиоз мне не очень нравится.

 Способ второй.  Иногда перестраивают УКВ блок самой радиолы, её гарантированная чувствительность равна 20 мкВ, такую чувствительность имели старые ламповые приёмники второго класса, маловато будет. Одной только перестройкой здесь не обойтись.

 Способ третий. Встроить в радиолу готовый блок УКВ от  хорошего современного приёмника. Заранее вижу сложности по установке кнопок настройки и управлению этим блоком.

 Можно и дальше перечислять другие способы, а поэтому я остановился на самом простом способе, который стар, как и сама радиола, но вполне себя оправдал. К самому приёмнику добавляется только ручка настройки гетеродина, ибо только он и будет перестраиваться. Берётся одна единственная микросхема с классическими пьезокерамическими фильтрами на 10,7 МГц и фильтром дискриминатора (детектора). По крайней мере, промежуточная частота с детектором уже настроены, работы остаётся немного, уложить катушку гетеродина и настроить селективный усилитель высокой частоты. Всю схему тюнера мне не хочется вырисовывать. Микросхем с классической промежуточной частотой 10,7  великое множество, возможно, у каждого есть своя любимая. В давние времена я начинал строить с микросхемой ТЕА 5710Т,  на её примере я расскажу, как простым способом добиться неплохих параметров тюнера, который хорошо принимает радиостанции на предельных расстояниях, имея чувствительность не хуже 1 мкВ при соотношении сигнал – шум в 20 дБ, и прекрасно себя чувствует  вблизи Останкинской телебашни. Так сложилось, что переворот в радиовещании произошёл более 20 лет назад, когда появились первые радиостанции «Европа +»  и «М Радио», передающие зарубежную эстраду. Вот тогда-то я мастерил тюнера, настраивая их на понравившиеся частоты с небольшой подстройкой в диапазоне.  К микросхеме добавлялся селективный усилитель высокой частоты (УВЧ). Первоначально он был выполнен на одиночных контурах, а потом я стал использовать связанные контура, обладающие лучшей характеристикой и обеспечивающие более широкую полосу приёма 5 МГц.  Поскольку контура не перестраиваются варикапами, в тюнере отсутствуют перекрёстные помехи, а хорошая  дополнительная селективность связанных контуров  подавляет зеркальный канал и частично побочные каналы приёма. В усилителе использовался транзистор (АТ32033) с маленьким коэффициентом шума, таким образом, достигалась хорошая чувствительность, приёмник уверенно принимал радиостанции в радиусе 80 км от Москвы на отрезок провода в один метр, в то время как промышленный вариант приёмника на этой микросхеме помалкивал.

 Шкала настройки очень удобная, я просто использовал стрелочный вольтметр, он очень подходит для стиля ретро. Меняется напряжение на варикапе гетеродина, а стрелка вольтметра настраивается в это время на станции.

Рис. 1.  Схема тюнера.

 Достоинство в простоте конструкции. Недостатка два. Уверенный приём только в полосе преселектора, а она около 5 МГц. Нет смысла делать преселектор с широкой полосой, так как он будет приближаться к  промежуточному каналу приема, и захватывать побочные каналы, ухудшая при этом помехоустойчивость. Второй недостаток, это -  температурная зависимость частоты настройки гетеродина. Но если последнее решить с помощью синтезатора, то теряется простота конструкции. А если бы была поставлена задача – сделать уверенный приём во всём диапазоне, то я бы несколько таких блоков с микросхемами поставил в параллель и переключал бы вручную, разделив, таким образом, весь диапазон.

 Несколько слов о пьезокерамических фильтрах на 10,7 МГц. Лучше применить микросхему, где используются 2 фильтра промежуточной частоты, получится хорошая избирательность по соседнему каналу приёма, более 60 дБ.  С пьезокерамическим фильтром дискриминатора, приёмник упрощается в налаживании. В современных микросхемах он используется реже, а о его правильном подключении фирмы производители не дают информацию.  Ни в коем случае не покупайте отечественные пьезокерамические фильтры (цвета от голубого до салатового), так как у них большой разброс по частоте  (до 200 кГц) и очень плохая надёжность. Я столкнулся с этим по специфике своей работы. Лучше приобрести фильтры фирмы Murata, из тысячи ни один не вышел из строя, а из отечественных – каждый двадцатый.

О катушках индуктивности. Одна и та же катушка импортного производства может иметь разную цену. Как выяснилось в процессе – это не спроста. В цене заложены лучшие характеристики, меньше температурный коэффициент изменения индуктивности, что  улучшает стабильность контура. Уменьшить уход по частоте поможет  неоднократный сильный нагрев катушки, горячим воздухом, используя фен. 

 О микросхемах. Микросхема ТЕА 5710 мне очень нравиться, жаль, что её сняли с производства, хотя остатки на складах ещё есть, есть и в продаже. Это полноценный приемник, как с частотной, так и с амплитудной модуляцией. Встроенный гетеродин и усилитель высокой частоты упрощают всю схему. Вывести данную микросхему из строя просто невозможно. Сконструированные на ней блоки работают уже более 15 лет и не теряют работоспособность.  В моём случае я только чуть уменьшаю усиление её собственного УВЧ, шунтируя контур Lк4  резистором, и добавляю УВЧ на современном транзисторе, имеющем меньший коэффициент шума. Можно использовать полевой транзистор BF1212WR, но будет другая схема его включения. На этой частоте еще его не опробовал, но уверен, что УВЧ на нём обладает больней линейностью, а значит, более устойчив к помехам, по крайней мере, не выходит из строя при мощном сигнале на входе (до 1 вольта) , а с транзистором АТ32033 такое порой случалось.

 Однокристальные приёмники с низкой промежуточной частотой (150кГц), мне не по душе.

 Из современных микросхем с фильтрами на 10,7 МГц,   подойдёт SA 636, SA 639, но её применение усложнит конструкцию. Она постоянно совершенствуется, её размер становится всё меньше и меньше - не каждому это понравится. При желании её можно использовать с фильтром дискриминатора, внеся небольшую подстройку.

Фото 1. Плата тюнерв в сборе.

Регулировка на слух возможна только в случае использования одиночных контуров. Сам процесс регулировки прост, а всё дело в конструкции контуров. Они выполнены проводом диаметром 0,3  и представляют собой 10 витков, без сердечника. Наматываются на оправке (например, сверло) в 1.5 мм, причём  с шагом равным примерно диаметру провода. Настройка будет заключаться в сжатии или растягивании контура по максимуму принимаемого сигнала. Можно на слух, настроившись на отдалённую радиостанцию, слышимую на уровне шума, но лучше по приборам. У сильно вытянутого контура уменьшаю номинал его конденсатора, приводя его таким образом после повторной настройки в приличное состояние. Отличается только катушка гетеродина. Я специально подобрал нормированный контур в 150 нГн в планарном исполнении. Сделал это намеренно, пытаясь уменьшить уход частоты гетеродина от изменения внешней температуры. Все значения номиналов конденсаторов приведены для частоты 87 – 94 МГц, но паразитная ёмкость монтажа внесёт свои коррективы.  Частота гетеродина на 10,7 МГц выше. Уложить гетеродин удобно по анализатору спектра. Увеличение номинала конденсатора Сп, расширяет перестройку и смещает её вниз, с уменьшением номинала конденсатора, перестройка уменьшается, и настройка гетеродина смещается вверх. Через каждые 400 кГц идут радиостанции, в этом сгустке найдётся любимая. Плотно «забитый» диапазон усложнит измерение чувствительности. Нужна экранированная комната. При измерении ушёл на самый склон входной частотной характеристики, практически за диапазон и намерил 1,2 мкВ при соотношении сигнал/шум 20 дБ. 

 Если кто решится повторить конструкцию, имея анализатор спектра и генератор или один измеритель частотных характеристик (Х 1 -42) или аналогичный ему, могу дать полновесную инструкцию по настройке.

 Ламповый усилитель в сочетании c диапазоном ЧМ (FM) – музыкальное блаженство!

Дополнено 8 октября 2012 г.  Полновесная инструкция.

                              Регулировка тюнера УКВ диапазона.

  Настройка блока состоит из трёх этапов.

 1.Настройка высокочастотного усилителя осуществляется с помощью прибора Х1- 42, или Х1-50, или аналогичного им прибора для исследования амплитудно - частотной характеристики (АЧХ).

Для настройки необходим высокочастотный кабель с разъёмом и детекторная головка.  Для удобства пользования прибором использую самодельный детекторный пробник. Он имеет небольшие габариты, благодаря чему обладает маленькой собственной ёмкостью. Ёмкость входного конденсатора можно всегда поменять, например, уменьшить с ростом частоты, таким образом исключить взаимовлияние измерительного прибора на работу схемы. Входные вывода измерительной головки должны быть как можно короче, чтобы исключить их паразитную индуктивность и ёмкость. Вместо классического германиевого диода использую СВЧ переключающие PIN диоды.

Фото 2.  Детекторная головка.

Рис. 2. Схема детекторной головки.

 Калибровка прибора необходима для определения уровня, относительно которого  в дальнейшем будем считать усиление каскада или части схемы. Уровни измеряются в дБ, на ручке декадника прибора. Горизонтальную линию уровня устанавливают по середине шкалы.                                                 

Рис 2а. Схема калибровки прибора.

Фото 3. Калибровка уровня отсчёта.

Настройка сквозной частотной характеристики каскадов. Выход прибора Х1 - 42 подсоединить к антенному входу тюнера, а детекторную головку к 20-ому выводу микросхемы ТЕА 5710 . Первоначально необходимо увеличить обзор прибора до 50 МГц, при необходимости уменьшать уровень выхода с генератора. Сжимая или разжимая катушки, добиваться роста усиления в заданной полосе частот, начиная от 88 МГц и выше.  Реальная полоса при указанных в схеме номиналах около 5 МГц. Значит, центральная частота будет 91 МГц. Меняя резонанс контуров, (при сжатии его характеристика смещается вниз, при растягивании - вверх), их, таким образом, подводят к центральной частоте. В этом случае усиление будет расти, а полоса пропускания сужаться. В процессе настройки, когда уровень АЧХ растёт, уровень сигнала с выхода прибора уменьшают декадником.

 В теории каждый колебательный контур имеет свою частотную характеристику. Сквозная характеристика – это последний график.

                        

Фото 4.  Сквозная АЧХ усилителя с настоенными контурами.

Частотные характеристики контуров.

Рис. 3. Частотные характеристики контуров.

 Задача настройки – получить максимальное усиление и минимальную неравномерность в диапазоне частот 88 – 93 МГц. АЧХ  в идеале должна иметь плоскую вершину и крутые скаты, а усиление всего тракта (от антенного входа до 20-ого вывода микросхемы) должно быть не менее 20 дБ. Уровень усиления определяется по декаднику относительно калибровочного уровня.

Фото 5.   Возбуждение усилителя.

 Если сквозная частотная характеристика при настройке стала превращаться в ломаную кривую, как на фото, значит, конструкция загудела, усилитель возбудился. Я специально снял блокировочный конденсатор, чтобы добиться такой формы частотной характеристики. Такое может случиться, если монтаж выполнен неудачно. Высокочастотный монтаж имеет свои конструктивные особенности.  Это целая тема. Проще всего избежать неприятностей поможет изменение схемного решения, например, уменьшить коэффициент усиления каскада, это немного усложнит схему, хотя дополнительно улучшит избирательность по зеркальному каналу, в тоже время немного заузит полосу пропускания.

 Необходимо поставить дополнительный блокировочный конденсатор по питанию и подобрать отвод к катушке. Пайка отвода ближе к питающей шине уменьшает усиление и повышает устойчивость каскада к самовозбуждению.

  Схема изменения в каскаде усиления. Рис.5.

Рис. 5. Повышение устойчивости усилителя.

Фото 6. Процес настойки контуров. Контура расстроены.

 Если резонансная кривая отсутствует? Поможет детекторная головка. Её последовательно подсоединяют к точкам схемы, что даёт возможность быстро определить, где теряется сигнал. Подсоединив к базе транзистора, можно наблюдать входной контур. Рис3.1.(чтобы он соответствовал рисунку, катушку Lк2 надо закоротить). Подсоединив к 1-ому выводу микросхемы, должны увидеть картинку на Рис.3.2, контур Lк4 должен быть замкнут и т.д. Причиной отсутствия сигнала может быть ошибка в монтаже или в номинале детали.

 2. Настройка гетеродина. Удобно настроить с помощью анализатора спектра. К входу анализатора спектра подсоединяют высокочастотный кабель, заканчивающийся проводком 10 см, который послужит антенной. Провод располагают рядом с катушкой гетеродина Lг. С ростом напряжения на варикапе, настройка гетеродина смещается вверх. На схеме я забыл указать номинал конденсатора Сп, это емкость связи катушки  с емкостью варикапа, отвечает за полосу перестройки, Сп = 20 пФ. При заданных номиналах частота перестройки гетеродина должна находиться в пределах

97,7- 104,7 МГц, не менее, что соответствует настройке 87- 94 МГц. Что на что влияет, написано в предыдущей статье.

3. Измерение чувствительности. Чувствительность должна получиться не хуже 1 мкВ при соотношении сигнал / шум 20 дБ.

 У меня были проблемы при измерении этого параметра, так как весь диапазон забит станциями. В идеале этот параметр меряется в экранированной комнате. При измерении чувствительности около 1 мкВ не каждый ВЧ генератор подходит. Из отечественных  высокочастотных генераторов Г4 -151 не годится, так как имеет плохое экранирование, то есть излучает, поэтому с ним можно намерить 0,1 мкВ, что нереально. Хорошо себя зарекомендовал Г4 – 176. Серьёзные генераторы иностранного производства тоже подойдут.

 Схема измерения чувствительности.  Рис 6.

Рис. 6. Схема измерения чувствительности.

 На генераторе выставляют частоту 88 МГц (обычно измерения проводят в трёх точка диапазона), девиацию частоты 75 кГц, частоту модулирующего сигнала -1 кГц, уровень выхода 5 мкВ. Тюнером, его ручкой настройки, необходимо настроиться на частоту генератора по тональному  сигналу величиной 1 кГц на его выходе. Контроль выхода производится вольтметром и осциллографом, соединёнными параллельно через тройник. Среднеквадратичное значение синусоидального сигнала на выходе тюнера должно быть не менее 30 мВ. Вольтметры  В3 – 38 и В3 -39 дополнительно имеют шкалу в дБ. При измерении остаточных шумов и уровня сигнала все значения удобно считать в дБ.

Отключают девиацию частоты на генераторе и измеряют уровень остаточных шумов на выходе тюнера в дБ, должно получиться соотношение равное 20 дБ относительно синусоидального сигнала.

                20дБ   =  Уровень сигнала  дБ  –  уровень шума дБ.

 Уменьшая уровень сигнала с генератора, добиваются соотношения 20 дБ, последовательно повторяя операцию до трех раз. То есть повторно включают девиацию и от нового уровня синусоидального сигнала, выключив девиацию, добиваются уровня  остаточных шумов 20 дБ, последовательно уменьшая сигнал с генератора. И так до тех пор, пока не установится необходимая разница в 20 дБ.  При этом уровень с генератора будет соответствовать чувствительности.

 Запутано, да!

 У профессионалов это получается с одного раза. Они по форме шумового синусоидального сигнала с ходу определят чувствительность.

"Самодельный тюнер FM (ЧМ) с двойным преобразованием частоты" практически не нуждается в регулировке и охватывает весь диапазон FM, занимающий более 20 МГц.