Bardzo prosty odbiornik UKF FM

Kilkadziesiąt lat temu zbudowanie własnego odbiornika radiowego wymagało przebrnięcia przez instrukcję, która zawierała określenia w stylu: L1 = 270 zwojów DNE 0,18 na karkasie o średnicy 6 mm. Im wyższa była częstotliwość pracy urządzenia, tym (pozornie!) prostsze wydawało się zadanie, gdyż malała liczba zwojów i drut nawojowy stawał się grubszy. Tak naprawdę jednak utrzymanie tej cewki w ryzach wcale nie było proste. Drut się giął, a zwoje były nierówno rozłożone, co finalnie przekładało się na problemy z zestrojeniem. Generalnie – trudny temat.

Owszem, istniała wtedy (i istnieje po dziś dzień) spora rzesza elektroników, którym nawijanie cewek nie przeszkadza, ba, nawet traktują to jako swoisty smaczek – coś innego niż zwyczajne lutowanie. Panie i panowie – macie mój szacunek, naprawdę! Zaś tych, którzy chcą sami posłuchać, co w eterze piszczy, ale „kręcenie” własnych cewek po prostu nie kręci, zapraszam do lektury opisu niniejszego urządzenia.

Budowa układu

Jako pierwszy blok można z pewnością wyróżnić na nim moduł z układem TEA5767. Ta niewielka płytka wykonuje za nas całą czarną robotę, a co jeszcze lepsze – steruje się nią w pełni cyfrowo.

Na wejściu sygnału w.cz. (którego źródłem jest antena) znajdują się: obwód rezonansowy o niskiej dobroci (z cewką L1) oraz szerokopasmowy wzmacniacz wielkiej częstotliwości, którego wzmocnienie jest regulowane automatycznie (AGC).

Cyfrowy system strojenia, będący niczym innym, jak generatorem na bazie pętli synchronizacji fazowej (PLL), wytwarza sygnał heterodyny, korzystając z oscylatora przestrajanego napięciowo (VCO). Częstotliwość wzorcowa dla tego generatora jest ustalona przez dołączony z zewnątrz rezonator kwarcowy o częstotliwości 32768 Hz lub 13 MHz – w przypadku omawianego modułu prawdziwa jest pierwsza z dwóch wymienionych wartości (zastosowano niewielki, cylindryczny kwarc zegarkowy).

Wzmocniony sygnał wielkiej częstotliwości oraz wytworzony przez VCO sygnał heterodyny trafiają do mieszacza kwadraturowego (I/Q). Obie powstałe w nim składowe (synfazowa I oraz kwadraturowa Q) są wzmacniane przez wzmacniacz rezonansowy, który jest niczym innym, jak znanym z typowego układu superheterodyny wzmacniaczem pośredniej częstotliwości. Z tym ostatnim z kolei współpracuje ogranicznik sygnału, eliminujący niepożądaną modulację amplitudy. Przy nim znajduje się również przetwornik A/C mierzący aktualną siłę sygnału radiowego poprzez określenie jego średniej amplitudy.

Sygnał, po opuszczeniu ogranicznika amplitudy, poddawany jest demodulacji, a następnie trafia na dekoder stereo. W zależności od warunków może on pracować lub nie, ponieważ obiór stereofoniczny wymaga sygnału o lepszej jakości. Całość działa zatem jak klasyczny odbiornik superheterodynowy, z tą różnicą, że zdecydowana większość jego układu została zintegrowana na jednym płatku krzemu.

Wszystkie znajdujące się na prezentowanym schemacie cewki zostały przygotowane, przylutowane i zestrojone przez producenta modułu. Nam pozostaje jedynie przylutować dziesięć pól lutowniczych, które są wyprowadzone na dwóch bocznych krawędziach tegoż moduliku. Pole lutownicze PAD1 przewidziane jest do podłączenia anteny – o czym dalej.

Otoczenie modułu okazuje się bardzo proste: wymaga on dostarczenia zasilania DC oraz cyfrowego sygnału sterującego. Ów sygnał to pięć bajtów przesyłanych magistralą I²C. Rezystory R8 i R9 podciągają linie sygnałowe do dodatniego potencjału zasilającego (około +5 V). Na wyjściach zdemodulowanego sygnału małej częstotliwości istnieje składowa stała, toteż kondensatory C3 i C4 odcinają ją. Voilà, oto cała magia czułego odbiornika radiowego sprowadzona do kilku prostych podzespołów.

Wbudowany w płytkę wzmacniacz audio został zrealizowany przy użyciu starego już układu TDA2822M, którego aplikacja jest bardzo prosta, zaś parametry – wystarczające do zastosowania go w odbiorniku określanym jako „prosty”. Amplituda sygnału wychodzącego z TEA5767 pozostaje na tyle wysoka, że bez problemu przesterowuje wejście tego stereofonicznego wzmacniacza mocy. Rezystory R1 i R2 – w połączeniu z rezystancją ścieżek oporowych potencjometru P1 – tworzą dzielnik napięciowy, tłumiący poziom sygnału wejściowego o około 6 dB.

Kondensatory C5 i C6 są wymagane przez notę katalogową układu TDA2822M do jego poprawnej pracy. Ich rola polega na zwieraniu do masy wejść odwracających, lecz tylko dla sygnału – stąd użycie kondensatorów, a nie po prostu podłączenie do masy. Na wyjściach znajduje się składowa stała, którą separują od głośników kondensatory C9 i C10. Szeregowe obwody RC (C11+R3 i C12+R4) stanowią tzw. obwody Zobla, zaś ich zadaniem jest obciążanie stopni wyjściowych dla składowych o wysokiej częstotliwości – czyli tych, przy których reaktancja indukcyjna cewki głośnika staje się już bardzo wysoka.

Jeżeli ktoś chce użyć wzmacniacza audio innego niż wbudowany, może pobrać zdemodulowany sygnał analogowy z zacisków złącza J1. Wtedy jednak nie będzie dostępna regulacja głośności za pomocą znajdującego się na płytce potencjometru P1.

Pracą modułu TEA5767 steruje prosty i tani mikrokontroler typu ATtiny24A-PU. Ma niewiele pamięci programu, lecz okazuje się ona wystarczająca do realizacji tego projektu. Procesor można programować w układzie, bez wyciągania z podstawki, poprzez złącze J3 (to na nie zostały wyprowadzone linie sygnałowe interfejsu ISP). Linie przeznaczone do programowania zostały dodatkowo podciągnięte do potencjału +5 V, aby zlikwidować problem gromadzenia się na nich ładunków elektrostatycznych oraz aby zmniejszyć ich impedancję dla zakłóceń elektromagnetycznych. Dodatkowo owe trzy linie zostały zaprzęgnięte do sprawdzania stanu przycisków monostabilnych S1…S3.

Użytkownik, poza przyciskami do sterowania odbiornikiem radiowym, ma do dyspozycji również trzy diody LED sterowane przez mikrokontroler. Rezystory R5…R7 ograniczają ich prąd przewodzenia do około 3 mA, co stanowi wartość wystarczającą do wyraźnego świecenia, zwłaszcza w przypadku diod zielonych (na tę barwę ludzkie oko jest najbardziej wyczulone). Zasilanie do układu doprowadzają zaciski złącza J4. Dioda D1 chroni podzespoły przed uszkodzeniem w razie odwrotnego podłączenia zewnętrznego zasilacza. Stabilizator 78L05 dostarcza napięcia 5 V do modułu radiowego oraz mikrokontrolera, zaś wzmacniacz mocy jest zasilany wprost z katody D1.