Instantní FM radiopřijímač

Obsah stavebního návodu

Úvod
Technické parametry
Popis funkce
Vysokofrekvenční díl
Nízkofrekvenční zesilovač
Indikátor vyladní
Součástky
Postup výroby
Oživení
Sladění
Anténa
Co dělat, když je přijímač mrtvý
Správná napětí na vývodech int. obvodů

Úvod

Polotovary, z nichž lze velmi rychle a jednoduše doma zhotovit konečný výrobek, již nejsou jen doménou potravinářství (např. instantní polévky a omáčky), ale objevují se již i v radiotechnice. Vyrábějí se integrované obvody, které obsahují např. celý radiopřijímač kromě reaktančních prvků, tj. cívek a kondenzátorů. Jsou navrženy tak, aby těchto vnějších součástek bylo co nejméně a zapojení se snadno oživovalo a bylo málo citlivé na odchylky parametrů součástek. Takže pokud si za jeden večer chcete postavit FM rádio, kupte si dva integrované obvody, 26 kondenzátorů, 1 odpor, reproduktor a univerzální desku. Navinete pouhou 1 cívku o 7 závitech, sestavíte to, a můžete poslouchat.
Zato se nic nedozvíte o funkci jednotlivých částí přijímače, nenaučíte se počítat vstupní cívky pro dobré impedanční přizpůsobení, slaďovat souběh vstupu s oscilátorem ani mezifrekvenční propusti, nemůžete si pohrát z různými konstrukcemi FM demodulátorů. Instantní přijímač se také kvalitou nevyrovná dobře udělanému superhetu s obvyklým mf kmitočtem 10,7 MHz. Tento jednoduchý přijímač se hodí hlavně k poslechu místních vysílačů. Pytlíková polévka se také nevyrovná domácí bramboračce od maminky nebo výtvoru kuchaře z dobré restaurace. Nikdy mne nelákalo amatérsky stavět přístroje tak, že bych jen přesně podle doporučení v katalogu zapojil integrovaný obvod a nestaral se, co je uvnitř. Na tom se tvořivě nevyřádím, to si rovnou mohu koupit přístroj v obchodě, dnes už jsou tak laciné. Tento přístroj vychází z katalogových zapojení, a zajímavé je na něm pro zkušeného amatéra jen neobvyklé vnitřní zapojení obvodu TDA7000. Škoda, že výrobce o něm v katalogovém listě píše tak málo. Vím, že by z něj šlo postavit i několik jiných přístrojů, než rádio, např. jednoduchý měřič a analyzátor vf signálů, ale nejdříve je třeba ho důkladně prozkoumat a vyzkoušet.
Když tento přijímač postavíte bez nf zesilovače, lze ho také použít jako laciný adaptér pro příjem FM rozhlasu na starých elektronkových přijímačích, které měly jen AM pásma. Jeho výstup zavedete do vstupu pro gramofon. Adaptér můžete napájet usměrněným žhavicím napětím. Některé luxusní radiopřijímače, jako je např. Tesla Festival nebo Chorál, měly ve velké skříni třípásmovou reproduktorovou soustavu, která věrně přenášela basy i výšky. Příjemný zvuk velkých elektronkových rádií se velmi dobře projeví při poslechu kmitočtově modulovaných vysílačů.

Technické parametry

Kmitočový rozsah: 87,5 MHz až 106 MHz
Vstupní impedance: cca 75 Ohmů
Citlivost: 5,5 uV pro S/Š=26 dB
Selektivita: S_-300=35dB
Výstupní výkon: 0,7W při napájení 9V a 10% zkreslení
Zkreslení: <2,5% při modulačním zdvihu +-75kHz (maximální přípustný zdvih vysílače) a výst. výkonu 125mW.
Šířka pásma nf signálu: 80Hz až 10 kHz
Napájecí napětí: 7 až 12 V
(při vynechání stabilizátoru IC2 a indikátoru vyladění přijímač funguje již od 4V, pokud použijeme v nf zesilovači LM386N-4,
můžeme ho npájet až 18V)

Popis funkce

Vysokofrekvenční díl

Vf část přijímače je osazena integrovaným obvodem TDA7000. Pracuje jako systém s kmitočtovým závěsem s nízkým mezifrekvenčním kmitočtem 70 kHz. Obvod je zapojen podle doporučení výrobce, liší se jen zapojení rezonančního obvodu. Blokové schéma integrovaného obvodu TDA7000 si otevřete v novém okně a případně vytiskněte, je příliš velké a složité, aby ho bylo možno vložit do textu. Kompletní dokumentaci (která je ale dosti stručná) najdete na stránkách firmy Philips, která obvod vyrábí.
Vstupní signál se přivádí z antény přes vazební kondenzátor přímo na vstup symetrického směšovače. Směšovač má tak dobrou odolnost proti křížové modulaci, že vstupní laděný obvod není nutný, pokud je vaše anténa alespoň přibližně naladěná do přijímaného pásma a nedodává extrémě silný signál. Směšováním vstupního signálu s napětím z oscilátoru získáme rozdílovou složku o frekvenci 70 kHz.
Kmitočet oscilátoru je určen rezonančním obvodem, tvořeným ladicím kondenzátorem C4, pevnými kondenzátory C5, C6 a cívkou L1. Kondenzátor C5 zmenšuje ladicí rozsah tak, aby sahal od 88 do 106 MHz, bez něj by přijímaný rozsah končil mnohem výše, mimo rozhlasové pásmo. Pokud chcete poslouchat až do 108 MHz, zmenšete C5 na 8,2 pF. Já jsem nastavil konec pásma na 106MHz, protože ve Střednách Čechách, kde bydlím, už na vyšší frekvenci nic nevysílá. Kondenzátor C6 zmenšuje celkovou kapacitu kondenzátorů v laděném obvodu. Celková kapacita kondenzátorů v laděném obvodu musí být malá, tak do 20 pF, aby správně fungovalo automatické doladění kmitočtu AFC. Kdybychom použili pouze paralelní kombinaci kondenzátorů C4 a C5 (ten by pak pro pokrytí rozsahu 88-108 MHz musel mít 22 pF) a zmenšením indukčnosti L1 doladili oscilátor na správný kmitočet, AFC by působilo v příliš malém rozsahu a nedokázalo by vyrovnat kolísání kmitočtu oscilátoru, způsobené změnami teploty a jinými vlivy. Varikapy uvnitř int. obvodu TDA7000, sloužící automatickému dolaďování, mají malou kapacitu a rozsah změn jejich kapacity vlivem AFC je také malý. Je-li kondenzátor, připojený v rezonančním obvodu, příliš velký, změna kapacity varikapů při automatickém dolaďování je vůči němu příliš malá, a vyvolá příliš malou změnu kmitočtu. Ta nestačí k vyrovnání odchylek kmitočtu.
Mezifrekvenční propust je aktivní filtr bez cívek. Tvoří ho dva operační zesilovače uvnitř TDA7000 spolu s vnitřními rezistory a vnějšími kondenzátory C3, C7, C8, C9, C10. První stupeň je dolní propust 2. řádu, druhý je pásmová propust a na jejím výstupu ještě pasivní dolní propust - integrační článek, tvořený vnitřním odporem 12k a vnějším kondenzátorem C10.
Následuje omezovač a kmitočtový detektor. Z něj jde nf signál přes šumovou bránu na výstup. Šumová brána je řízena korelátorem, který vyhodnocuje činnost detektoru. Dává-li detektor dobrý signál, napětí na výstupu korelátoru se zvýší a šumová brána propustí nf signál na výstup. Pokud není signál dobrý, na výstup se místo signálu z detektoru připojí slabý šum ze šumového generátoru. Pokud chcete zcela tiché ladění, odpojte kondenzátor C15, šumový generátor tak vyřadíte z činnosti. Napětí z korelátoru do spínače šumové brány se filtruje kondenzátorem C14. Pokud chcete při příjmu slabých vysílačů šumovou bránu vypnout, spínačem SW1 připojíte na vývod 1 přes odpor 10k kladné napětí. Tím se zvýší napětí na řídicím vstupu šumové brány tak, že signál z detektoru stále prochází na výstup.
Stejnosměrná složka napětí z kmitočtového detektoru, úměrná odchylce kmitočtu od správného naladění, se vede přes zesilovač také na varikapy v oscilátoru, který se tak automaticky dolaďuje (AFC) tak, aby byl přijímač stále nastaven na kmitočet vysílače. Automatické doladění vyrovnává změny hodnot součástek v laděném obvodu a změny mezielektrodových kapacit prvků uvnitř integrovaného obvodu, způsobené např. kolísáním teploty okolí a zahříváním ztátovým teplem za provozu. Radiopřijímač se prostě nerozlaďuje. I když malinko pootočíte ladicím knoflíkem, přijímač v určitém rozmezí sleduje dříve naladěnou stanici a "drží se jí". Kdyby přijímač neměl AFC, oscilátorový obvod byste se museli zhotovit velmi dokonale, aby byl dostatečně stálý. Kmitočet oscilátoru by se během poslechu jedné stanice neměl rozladit více než než o 0,02%, aby se reprodukce nezhoršila.
Do oscilátoru jde i nf napětí, takže oscilátor se přelaďuje v rytmu kmitočtové modulace a sleduje modulaci vstupního signálu. Tím se zmenšuje zdvih kmitočtově modulovaného signálu v mezifrekvenci. Vzniká tak záporná zpětná vazba přes celý přijímač.
Integrovaný obvod TDA7000 je napájen napětím 5V, stabilizovaným v obvodu IC2 typu 78L05. Přijímač by fungoval i bez stabilizace, ale více by se za provozu rozlaďoval. Stabilizované napájení je také nutné, aby fungoval indikátor vyladění.

Nízkofrekvenční zesilovač

Nízkofrekvenční signál přichází přes potenciometr P1 na řízení hlasitosti a vazební kondenzátor C22 do integrovaného obvodu IC3 typu LM386, což je malý výkonový nf zesilovač. Schema jeho vnitřního zapojení se vám otevře ve zvláštním okně. Je zapojen nejjednodušším způsobem podle doporučení výrobce. Podrobný technický popis LM386 najdete na stránkách výrobce obvodu National Semiconductor.
Invertující vstup zesilovače je blokován pro střídavý proud kondenzátorem C23. Zesílené napětí se vede přes kondenzátor C24 do reproduktoru. Kondenzátory C25 a C26 blokují napájecí napětí pro střídavý proud, aby se přijímač nerozkmitával při napájení z měkkého zdroje (např z baterie).
Rádio má malou spotřebu proudu, lze ho napájet ze síťového zdroje = 9V/02A, nebo ze dvou plochých baterií. Nedoporučuji 9V destičkovou baterii. Vynecháte-li stabilizátor 78L05 a indikátor vyladění, můžete ho napájet i ze 4 tužkových akumulátorů nebo třeba ze sluneční baterie.

Indikátor vyladění

Indikátor vyhodnocuje napětí AFC z vývodu 4 na obvodu TDA7000, které řídí dolaďovací varikapy v oscilátoru. Toto napětí je při správném naladění 4,2 V. Pokud je přijímač naladěn na vyšší nebo nižší kmitočet, než je kmitočet vysílače, toto napětí je vyšší nebo nižší.
Indikátor je tvořen dvojitým operačním zesilovačem TL062, který slouží jako dvojitý komparátor. Napětí z dolaďovacího obvodu v TDA7000 porovnává horní komparátor s napětím 4,24V, dolní s napětím 4,16V. Pokud je dolaďovací napětí v tomto rozsahu, svítí zelená dioda D1, je-li menší, svítí žlutá D2, a když je větší, svítí D3. Odpor R6 je poskládán tak, abychom dosáhli žádaných napětí na vstupech komparátoru. Hodnota uvedená ve schématu je jen orientační. Také zde můžete použít trimr. Odpor při oživování nastavíme tak, aby při nejlepším příjmu svítila zelená dioda.
Tento indikátor vyladění je možno použít i v jiných FM přijímačích, pokud upravíte hodnoty odporů R4, R5, R6 podle toho, jaké ss napětí dává demodulátor v tom kterém přijímači.

Součástky

Přístroj jsem postavil na univerzální spojové desce. Doporučuji použít takovou desku. která má tlusté vodiče země a napájení, obklopující ze stran plošky pro vývody integrovaných obvodů. Dobré zemění je pro činnost vf obvodů nutné. Všechny odpory jsou miniaturní, uhlíkové nebo s kovovou vrstvou. Kondenzátory C1, C2, C5, C6 jsou keramické. C5 a C6 musí být z kvalitní hmoty s malým teplotním součinitelem kapacity. Ladicí kondenzátor 22 pF je miniaturní s plastovým dielektrikem. Lze ho získat i z rozebraného vadného tranzistorového přijímače (např. z typu Dolly), neboť ladicí kondenzátory se v obchodech dnes již špatně shánějí. Můžeme použít i vzduchový, který je ale mnohem objemnější.
Kondenzátory C3, C7 až C10 by měly bát buď kvalitní keramické s malým tepl. součinitelem, nebo svitkové s dielektrikem z plastu. Ostatní kondenzátory mohou být jakékoli keramické nebo svitkové, jen C18, C19a, C24, C26 aC28 jsou elektrolytické.
Cívka L1 má 7 závitů 0,5mm tlustého smaltovaného drátu, navinutých těsně vedle sebe na trn o průměru 4 mm. Při slaďování možná bude nutno cívku trochu roztáhnout.
Reproduktor doporučuji středně velký, tak 10 až 20cm v průměru. Miniaturní 5cm reproduktor, jaký se se používá v kapesních přijímačích, by hrubě zkreslil celkem čistý signál, který přijímač poskytuje. Dobře se mi osvědčil eliptický reproduktor ARE485 dlouhý 16 cm, který se dříve používal v televizorech Tesla.

Postup výroby

Přijímač můžete postavit na univerzální spojové desce. Kondenzátory okolo TDA7000 zapojíme do řady vedle obvodu tak, aby vedly nejkratší cestou na zem nebo napájení 5V. Blokovací kondenzátor C 16 musíte nejkratší cestou připojit mezi spoj +5V a zemní spoj. Nejdříve zapojíme vf díl a zesilovač a oživíme je. Teprve když fungují, stavíme indikátor vyladění.
Přijímač vestavíme do dřevěné skříňky z tlusté překližky, laťovky nebo širokých prken. Pro dobrý přenos basů by stěny měly být tlusté18mm a musí být v rozích pevně spojeny. Zálesák může celou skříňku vydlabat z jediného kusu klády. Pokud si chcete ušetřit práci, vestavte rádio do skříňky drátového rozhlasu. Staré dřevěné typy přenášely lépe basy ale špatně výšky, novější plastové zase přenášejí dobře výšky a špatně hloubky. Ladicí převod není nutný, hřídel kondenzátoru stačí prodloužit a nasadit velký 6cm knoflík se šipkou, pod který nakreslíme stupnici.

Oživení

Pokud vf část správně zapojíte a jako náhražkovou anténu připojíte 75cm dlouhý drát, měli byste zachytit alespoň jeden vysílač. Rozsah ladění nejpřesněji nastavíte pomocí kmitočtově modulovaného signálního generátoru. Pokud ho nemáte, zachytíte nějaký vysílač, počkáte až hlasatel oznámí jméno stanice a frekvenci, a tak poznáte, jaký kmitočet jste naladili. Pokud je to stanice, která vysílá z několika vysílačů o různých frekvencích, v kmitočtových tabulkách najdete nejbližší vysílač. Pravděpodobně to bude on, přijímač není příliš citlivý a na náhražkovou anténu vůbec nechytí vysílače vzdálenější než 30 až 50 km (záleží samozřejmě také na výkonu vysílače a na tom, zda bydlíte na vršku věže nebo naopak ve sklepě).

Sladění

Jestliže přijímač hraje, nastavíme oscilátorový obvod tak, abychom dosáhli správného rozsahu ladění. Pokud je na dolním konci rozsahu kmitočet příliš vysoký, stlačíme závity cívky k sobě, nebo zvětšíme počet závitů. Pokud je na dolním konci pásma příliš nízký kmitočet, závity cívky roztáhneme od sebe. Když je na dolním konci správný kmitočet, ale na horním je příliš nízký, zmenšíme kondenzátor C5, pokud je příliš vysoký, C5 zvětšíme. Potom přijímač znovu na dolním konci pásma jemně doladíme cívkou.

Vhodná anténa

Rádio není příliš citlivé, takže doporučuji použít dobrou anténu. Přijímač bude hrát místní stanice i s cca 75cm dlouhým kusem drátu, zastrčeným do anténní zdířky. Na první pokusy to stačí. Také můžeme použít prutovou anténu. Pokud přijímáte na prutovou či drátovou anténu, trčící přímo z rádia, kostra rádia působí jako protiváha. Síla signálu je v tomto případě silně ovliňována přiblížením ruky nebo vodivého předmětu k rádiu. Když se signál zeslabí, začne vypínat šumová brána, což se projevuje praskáním a přerušováním zvuku. Pokud je šumová brána vyřazena z činnosti, do zvuku se při slabém signálu z antény přimáchává šum, chrčení a zuk je zkreslený.
Podstatně lepší anténa než kus drátu je např. 1,5 m dlouhý skládaný dipól z televizní dvoulinky, zavěšený do okna. Doplníme ho symetrizačním členem a svod uděláme z koaxiálního kabelu. Ještě lepší je Yagiho anténa.
Pokud bydlíte ve svém domku, je nejlépe dát anténu na střechu nebo na půdu. Na půdě je sice o trochu slabší signál, ale anténa je chráněna pře povětrností a vydrží mnohem déle. S dobrou anténou umístěnou v místě se siným signálem, kde ale nikdo nechodí, a připojenou koaxiálním kabelem, rádio hraje pořád dobře a čistě.

Co dělat, když je přijímač mrtvý

Pokud je přijímač zcela mrtvý, přesvědčete se, zda je připojen zdroj proudu, anténa a reproduktor. Potom zkontrolujte, zda všechny integorvané obvody dostávají správné napájecí napětí. Dále zkuste sledovačem nebo vysokoohmovými sluchátky poslechnout, zda vychází signál z vývodu 2 obvodu TDA7000, což je jeho výstup. Pokud ne, je chyba někde v okolí tohoto obvodu. Je-li na vývodu 2 signál, bude chyba v potenciometru nebo nf zesilovači. Zkontrolujte hodnoty součástek a podívejte se, zda nejsou spoje přerušeny, nebo tam nejsou zkraty. Pokud nf. zesilovač pracuje správně, musí se ozvat zabručení, když natočíte regulátor hlasitosti asi do dvou třetin a sáhnete rukou na vstup LM386.

Správná napětí na vývodech TDA7000

Výrobce neuvádí správná napětí na jednotlivých vývodech obvodu. Abych vám usnadnil dohledávání případných závad, které bývá u tak složitých integrovaných obvodů obtížné, uvádím napětí na některých vývodech při napájení obvodu 5V. Tak budete moci snadno odhalit zkraty, přerušení a vadné (zkratované) kondenzátory.

Stejnosměrná napětí

Na vývodu AFC (pin 4), je při optimálním naladění napětí o 0,8 V menší, než je napájecí napětí. Napětí kolísá při ladění asi nahoru i dolů, dobrý poslech je při odchylce menší než 0,2V.
Na vývodu šumové brány (pin 1) je při dobrém signálu 4,6 V. Bez signálu tam je 3,8 V, práh zavření brány je 4,2 až 4,3V.
Pro orientaci uvádím stejnosměrná napětí i na dalších vývodech:

Vývod	napětí [V]	Poznámka
2	1,5	závisí na velikosti R1
3	3,4
5	5	(přes cívku spojeno s napájením)
7,8	4,4
9,10,11	3,7
12	4,3
13,14	1,4
15	4,3
17	4
18	4

Střídavá napětí

Na vývodu 12, což je výstup aktivního filtru a vstup omezovače, bývá mezifrekvenční střídavé napětí cca 100 až 200 mV podle síly signálu a přesnosti naladění. Na vývodech 17 a 18 má být přibližně pilovitý průběh o kmitočtu silně kolísajícím v rytmu modulace, který sleduje frekvenci mezifrekvenčního signálu. Na vývodu 4 bývá nf střídavé napětí o vrcholové hodnotě cca 50mV.

Správná napětí na vývodech LM386

Na výstupu (vývod 5) má být stejnosměrné napětí přibližně rovné polovině napájecího napětí. Na vstupech (vývody 2 a 3) má být jen několik setin voltu. Na obou vývodech Gain má být přibližně 1,3V. Na vývodu Bypass má být napětí o málo větší, než polovina napájecího napětí.

Zpět na obsah Jeníčkových radiotechnických stránek

Zpět na domovskou stránku Petra Jeníčka

Stránku vytvořil Ing. Petr Jeníček. Poslední změna dne 14.11.2004

Případné dotazy posílejte na adresu: pjenicek (zavináč) seznam . cz .