Радиоприёмник Р-45

В 2012 году на просторах Интернета мне попалась ссылка на сайт, посвященный сканирующему радиоприёмнику Р-45. В этом радиоприёмнике вместо большого количества катушек индуктивности и прочих контуров, использован готовый ВЧ-блок от телевизора. Это не могло не подкупить своей простотой и повышенной вероятностью успешного повторения данной конструкции.

На сегодняшний день существует множество изменений и улучшений радиоприёмника, сильно отличающих его от первоначального вида. Достаточно ввести в поисковую систему соответствующий запрос и посмотреть на найденные изображения. Поэтому, я НЕ рекомендую повторять конструкцию, описанную здесь, а изучить более современные варианты.

В данной статье описан лишь мой опыт повторения устройства и собрана вся необходимая для этого информация.

Характеристики приёмника следующие:

Как видно из описания, радиоприёмник представляет из себя супергетеродин с тремя преобразованиями частоты и весьма хорошей чувствительностью.

Схема радиоприёмника Р-45

В оригинальной версии радиоприёмника использовался микроконтроллер PIC16F819. Но даже в 2012 году такого микроконтроллера на радиорынке найти не получилось. С другой стороны, во всю продавались микроконтроллеры Atmel ATmega8. И стоили куда дешевле PIC-ов. А так как для ATmega8 уже имелась своя прошивка и модификация платы приёмника, то выбор был очевиден. Да и в качестве дисплея можно было использовать популярный на тот момент ЖКИ TIC-8184. К сожалению, сейчас даже его аналога в продаже найти невозможно. Но об всём по порядку.

Аналоговая часть

Схема аналоговой части радиоприёмника Р-45:

Сигнал с антенны поступает на вход телевизионного тюнер Selteka KS-H-148 (KS-H-144, KS-H-146), где происходит предварительная фильтрация и снижение частоты до первой ПЧ — 37,3 МГц. Для этого в тюнере имеются смеситель и гетеродин, управляемый по шине I²C.

В тюнере реализованы три поддиапазона (данные приведены для KS-H-148 O, то есть OIRT D/K):

• VHF-L: 49,75 МГц — 151,25 МГц
• VHF-H: 159,25 МГц — 439,25 МГц
• UHF: 447,25 МГц — 855,25 МГц

Собственно, всё как и в обычном телевизоре. Думаю, что человек хоть раз в жизни настраивающий этот самый телевизор, видел все эти аббревиатуры на экране в процессе настройки.

Выход телевизионного тюнера нагружен на ПАВ-фильтр (фильтр на поверхностных акустических волнах). С одной стороны, подобный фильтр вносит весьма ощутимое затухание в полосе пропускания. Ну а в полосе задержания, конечно, намного большее. С другой стороны, есть и положительные моменты: АЧХ фильтра весьма прямоугольная, да и производятся подобные фильтры на достаточно высокие частоты.

В моём случае был найден и куплен ПАВ фильтр Siemens OFW K 2954 на частоту 38 МГц. Каких-либо других характеристик на него в Интернете найти не удалось. Даже полосу пропускания. В одном из документе можно лицезреть лишь надпись 5,5 МГц / 6,5 МГц. Но главное, что фильтр предназначен для телевизоров и, поэтому, подходит для использования в приёмнике Р-45.

В первой части схемы присутствует повышающий преобразователь 5В -> 33В для питания тюнера. А так же R-2R ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь), собранный на резисторах и микросхеме 74HC164. Он необходимый для управления АРУ (автоматической регулировкой усиления) тюнера.

На второй части схемы, сигнал с выхода ПАВ-фильтра поступает на входные цепи микросхемы Motorola MC3362 через полосовой фильтр на 37,3 МГц, построенный на параллельных колебательных контурах и конденсаторе связи C1.

Микросхема содержит в себе два гетеродина, смесителя и детектор сигналов узкополосной частотной модуляции (NFM), которая применяется в связи. При первом преобразовании, частота принимаемого сигнала переносится на вторую ПЧ — 10,7 МГц, а затем на третью ПЧ — 455 кГц. В обвязку микросхемы подключаются необходимые компоненты для работы гетеродинов, а так же фильтры ПЧ.

Насколько я сейчас понимаю, второй гетеродин представляет из себя ГУН (генератор управляемый напряжением, VCO) с частотой, изменяемой в промежутке 26,555 МГц — 26,600 МГц. Для работы ГУНа внутри микросхемы MC3362 имеется варикап, подстраивающий контур L3, C8. Напряжение для варикапа формируется внешним синтезатором частоты с ФАПЧ (фазовой автоподстройкой частоты, она же PLL) на микросхеме LM7001. Микросхема LM7001 имеет отдельные выходы для подстройки частоты для разного типа модуляции (АМ и ЧМ).

Таким образом спектр первой ПЧ переносится на 26,5МГц ниже, то есть на вторую ПЧ — 10,7 МГц. Далее фильтруется керамическим фильтром и поступает на смеситель, подключенный к третьему гетеродину, работающему на фиксированной частоте — 10,245 МГц. Полученный сигнал фильтруется керамическим фильтром на 455 кГц и детектируется детектором NFM.

Для детектирования сигналов АМ и ЧМ (WFM, широкополосной ЧМ, используемой в радиовещании) используется микросхема Sony CXA1691BM, которая применяется во множестве бытовых радиоприёмников. Она так же содержит в себе УНЧ (усилитель низкой частоты).

Переключение звукового сигнала с выходов микросхем MC3362 и CXA1691BM ко входу УНЧ реализовано с помощью микросхемы аналогового коммутатора HEF4052.

Цифровая часть

Схема цифровой части радиоприёмника Р-45:

Как я уже писал выше, в качестве схемы управления была выбрана схема с микроконтроллером ATmega8.

Связь с компьютером по протоколу RS-232 обеспечивается классическим преобразователем уровней на микросхеме MAX232 (на схеме ST232), который позволяет подключать приёмник непосредственно к COM-порту компьютера.

Для отображения частоты и типа модуляции применяется не набор семисегментных светодиодных индикаторов, а жидкокристаллический дисплей TIC-8184 с последовательным интерфейсом и регистром-защелкой.

В отличии от классической схемы, добавилась возможность управления приёмником через инфракрасный пульт управления. Для этого к 4 ножке микросхемы подключён ИК-приёмник.

Так же имеется возможность подключения клавиатуры и реализовано программное управление громкостью УНЧ.

Сборка радиоприёмника Р-45

Итак, определившись со схемой, осталось определиться и с печатной платой. И, желательно, чтобы плата совпадала со схемой.

Так как на сайте разбросано достаточное количество разных схем, доработок и топологий печатных плат, пришлось потратить не мало времени что тогда, что и сейчас, чтобы разобраться во всей той разнородной и разнесённой по разным страницам информации и собрать всё в единую смысловую последовательность.

Основная печатная плата

Для повторения радиоприёмника Р-45 был выбран вариант платы от RN4HEH, представленный на этой странице. Файл печатной платы для программы Sprint-Layout можно скачать здесь.

Плата является двухсторонней. Верхняя сторона не травится и состоит из единого «земляного» полигона. Отверстия, в которых нет соединения с «землёй», зенкуются сверлом 3мм (то есть срезается окружающий слой меди).

Итак, топология основной печатной платы выбрана, можно переходить к производству. Делаю печатную плату методом ЛУТ:

После покупки радиокомпонентов для сборки приёмника обнаружились интересные особенности телевизионного тюнера:

Вот такой сюрприз. И отличаются они не только энергопотреблением. Тюнер KS-H-144 собран на другой микросхеме и в нём отсутствует “weak signal booster”. И сейчас я уже и не вспомню работал ли режим «Gain On» или нет.

Субъективно, приёмник на этом тюнере принимал слабые станции заметно хуже, нежели на том, что я купил позже для приёмника М-45. И тот был таки KS-H-148, а не с наклейкой сверху. Этот тюнер мигрировал между приёмниками, чем подтверждал субъективную оценку. Так же тюнеры между собой отличались антенным разъемом: на одном был обычный телевизионный разъем, а на втором — RCA, он же «тюльпан».

На тот момент мне не приходило в голову открыть оба тюнера и сравнить их внутреннее устройство, посмотреть какие микросхемы синтезатора используются. Возможно, когда-нибудь это и произойдёт.

Вторым камнем преткновения стали катушки диапазонного фильтра на 37,3 МГц и катушка второго гетеродина. Где их брать?

Насколько я помню, катушки для фильтра можно было позаимствовать из имеющихся на балконе плат от телевизора Электрон Ц-380Д. Там как раз на плате субмодуля радиоканала (СМРК-2-1) содержались два контура на 38 МГц, состоящие из катушек и подключенных параллельно обмоткам керамических конденсаторов типа «красный флажок» на 82пФ.

Но, как выяснилось, установить эти катушки в приёмники Р-45 и М-45 оказалось невозможным из-за их больших габаритов:

Другим вариантом являлось изготовление катушек на готовых каркасах. Правда продавались они в другой стране и каких-либо параметров проницаемости сердечника и его материала приведено не было.

В наличии была только подаренная «радионяня». А в ней были обнаружены более менее похожие и подходящие по размеру секционные каркасы с подстроечными сердечниками и экранами.

Как гласит инструкция, катушки фильтра должны иметь 4,5 витка и наматываются на каркасе диаметром 4мм проводом 0,15мм. Кроме подстроечного сердечника в «оригинальном» металлическом экране так же присутствует ферритовая чашечка.

В итоге, на имеющихся каркасах от «радионяни» были намотаны две катушки по 5 витков. Экраны катушек у «радионяни» без ферритовой чашечки. Про проницаемость и материал сердечника и говорить нечего. С другой стороны, в телевизионных катушках контура такой же резонансной частоты тоже никаких чашек не было. Правда и размеры габаритные там совсем другие.

Не стоит забывать, что в колебательных контурах необходимо использовать конденсаторы с низким ТКЕ (температурным коэффициентом ёмкости) для того, чтобы на их параметры как можно меньше влияла температура окружающей среды. В нашем случае — это конденсаторы с диэлектриком NP0. Ну а в приёмник было установлено то, что продавалось на тот момент на радиорынке.

Инструкция так же гласит, что катушка второго гетеродина должна содержать 12 витков провода 0,2мм.

Сейчас бы я отнёсся к намотке катушек иначе. Тем более, что уже имеются разные измерительные приборы. А в тот момент никаких приборов не было. Даже индуктивность было измерить нечем…

Ещё несколько слов о применённых фильтрах.

Про ПАВ фильтр я уже писал. Точные характеристики его неизвестны, а маркировка Siemens OFW K 2954.

Керамические фильтры на 10,7 МГц имеют маркировку F10.7S и в верхнем левом углу красную точку. Каких либо конкретных данных в Интернете найти не удалось. Возможно, ширина полосы у фильтра 180 кГц. Но это не точно.

Стоит помнить, что фильтр имеет цоколевку. Если предположить, что подавляющее большинство фильтров разных производителей маркируется плюс минус одинаково, то на лицевой части, где нанесена маркировка и точка, слева расположен выход, а справа — вход. Но лучше всегда сверяться с даташитом на фильтр и на саму микросхему, чтобы знать где у кого вход, а где выход. Я, само собой, сверялся с фотографией собранной платы.

Фильтр на 455 кГц имеет маркировку CF455F. Он же, судя по расположению выводов, — CFWS455F.

Маркировка дискриминаторов на фото не попала. Поэтому и сказать о них нечего.

В итоге, основная плата приёмника приобрела следующий вид:

Прошивка микроконтроллера

После сборки платы, первым делом необходимо прошить микроконтроллер. Я использовал прошивку от универсального модуля управления, описанного на этой странице. Эта прошивка хороша тем, что позволяет подключить к приёмнику кроме всего прочего ещё и энкодер.

Модуль представляет из себя вынесенный на отдельную плату микроконтроллер, микросхемы регистров для расширения портов и подключения клавиатуры, саму клавиатуру, дисплей и преобразователь для интерфейса RS-232 — микросхему MAX232.

Как можете догадаться, сигналы в правом верхнем углу с обозначением каналов портов микроконтроллера ATmega8 (RC0-RC3 и RD2-RD4) соответствуют выводам микроконтроллера ATmega8 в схеме замены микроконтроллера PIC16F819 на ATmega8. То есть, мы как бы мысленно убираем из той схемы микроконтроллер и подключаем её части к вот этим сигналам в правом верхнем углу.

Такая же игра в развитие абстрактного восприятия происходит и в схеме замены микроконтроллера PIC16F819 на ATmega8. Там так же сигналы были подписаны выводами микроконтроллера PIC16F819 из первоначальной схемы управления.

Но это еще не всё. Внимательный глаз может обнаружить, что вывод 14 (RB0) микроконтроллера ATmega8 теперь подключен не к синтезатору LM7001, а к выводу 12 (/ST) регистра 74HC595. Так что просто так вкатить прошивку в микроконтроллер можно, но результат будет немного неожиданным.

Если заглянуть в исходный код прошивки, то можно обнаружить, что управление синтезатором LM7001 осуществляется непосредственно через микросхему 74HC595:

////////////////////////////
// Port Extention 74HC595 //

#define EP0 0
#define EP1 1
#define EP2 2
#define EP3 3
#define EP4 4
#define EP5 5
#define EP6 6
#define EP7 7

#define LM7001_BitClc       EP5
#define LM7001_BitDat       EP6
#define LM7001_BitCEN       EP7

...

#define Ext_Port_ini   DDRB
#define Ext_Port       PORTB
#define Ext_Load       PB0

По итогу, в код постепенно были внесены следующие изменения:

• управление LM7001 было перенесено на PB0, PD3 и PD4, согласно схеме;
• были изменены границы настройки с 45 МГц — 855 МГц на 38,5 МГц — 860 МГц (уже и не могу вспомнить зачем это было сделано);
• управление бипером (издаёт звуковой сигнал при нажатии на кнопки) перенесено с PD4 (к которому подключена микросхема синтезатора) на PB2 (ни к чему не подключено на плате);
• изменено значение UapyNN с 10 на 5 (тоже не помню зачем);
• подключение энкодера перенесено с выводов PC0, PC1 на выводы PC0, PC2 (для удобства подключения к плате);
• частота после включения приёмника установлена равной 100 МГц (вместо 106,6 МГц).

Сами изменения в коде:

#define LM7001_Port_ini    DDRD
#define LM7001_Port        PORTD
#define LM7001_BitClc      PD3
#define LM7001_BitDat      PD4
#define LM7001_PortEN_ini  DDRB
#define LM7001_PortEN      PORTB
#define LM7001_BitCEN      PB0
...
#define  RCV_MAX   860000
#define  RCV_MIN   38500
...
#define BEEP_Port_ini   DDRB
#define BEEP_Port       PORTB
#define BEEP_Bit        PB2
...
#define UapyNN  5
...
#define Enc_BitInp1     PC0
#define Enc_BitInp2     PC2
...
// Инициализация каналов портов для работы с синтезатором
Port4Out(LM7001_PortEN_ini,LM7001_BitCEN);  // Lm7001 Enable
Port4Out(LM7001_Port_ini,  LM7001_BitClc);  // Lm7001 Clock
Port4Out(LM7001_Port_ini,  LM7001_BitDat);  // Lm7001 Data
...
/*
Запись бита в микросхему синтезатора изменилась с 
SetExtBit(LM7001_BitDat) на SetBit(LM7001_Port,LM7001_BitDat);
ClrExtBit(LM7001_BitDat) на ClrBit(LM7001_Port,LM7001_BitDat); 
и т.д.
*/
...
FrcvWork = 100000;

Несколько слов об изменении каналов порта микроконтроллера, к которым подключается энкодер и зачем это было сделано.

Если посмотреть на печатную плату, то выбранные выводы PC0 (23) и PC2 (25) соответствуют центральным контактам регуляторов громкости и шумоподавителя. А используемый в первоначальной прошивке вывод PC1 (24) ни к чему не подключен на плате. Очевидно, что самым простым способом установить разъем для подключения энкодера, не добавляя лишних проводов, является установка трёхконтактной гребёнки (PLS-3) вместо регулятора «Шумодав». При этом дорожка, по которой подается +5В на регуляторы, перерезается и замыкается каплей припоя с центральным выводом регулятора громкости в месте его установки, как это показано на фотографии:

Исходный код исправленной прошивки можно скачать здесь. А готовый для прошивки hex-файл — здесь.

После программирования микроконтроллера необходимо устанавливать следующие фьюзы: LOW = 0xFF, HIGH = 0xC9.

Настройка и первое включение

Вернёмся чуть назад. Итак, основная плата приёмника собрана и пришло время её включить. А дальше уже установить недостающие микросхемы в панельки и произвести настройку контуров.

Настройка приёмника осуществляется согласно инструкции. Я лишь выделю самые основные моменты:

• проверить питающие напряжения (5В на выходе стабилизатора питания и 33В на девятой ножке телевизионного тюнера);
• на первой ножке телевизионного тюнера должно быть напряжение 4В — 5В;
• при изменении типа модуляции на 8 и 9 ножках микросхемы LM7001 напряжение должно изменяться (0 — 5В на 8 ножке, 0 — 3В на 9 ножке);
• во время изменения частоты в режиме приёма широкополосной ЧМ (WFM), на второй ножке телевизионного тюнера должно изменяться напряжение (в пределах 0,5В — 30В);
• после подключения антенны производится настройка контура L3 второго гетеродина (приёмник при этом должен переходить от одной вещательной станции к другой, если они присутствуют рядом);
• на конденсаторе C11 цифровой части схемы (Блок CPU + PLL) необходимо добиться напряжения 1,5В — 2В, подстраивая сердечник контура второго гетеродина. Если напряжение ниже — нужно увеличить емкость C8 контура второго гетеродина, а если выше — уменьшить, но не заходить за пределы выше 20пФ — 30пФ;
• подстраиваются контура L1, L2 фильтра 37,3 МГц с отключенной антенной по максимальному уровню принимаемого сигнала. Если сигнал слишком слабый, то можно использовать палец, поднесённый к антенному гнезду, вместо антенны.

Пытаюсь вспомнить, особенно про напряжение при изменении частоты второго гетеродина — ничего особо не припоминается. Скорее всего все заработало без каких-любо нюансов. А вот настройку контуров полосового фильтра по максимуму сигнала помню.

После настройки контуров, сердечники фиксируются свечным парафином. Или как в моём случае — стеарином (или что там нынче используется в свечах).

Ну и первое прослушивание принимаемых сигналов. В качестве антенны — стандартная телевизионная комнатная антенна, состоящая из двух телескопических подвижных антенн и балуна (симметрирующего трансформатора). В качестве устройства управления — КПК Fujitsu-Siemens LOOX N520:

Как можно видеть, даже в низине города можно было на телевизионную антенну поймать разнообразные цифровые сигналы и даже радиолюбителей:

Передняя панель

После настройки основной платы приёмника возникает вопрос установки его в корпус и организации передней панели.

Для этого были рассмотрены разнообразные варианты расположения элементов управления:

В итоге, стало понятно, что такое количество кнопок на передней панели расположить не удастся, так как для работы клавиатуры нужны ещё и микросхемы регистров. А их на плате разместить попросту негде, особенно используя выводные компоненты. Да и само управление будет неудобное из-за близкого расположения большого количества тактовых кнопок.

Поэтому, было принято решение на передней панели расположить только ЖКИ, энкодер и ИК-приёмник. А так же светодиодный S-метр от Дмитрия Городкова из его «крутого» модуля управления:

От модуля управления была позаимствована только верхняя часть схемы, реализующая светодиодную шкалу посредством микросхем LM3914. И по образу и подобию, была разработана упрощенная версия печатной платы:

На плате кроме шкалы расположились ЖК-дисплей, стабилизатор питания и ИК-приёмник. Скачать файл печатной платы в формате Sprint-Layout можно здесь.

Первое включение светодиодной шкалы S-метра выглядит завораживающе:

Подсветка дисплея сделана аналогично описанию в «крутом» модуле управления. А именно: отклеен отражатель от ЖКИ и под его основание установлен кусок толстого оргстекла, в торцы которого были вклеены синие светодиоды.

Для крепления как основной платы к основанию корпуса, так и платы к передней панели, использовались стойки с резьбой М3. Стойки были приклеены к элементам корпуса эпоксидной смолой. С виду это кажется не очень надёжным креплением, но пока ничего ни в одном устройстве не отвалилось.

Результат впечатляет:

Дальнейшая сборка радиоприёмника Р-45 заключается в установке задней панели и верхней крышки. Безусловно, необходимо было сделать и лицевую панель. Но, этого сделано не было в силу разных причин.

Из-за большого нагрева на линейный стабилизатор питания был установлен радиатор. Конечно, нехорошо прогревать теплоотводом электролитические конденсаторы. С другой стороны, это не так критично, ведь используется линейный стабилизатор, а не импульсный.

Установленный на КРЕНку радиатор можно лицезреть на фотографии:

Задняя панель приёмника содержит разъём питания, кнопку включения, антенный разъём и разъём интерфейса RS-232:

Динамик был позаимствован из системного блока компьютера. Изначально он был приклеен к верхней крышке эпоксидкой. А со временем крепление было усилено термоклеем. А что делать? Тяжёлое детство, деревянные игрушки…

Хочу лишь отметить, что изначально на верхней крышке располагался не только динамик, но и плата с дополнительным УНЧ. Вы спросите зачем же это нужно было? А всё дело в том, что купленная в магазине микросхема CXA1691BM (само собой новая, «не битая и не крашеная») была малость таки битой. И в ней практически не работал УНЧ.

Звук был достаточно тихий и требовал дополнительного усиления. А выяснилось это только после покупки на обычном рынке какой-то платы от неизвестного радиоприёмника, который содержал микросхему CXA1691BM. И после установки новой «старой» микросхемы звук стал более чем громким. Чего и всем желаю.

Собранный в корпус приёмник выглядит так:

Ну и небольшое видео:

Выводы

Стоит ли повторять данный радиоприёмник? Тут каждый может только сам за себя решать. Я думаю, что можно. А почему нет?

Во-первых это интересно. А во-вторых сама атмосфера сборки, познания, дыма канифоли. Да и не стоит забывать, что радиолюбительство это прежде всего состояние души, а не закрепленный лицензией статус в виде разрешения на работу в эфире.

Повторять конкретно этот вариант приёмника, наверное, не стоит. За столько лет прогресс ушел далеко вперед и конструкция приобрела много полезных и интересных изменений. Как минимум, она уже не использует отсутствующий в продаже жидкокристаллический индикатор TIC-8184.

Как показала практика, использовать приёмник без клавиатуры крайне неудобно. И никакой ИК-пульт в этом не поможет. Так что этот аспект необходимо учитывать в первую очередь.

Интересно было бы проанализировать некоторые цепи радиоприёмника с высоты уже имеющихся измерительных приборов и написать об этом отдельную статью. Это касается в первую очередь фильтров и работы второго гетеродина. Если появятся желание, возможность доступа к радиоприёмнику, он будет физически существовать, то я постараюсь провести подобное исследование. Но даже если и будет доступ, то дисплей приёмника абсолютно не функционирует и заменить его тоже нечем. Отчасти поэтому и был потерян к нему интерес.

Для радиоприёмника Р-45 существует программа RecSound Radio. Не конкретно для него, но она его поддерживает. Программа мне нравилась, умела рисовать панораму при сканировании эфира. Даже скриншот сохранился:

С массовым приходом SDR устройств это кажется в чём-то устаревшим и даже забавным. Но тогда это было интересно и позволяло хоть как-то наблюдать за активностью в радиоэфире простым измерением уровня сигнала на каждом шаге перестройки частоты.

В любом случае, наличие программы, способной взаимодействовать с приёмником, это очень важно, нужно и полезно.