Простой FM-приемник своими руками

Это лишь верхушка айсберга, когда речь идет о возможностях доступной программируемой микросхемы KT0936M, и я намерен поделиться многими увлекательными аспектами ее использования.

Как создать простой АМ приемник

Данная статья была разработана нашей квалифицированной командой редакторов и исследователей, которые проверили ее на соответствие по точности и полноте представленной информации.

Команда контент-менеджеров wikiHow внимательно следит за работой редакторов, чтобы убедиться, что каждая статья соответствует высоким стандартам качества, которые мы установили.

В ходе работы над этой статьей использовались 13 источников, список которых вы найдете в конце страницы.

Статья просмотрена 24 961 раз.

Радиостанции передают в диапазоне средних волн, и их сигналы витают вокруг нас. Чтобы собрать радиоприемник с амплитудной модуляцией (АМ приемник), вам понадобятся несколько простых деталей: некоторые электронные компоненты, провода, бумажная трубка и динамик. Сборка АМ приемника довольно проста, и для этого не потребуются навыки пайки. С его помощью вы сможете принимать сигналы от радиостанций, находящихся в радиусе около 50 километров.

Подготовьте все необходимое

• резистор с сопротивлением 1 мегаом;
• конденсатор емкостью 10 нанофарад;
• красный изолированный провод длиной от 38 до 50 сантиметров;
• черный изолированный провод длиной от 38 до 50 сантиметров;
• обмоточная эмалированная проволока длиной от 14 до 18 метров и толщиной 0,4 миллиметра (26 AWG) для индукционной катушки;
• переменный конденсатор емкостью 200 пикофарад (можно взять от 160 до 500 пикофарад);
• электролитический конденсатор емкостью 22 микрофарада (10 вольт или больше);
• конденсатор емкостью 33 пикофарада;
• изолированная проволока длиной от 15 до 30 метров (любого цвета, для антенны);
• 9-вольтовая батарейка;
• макетная плата;
• изоляционная лента;
• операционный усилитель (ОУ) типа 741 или аналогичный;
• трубка от туалетной бумаги или другой небольшой непроводящий цилиндр диаметром от 44 до 50 миллиметров (подойдет стакан, картонная или пластиковая трубка и так далее);
• динамик;
• кусачки (или что-то подобное, такие как острые ножницы или нож);
• маленький ножик или наждачная бумага средней зернистости для зачистки проводов.

• Для антенны лучше всего подойдет изолированная проволока диаметром от 0,7 до 0,8 миллиметра.
• Чтобы антенна была более эффективной в приеме сигналов, сверните изолированный провод в кольцо. Чтобы проволока не запуталась, аккуратно фиксируйте ее с помощью кабельной стяжки или изоляционной ленты. Сложите кусок провода длиной 15 метров примерно в пять витков, образующих кольцо.

• С помощью кусачек аккуратно зачистите на 1,5 сантиметра оба конца каждого провода.
• Если соединительные провода окажутся слишком длинными, их всегда можно обрезать, поэтому лучше сначала делать их с небольшим запасом.

• Начните наматывать проволоку с одного конца цилиндра, оставляя на конце около 12 сантиметров свободной проволоки для возможности прикрепления к краю цилиндра с помощью изоляционной ленты. Обмотка должна быть плотной, без зазоров между витками.
• Выберите цилиндр диаметром от 5 до 8 сантиметров. Он не должен быть металлическим, так как это может привести к потере сигнала.

• Так как проволока покрыта эмалью, снимите изоляцию с концов с помощью маленького ножа или наждачной бумаги, чтобы оголить 1,5 сантиметра меди.
• Также проволоку можно надежно закрепить на цилиндре с помощью горячего клея или другого типа клея.

Частотные диапазоны FM

Ультракоротковолновый диапазон, использующий частотную модуляцию (FM, Frequency Modulation), охватывает длины волн от 10 метров до 0,1 миллиметра, что соответствует частотам от 30 МГц до 3000 ГГц.

Для приема радиовещательных станций актуален относительно узкий участок:
УКВ 64 — 75 МГц, который соответствует советскому диапазону. На этом диапазоне работает множество УКВ-станций, но только в нашей стране.

Японский диапазон составляет от 76 до 90 МГц, где происходит радиовещание в стране восходящего солнца.

Западный диапазон FM охватывает частоты от 88 до 108 МГц. Большинство современных приемников работают именно в этом диапазоне. В настоящее время многие приемники способны принимать как наш советский диапазон, так и американский.

УКВ радиопередатчики имеют широкий канал — 200 кГц. Максимальная звуковая частота, передаваемая в FM, составляет 15 кГц по сравнению с 4,5 кГц в AM, что позволяет передавать более широкий диапазон частот. В результате качество передачи FM значительно превосходит качество AM.

Теперь перейдем к описанию FM-приемника…

Описание схемы FM приемника

Ниже представлена схема простого FM-приемника на одном транзисторе, также известная как схема Захарова. Она требует минимума компонентов для приема местной FM-станции.

Транзистор (Т1) вместе с резисторами R1 и R2, катушками L1 и L2, переменным конденсатором (C5) 22 пФ и конденсаторами С2,3,4,6 образуют высокочастотный генератор (осциллятор Колпитса), настроенный на вторую гармонику принимаемых станций (44 — 54 МГц).

Резонансная частота этого генератора устанавливается с помощью триммера C5. Входной контур настраивается посредством разбивания и сжимания витков на частоту передающей радиостанции, которую мы хотим поймать. То есть он должен быть настроен на диапазон от 88 до 108 МГц FM.

Информационный сигнал, получаемый с конденсатора C10, можно подать на любой усилитель низкой частоты, например на LM386 (см. схему ниже).

Микросхема LM386 представляет собой усилитель низкой частоты, который обеспечивает выходную мощность от 1 до 2 Вт, что вполне достаточно для малогабаритного динамика. Прием сильной FM-станции может осуществляться без усилителя, используя высокоомные наушники, однако громкость будет значительно ниже, чем при использовании усилителя.

Как собрать простой радиоприемник?

Существует несколько схем радиоприемников:

1. детекторная;
2. прямого усиления;
3. (супер) гетеродинная;
4. с синтезатором частот.

Приемники с двойным и тройным преобразованием (с двумя или тремя гетеродинами в схеме) используются для профессиональной работы на больших расстояниях.

Недостатком детекторного приемника является низкая селективность: одновременно могут приниматься сигналы нескольких радиостанций. Однако преимущество состоит в том, что не требуется отдельное электропитание: энергии, поступающей от радиоволн, хватает, чтобы прослушивать эфир без подключения всей схемы к электросети. В вашей местности должен работать хотя бы один ретранслятор — в диапазоне длинных (148-375 килогерц) или средних (530-1710 кГц) частот. На расстоянии более 300 км вы вряд ли сможете что-либо поймать. Для наилучшего приема требуется тишина; слушать передачу лучше в наушниках с высоким сопротивлением (сотни и тысячи ом). Звук будет еле слышимым, но тем не менее речь и музыка будут четкими.

Сборка детекторного приемника осуществляется следующим образом. Колебательный контур состоит из переменного конденсатора и катушки. Один его конец подключается к внешней антенне, тогда как заземление подается через контур здания, по трубам отопительной системы — на другой конец контура. Последовательно с контуром подключается любой ВЧ-диод, который выделяет звуковую составляющую из высокочастотного сигнала. К параллельно получившейся сборке подключается конденсатор, который сгладит пульсации. Для извлечения звуковой информации используется капсюль с сопротивлением обмотки не менее 600 Ом.

Если отключить наушник от детекторного приемника и подать сигнал на простой звуковой усилитель, то детекторный приемник можно будет использовать как приемник прямого усиления. Подключив радиочастотный усилитель диапазона СВ или ДВ на его вход (к контуру), вы увеличите чувствительность, что позволит увеличить расстояние приема до 1000 км. Однако приемник с простейшим диодным детектором не сможет работать на УКВ диапазоне.

Чтобы повысить селективность при приеме соседнего канала, замените детекторный диод на более эффективное устройство.

Для обеспечения селективности и на соседнем канале требуются гетеродин, смеситель и дополнительный усилитель. Гетеродин представляет собой местный автогенератор с переменным контуром. Схема гетеродинного приемника работает следующим образом:

1. Сигнал поступает с антенны на усилитель радиочастоты (УРЧ).
2. Усиленный высокочастотный сигнал проходит через смеситель, на который накладывается сигнал гетеродина. Смеситель представляет собой вычитатель частот, при котором из значения входного сигнала вычитается значение сигнала гетеродина. Например, чтобы принять станцию на 106,2 МГц в диапазоне FM, частота гетеродина должна составлять 95,5 МГц (в результате остается 10,7 МГц для дальнейшей обработки). Величина 10,7 МГц является постоянной — смеситель и гетеродин настраиваются синхронно. Резонанс этого функционального узла критически важен и любая его несогласованность немедленно приведет к неработоспособности всей схемы.
3. Полученная промежуточная частота (ПЧ) в 10,7 МГц поступает в блок усилителя промежуточной частоты (УПЧ). УПЧ выполняет роль селектора: его полосовой фильтр ограничивает спектр радиосигнала до диапазона всего лишь от 50 до 100 кГц. Это обеспечивает селективность по соседнему каналу: в условиях плотно насыщенного FM-диапазона в густонаселенном городе радиостанции располагаются каждая через 300-500 кГц.
4. Усиленная ПЧ представляет собой сигнал, готовый к преобразованию из области радиочастот в звуковую область. Амплитудный детектор преобразует AM-сигнал в звуковой, выделяя низкочастотную огибающую радиосигнала.
5. Полученный звуковой сигнал подается на усилитель низкой частоты (УНЧ) и далее на динамик или наушники.

Настройка приемника

После включения, если все детали собраны правильно, вы должны услышать легкое шипение в динамической головке. Это доказывает, что вся схема работает нормально на данном этапе. Настройка сводится к подстройке контура и выбору диапазона для приема. Я осуществляю настройку, вращая сердечник катушки. После настройки диапазона, каналы можно искать с помощью переменного резистора.

• Не перегружайте схему излишним напряжением. Если вы примените более 9 вольт, это может повредить компоненты и даже привести к возникновению пожара.
• Не прикасайтесь к оголенным проводам, когда по цепи проходит ток, иначе вас может ударить электрическим током. Тем не менее, поскольку здесь используется батарея с низким напряжением, удар будет незначительным.
• Не подключайте короткий вывод конденсатора к положительному контакту источника питания. Если вы это сделаете, раздастся хлопок, и конденсатор васобьёт, испустив небольшое облако дыма, после чего он выйдет из строя. В крайних случаях возможен и пожар.

Кодирование стерео

На данный момент мы разобрались с демодуляцией, но что насчет стерео? В настоящее время используется метод кодирования сигнала CCIR. В соответствии с этим стандартом спектр сигнала имеет следующий вид:

В низкочастотной части спектра находится сумма правого и левого каналов, что обеспечивает обратную совместимость с монофоническими приемниками. Например, сверхгенератор, о котором я упоминал ранее, выделяет именно эту сумму сигналов.

Далее, около частоты 38 кГц располагается разность между левым и правым каналами — это амплитудная модуляция с подавленной несущей (модуляция DSB). Подавление несущей помогает сузить спектр передатчика, что увеличивает его эффективность.

Однако для детектирования сигнала DSB необходимо восстановить несущую с высокой точностью по фазе. Для этого передаётся так называемый пилот-тон на 19 кГц (половинная частота несущей 38 кГц). На основе наличия пилот-тона приемники определяют, что передача содержит стереосигнал.

www

Несущую обычно получают синхронизацией дополнительного гетеродина на 38 кГц с пилот-тоном, или удвоением его частоты. В цифровой обработке сигналов (DSP) для удвоения частоты используется возведение в квадрат.

Сигнал DSB детектируется синхронным детектором. Это по сути техника прямого преобразования с использованием восстановленной несущей. Имея сумму и разность сигналов, можно выделить сигналы левого и правого каналов.

В GNU Radio развернутый цифровой тракт ЧМ-приемника может выглядеть довольно сложно. Примечание: там также есть декодер RDS, который мы не рассматриваем в этой статье.

Внутри микросхемы RDA5807, вероятно, эти процессы оптимизированы, но общий принцип остается прежним.

Практика

Здесь должно быть описание интерфейса I2C RDA5807, инициализации, установки частоты, настройки громкости и прочих аспектов, но об этом мы поговорим в другой раз. Дело в том, что некоторое время назад я обнаружил интересную разработку — творение загадочного китайского гения.

Как можно заметить, в этой схеме отсутствует микроконтроллер, а управление осуществляется через кнопки К1–К5: К1 — включение/выключение, К2 — увеличение громкости, К3 — уменьшение громкости, К4 — предыдущая настройка, К5 — следующая настройка. Схема показалась подозрительной, особенно учитывая отсутствие информации о режиме stand-alone в документации. Сравнение с оригинальной схемой из документации только усилит сомнения.

Продолжение доступно только членам сообщества

Вариант 1. Присоединяйтесь к сообществу Xakep.ru, чтобы получить доступ ко всем материалам на сайте

Членство в сообществе на указанный срок откроет вам доступ ко ВСЕМ материалам Хакера, даст возможность загружать выпуски в формате PDF, отключит рекламу на сайте и увеличит вашу личную накопительную скидку! Узнайте больше.

Вариант 2. Откройте один материал

Заинтересовал материал, но нет возможности стать членом клуба Xakep.ru? Этот вариант подходит для вас! Обратите внимание: этот способ доступен только для статей, опубликованных более двух месяцев назад.

Предустановка частот

Регистры 0x90 FM1_LOW_CHAN0 и 0x91 FM1_LOW_CHAN1 содержат ячейки, задающие нижнюю границу диапазона FM1. 0x280 = 32 МГц, 0x898 = 110 МГц. Значение по умолчанию 0x06CC = 87 МГц.

0x94 FM2_LOW_CHAN0 и 0x95 FM2_LOW_CHAN1 — аналогично для диапазона FM2. По умолчанию 0x05E6 = 75.5 МГц.

0x92 FM1_CHAN_NUM0 и 0x93 FM1_CHAN_NUM1 — количество ступеней настройки в диапазоне FM1. 0x96 и 0x97 — аналогично для FM2.

Далее с 0x99 до 0xDB идут регистры для всех оставшихся поддиапазонов. С помощью микросхемы ЕСППЗУ можно создать приемник с нужным набором диапазонов и фиксированными настройками.

Испытания и перспективы

Даже в минималистичном исполнении приемник на базе KT0936M показал отличные результаты. В дальнейшем я планирую дополнить его антеннами — рамочной и штыревой, а также предусилителем для коротковолнового диапазона.

Согласно этому, потребуется расширение переключателя поддиапазонов. Реализовать это можно либо механически, либо с помощью микроконтроллера, оснащенного встроенным ЦАП.

Переменному резистору настройки точно подойдет верньер или, хотя бы, ручка большего диаметра. Кроме того, можно использовать многооборотный потенциометр с соответствующей шкалой.

НЛО приземлилось и оставило здесь промокод для читателей нашего блога:
— 15% на заказ любого VDS (кроме тарифа Прогрев) — HABRFIRSTVDS