Вступление
Доброго времени суток! В этом цикле публикаций мы поговорим и даже соберём самодельный радиоприёмник-часы FM-диапазона, в виде наручных часов.
Рождение идеи.
Радиоприёмник в виде наручных часов я хотел собрать ещё в далёких 90-х после как нашёл в журнале "Моделист конструктор" за 1990 год 11 номер статью "Радиоприёмник на руке". Первое что я сразу сделал, это динамик из микрофонного капсюля ДЭМШ-1А. Динамик получился, собрал на "макетке" сам приёмник. Но данная схема не заработала. Хотя я уже собирал разные приёмники прямого усиления, и они все работали. Решил сразу не забрасывать проект, тем более дома нашёл кусок бакелита толщиной 10мм, и начал вытачивать корпус.
В тот момент я не ходил в радио кружок ещё, и печатные платы делать тогда не умел, и начал сапожным ножом вырезать из медной фольги дорожки с последующим наклеиванием их на картон (да понимаю что это бред, но для 9-ти летнего мальчишки это норм, тем более в начале 90-х). Даже начал напаивать детали которые нашёл. Но время шло и интерес у меня к нему пропал.
Спустя некоторое время, когда в страну повалили дешёвые китайские приёмники со сканированием, я нашёл на улице во льду такой приёмник, дома его починил и решил переделать печатку, тем более это я уже умел делать хорошо. Так же, как то на улице нашёл китайские часы с раздавленным дисплеем и вот в его корпусе я решил собрать приёмник.
Приёмник со сканированием был на микросхеме TDA7088T. В радио журнале нашёл схему стерео декодера на TDA7040 и так же в журнале нашёл схему экономичного усилителя с низковольтным питанием APA2308. Первым делом спаял сам приёмник и протестировал его, затем усилитель. Так как миниатюрного разъёма под наушники не мог найти, пришлось воссоздать его в корпусе. Получилось прикольно. Но и этот проект тоже сошёл на нет, тем более таких маленьких динамиков я тоже не нашёл, а создать свой я не додумался. Но сам приёмник убрал в стол на будущее.
Возвращение проекта в работу
В Начале лета, ползая по просторам интернета, наткнулся на фото, часов с приёмником Радиотехника из статьи Радио журнала. Тогда я задумал их найти в продаже, и узнал, то что это всего лишь проект и до производства они не дошли. О том смогли бы в нашей стране всё же выпускать подобные гаджеты, да и ещё с диапазонам УКВ, у меня будет отдельная статья "Не по теме или почему в СССР не выпускали Приёмник в виде часов" Ссылка станет активной после как тот проект тоже будет закончен, а данный проект вытек из той статьи.
Так вот, меня за интересовала эта тема, я порылся ещё раз в интернете, и нашёл фото приёмников которые выпускали в европе. Меня удивило то, что в основном это были приёмники на АМ диапазон, а те что были на FM диапазон, назвать их миниатюрными я бы не смог. Причем учитывая, что это начало 90-х и уже существовали микросхемы типа TDA7000 и использовать кристалл производители могли бы, но... и почти все приёмники были без громкоговорителя. Вот я и решил создать свой проект, миниатюрный и с часами.
Проект
Первым делом я решил спроектировать корпус. И уже по корпусу создавать печатную плату. За основу размеров взял корпус из журнала М-К 90-11. Первый вариант который я начал делать, был предназначен для проекта часов из "СССР" и под динамик из ДЭМШ-1А, и встроенный в корпус часы.
Но так как тот проект долгий, и требует разработки почти с нуля схемы самого приёмника, я решил создать данный проект.
Характеристики которые я задумал:
1. Приёмник должен быть FM диапазона
2. Стерео
3. Низковольтное питание.
4. Внешний динамик.
5. Ручная настройка по диапазону.
6. Наушники.
7. Антенна как в браслете, так и наушники.
8. Часы должны отображать время, секунды, день недели, светодиодная подсветка.
Корпус
Немного информации из первого проекта касаемо корпуса. Из названия самого устройство "Приёмник-Часы" мы понимаем, что сами часы тоже должны быть. Создавать часы с нуля на пик-контроллере это интересно, но также трудо-затратно, и у меня даже создается под это проект. По этому было решено использовать готовый модуль от часов. Так как всё же мы живем в России, говорим и пишем на русском, импортные модули я исключил сразу (хотя стоят они копейки, в отличии от наших). Решено было смотреть на советские или Российские модули от часов Электроника - Интеграл. Всё же хотелось иметь больше информации на дисплее часов, нежели просто часы-минуты, такие модули где одномоментно отображается только время, я исключил, хотя размеры модуля были очень компактны. Модули от часов Электроника-5 с мелодиями, 53, 55 или ЧН-01 тоже исключил из-за своих габаритов, так как нужно место для динамика. И решено было использовать модуль от часов Электроника-51. По функционалу они схожи с Электроникой 53, только без ЦНХ. Одномоментно на часах отображается время, секунды или число и дни недели, второе отображение календаря с годом. Модуль компактный.
Немного переделав корпус с первого проекта, я решил использовать динамик от телефона Motorola Е398, далее всё же стал использовать от Nokia 1606. Динамик не большой, а главное он имеет в себе не просто обычный динамик, но и функцию вибро-динамика. Конечно можно было применить и полифонический динамик от Samsung, он тоньше, тоже громкий, но он не сможет выдать Бас.
Изначально корпус планировался изготавливаться на ЧПУ-станке послойно. И даже в первом проекте я его сделал. Он получается крепким, но требует много ручной обработки. Было решено печатать на 3D-принторе.
Сам чертёж корпуса я создал в SPlan (для меня это как миллиметровая бумага на компьютере), затем вид сверху и вид с боку поместил в 3d редактор Maya, и начал ваять корпус. Как говорилось выше, общие размеры я взял из статьи журнала М-К.
Казалось, создать корпус просто. Чертёж создал примерно за неделю, а вот создать сам корпус, это оказалось куда сложнее. Причём сложность не в том, как его создать в программе, а нюансы самого корпуса. Рассчитать как должна стаять плата, как должен быть установлен модуль от часов, расположение кнопок и платы под них, динамика. Технологические выемки и стойки, место под ручки настройки и громкости. Решётку динамика, выемка под стекло, закругленность корпуса и просто декоративные детали. Внешний вид при создании модели менялся почти каждый день. Словно лепишь из пластилина. Пришлось даже создать "болванку" модели которую я мог загружать и "лепить" заново. Потратил 3 месяца хотя ещё уверен, что доводка понадобиться. Напечатал несколько разных корпусов, что бы увидеть в живую.
Задняя крышка будет делаться под аккумулятор индивидуально.
Схема
Приёмник
Над выбором схемы приёмника я долго не думал. Мне важно, что бы вся схема потребляла минимум тока от батареи. Такие простые цифровые микросхемы как RDA5807Т, Si4825A10 и TA5767HN они хоть и просты в конструировании, работают при низком напряжении, имеют малое количество деталей, не плохо ловят и звучат, но потребление этих микросхем 20мА+, у меня вся схема на средней громкости будет потреблять меньше. И это только сам приёмник, а еще нужен стереодекодер (RDA5807Т уже имеет встроенный стереодекодер) усилитель наушников, усилитель внешнего динамика. По этому на помощь пришли старые добрые микросхемы прошлого. Я уверен что читатели собирали такие приёмники на микросхемах по типу К174ХА34 (она же TDA7021), К174ХА42, КХА058. Это радиоприёмник с низкой ПЧ. Просты в сборке, начинает работать сразу после сборки, хорошо работают в диапазоне УКВ 64-75 мГц. И есть ещё одна микросхема этой-же серии, это TDA7088T, да это та, что применялась в тех китайских приёмниках со сканированием. Понятно, что для миниатюрного приёмника микросхемы в DIP-корпусах не подойдут, только SMD. TDA7021T она есть в SMD но не имеет системы АПЧГ, а по обратной связи, она не так хорошо следит за волной, что для постоянного движения не подойдёт, будут срывы волны. А микросхема 7088 имеет встроенный модуль АПЧГ, и довольно четко следит за сигналом волны. Для переносных приёмников эта система очень важна. И главное потребление этой микросхемы 4-6мА. Так как я хочу настройку сделать ручной, по этому система сканирование будет не задействована, но система АПЧГ задействована. Причина почему усложнять конструкцию дополнительным регулятором, не проще ли использовать кнопку? Да проще, но есть нюансы. Этот приёмник носиться на руке и нажать случайно кнопку (старт-сброс) будет легко, а делать их тугими, это уже тактильно не комфортно, так же при потере сигнала система начнёт искать следующий канал.
Рассказывать о работе приёмника на данной микросхеме, я не буду, так как информации о ней много в интернете. Скажу лишь то, что по сравнению с TDA7021 она более чувствительна (во всяком случае на практике) меньше срыва на буквах "С" на частотах от 100мГц.
Стереодекодер
Стереодекодер из того же комплекта разработанный компанией Philips TDA7040T. Он конечно разрабатывался под TDA7021T, но и 7088 тоже пропускает сигнал Пилот-тон.
Говорить о высоком качестве звука данной микросхемы не приходиться, но для 4-той или 3-тий группы сложности она подойдёт.
Усилитель звуковой частоты
Над усилителем пришлось немного поломать голову. Так как приёмник имеет возможность прослушивать приём не только на наушники (в стерео режиме), но и на внешний динамик, по этому нужно как-то сделать переключение с наушников на динамик. Самый простой способ использовать разъем наушников с контактами под внешний динамик. Антенной в приёмнике в основном должен служить провод наушников, хотя в браслет будет встроена антенна (или использовать металлический браслет). Для того, что бы заработал внешний динамик, нужно вытащить штекер наушников из гнезда. Если в этот момент приёмник эксплуатировать за городом, вполне возможно, чувствительности антенны в браслете может не хватить. Для таких ситуаций должны быть вставлены наушники. И вот дилемма. Для того, что бы решить её, пришлось в вести ещё один усилитель исключительно для внешнего динамика, и схему включения и отключения внешнего динамика, о ней я расскажу ниже.
Для наушников была выбрана микросхема TDA7050 исключительно из-за малого количество деталей. Так же рассматривал и TDA2822M.
Выбор пал на 7050, хотя и 2822 тоже хорошая микросхема и мне она даже нравиться, так как выдаёт более чистый звук, всё же выбор пал на 7050 и потребление у неё ниже чем у 2822. Кстати в статьях пишут что наша микросхема К174УН23 это аналог TDA7050 но фактически нет, аналог она только по основному функционалу, что та, что и эта являются стерео усилителем с низко вольным питанием и низким потреблением. УН23 имеет на борту электронный регулятор громкости при помощи всего одного переменного резистора ( ох как бы она мне помогла, об этом ниже), а 7050 не имеет его.
Для внешнего динамика я по началу тоже хотел использовать 7050 подключенный в МОНО режиме. Но выбор пал на микросхемы с системой "mute" которая переводит усилитель в режим ожидания, при котором потребление становиться в микроамперах, то есть вообще не потребляет напряжение. Так как мая основная работа связана с ремонтом телефонов, я стал искать микросхемы усилителей для полифонического динамика. Тогда я подумал о микросхемах усилителя от старых телефонах, например Sony Ericson K750 NCP2890, но найти их в корпусе Micro8 не легко и стоимость их большая.
Тогда стал искать аналоги и наткнулся на микросхему mc34119, но так же найти их в корпусе Micro8 (MSOP8) не удалось, только sop-8 (но всё же их приобрёл в корпусе sop-8 на будущие проекты)
Такие микросхемы ставились на китайские планшеты, а у меня плат от них много, по копавшись, нашёл такие платы но с другой микросхемой, и это FT690, её можно назвать практически полным аналогом NCP2890. MC34119 всё-же немного отличается по схеме включения, но в целом и та, и та ведут себя одинаково.
Причём я нашёл не только в корпусе Micro8 (MSOP8), а и в BGA варианте. Но для этой схемы я посчитал, что пока не стоит их использовать.
Все эти микросхемы объединяет низкое потребление тока от 3 до 7 мА при 8Ω нагрузки.
Регулятор громкости
Следующий неприятностью стал, регулятор громкости. К сожалению миниатюрных сдвоенных переменных резисторов не бывает, но есть миниатюрные подстроечные резисторы, а они "моно" и микросхемы К174УН23 в sop-8 тоже нет, по этому пришлось в вести в цепочку прохождения звукового сигнала со стереодекодера на усилитель, электронную регулировку громкости при помощи всего одного подстроечного резистора.
Схема очень простая и принцип её работы тоже прост. Вкратце так: Транзистор включается между цепью звукового сигнала и земляным выводом. Эмиттер к сигналу, коллектор к земле, а на базу подаётся положительное напряжение открытия транзистора. При открытии сопротивление между Э и К транзистора уменьшается и звуковой сигнал начинает гаситься. Транзистор n-p-n структуры. Похожий принцип применяется в проигрывателях грамм пластинок, таким способом гасится сигнал звукоснимателя.
Коммутация динамика
Как я писал выше, приёмник имеет возможность прослушивать программы на внешний динамик и наушники. Одновременная работа не предусматривается, так как возрастёт потребление питания. Для этого я предусмотрел кнопку переключения между внешним динамиком и наушниками. Кнопку с фиксацией из-за габаритов корпуса установить нет возможности. По этому решил собрать схему "электронной кнопки с фиксацией" то есть псевдосенсорный выключатель. На ум сразу пришла схема на D-триггере по типу К564ТМ2. Такую я собирал еще давно в один из своих автомобилей.
Но все мы понимаем, что данная микросхема не поместиться в корпус. Для одного из своих проектов я использую микросхему делителя частоты на 2 как раз на D-триггере и в корпусе micro-8 (msop-8). Главное её преимущество это питание от 3 до 5.5В и размеры, название микросхемы 74lvc1g74dp. Но вот проблема в том, что не заработала эта схема в таком варианте включения, хотя когда её переводишь в режим "делителя" всё работает. Мучится долго не стал и решил собрать схему на полевых транзисторах.
Схема заработала практически сразу, пришлось подобрать резистор R1 под напряжение питания. Транзисторов набрал с плат от ноутбуков, по этому
наименование транзисторов не знаю, лишь их параметры по прибору транзистор-тестер и выпишу только параметры в схеме. Нагрузкой данной схемы является усилитель на TDA7050, так как данная микросхема не имеет контакта управления "mute". А микросхема усилителя внешнего динамика FT690 имеет, вывод SD Active low shutdown control. Что в переводе, управление низким уровнем отключение. То есть когда логический 0 на выводе SD то микросхема выключается, а если логическая единица, а в данной схеме её подтягивают на плюсовое питание микросхемы через резистор, то микросхема выходит из режима ожидания и включается. Если бы принцип работы включения микросхемы был обратным, положительным сигналом отключение, то данный вывод можно было подать на питание TDA7050. Но нам нужно создать логический 0. Его можно создать тоже при помощи полевого транзистора с положительным управлением на входе, то есть N-канальный. Сток к выводу SD микросхемы, Исток к минусовому выводу питания, а Затвор на питание TDA7050. Кстати если бы схема на D-триггере заработала, то данный сигнал для включение и выключения усилителя можно было брать с инверсного вывода Q2.
Стабилизатор напряжение TDA7088T
Питание микросхемы приёмника и стереодекодера должны быть стабилизированы и развязаны от усилителей НЧ. Напряжение настройки так же должно быть стабилизировано.
Питание приёмника будет осуществляется от Литий-полимерного аккумулятора. Напряжение полного заряд аккумулятора составляет 4.2В, а разряженного 3.85. Но при падении напряжение ниже 3В плата защиты должна отключить питание. По этому стабилизатор я настроил на напряжение 2.5В и при изменении напряжение с 4.2 до 3В напряжение на выходе стабилизатора сохраняется. По этой причине я не стал использовать линейные стабилизаторы по типу AMS1117 на 2.5В, так как минимальное напряжение 4В при котором происходит стабилизация 2.5В.
Данную схему я подсмотрел в Радио журнале за 2003г. за 12№. В схеме "Экономичный радиоприёмник". Адаптировал её под свои нужды. В качестве транзисторов я взял SMD версии BC547 и BC558. Мощности этих транзисторов хватает для питание TDA7088T и TDA7040T.
Так скажем о конструкции и деталях всё. В следующей статья я расскажу о полной схеме, какие нюансы она имеет и какие "костыли" были при разработки её.
Литература:
М-К 1990 №11 "Радиоприёмник на руке"
TDA7088T https://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/19430/PHILIPS/TDA7088T.html
TDA7040T https://www.alldatasheet.net/datasheet-pdf/view/19414/PHILIPS/TDA7040T.html
TDA7050T https://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/19416/PHILIPS/TDA7050T.html
TDA2822 https://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/177351/UTC/TDA2822.html
NCP2890 https://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/93858/ONSEMI/NCP2890.html
MC34119 https://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/253313/FREESCALE/MC34119.html
FT690 https://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/1132172/FANGTEK/FT690.html
Радиолюбитель 2009 №12
Радио 2004 №2
Радио 2003 №12