Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/5826| Title: | Розробка радіоприймального пристрою з електронною системою керування |
| Authors: | Палагін, Володимир Васильович Середа, Валерій Олександрович |
| Keywords: | стереоприймач УКХ діапазону;мікроконтроллер;цифрове керування |
| Issue Date: | 2025 |
| Abstract: | Метою кваліфікаційної роботи є розробка приймача на основі спеціалізованих мікросхем з використанням сучасної елементної бази, що забезпечує прийом ЧМ сигналів з електронним керуванням налагодження частот. Об’єкт дослідження – система прийому та передачі сигналів при застосуванні цифрового керування. В роботі проаналізовано існуючі схемні рішення систем прийому та передачі сигналів в КХ діапазоні. Проведений аналіз технічного завдання, за результатами якого розроблена та обґрунтована структурна схема пристрою. Розглянуто особливості роботи окремих блоків схеми. Згідно структурної схеми розроблена схема електрична принципова даної системи. Проведено обґрунтування вибору окремих блоків схеми електричної принципової: блоку живлення, блоку керування та блоку індикації. Представлено особливості проектування стерео радіоприймачів, вибір елементної бази, радіомодуля, системи електронного переналагодження частотного діапазону. Розглянуті питання охорони праці щодо аналізу умов праці інженера-проектувальника при роботі в технічній лабораторії. |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/5826 |
| Appears in Collections: | 172 Електронні комунікації та радіотехніка (Радіотехніка та робототехнічні системи) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| Б_172_Середа_Палагін.pdf Restricted Access | 2.75 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ЕЛЕКТРОННИХ ТЕХНОЛОГІЙ, АВТОТРАНСПОРТУ ТА
МАШИНОБУДУВАННЯ
КАФЕДРА РОБОТОТЕХНІЧНИХ І ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНИХ СИСТЕМ ТА
КІБЕРБЕЗПЕКИ
До захисту допущено
завідувач кафедри РТСК
д.т.н., професор
____________ Володимир ПАЛАГІН
"_____" _____________ 2025 року
Пояснювальна записка
до дипломного проекту
бакалавра
(освітньо-кваліфікаційний рівень)
на тему Розробка радіоприймального пристрою з електронною системою
керування
Виконав: студент 4 курсу, групи РТ-15
Спеціальності 172 – Електронні
комунікації та радіотехніка ,
(шифр і назва спеціальності)
освітньої програми «Радіотехніка та
робототехнічні системи»
(назва освітньої програми)
Середа В.О.
(прізвище та ініціали)
Керівник Палагін В.В.
(прізвище та ініціали)
Рецензент Бондаренко М.О.
(прізвище та ініціали)
Черкаси – 2025
Форма № Н-9.01
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
Кафедра робототехнічних і телекомунікаційних систем та кібербезпеки
Освітньо-кваліфікаційний рівень бакалавр
Спеціальність 172 – Електронні комунікації та радіотехніка
Освітня програма – Радіотехніка та робототехнічні системи
(шифр і назва)
ЗАТВЕРДЖУЮ
Завідувач кафедри __________Володимир ПАЛАГІН
“_____” ___________________ 2025 року
ЗАВДАННЯ
НА ВИПУСКНУ РОБОТУ СТУДЕНТУ
Середа Валерій Олександрович _________________
(прізвище, ім’я, по батькові)
1. Тема проекту (роботи) Розробка радіоприймального пристрою з
електронною системою керування
керівник проекту (роботи) Палагін Володимир Васильович
(прізвище, ім’я, по батькові, науковий ступінь, вчене звання)
затверджені наказом вищого навчального закладу від «05» березня 2025 року № 63/03-03
2. Термін здачі студентом закінченої роботи “ 03 ” червня 2025 року _________
3. Вихідні дані до роботи: напруга живлення: +12В; вид модуляції – ЧМ; тип сигналу –
стереосигнал (L, R); робочий діапазон частот – верхній діапазон УКХ, 88 – 108 МГц;
чутливість приймача в межах 6-8мкВ; подавлення завад по сусідньому та дзеркальному
каналу не гірше 60 дБ, вихідна потужність 2х5 Вт, використати сучасні ІС та МП для
реалізації електронної системи керування.
4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, що їх належить розробити)
Аналіз систем радіоприйому; розробка структурної схеми радіоприймального пристрою;
розробка схемотехнічних рішень пристрою;охорона праці.
5. Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов’язкових креслень, плакатів)
1. Схема структурна пристрою; 2 Схема електрична принципова; 3.Плата друкована;
4.Складальне креслення; 5. Плакат по охороні праці.
.
6. Консультанти з проекту (роботи) із зазначенням розділів проекту, що їх стосуються
Прізвище, ініціали та посада Підпис, дата
Розділ консультанта завдання завдання
видав прийняв
Охорона праці Олексій КОЖЕМ’ЯКІН
старший викладач кафедри
безпеки життєдіяльності
7. Дата видачі завдання 05 березня 2025 року
КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН
№ Назва етапів дипломного проекту Термін
з/п (роботи) виконання етапів Примітка
проекту (роботи)
1. Аналіз технічного завдання та
пошук літератури 05.03.25 – 19.03.25
2. Аналіз методів побудови
приймача 20.03.25 – 25.03.25
3. Побудова та обґрунтування
схеми функціональної пристрою 26.03.25 – 10.04.25
4. Побудова та обґрунтування
схеми структурної пристрою 11.04.25 – 26.04.25
5. Побудова та обґрунтування
схеми електричної пристрою 27.04.25 – 10.05.25
7. Виконання розділу охорони праці 11.05.25 – 25.05.25
8. Оформлення пояснювальної записки 26.05.25 – 30.05.25
9. Оформлення плакатів 01.06.25– 03.06.25
Студент Валерій СЕРЕДА
( підпис ) (прізвище та ініціали)
Керівник проекту (роботи) Володимир ПАЛАГІН
( підпис ) (прізвище та ініціали)
ЗМІСТ
ВСТУП 5
РОЗДІЛ 1. АНАЛІЗ РАДІОПРИЙМАЛЬНИХ ПРИСТРОЇВ ТА 6
ОГЛЯД ІСНУЮЧИХ РІШЕНЬ
1.1. Принципи побудови сучасних систем радіоприйому 6
1.2. Аналіз схемотехнічних рішень та прототипів 10
1.2.1. Схемотехнічна реалізація спеціалізованих систем прийому 10
1.2.2. Реалізація широкосмугової частотної модуляції 16
1.2.3. Схемотехнічні рішення радіоприймальних систем на базі ІС 18
К174ХА34
1.2.4. Реалізація радіоприймальних систем на базі ІС TDA7088 21
1.3. Проектування стерео радіоприймачів 27
1.4. Висновки 35
РОЗДІЛ 2. РОЗРОБКА СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ 37
РАДІОПРИЙМАЧА
2.1. Обґрунтування та опис структурної схеми радіоприймача 37
2.2. Обґрунтування елементної бази для побудови радіоприймача 39
2.2.1. Реалізація радіомодуля на базі ІС TEA5711 41
2.2.2. Електронне переналагодження радіоприймального пристрою 43
2.2.3. Знакосинтезуючий текстовий ЖК-індикатор 47
2.2.4. Керування параметрами радіоприймача 49
2.2.5. Побудова підсилювача звуку радіоприймального пристрою 51
2.2.6. Система регулювання радіоприймальни пристроєм 53
2.2.7. Реалізація системи керування на базі мікроконтролера 56
ATtiny2313
РТ15.23276.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Середа В.О. Літ. Арк. Акрушів
Перевір. Палагін В.В. Розробка радіоприймального 3
Реценз. пристрою з електронною
Н. Контр. системою керування ЧДТУ
Затвер д. Палагін В.В.
2.2.8. Проектування системи живлення радіопримальної системи 58
2.3. Висновки 60
РОЗДІЛ 3. СХЕМОТЕХНІЧНЕ ПРОЕКТУВАННЯ 62
РАДІОПРИЙМАЛЬНОГО ПРИСТРОЮ ЕЛЕКТРОННОЮ
СИСТЕМОЮ КЕРУВАННЯ
3.1. Реалізація вхідного кола радіоприймача 62
3.2. Проектування системи обробки сигналів радіоприймального 68
пристрою
3.3. Розробка схеми підсилення сигналу низької частоти 72
3.4. Проектування системи виводу/вводу на базі мікроконтролера 74
ATTINY2313
3.5. Побудова системи живлення основі мікросхеми ТОР221-227 77
3.6. Висновки 79
РОЗДІЛ 4. ОХОРОНА ПРАЦІ 81
4.1. Аналіз небезпек та шкідливостей, що впливають на співробітника 81
в радіотехнічній лабораторії
4.2. Модернізація системи загального штучного освітлення лабораторії 91
ВИСНОВКИ 97
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ 99
ДОДАТКИ 100
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата
ВСТУП
У сучасному світі радіотехнічні засоби є основою бездротового зв’язку,
що охоплює побутові, промислові, телекомунікаційні та оборонні сфери.
Зростання вимог до швидкодії, енергоефективності та завадозахищеності
стимулює розвиток інтелектуальних радіоприймальних пристроїв з
можливістю автоматичного налаштування та адаптації до змін
навколишнього середовища.
Особливої актуальності набуває інтеграція електронних систем
керування, які дозволяють динамічно змінювати параметри прийому,
виконувати самодіагностику та забезпечувати стабільну роботу пристрою в
складних умовах. Це створює передумови для підвищення ефективності
радіоприймальних систем і розширення сфер їх застосування в умовах
зростання обсягів переданої інформації та кількості бездротових пристроїв.
Розроблені пристрої можуть бути використані в системах бездротового
моніторингу, навігації, телеметрії, радіозв’язку, а також у побутових засобах
прийому FM/AM сигналів. Завдяки гнучкості налаштувань і високій
завадостійкості, такі приймачі мають потенціал для використання в умовах
підвищеного рівня електромагнітних завад, наприклад, у промислових зонах
чи транспорті.
Структура роботи охоплює аналітичний огляд існуючих технічних
рішень і технологій, що стосуються радіоприймальних пристроїв.
Запропоновано структурну та схемотехнічну реалізацію пристрою, виконано
необхідні розрахунки основних параметрів. У завершенні наведено висновки
щодо ефективності розробленого рішення та можливостей його подальшого
вдосконалення. Наведені та розкриті необхідні і водночас важливі правила,
пов’язані з охороною праці.
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист
№ докум. Підпис Дата 5
РОЗДІЛ 1
АНАЛІЗ РАДІОПРИЙМАЛЬНИХ ПРИСТРОЇВ ТА ОГЛЯД
ІСНУЮЧИХ РІШЕНЬ
1.1. Принципи побудови сучасних систем радіоприйому
Серед різноманіття радіоприймальних пристроїв супергетеродинні
приймачі займають провідне місце завдяки здатності забезпечувати
стабільний, надійний та високоякісний прийом сигналів у широкому
діапазоні частот. Їхня популярність зумовлена ефективністю обробки
сигналів, особливо в умовах наявності перешкод або слабкого рівня
прийнятого сигналу. Супергетеродинна архітектура дозволяє реалізувати
точну фільтрацію, підсилення та демодуляцію, що критично важливо для
сучасних радіотехнічних систем, включаючи як аналогові, так і цифрові
формати передачі даних.
Принцип роботи супергетеродинного приймача базується на
перетворенні вхідного високочастотного сигналу в сигнал з фіксованою
проміжною частотою (ПЧ) за допомогою процесу змішування. Для цього
застосовується гетеродин — генератор, який створює сигнал, що змішується
з прийнятим. У результаті утворюються сигнали сумарної та різницевої
частоти, з яких за допомогою фільтра виділяється сигнал ПЧ. Далі цей сигнал
піддається значному підсиленню та обробці, включаючи фільтрацію та
демодуляцію, що дозволяє виділити корисну інформацію.
Однією з головних переваг супергетеродинної схеми є фіксованість
проміжної частоти, яка дозволяє створювати високоякісні фільтри та
підсилювачі, оптимізовані для роботи саме на цій частоті. Це значно
покращує селективність (здатність приймача виділяти потрібний сигнал
серед багатьох інших) і чутливість (здатність приймати слабкі сигнали),
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 6
порівняно з приймачами прямого підсилення, у яких усі каскади повинні
працювати на змінних частотах. Завдяки цьому супергетеродини широко
використовуються у професійній апаратурі зв’язку, радіоаматорських
пристроях, а також у побутовій техніці.
Крім технічних переваг, супергетеродинні приймачі відзначаються
простотою переналаштування на різні частоти прийому, що досягається
зміною частоти гетеродина. Таким чином, налаштування всього приймача
здійснюється лише за рахунок одного каскаду — гетеродина, у той час як
фільтри та інші вузли працюють в оптимальному режимі. Такий підхід
забезпечує високу гнучкість системи й дозволяє ефективно приймати
сигнали у широкому діапазоні частот без суттєвого погіршення якості
(рис.1.1).
Рисунок 1.1. – Структурна схема супергетеродинного приймача
На практиці супергетеродинна архітектура реалізується в більшості
сучасних радіоприймачів, включаючи мобільні телефони, GPS-пристрої,
автомобільні радіо, телевізори, а також у професійній апаратурі радіозв’язку
та навігації. Завдяки своїй універсальності та ефективності, супергетеродин
залишається еталоном у проєктуванні приймальних трактів, а знання
принципів його роботи є необхідним для фахівців у галузі електроніки та
телекомунікацій.
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 7
У супергетеродинному радіоприймачі процес прийому сигналу
починається з того, що електромагнітні коливання, які надходять з антени,
спрямовуються на Вхідне коло (ВК) та підсилювач радіочастоти (ПРЧ).
Завданням цих каскадів є попереднє підсилення прийнятого сигналу до рівня,
достатнього для подальшої обробки, а також покращення співвідношення
сигнал/шум. Такий підхід дозволяє зменшити вплив внутрішніх шумів
наступних каскадів та підвищити загальну чутливість приймача.
Після підсилення сигнал надходить на змішувач (Перетворювач
частоти) — ключовий елемент супергетеродинної схеми, де виконується
перетворення частоти. Змішувач приймає два сигнали: один — від ПРЧ,
другий — від гетеродина (генератора). Гетеродин генерує сигнал з частотою,
яка залежить від частоти налаштування приймача. Коливальний контур ПРЧ
перебудовується синхронно з контуром вхідного каскаду (ВК), що дозволяє
підтримувати сталу різницю частот — так звану проміжну частоту (ПЧ).
У процесі змішування на виході змішувача виникає два основних
частотних компоненти — сума і різниця частот вхідного сигналу та сигналу
гетеродина. Для подальшої обробки обирається сигнал із частотою, що
дорівнює різниці між цими двома, — саме він і є проміжною частотою. Цей
сигнал проходить через вузькосмуговий смуговий фільтр (фільтр проміжної
частоти), який виділяє потрібну частоту і одночасно пригнічує небажані
побічні складові.
Після фільтрації сигнал проміжної частоти підсилюється та
спрямовується на демодулятор (частотний демодулятор). Завдання
демодулятора — відновити модулюючий сигнал, тобто корисну інформацію,
яка передавалась (звукову, цифрову тощо). Залежно від типу модуляції
(амплітудна, частотна, фазова), використовуються відповідні схеми
демодуляції. Результатом цього етапу є отримання сигналу низької частоти,
який може бути переданий на підсилювач звукової частоти або цифровий
декодер.
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 8
У сучасних радіоприймачах роль гетеродина виконує цифровий
синтезатор частот із кварцовою стабілізацією. Це забезпечує високу точність
і стабільність генерованої частоти, а також дозволяє реалізовувати функції
автоматичного налаштування, програмованого сканування частот та
швидкого перемикання діапазонів. Такий підхід значно підвищує надійність і
функціональність пристрою, особливо в умовах експлуатації зі змінним
частотним середовищем.
Стандартизовані значення проміжної частоти залежать від типу
приймача. У мовних приймачах для довгих, середніх і коротких хвиль
зазвичай використовують значення 465 або 455 кГц, а для
ультракороткохвильових діапазонів — 6,5 або 10,7 МГц. У професійних
приймачах зв’язку й апаратурі високого класу застосовують подвійне (іноді
навіть потрійне) перетворення частоти. Це дає змогу одночасно досягти
високої селективності на першій ПЧ та кращої завадостійкості на другій, що
суттєво покращує якість прийому в складних умовах.
У змішувачі виконується множення вхідного сигналу sRF(t) з сигналом
гетеродина sLO(t). Припустимо:
.
Після змішування маємо:
.
Використовуючи тригонометричну ідентичність:
отримаємо:
.
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 9
Таким чином, на виході змішувача виникають дві нові частоти:
Різниця частот — проміжна частота (основна для подальшої обробки):
,
сума частот — фільтрується як небажаний сигнал:
.
Спектральне перетворення сигналів представлено на рис.1.2
Рисунок 1.2. – Спектральне перетворення сигналів
Розглянемо існуючі рішення побудови радіоприймачів.
1.2. Аналіз схемотехнічних рішень та прототипів
1.2.1. Схемотехнічна реалізація спеціалізованих систем прийому
На рисунку 1.3 представлено тюнер магнітоли «SHARP QT-100Z»,
який реалізовано на базі супергетеродинного принципу та підтримує чотири
діапазони прийому. Цей тюнер побудовано за типовою схемою, яка широко
застосовується у побутовій радіоелектроніці. Його функціональна структура
передбачає розподіл на два основних тракти: FM-тракт для прийому
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 10
ультракороткохвильових сигналів і AM-тракт для прийому середньо- та
довгохвильових сигналів.
FM-тракт охоплює прийом сигналів у діапазоні УКХ, які подаються з
антени через перемикач діапазонів (SW1-C) на смуговий фільтр —
двоконтурний непереналаштовуваний преселектор з індуктивним зв’язком
(FM BPF). Цей фільтр налаштований на середню частоту FM-діапазону і
забезпечує попередній вибір сигналу, підвищуючи селективність та
зменшуючи рівень небажаних сигналів. Преселектор має прямий зв’язок із
антеною та підсилювачем радіочастоти (ПРЧ), що забезпечує підсилення
сигналу перед його перетворенням.
Подальша обробка сигналів FM-діапазону здійснюється на мікросхемі
ТА7378Р, яка виконує функції підсилення та перетворення частоти.
Отриманий сигнал проміжної частоти подається на мікросхему ТА8110АР,
яка реалізує тракт ПЧ, детекцію FM-сигналу та обробку AM-сигналів. Такий
розподіл функцій дозволяє ефективно реалізувати прийом у кількох
діапазонах при мінімальній кількості елементів, забезпечуючи високу якість
прийому за рахунок інтеграції ключових каскадів в окремі мікросхеми.
Тракт AM, який працює з довго-, середньо- та короткохвильовими
сигналами, також реалізований на ТА8110АР. Його структура включає
перетворювач частоти, підсилювач ПЧ та амплітудний детектор, що дозволяє
здійснювати повноцінний прийом аналогових мовних сигналів. Завдяки
застосуванню спеціалізованих мікросхем досягається компактність і
надійність конструкції, що робить тюнер придатним для побутового
використання та масового виробництва.
З преселектора прийнятий сигнал подається через розділовий
конденсатор С1 на вхід ПРЧ (1-ша ніжка мікросхеми IC1).
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 11
Рисунок 1.3. Схемотехнічна реалізація радіоприймача QT-100Z
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 12
З преселектора сигнал FM-діапазону подається через розділовий
конденсатор С1 на вхід підсилювача радіочастоти (ПРЧ), реалізованого в
мікросхемі IC1 (вхід — ніжка 1). Основне призначення мікросхеми IC1 —
підсилення сигналу та його перетворення за частотою. Вона об’єднує в собі
основні блоки: ПРЧ, гетеродин та змішувач. Таке об'єднання в одному
корпусі дозволяє значно спростити конструкцію пристрою та зменшити
рівень зовнішніх перешкод.
Навантаженням для виходу ПРЧ (ніжка 3 мікросхеми IC1) є
переналаштовуваний резонансний контур, утворений елементами VC1, ТС1,
С4 та L1. Верхню межу налаштування діапазону встановлює
підстроювальний конденсатор ТС1, а нижню — котушка L1. Через цю ж
котушку L1 подається напруга живлення до вихідного каскаду ПРЧ.
Конденсатор С11 виконує роль блокувального елемента та разом з
резистором R1 утворює низькочастотний фільтр, що стабілізує живлення та
запобігає проникненню високочастотних складових у ланцюг живлення.
Далі сигнал проходить через ще один розділовий конденсатор С3 до
змішувача (ніжка 4 IC1), де здійснюється перетворення частоти. Для цього на
гетеродинний вхід (ніжка 8 IC1) через коло R36–C5 подається сигнал з
переналаштовуваного гетеродинного контуру, сформованого елементами L2,
С6, ТС2 і VC2. Підстроювання ТС2 дозволяє задати верхню межу частотного
діапазону, а сердечник котушки L2 — нижню. Така конструкція забезпечує
стабільність роботи гетеродина в заданому діапазоні частот.
Важливу роль у стабілізації частоти гетеродина і реалізації
автоматичної підстройки частоти (АПЧ) виконує варикап, приєднаний до
гетеродинного контуру через конденсатор С7. Управління варикапом
здійснюється напругою, яка формується на основі рівня НЧ сигналу, що
надходить з виходу детектора (ніжка 9 IC2) через фільтр R4–C12–R3. Така
система дозволяє автоматично коригувати частоту гетеродина у разі її зсуву,
що підвищує точність і якість прийому.
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 13
Після перетворення частоти, на виході змішувача (ніжка 6 IC1)
формується сигнал проміжної частоти (ПЧ) 10,7 МГц. Цей сигнал
виділяється контуром Т1 і передається на смуговий п’єзокерамічний фільтр
CF2, який забезпечує необхідну селективність FM-тракту по сусідніх
каналах. Висока вибірковість фільтра сприяє якісному розділенню каналів та
запобігає взаємному впливу сигналів з близьких частот.
Сигнал ПЧ, виділений CF2, подається на ніжку 16 мікросхеми IC2, де
відбувається його подальше підсилення і демодуляція. Мікросхема IC2
(ТА8110АР) реалізує частотно-фазовий детектор, до якого через ніжку 11
підключено фазозсувний контур (Т2, R5). Отриманий детектором
низькочастотний сигнал подається на ніжку 9 IC2, проходить фільтрацію
(С15, R14, С30), і через конденсатор С29 направляється у підсилювач НЧ.
Включення FM-тракту мікросхеми IC2 здійснюється подачею високого рівня
живлення на ніжку 15 з перемикача SW1-E. Та ж напруга, через фільтр R6–
C10, подається на ніжку 9 IC1 для її живлення.
Якщо FM-діапазон не активний, напруга на 15-й ніжці IC2 відсутня, і
активується тракт прийому AM сигналів. Прийом короткохвильових сигналів
у діапазоні SW2 здійснюється з телескопічної антени, діапазону SW1 — з
телескопічної та магнітної антени (L3), а середньохвильові сигнали
приймаються лише магнітною антеною з феритовим сердечником. Активні
компоненти AM-тракту реалізовані також на мікросхемі IC2, яка забезпечує
ПРЧ, перетворення частоти, ПЧ і амплітудне детектування.
Перемикання між різними діапазонами здійснюється перемикачем
SW1, який перемикає відповідні вхідні кола, гетеродинні контури та секції
змінного конденсатора. Це дозволяє ефективно використовувати ресурси
мікросхеми IC2 і забезпечити прийом у широкому частотному діапазоні з
мінімальними втратами сигналу та високою стабільністю. Завдяки
поєднанню гнучкої системи перебудови та якісних фільтрів, тюнер
забезпечує надійний і стабільний прийом як FM, так і AM сигналів.
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 14
У тракті амплітудної модуляції (AM) проміжна частота (ПЧ) становить
455 кГц. Сигнал ПЧ формується на виводі 14 мікросхеми IC2, де він
навантажений резонансним контуром Т3. Цей контур разом із
п'єзокерамічним фільтром CF3 утворює селективну систему, яка забезпечує
необхідну вибірковість по сусідньому каналу. ПКФ CF3 формує потрібну
смугу пропускання сигналу, а контур Т3 виконує додаткове пригнічення
сигналів за межами цієї смуги, що покращує селективні властивості тракту.
Зв’язок між контуром Т3 та фільтром CF3 здійснюється
трансформаторним способом, що дозволяє узгодити вихід мікросхеми IC2 з
вхідним імпедансом фільтра CF3 через резистор R7. З виходу фільтра CF3
сигнал ПЧ подається через резистор R20 на 13-ту ніжку IC2, де здійснюється
його підсилення та детектування. У результаті детектування формується
звуковий низькочастотний сигнал, який є відображенням корисної
інформації, що передавалась у вигляді амплітудної модуляції.
Отриманий НЧ сигнал з’являється на виводі 9 IC2 і далі фільтрується
конденсатором С15 для усунення високочастотних залишків після
детектування. Після цього сигнал подається в підсилювальний тракт для
подальшого відтворення. Цей процес аналогічний обробці звуку в FM-тракті,
що свідчить про універсальність використання IC2 в обох типах
модульованих сигналів.
Незважаючи на функціональність такої схеми, вона вже не є
актуальною в сучасних пристроях. Основними недоліками є використання
конденсатора змінної ємності для перебудови по діапазонах, що ускладнює
виробництво та налагодження апаратури. Крім того, відсутність цифрової
системи налаштування обмежує точність та зручність керування, адже
налаштування на радіостанцію виконується механічно. Це робить пристрій
менш зручним у порівнянні з сучасними цифровими приймачами, які
забезпечують автоматичну настройку та стабільніші характеристики.
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 15
1.2.2. Реалізація широкосмугової частотної модуляції
Приймач УКХ діапазону (рис. 1.4) призначений для прийому
радіостанцій, що працюють у діапазоні частот 64–108 МГц з частотною
модуляцією (ЧМ). Він забезпечує надійний прийом сигналів завдяки
достатньо високій чутливості — не гірше 70 мкВ/м при співвідношенні
сигнал/шум 30 дБ. Вибірковість приймача по сусідньому каналу становить 18
дБ, що дозволяє ефективно розділяти сигнали радіостанцій, навіть
розташованих близько одна до одної по частоті. Приймач живиться від
джерела постійного струму з напругою 9 В, що робить його зручним для
використання в портативних або автономних пристроях.
Сигнал з антени через розділовий конденсатор С2 надходить на
вхідний коливальний контур, утворений котушкою індуктивності L1 і
конденсатором С1. Цей контур налаштований на середину приймального
діапазону й не перебудовується при зміні станції, що спрощує конструкцію,
але дещо обмежує гнучкість у виборі діапазону. Виділений контуром сигнал
подається на перетворювач частоти, реалізований на спеціалізованій
мікросхемі DA1 типу К174ПС1. У цій же мікросхемі реалізовано й гетеродин
— генератор високочастотних коливань, частота якого залежить від
параметрів кола L2, С6, С8–С11 та варикапа VD1.
Рисунок 1.4. Широкосмугова ЧМ та її практична реалізація
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 16
Налаштування гетеродина здійснюється зміною постійної напруги, яка
подається з багатообертового змінного резистора R5 на катод варикапа VD1.
Це змінює ємність варикапа і, відповідно, частоту генерації гетеродина.
Після змішування сигналу з гетеродином формується проміжна частота (ПЧ)
10,7 МГц, яка знімається на резисторі R1 і через пьезокерамічний фільтр ZQ1
надходить на мікросхему DA2 типу К174УР3. Ця мікросхема виконує кілька
функцій: підсилення ПЧ, обмеження, фазове перетворення, частотне
детектування та попереднє підсилення звукового сигналу з регулюванням
гучності.
У фазоінверторі DA2 використовується резонансний контур L3, С21,
який покращує точність та стабільність роботи детектора. На резисторі R7
формується напруга автоматичної підстройки частоти (АПЧ), яка через
фільтр R16, С16, R6 керує варикапом VD1. Завдяки цьому відбувається
автоматична стабілізація частоти гетеродина, що дозволяє утримувати
приймач точно налаштованим на обрану радіостанцію без необхідності
ручного коригування.
Детектований звуковий сигнал надходить на попередній підсилювач
НЧ, вихід якого підключений до регулятора гучності на резисторі R10. Далі
сигнал передається на підсилювач потужності, реалізований на операційному
підсилювачі DА1 типу КР1407УД2 і двох транзисторах VT1 і VT2,
увімкнених за схемою емітерних повторювачів. Це дозволяє забезпечити
достатню потужність для живлення акустичної системи при збереженні
високої якості звуку.
Однією з переваг цієї схеми є можливість впровадження цифрового
керування частотою — зокрема, за допомогою синтезатора частоти, який
може точно й стабільно змінювати напругу на варикапі, замінюючи ручне
налаштування. Також підтримується можливість реалізації фазової АПЧ, що
ще більше покращує стабільність прийому. Проте, поряд із цим є й суттєві
недоліки.
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 17
Серед основних недоліків — використання лише одного моно каналу
на НЧ виході, що є обмеженням для сучасних користувачів, які очікують
стереозвучання. Крім того, велика кількість дискретних елементів, таких як
індуктивності, конденсатори, окремі транзистори й резистори, ускладнює
виготовлення та налагодження пристрою, збільшує собівартість виробництва
та знижує повторюваність параметрів готових виробів. У сучасних
конструкціях зазвичай використовуються інтегровані рішення, які
дозволяють зменшити габарити, спростити монтаж і підвищити надійність.
1.2.3. Схемотехнічні рішення радіоприймальних систем на базі ІС
К174ХА34
Приймач ультракороткохвильового (УКХ) діапазону з частотною
модуляцією (ЧМ) і низьковольтним живленням (рис. 1.5) призначений для
прийому радіостанцій, що працюють у частотному діапазоні 64–108 МГц.
Його відмінною особливістю є надзвичайно низька напруга живлення – лише
3 В, що дозволяє використовувати його в портативних пристроях або
пристроях з автономним живленням. Чутливість приймача не гірша 7 мкВ/м,
що забезпечує прийом слабких сигналів за умови правильної побудови
антенної системи.
Основним функціональним вузлом приймача є спеціалізована
мікросхема DA1 типу К174ХА34. Вона являє собою повноцінний
супергетеродинний приймач, який включає в себе перетворювач частоти,
змішувач, гетеродин, підсилювач проміжної частоти (ППЧ), підсилювач-
обмежувач, частотний детектор, а також системи шумозниження і стиснення
девіації частоти. Остання особливість дозволяє ефективно використовувати
низьку проміжну частоту в межах 60–80 кГц, зменшуючи вимоги до
фільтрації сигналу.
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 18
Рисунок 1.5. Реалізація радіоприйому УКХ діапазону на базі ІС К174ХА34
Сигнал, прийнятий з антени WA1, надходить безпосередньо на вхід
мікросхеми через виводи 12 і 13. Гетеродинна частина схеми побудована на
коливальному контурі L1C4C5 із варикапом VD1, який дозволяє електронно
змінювати резонансну частоту гетеродина. Регулювання частоти
здійснюється зміною ємності варикапа шляхом подачі на нього змінної
постійної напруги з движка змінного резистора R1. Частота гетеродина при
цьому перевищує частоту прийнятого сигналу на 75 кГц, що відповідає
обраній проміжній частоті.
Обробка сигналу після змішування, включаючи підсилення сигналу
проміжної частоти, його детектування, а також попереднє підсилення
сигналу низької частоти, повністю реалізується всередині мікросхеми. На
виводі 14 формується низькочастотний сигнал амплітудою не менше 100 мВ,
який може бути поданий безпосередньо на навушники з опором не менше
100 Ом. Для посилення вихідного сигналу та зменшення спотворень, з
виводом 16 з’єднаний конденсатор С10, а між виводами 15 і 14 встановлений
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 19
конденсатор С14, який утворює ланцюг негативного зворотного зв’язку і
підвищує стабільність підсилювача.
Мікросхема також забезпечує формування постійної напруги на виводі
9, яка є зворотно пропорційною до рівня несучої частоти. Цей сигнал може
використовуватись для індикації налаштування приймача на радіостанцію,
однак у представленій схемі ця функція не реалізована. Вона могла б бути
корисною, наприклад, для побудови автоматичних систем налаштування або
цифрової індикації частоти.
Проте, як і в попередньому випадку з використанням мікросхеми
К174ПС1, у даній схемі присутній лише один монофонічний канал на виході.
Це обмеження негативно впливає на якість відтворення звуку, особливо в
умовах, коли передача ведеться у стерео. Крім того, незважаючи на заявлену
виробником чутливість і параметри приймача, практичні дослідження
показали наявність деяких недоліків в якості прийому.
Зокрема, в роботі приймача помічено імпульсні перешкоди, які
сприймаються на слух як "скрипи". Ці перешкоди зазвичай залежать від
зовнішніх умов, таких як положення антени, а також від конструктивних
особливостей самої мікросхеми. При роботі на верхніх межах діапазону
(близько 108 МГц) можливе виникнення паразитної амплітудної модуляції
(ПАМ) гетеродина звуковими частотами. Цей ефект може призводити до
накладання сигналів і погіршення якості звукового виходу.
Таким чином, хоча мікросхема К174ХА34 забезпечує компактну та
енергоефективну реалізацію супергетеродинного приймача з мінімальною
кількістю зовнішніх компонентів, вона має певні обмеження як
функціонального, так і якісного характеру. Застосування такої мікросхеми
доцільне переважно у простих побутових або навчальних радіоелектронних
пристроях, де не висуваються підвищені вимоги до якості звуку та стійкості
прийому.
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 20
1.2.4. Реалізація радіоприймальних систем на базі ІС TDA7088
Приймачі, зібрані на основі інтегральних схем типу TDA7088T (або її
аналогів), характеризуються не тільки компактністю, але й високим ступенем
автоматизації налаштування. Цифрове управління, реалізоване всього двома
кнопками — "RESET" і "SCAN", дозволяє здійснювати автоматичний пошук
і зупинку на прийнятій радіостанції без необхідності ручного підстроювання.
Завдяки цьому приймачі на базі TDA7088T знайшли широке застосування в
побутових портативних пристроях, зокрема у недорогих радіоприймачах,
вбудованих модулях для навушників тощо (рис.1.6).
Архітектурно мікросхема TDA7088T побудована за тим же принципом,
що і раніше розглянута К174ХА34, а саме – вона реалізує супергетеродинну
схему з низькою проміжною частотою близько 70 кГц. Такий підхід дозволяє
зменшити кількість зовнішніх елементів, що використовуються у фільтрації,
оскільки замість контурів і пьезофільтрів тут застосовуються активні RC-
фільтри на операційних підсилювачах. Це суттєво спрощує схему і знижує
вартість кінцевого виробу.
Рисунок 1.6.Застосування ІС TDA7088Т
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 21
Ключовою перевагою мікросхеми TDA7088T є наявність вбудованої
системи автоматичної підстроювання частоти (АПЧГ). Коли сигнал
радіостанції потрапляє в смугу захоплення АПЧГ, мікросхема автоматично
фіксує частоту, що відповідає цьому сигналу. Таким чином, виключається
необхідність постійного ручного регулювання, і процес налаштування стає
значно простішим. Якщо ж користувач бажає знайти наступну станцію,
достатньо повторно натиснути кнопку "SCAN". Повернення до початку
діапазону здійснюється натисканням кнопки "RESET".
Інженерні переваги TDA7088T також полягають у надзвичайно
низькому енергоспоживанні. Мікросхема має вбудований захист від
переполюсовки живлення, що робить її надійною в експлуатації навіть у
малогабаритних переносних пристроях, де легко допустити помилки
підключення. Вона здатна працювати при напрузі всього 1,8 В, хоча
виробником рекомендовано використовувати 3 В для стабільної роботи. Така
енергоефективність відкриває шлях до використання приймачів на
TDA7088T у пристроях з живленням від одного елемента живлення (типу
AAA або CR2032).
Ще однією особливістю цієї мікросхеми є реалізація прямого
перетворення частоти з частотною автопідстроюванням (ФАПЧ), при цьому
верхня частота зрізу схеми становить близько 75 кГц. Усередині мікросхеми
працює система фіксації частоти опорного генератора (Frequency-Locked
Loop, або FLL), що забезпечує високу точність і стабільність налаштування.
Селективність каналу при цьому досягається за рахунок RC-фільтрів, що
також впливає на загальне зменшення розмірів і вартості пристрою.
Для покращення якості прийому мікросхема має вбудовану систему
шумозаглушення. Вона автоматично активується в ситуаціях, коли рівень
сигналу стає недостатнім або при значному відхиленні проміжної частоти. Це
особливо важливо в умовах нестабільного або слабкого сигналу, де необхідна
додаткова фільтрація фонових перешкод.
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 22
Зазначимо також, що, попри автоматизацію, можлива реалізація
ручного режиму налаштування. Це досягається шляхом відключення петлі
FLL, що дозволяє більш гнучко експериментувати з параметрами
налаштування, наприклад, у конструкціях для освітніх цілей чи в
лабораторних умовах. Таким чином, TDA7088T є універсальною
мікросхемою, яка поєднує в собі простоту, надійність та гнучкість для
побудови УКХ-приймачів широкого спектру застосувань.
На рисунку 1.7 представлено електричну принципову схему
радіоприймача "PALITO РА-993", який є типовим прикладом компактного
портативного приймача з автоматичним налаштуванням. Основна частина
приймального тракту реалізована на інтегральній схемі IC1 типу SC1088, що
є аналогом мікросхеми TDA7088T. Ця мікросхема забезпечує прийом УКХ-
сигналів, змішування, фільтрацію, підсилення, демодуляцію та автоматичну
настройку на станції. Підсилювач звукової частоти зібраний на мікросхемі
IC2 TDA2822, яка реалізована за мостовою схемою для отримання більшої
вихідної потужності.
Рисунок 1.7. Ралізація радіоприймача РА-993
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 23
Органи керування на корпусі приймача включають дві кнопки
настройки — "RESET" і "SCAN", світлодіодний індикатор живлення,
малогабаритну динамічну головку, регулятор гучності, суміщений з
перемикачем живлення, а також роз’єм для навушників. Ці елементи
забезпечують просте управління і комфортне використання приймача навіть
непідготовленим користувачем. Як антена при прослуховуванні через
вбудовану динамічну головку використовується відрізок дроту, який
вставляється в роз'єм для навушників, що є практичним і компактним
рішенням.
Прийнятий антеною сигнал спочатку надходить на вхідний
широкосмуговий контур, сформований елементами L1 та конденсаторами
С1–С3. Цей контур виконує функції первинної селекції частоти. Далі сигнал
подається на вхід ПРЧ мікросхеми IC1 (вивід 11). Всередині мікросхеми
відбувається змішування сигналу із сигналом гетеродина, який формується
контуром L2, С13 і варикапом VD1 (підключеними до виводу 5). Отриманий
сигнал проміжної частоти 70 кГц проходить смуговий фільтр, корекція якого
реалізована пасивними елементами — конденсаторами С11 і С12.
Сигнал ПЧ потім надходить на підсилювач-обмежувач (вивід 9), робота
якого коригується конденсаторами С4 і С6. Звідси сигнал спрямовується на
частотний демодулятор. Демодульований аудіосигнал проходить через
фільтр низькочастотної корекції з конденсатором С14 і надходить на схему
блокування звуку при налаштуванні. Робота цієї схеми може бути змінена
шляхом підбору ємності конденсатора С8, що дозволяє адаптувати приймач
до різних умов експлуатації або вимог користувача.
Особливу роль у функціонуванні приймача відіграє тригер
автоматичної настройки, вбудований у мікросхему SC1088. При натисканні
кнопки "RESET" на виводі 16 з’являється напруга живлення, яка плавно
зменшується. Це призводить до зміни напруги на варикапі VD1, що викликає
поступову перебудову частоти вверх по діапазону. Коли сигнал потрапляє в
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 24
смугу захоплення АПЧГ, перебудова автоматично припиняється. Натискання
кнопки "SCAN" дозволяє продовжити пошук наступної станції. Таким чином,
налаштування є повністю автоматизованим і не вимагає ручного підбору
частоти.
Демодульований сигнал із виводу 2 IC1 надходить на регулятор
гучності "VOL", а звідти — на вхід мікросхеми IC2, яка підсилює звуковий
сигнал до рівня, достатнього для відтворення через динамічну головку або
навушники. Для зменшення шумів високочастотного характеру
використовуються конденсатори С9 і С15, які обмежують спектр сигналу. Це
забезпечує чистіше звучання, особливо при прийомі слабких станцій.
Для розв’язки високочастотного сигналу і сигналу низької частоти при
прослуховуванні через навушники застосовуються дроселі L3 і L4. Вони
дозволяють уникнути перешкод та взаємного впливу між ВЧ та НЧ трактах,
що особливо важливо у випадку суміщення антенного і аудіоінтерфейсу в
одному роз’ємі. Така конструкція демонструє ефективне поєднання простоти,
низької вартості та достатнього функціоналу, що робить приймач "PALITO
РА-993" зручним пристроєм для побутового користування.
На рисунку 1.8 зображено ще один представник серії мініатюрних
радіоприймачів — модель "PALITO РА-218". Особливістю цього приймача є
наявність цифрового індикатора частоти налаштування, а також
електронного годинника з функцією будильника. Це суттєво розширює
функціональні можливості пристрою порівняно з попередньою моделлю
"РА-993", роблячи його не лише засобом для прослуховування радіостанцій,
а й корисним побутовим пристроєм.
З конструктивної точки зору, схема приймача "PALITO РА-218"
практично ідентична схемі моделі "РА-993". Основні функціональні вузли
побудовані за схожим принципом, однак є деякі відмінності. Зокрема,
підсилювач звукової частоти виконаний не на інтегральній мікросхемі, а на
дискретних транзисторах VT6 і VT7. Такий підхід дозволяє зменшити
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 25
вартість виробництва, однак водночас може впливати на якість відтворення
звуку та енергоспоживання.
Рисунок 1.8. Реалізація радіоприймача PALITO РА-218
Прослуховування радіостанцій у даній моделі можливе лише через
навушники. Цей підхід має певні технічні обмеження, оскільки провід
навушників використовується також як антена. У такому випадку виникає
проблема узгодження імпедансу між антеною та вхідним контуром
приймача. Крім того, при спільному використанні провідника для звукового
сигналу й антенного тракту можливі паразитні наведення, що призводять до
зниження якості прийому або появи шумів.
Важливим функціональним елементом приймача є мікросхема IC1
SC3610D. Вона об'єднує в собі одразу кілька вузлів — генератор, цифровий
індикатор частоти, а також електронний годинник із будильником. Сигнал
гетеродина, що формується варикапом VD1, надходить на каскад підсилення
на транзисторах VT1 і VT2, а з нього — на вивід 35, який є входом цифрової
шкали частоти. Перемикання між режимом годинника та режимом індикації
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 26
частоти здійснюється за допомогою зміни логічного рівня на виводі 26
мікросхеми.
Мікросхеми такого типу орієнтовані на масове виробництво, що
забезпечує низьку собівартість і високу повторюваність параметрів під час
серійного виготовлення. Завдяки високому рівню інтеграції значно
скорочується кількість дискретних компонентів, що спрощує монтаж і
зменшує габарити пристрою. Проте така мініатюризація нерідко досягається
за рахунок зниження деяких експлуатаційних характеристик.
Однак, незважаючи на використання сучасних інтегральних рішень,
конструкція має низку істотних недоліків. Основна проблема — це обмежена
селективність через застосування широкосмугових контурів малої
добротності у вхідному каскаді. Це призводить до того, що приймач може
захоплювати не тільки реальні радіостанції, а й випадкові джерела
радіоперешкод, якщо вони мають достатню потужність у відповідному
діапазоні. Водночас слабші сигнали справжніх станцій можуть бути
пропущені на фоні радіошумів.
Загалом, хоча "PALITO РА-218" і має більш розширений функціонал
завдяки вбудованим цифровим модулям, практична якість прийому та
зручність користування залишаються обмеженими через конструктивні
компроміси. Недостатня селективність, залежність від якості навушників як
антени та обмежені можливості управління налаштуванням роблять цей
пристрій більш привабливим як експериментальний або навчальний зразок,
ніж як повноцінний побутовий приймач.
1.3. Проектування стерео радіоприймачів
Проектування стерео радіоприймачів базується на використанні
супергетеродинного принципу, який дозволяє ефективно перетворювати
радіочастотний сигнал у сигнал фіксованої проміжної частоти (ПЧ), що
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 27
полегшує подальшу обробку. Такий підхід забезпечує стабільність роботи
приймача, оскільки всі подальші каскади — підсилення, фільтрація,
детектування — працюють на незмінній частоті, для якої можна оптимально
підібрати параметри електронних елементів. У випадку прийому в УКХ
діапазоні найпоширенішою є проміжна частота 10,7 МГц.
У конструкції сучасних радіоприймачів як елемент переналаштування
найчастіше використовуються варикапи — напівпровідникові компоненти,
ємність яких змінюється під дією напруги. На відміну від традиційних
змінних конденсаторів або блоків індуктивності, варикапи дозволяють
реалізувати електронну, а отже — і автоматизовану, настройку частоти. Це
значно підвищує зручність експлуатації пристрою, а також дозволяє
вбудовувати додаткові каскади попереднього підсилення для поліпшення
якості прийому слабких сигналів.
Однак при проектуванні радіоприймачів важливо враховувати питання
зв’язку з антеною. Для забезпечення максимальної вибірковості необхідно,
щоб коливальний контур, налаштований на потрібну частоту, мав високу
добротність. Це вимагає не лише якісних елементів, а й правильного
узгодження з джерелом сигналу — антеною. Невідповідність хвильового
опору антени та вхідного каскаду приймача може призвести до втрат сигналу
та зниження ефективності прийому.
У діапазоні ультракоротких хвиль (УКХ) фізичні розміри антени
стають порівнянними з довжиною хвилі, що дозволяє ефективно
використовувати зовнішні антени відповідних габаритів. Вхідний контур у
цьому випадку виконує функцію не лише підсилення та фільтрації сигналу, а
й узгодження з антеною, що мінімізує втрати енергії при передачі сигналу до
каскадів підсилення. Крім того, важливо забезпечити достатнє ослаблення
сторонніх низькочастотних АМ-сигналів, які можуть заважати коректному
прийому УКХ-сигналів.
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 28
Звичайні вхідні контури забезпечують достатню смугу пропускання
для прийому сигналів у всьому діапазоні, але не завжди гарантують високу
селективність — здатність виділяти конкретний радіоканал у присутності
сусідніх. Для покращення цієї характеристики використовуються
переналаштовувані вузькосмугові контури, які дозволяють більш точно
налаштовуватися на потрібну частоту та ефективніше пригнічувати сусідні
канали або завади. Такий підхід є особливо актуальним у стерео
радіоприймачах, де стабільність та якість сигналу критично важливі для
забезпечення об’ємного та чіткого звуку.
Одна з ключових задач при проєктуванні сучасних радіоприймачів —
це забезпечення стабільності прийому сигналу за допомогою системи
автоматичного підстроювання частоти (АПЧ). Ця система дозволяє
компенсувати незначні зсуви частоти, що виникають через температурні
коливання, нестабільність компонентів або механічні впливи. Завдяки АПЧ
радіоприймач автоматично підтримує точне налаштування на частоту
радіостанції, що значно покращує якість звучання та зменшує необхідність
ручного коригування.
Типова схема реалізації АПЧ передбачає підключення варикапа до
коливального контуру гетеродина через конденсатор малої ємності
(приблизно 2…5 пФ). Варикап — це напівпровідниковий діод зі змінною
ємністю, яка залежить від прикладеної до нього керуючої напруги. Ця
напруга формується на виході ЧМ-детектора або подається зі спеціального
виводу інтегральної мікросхеми приймача, проходячи через фільтруюче
коло. Завдяки такому рішенню, частота гетеродина автоматично
підлаштовується до необхідного значення, що забезпечує стійкий і чіткий
прийом.
У сучасних конструкціях варикапи можуть бути інтегровані
безпосередньо в склад мікросхеми, що дозволяє зменшити кількість
зовнішніх компонентів і спростити схему. Існують мікросхеми з одним або
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 29
двома виводами для варикапа, що дає інженеру більшу гнучкість у
проектуванні. Інтеграція таких функціональних вузлів у мікросхему також
знижує загальну собівартість пристрою та підвищує надійність роботи
радіоприймача.
Застосування АПЧ помітно підвищує комфорт користувача, оскільки
зникає потреба постійно підлаштовувати частоту вручну. Приймачі з АПЧ
вигідно відрізняються за якістю звучання, адже в них відсутні характерні
спотворення, викликані зсувом частоти прийому відносно частоти
передавача. Це особливо важливо для прийому стереосигналів у діапазоні
УКХ, де навіть незначні відхилення можуть призводити до втрати чіткості та
появи шумів.
Чутливість радіоприймача — це один з ключових параметрів, що
визначає його здатність приймати слабкі сигнали. Вона визначає мінімальну
напругу на вході пристрою, при якій ще забезпечується задовільна якість
прийому. Вимірюється чутливість, як правило, в мікровольтах (мкВ) або в
децибелах щодо мілівату (дБм), і безпосередньо пов’язана з відношенням
сигнал/шум. Чим вища чутливість — тим краща здатність приймача
працювати в умовах слабкого сигналу.
На практиці чутливість обмежується як внутрішніми шумами самого
радіоприймача, так і зовнішніми перешкодами. Основними зовнішніми
джерелами є індустріальні шуми (електричні установки, мережі змінного
струму, транспорт), а також атмосферні явища (грозові розряди, сонячна
активність). У діапазоні ультракоротких хвиль (УКХ), зокрема на частоті
близько 100 МГц, рівень таких перешкод може становити від 0,6 до 2 мкВ,
що суттєво впливає на практичну межу досяжної чутливості.
Для радіотелефонного зв’язку зазвичай приймається мінімальне
допустиме співвідношення сигнал/шум 3:1 (або 10 дБ). Проте для якісного
прийому музичних програм у монофонічному режимі потрібно забезпечити
співвідношення не менше 40 дБ (тобто 100:1), а в стерео — ще більше,
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 30
оскільки сигнал ділиться між каналами, і зниження співвідношення S/N
призводить до помітних спотворень та втрати об’ємності звуку. Це накладає
додаткові вимоги до підсилювачів, фільтрів та загальної конструкції
приймача.
Таким чином, хоча теоретично можна досягти чутливості меншої за 1
мкВ, реальні умови — особливо в межах міста — суттєво обмежують цю
можливість. В умовах урбанізованого середовища практично досяжна
чутливість у діапазоні УКХ складає не менше 60–200 мкВ. Це означає, що
проектуючи високочутливий приймач, необхідно враховувати не лише
підсилювальні властивості каскадів, але й ефективність захисту від
перешкод, вибір антенних систем та наявність якісних фільтрувальних
елементів.
На частотах 88...108 МГц для передавання стереофонічного сигналу
використовується система з пілот-тоном, стандартизована міжнародним
комітетом CCIR (Comité Consultatif International pour la Radio), яка забезпечує
сумісність стерео- і монофонічного мовлення. Основною особливістю цієї
системи є те, що на виході тюнера після детектування завжди присутній
сигнал, що є сумою сигналів лівого та правого каналів (Л + П). Такий підхід
дозволяє забезпечити повноцінне звучання на звичайних моно-приймачах без
потреби у спеціальній обробці сигналу.
Для забезпечення повноцінного стереозвучання до основного сигналу
(Л + П) додається ще один, різницевий сигнал (Л – П), який промодулюваний
за фазою на пригніченій несучій частоті 38 кГц. Оскільки ця несуча частота
не передається явно, для її відновлення у стереодекодері необхідно подати
пілот-сигнал з частотою 19 кГц, тобто рівно вдвічі меншою. Пілот-сигнал
передається з амплітудною модуляцією на глибині приблизно 10%, що
дозволяє безпечно виділити його в приймачі без негативного впливу на
основний звуковий сигнал.
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 31
У приймачі для відновлення пригніченої піднесучої 38 кГц
використовується спеціальний генератор, частота якого синхронізується з
пілот-сигналом. Це дозволяє точно реконструювати фазу та частоту
різницевого сигналу, після чого він може бути доданий і віднятий від
основного сигналу (Л + П) для отримання окремих лівого (Л) і правого (П)
каналів. Таким чином, стереодекодування досягається шляхом розділення
складових сигналів на основі точної частотної і фазової прив'язки до пілот-
сигналу.
Ця система дозволяє забезпечити високу якість стереозвучання навіть у
складних умовах прийому, зберігаючи при цьому сумісність з усіма типами
приймачів. Водночас вона накладає певні вимоги до точності роботи
генератора у стереодекодері, а також до фільтрації та виділення пілот-
сигналу, що є важливим етапом при проєктуванні високоякісних FM-
приймачів.
Роботу декодера слід розглянути на основі структурної схеми
рисунок 1.9.
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 32
Генератор
Вхідний Фазовий 76кГц
підсилювач детектор 1 керуємий : 2 : 2
напругою
(Л + П) +
пілот сигнал 19 кГц +
ФМ (Л – П) 38 КгЦ Фазовий
детектор 2 Підсилювач
– 1 Фазовий
детектор 3
(Л – П)
Підсилювач Підсилювач
суматор суматор
Вихід Л Вихід П Стерео Контроль
індикатор 19 кГц
Рисунок 1.9. Структурна схема стереодекодера
Роботу стереодекодера доцільно розглядати на основі його структурної
схеми, як показано на рисунку 1.9. На вхід стереодекодера надходить
комбінований фазовий стереосигнал, структура якого включає основний (Л +
П) сигнал, пілот-сигнал частотою 19 кГц, а також пригнічений фазово-
модульований сигнал (Л – П) на піднесучій частоті 38 кГц. Першим каскадом
у структурі є проміжний підсилювач або буфер, який забезпечує стабільну
подачу сигналу на подальші етапи обробки, ізолюючи вхідний ланцюг від
впливу навантаження.
Ключовим елементом стереодекодера є автономний генератор
піднесучої частоти 38 кГц. Часто такий генератор реалізується на базі RC-
елементів і має власну початкову частоту 76 кГц, яка згодом ділиться навпіл.
У більш точних схемах використовується п’єзокерамічний резонатор на
частоту 456 кГц, що дорівнює 24-кратному значенню пілот-сигналу 19 кГц.
Для стабільності роботи генератор виконується з керуванням напругою
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 33
(VCO), де сигнал керування формується першим фазовим детектором. Цей
детектор порівнює пілот-сигнал із сигналом, отриманим після ділення
частоти генератора, і забезпечує прив’язку не лише частоти, а й фази до
вхідного сигналу.
Другий фазовий детектор виконує функції керування внутрішніми
каскадами стереодекодера і використовується також для активації індикації
режиму стерео. Після кожного фазового детектора сигнал обробляється через
низькочастотні фільтри, які виділяють постійну складову сигналу керування.
Це дає змогу підтримувати стабільну роботу генератора та інших каскадів в
умовах змінної якості прийому.
Основна роздільна здатність сигналу Л і П досягається за допомогою
третього фазового детектора, який працює на частоті 38 кГц і виділяє з
сигналу компоненту (Л – П). Після цього, в спеціалізованих підсилювачах-
суматорах формуються окремо сигнали лівого та правого каналів: перший
підсилювач додає сигнали (Л + П) і (Л – П), отримуючи 2Л; другий — (Л +
П) і протифазний (–(Л – П)), утворюючи 2П. Обидва підсилювачі мають
вбудовані схеми автоматичного регулювання рівня, які забезпечують
однакову гучність як у монофонічному, так і в стереофонічному режимах.
Отже, при реалізації дипломного проекту важливо передбачити
проектування стереодекодера з урахуванням сучасної елементної бази, таких
як спеціалізовані інтегральні мікросхеми (ІС), що забезпечують точне
відновлення сигналів, високий рівень стереосепарації та низький рівень
спотворень. Це дозволяє гарантувати якісний прийом FM-сигналів у режимі
стерео, зберігаючи надійність і сумісність з вимогами сучасного
радіомовлення.
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 34
1.4. Висновки
Для виконання поставленої задачі в дипломному проєкті необхідно
реалізувати повноцінне проектування радіоприймального пристрою, що
поєднує високу чутливість та достатню вибірковість за сусіднім каналом. Це
дозволяє забезпечити стабільний прийом навіть при наявності значного рівня
перешкод у діапазоні, що особливо актуально в умовах міського середовища
з великою кількістю джерел індустріальних шумів. Забезпечення високої
чутливості потребує ретельного вибору підсилювальних каскадів та фільтрів,
які мінімізують внутрішні шуми й забезпечують ефективну фільтрацію
сигналу.
Окрему увагу слід приділити мініатюризації конструкції та
підвищенню зручності користування. Досягти цього можливо за рахунок
використання спеціалізованих інтегральних мікросхем, які поєднують у собі
функціональність кількох радіотехнічних вузлів. Використання сучасної
елементної бази з оптимальним рівнем інтеграції дозволяє зменшити
габарити пристрою, знизити енергоспоживання та підвищити надійність. Це
також значно полегшує процес серійного виробництва за рахунок зменшення
кількості ручних операцій і високого ступеня повторюваності параметрів.
Застосування цифрового керування в радіоприймачі відкриває
додаткові можливості з точки зору ергономіки. Завдяки використанню
мікроконтролера користувач отримує простий та інтуїтивно зрозумілий
інтерфейс, мінімальну кількість органів керування, а також можливість
цифрової індикації параметрів прийому. Це не тільки підвищує комфорт, але
й дозволяє легко інтегрувати пристрій у складніші телекомунікаційні або
мультимедійні системи.
Використання у якості гетеродина цифрового синтезатора частот з
кварцовою стабілізацією забезпечує високу стабільність частоти
налаштування. Це особливо важливо для прийому сигналів у діапазоні УКХ,
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 35
де частотна нестабільність може призводити до суттєвого погіршення якості
прийому. Цифровий синтезатор також спрощує реалізацію електронного
налаштування частоти, дає можливість реалізувати автоматичне
підстроювання (АПЧ) та забезпечує точність і швидкість зміни каналів.
Таким чином, при проектуванні радіоприймального пристрою
необхідно дотримуватись балансу між технічними характеристиками,
конструктивною складністю та зручністю користування. Врахування
сучасних технологій і підходів дозволить створити надійний, компактний,
функціональний і зручний у використанні пристрій, який буде відповідати
вимогам сучасного ринку радіоелектроніки.
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 36
РОЗДІЛ 2
РОЗРОБКА СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ РАДІОПРИЙМАЧА
2.1. Обґрунтування та опис структурної схеми радіоприймача
Основними функціональними блоками супергетеродинного
радіоприймача є: вхідний каскад, підсилювач радіочастоти, змішувач,
гетеродин, підсилювач і фільтр проміжної частоти, стереодекодер,
підсилювач низької частоти, блок живлення, а також система цифрового
керування. Кожен з цих блоків виконує свою специфічну функцію у процесі
прийому, обробки і відтворення радіосигналу, що забезпечує якісний прийом
стереозвуку в FM-діапазоні (рис.2.1).
Резонансни
й Змішувач Підсилювач
та фільтр
Каскад Гетеродин Стерео- Підсилювач
погодження детектор НЧ
Синтезатор
частот Мікроконтролер Цифрове
табло
Енкодер БЖ
Рисунок 2.1. Структурна схема радіоприймача
На першому етапі сигнал приймається антеною та подається до каскаду
погодження антено-фідерного тракту з вхідними колами передавача. Цей
блок забезпечує оптимальну передачу енергії між антеною і наступними
каскадами приймача, мінімізуючи втрати сигналу та підвищуючи
ефективність роботи всієї системи. Важливою умовою є забезпечення
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін.
Лист № докум. Підпис Дата 37
відповідного узгодження опорів між джерелом сигналу (антеною) та вхідним
каскадом.
Резонансний підсилювач радіочастоти (ПРЧ) виконує функцію
попереднього підсилення сигналу до рівня, необхідного для його подальшої
обробки. Крім того, він забезпечує вибірковість за дзеркальним каналом і
відсікає сторонні сигнали, що могли б завадити нормальному прийому.
Вибірковість цього каскаду є критично важливою для надійного розділення
каналів у щільному ефірному середовищі.
Змішувач здійснює перетворення частоти, зменшуючи радіочастоту до
стандартної проміжної частоти 10,7 МГц. Це досягається шляхом
перемноження вхідного сигналу з сигналом гетеродина. В результаті
утворюється сигнал проміжної частоти, який зручно обробляти далі в
приймачі завдяки його фіксованому значенню, що полегшує побудову
фільтрів і підсилювачів.
Гетеродин, який часто реалізується у вигляді кварцово-стабілізованого
генератора з цифровим керуванням, формує опорний сигнал, частота якого
завжди перевищує частоту прийнятого сигналу на 10,7 МГц. Це дозволяє
забезпечити стабільність і точність частотного налаштування, що критично
важливо для якісного прийому.
Проміжна частота обробляється у відповідному підсилювачі та фільтрі
ПЧ, який реалізується у вигляді смугового фільтра із заданою шириною
пропускання. Саме в цьому каскаді досягається основна вибірковість по
сусідньому каналу, тобто забезпечується здатність приймача виділяти
потрібний сигнал серед інших радіочастотних сигналів.
Стереодекодер відповідає за відновлення стереофонічного звукового
сигналу з композитного сигналу, отриманого після детектування. Він виділяє
сигнали Л+П та Л–П, генерує подавлену піднесучу 38 кГц з пілот-сигналу 19
кГц, і відновлює окремі канали стереосигналу. Далі сигнали Л і П
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 38
підсилюються у відповідних каскадах підсилювача низької частоти, який
подає їх на акустичні системи або навушники.
Для живлення всіх вузлів приймача необхідний стабілізований блок
живлення. Його основна функція — забезпечити кожен блок приймача
необхідною напругою та струмом при мінімальних пульсаціях і з високою
стабільністю. Блок живлення часто реалізується на основі імпульсного
стабілізатора або лінійного джерела живлення залежно від вимог до шумів і
конструктивних обмежень.
З метою досягнення високого рівня автоматизації та зручності
користування в сучасному радіоприймачі реалізується цифрове керування.
Для цього використовується мікроконтролер, який обробляє сигнали з
енкодера (перетворювача механічного обертання у кодові імпульси) і керує
цифровим табло, де відображається частота налаштування. Мікроконтролер
також генерує керуючі сигнали для цифрового синтезатора частоти, завдяки
чому налаштування здійснюється з високою точністю.
Для досягнення мінімізації габаритів та підвищення надійності
конструкції доцільно застосовувати спеціалізовані інтегральні мікросхеми,
які поєднують у собі функції підсилювача радіочастоти, змішувача,
гетеродина, підсилювача ПЧ та стереодекодера за системою з пілот-сигналом
19 кГц. Це дозволяє не лише зменшити кількість елементів на платі, але й
забезпечити високу повторюваність параметрів при серійному виробництві.
2.2. Обґрунтування елементної бази для побудови радіоприймача
Вибір елементної бази є критичним етапом у проєктуванні
радіоприймального пристрою, оскільки саме від неї залежить якість,
стабільність та функціональність роботи радіоприймача. Відповідно до
технічного завдання, система має забезпечувати надійний прийом у діапазоні
88…108 МГц, що є стандартним для FM-мовлення. Цей діапазон вимагає від
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 39
компонентів високої частотної стабільності, що досягається шляхом
використання кварцового резонатора в синтезаторі частот гетеродина.
Висока стабільність генератора забезпечує точну настройку і відсутність
"зсуву" станцій під час тривалого прослуховування.
Чутливість приймача на рівні 5 мкВ означає здатність системи
приймати слабкі сигнали без втрати якості. Цей параметр безпосередньо
залежить від властивостей підсилювачів радіочастоти (УРЧ), фільтрів та
низькорівневих шумових характеристик активних елементів. Висока
чутливість дозволяє приймати сигнали навіть від віддалених радіостанцій,
однак вона повинна збалансовано поєднуватися з вибірковістю, щоб
уникнути впливу сусідніх каналів.
Система стереодекодування CCIR (з пілот-сигналом 19 кГц) є
загальноприйнятим стандартом для FM-стерео, і саме тому була обрана для
реалізації. Вона дозволяє сумісне відтворення моно- і стереосигналів, що
важливо для сумісності з існуючими форматами мовлення. Для якісного
стереозвуку також важливе розділення каналів, яке в нашому проєкті не
гірше ніж 35 дБ. Такий рівень розділення забезпечує чітке розмежування
лівого і правого каналів, створюючи виразний просторовий ефект, близький
до реального звучання.
Живлення пристрою здійснюється від мережі змінного струму 220 В,
тому особливу увагу слід приділити блоку живлення. Він повинен бути
стабілізованим, мати низький рівень пульсацій і захист від перенапруг.
Надійний блок живлення забезпечує стабільну роботу всіх каскадів, особливо
синтезатора частот та підсилювачів низької частоти, які є критичними для
збереження якості звуку.
Вихідна потужність на канал 5 Вт є достатньою для комфортного
прослуховування в середньому приміщенні. Це означає, що в підсилювачі
низької частоти мають використовуватись елементи, здатні працювати з
такою потужністю, не створюючи значних спотворень. Для цього доцільно
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 40
використати спеціалізовані мікросхеми, що включають у свій склад
підсилювач з низьким рівнем нелінійних викривлень, тепловим захистом та
системою автоматичного обмеження сигналу.
Отже, обрана елементна база повинна відповідати вказаним
характеристикам, забезпечуючи надійність, якість прийому та зручність
користування. Особливо важливим є застосування спеціалізованих
інтегральних мікросхем, які дозволяють зменшити розміри пристрою,
підвищити повторюваність при серійному виробництві та спростити процес
розробки.
2.2.1. Реалізація радіомодуля на базі ІС TEA5711
На етапі розробки радіоприймача було визначено доцільність
використання спеціалізованої мікросхеми, яка б поєднувала основні
функціональні блоки в одному корпусі. Такий підхід дозволяє зменшити
габарити пристрою, спростити схемотехніку, знизити кількість зовнішніх
елементів та підвищити повторюваність виготовлення. Після аналізу
доступної елементної бази було обрано мікросхему TEA5711, яка відповідає
заявленим вимогам до функціональності, якості та сумісності із сучасними
технологіями прийому радіосигналів (рис.2.1).
TEA5711 є інтегрованим радіотюнером, який підтримує прийом в AM
та FM діапазонах, а також має вбудований стереодекодер стандарту CCIR,
що забезпечує розділення каналів на основі пілот-сигналу 19 кГц. Зважаючи
на те, що AM-діапазон нині практично не використовується для якісного
мовлення через обмежену смугу пропускання та високий рівень завад,
основна увага приділяється FM-тракту, який забезпечує стереозвук та значно
кращу якість відтворення. Тим не менш, підтримка AM у TEA5711 може
бути використана для подальшого розширення функціоналу приймача —
наприклад, у всесмуговому варіанті або для спеціалізованих застосувань.
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 41
Рисунок 2.2. ІС ТЕА5711 та її структура
До складу TEA5711 входять ключові блоки супергетеродинного
приймача: високочастотний підсилювач (FM Front-End), змішувач,
гетеродин, підсилювач проміжної частоти (ПЧ), смуговий фільтр, а також
частотний стерео-детектор. Завдяки такій структурі забезпечується висока
чутливість, стабільність налаштування, ефективна вибірковість за сусіднім і
дзеркальним каналами, а також якісне стереозвучання. Вбудований
гетеродин та змішувач дозволяють зменшити кількість зовнішніх елементів і
покращити частотну стабільність, особливо у поєднанні з цифровим
синтезатором частот.
Однією з важливих переваг TEA5711 є можливість застосування
п’єзокерамічних фільтрів для реалізації смугового фільтра проміжної
частоти. Ці фільтри характеризуються високою стабільністю параметрів,
вузькою смугою пропускання і компактними розмірами. Їх використання
підвищує вибірковість приймача без необхідності налаштовувати LC-
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 42
контури вручну, що робить виробництво приймачів більш технологічним і
дешевим.
Таким чином, застосування TEA5711 дозволяє досягти високої
інтеграції функціональних блоків, зберігаючи при цьому гнучкість для
подальшого вдосконалення. Враховуючи підтримку FM-стерео, наявність
внутрішнього тракту ПЧ, сумісність з цифровими схемами керування і
простоту реалізації фільтрації сигналів, ця мікросхема є оптимальним
вибором для побудови сучасного побутового радіоприймача.
2.2.2. Електронне переналагодження радіоприймального пристрою
Система електронного переналагодження частотного діапазону є
ключовим елементом сучасного радіоприймача, що дозволяє здійснювати
точне і стабільне налаштування на необхідну частоту в автоматичному або
програмованому режимі. Така система побудована на основі цифрового
синтезатора частот, який працює в складі з мікроконтролером. Основною
перевагою використання цифрового синтезатора є забезпечення високої
стабільності частоти, гнучкості налаштування та можливості реалізації
широкого спектру додаткових функцій.
У запропонованій конструкції в якості цифрового синтезатора частот з
кварцовою стабілізацією обрано спеціалізовану мікросхему LM7001, яка
розроблена для побудови частотних синтезаторів із фазовою
автопідстроюванням частоти (ФАПЧ). Ця мікросхема широко
використовується у побутових і професійних приймально-передавальних
пристроях завдяки своїй надійності, гнучкості та високій інтеграції функцій
(рис.2.3).
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 43
Рисунок 2.3. Функціональна схема ІС LM7001J
Мікросхема LM7001 дозволяє отримати точну частоту гетеродина за
допомогою кварцового резонатора, підключеного до виводів Х in та Х out. Це
дає можливість формувати стабільну опорну частоту, яка є основою для
формування всієї частотної сітки пристрою. За допомогою програмного
керування через мікроконтролер, синтезатор отримує необхідну
послідовність бітів, що визначає його режим роботи, коефіцієнти ділення,
частотний крок, а також керує вихідними сигналами BO1–BO3 для комутації
діапазонів.
Завдяки виводам SC (Synchro Control) реалізується можливість
генерації контрольного сигналу з частотою 400 кГц, який може
використовуватись для внутрішнього синхронізування або контролю
правильності роботи синтезатора. Входи AM in та FM in забезпечують
подачу сигналу з гетеродина для подальшої обробки та фазового порівняння
з сигналом з опорного генератора, що є серцем системи ФАПЧ.
Характеристики мікросхеми LM7001 дозволяють її ефективне
використання в широкому діапазоні частот: для FM входу це 45–130 МГц
при кроці сітки 25, 50 або 100 кГц, і 5–30 МГц при кроці 1,5, 9 або 10 кГц. Це
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін.
Лист № докум. Підпис Дата 44
повністю відповідає вимогам роботи в діапазоні FM-радіомовлення (88–108
МГц). Чутливість на входах AM in і FM in становить від 0,1 до 1,5 В, що
дозволяє мікросхемі коректно працювати з сигналами невеликої амплітуди,
характерними для гетеродинних генераторів.
Окрему увагу слід приділити інтерфейсу передачі даних між
мікроконтролером та синтезатором. Вхідні сигнали CE, CL та DATA
відповідають за дозвіл на запис, передачу тактових імпульсів та саму
інформацію. Це забезпечує надійне з’єднання з цифровими модулями
мікроконтролера та гнучке програмне управління роботою синтезатора. У
той же час виходи BO1–BO3 можуть використовуватись не лише для
перемикання діапазонів, а й для інших задач керування додатковими блоками
приймача.
Одним із важливих аспектів практичної реалізації є стабільність
напруги живлення. Для мікросхеми LM7001 вона повинна знаходитись у
межах 4,5–6,5 В, при цьому струм споживання не перевищує 40 мА, що
дозволяє ефективно застосовувати її у пристроях з живленням від
малопотужних джерел. Це також відкриває можливість автономного або
портативного використання радіоприймача.
Для індикації частоти налаштування та інших параметрів системи, як
уже зазначалося, існують різні варіанти інформаційного виводу: від
механічних шкал до світлодіодних дисплеїв. Але в умовах сучасної інтеграції
та зручності найбільш доцільним є використання мікроконтролера, який
керує графічним або символьним LCD-дисплеєм. Це дозволяє реалізувати не
тільки вивід частоти, але й додаткові функції: рівень сигналу, режим роботи,
стереоіндикацію тощо.
Отже, побудова системи електронного переналагодження частотного
діапазону на базі мікросхеми LM7001 дозволяє реалізувати точне, стабільне
та гнучке управління частотою в межах діапазону FM. Вона поєднує в собі
високі технічні характеристики, зручність інтеграції з мікроконтролерною
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 45
системою керування та підтримку інформативного цифрового відображення
параметрів, що в сукупності робить її оптимальним вибором для реалізації
сучасного радіоприймача.
Типові експлуатаційні характеристики LM7001:
Параметр Значення
5 В (робочий діапазон: 4,5–
Номінальна напруга живлення
6,5 В)
Струм споживання приблизно 40 мА
Вхідна напруга високого рівня (CE, CL,
2,2 – 6,5 В
DATA)
Вхідна напруга низького рівня (CE, CL,
0 – 0,7 В
DATA)
45 – 130 МГц при кроці
Частотний діапазон для входу FM in
25/50/100 кГц
Частотний діапазон для входу FM in 5 – 30 МГц при кроці
(альтернативний крок) 1,5/9/10 кГц
Частотний діапазон для входу AM in 0,5 – 10 МГц
0,1 – 1,5 В (ефективне
Чутливість входів FM in, AM in
значення)
Типовий вхідний опір (FM in, AM in) 500 кОм
Максимальна напруга на виході SC 6,5 В
Максимальний вихідний струм SC 3 мА
Максимальна напруга на входах BO1–
13 В
BO3
Максимальний вхідний струм BO1–BO3 3 мА
Синхронізаційний сигнал SC фіксована частота 400 кГц
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 46
Параметр Значення
програмується: 25/50/100
Крок сітки частот (Frequency step)
кГц, або 1,5/9/10 кГц
Температурний діапазон
від -20°C до +75°C
експлуатації
2.2.3. Знакосинтезуючий текстовий ЖК-індикатор
У сучасних радіоприймальних системах використання дисплеїв для
виводу інформації є важливою складовою, яка суттєво підвищує зручність
взаємодії користувача з пристроєм. Застосування текстових ЖК-індикаторів
дозволяє оперативно виводити необхідні дані про частоту, діапазон, режим
роботи та інші параметри приймача. Особливо це актуально у
багатофункціональних системах із мікроконтролерним керуванням, де
можливе динамічне оновлення інформації на екрані відповідно до поточного
стану пристрою.
У якості дисплея у запропонованій системі застосовується
знакосинтезуючий текстовий ЖК-індикатор ACM1602K-FL-GBH-02, який
має формат 16×2 символи. Це означає, що він здатен одночасно відображати
до 32 символів у два рядки, чого цілком достатньо для більшості базових
задач — відображення частоти, обраного діапазону, повідомлень про режим
або помилки тощо. Завдяки підтримці стандартного контролера KS0066U
(аналог HD44780), індикатор легко інтегрується з більшістю
мікроконтролерів, зокрема AVR, PIC, STM32 та Arduino (рис.2.4).
Модуль побудовано на основі технології STN (Super Twisted Nematic) із
напівпрозорим поляризатором (transflective), що дозволяє зберігати добру
читабельність як за умов зовнішнього освітлення, так і при увімкненому
підсвічуванні. Підсвічування виконане за допомогою жовто-зелених
світлодіодів, що забезпечує високий контраст у різних умовах експлуатації.
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист
№ докум. Підпис Дата 47
Рисунок 2.4. Функціональна схема модуля ACM1602K-FL-GBH-02
Завдяки широкому температурному діапазону роботи від -20°C до
+70°C, індикатор може використовуватись у пристроях, що працюють як у
приміщеннях, так і на відкритому повітрі.
Конструкція дисплейного модуля ACM1602K-FL-GBH-02 передбачає
просте підключення: 14 основних виводів забезпечують подачу живлення,
управління, передачу даних/команд, а також керування підсвічуванням.
Наявність виводу Vo дозволяє змінювати контрастність дисплея за
допомогою потенціометра або ШІМ-сигналу. Виводи RS, R/W та E
дозволяють перемикатись між передачею даних і команд, здійснювати
читання або запис, а також виконувати синхронізацію. Інформація
передається через 8-бітну шину DB0–DB7, що дозволяє гнучко керувати
відображенням.
З технічної точки зору, індикатор має низьке споживання енергії —
близько 1.5–2.5 мА для самого модуля, що дозволяє інтегрувати його у
портативні або енергоефективні системи. Підсвічування споживає до 160 мА,
але його можна вимикати або регулювати інтенсивність для економії енергії,
якщо це необхідно. Габаритні розміри модуля 80×36×13.5 мм роблять його
компактним і зручним для вбудування у панельні корпуси.
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 48
Важливою перевагою є підтримка кількох сторінок кодування, зокрема
латиниці та кирилиці, що дозволяє адаптувати інтерфейс системи до мови
користувача. За потреби можна завантажити користувацький шрифт,
включаючи символи української абетки, що робить індикатор гнучким для
локалізації програмного інтерфейсу.
Отже, використання такого індикатора в радіоприймальних системах
значно підвищує інформативність пристрою, зручність користувача, дозволяє
швидко реагувати на зміну параметрів і спрощує обслуговування. При цьому
він залишається простим у підключенні, надійним і адаптивним до широкого
спектра застосувань — від аматорських конструкцій до промислових або
військових приймачів.
2.2.4. Керування параметрами радіоприймача
Інтегральна мікросхема TDA8425 призначена для цифрового керування
параметрами відтворення звуку в радіоприймальних та інших
аудіопристроях. Застосування цієї мікросхеми дозволяє реалізувати
багатофункціональну обробку аудіосигналів без потреби в аналогових
потенціометрах чи механічних перемикачах, що суттєво спрощує
конструкцію та підвищує надійність пристрою. TDA8425 взаємодіє з
мікроконтролером за допомогою послідовного інтерфейсу I²C, що забезпечує
просту і гнучку організацію керування (рис.2.5).
Однією з ключових функцій мікросхеми є програмне регулювання
гучності в широкому діапазоні – від -64 дБ до +6 дБ з кроком 2 дБ. Це
дозволяє точно підлаштувати рівень звуку відповідно до умов
прослуховування. Крім того, TDA8425 підтримує режим MUTE, який
миттєво вимикає звук, що зручно, наприклад, для тимчасового приглушення
сигналу без втрати налаштувань.
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист
№ докум. Підпис Дата 49
Рисунок 2.5. Структурна схема звукового процесора TDA8425
Мікросхема також забезпечує регулювання тембру за низькими і
високими частотами. Регулювання НЧ (низьких частот) можливе у діапазоні
від -12 дБ до +15 дБ, а ВЧ (високих частот) – від -12 дБ до +12 дБ, обидва з
кроком 3 дБ. Такі параметри дозволяють користувачу підлаштовувати
звучання під свої акустичні вподобання або компенсувати особливості
відтворення конкретної акустичної системи.
Мікросхема має два перемикаємих вхідних канали, що дозволяє
швидко перемикатися між різними джерелами сигналу. Це особливо корисно
в мультимедійних пристроях або сучасних радіоприймачах, де може бути
кілька вхідних трактів. Перемикання джерел сигналу також здійснюється
програмно, що дає змогу автоматизувати цей процес.
Однією з особливостей TDA8425 є підтримка різних аудіоформатів –
стерео, псевдостерео, розширене стерео та моно. Кожен із цих режимів
дозволяє адаптувати аудіовідтворення до конкретних умов або технічних
можливостей пристрою. Наприклад, псевдостерео може бути корисним при
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 50
відтворенні монофонічного сигналу через стереосистему для створення
ефекту просторового звучання.
Завдяки низькому коефіцієнту гармонічних спотворень (THD) на рівні
0,05%, мікросхема забезпечує високу якість звуку, що робить її придатною
навіть для Hi-Fi застосувань. Висока точність обробки аудіосигналів дозволяє
зберігати деталізацію і динаміку звучання.
Живлення TDA8425 становить 12 В, що є стандартним для більшості
аудіосистем, тому інтеграція в електронну схему не потребує складних
джерел живлення. Завдяки компактності й цифровому інтерфейсу
управління, мікросхема добре підходить для використання в складених
модулях цифрових радіоприймачів, телевізорів, домашніх кінотеатрів та
мультимедійних центрів.
В цілому, використання TDA8425 у радіоприймачі дозволяє
реалізувати сучасну, надійну та зручну систему керування звуком з гнучкими
можливостями регулювання і високою якістю відтворення. Завдяки
цифровому керуванню, можливе також створення графічного чи текстового
меню для налаштування параметрів, що покращує взаємодію користувача з
пристроєм.
2.2.5. Побудова підсилювача звуку радіоприймального пристрою
Для реалізації підсилювача стереозвуку використаємо інтегральну
мікросхему TDA1519 — це двоканальний підсилювач низької частоти (ПНЧ),
який широко застосовується в автомобільній аудіоапаратурі, портативних
звукових системах та побутовій електроніці. Основне призначення TDA1519
— посилення аудіосигналів до рівня, достатнього для підключення
акустичних систем з номінальним опором 4 або 8 Ом. Завдяки компактному
корпусу та мінімальній кількості зовнішніх елементів, мікросхема забезпечує
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 51
просте та економічне рішення для створення двоканального підсилювача
(рис.2.6).
Рисунок 2.6. Структурна схема ІС TDA1519
TDA1519 працює за класом B, що забезпечує прийнятний компроміс
між якістю звучання та енергоспоживанням. Мікросхема містить два
підсилювальні канали, що можуть працювати як незалежно (стерео), так і в
режимі мостового з'єднання (BTL) для збільшення вихідної потужності на
один динамік. У стандартному стереорежимі, при живленні 14,4 В і
навантаженні 4 Ом, кожен канал здатен видавати приблизно 2×11 Вт вихідної
потужності.
Вбудовані функції захисту від перегріву, короткого замикання на
виході та зниженого живлення значно підвищують надійність мікросхеми в
реальних умовах експлуатації, особливо в автомобільних системах, де
коливання напруги живлення є звичайним явищем. Ці функції автоматично
обмежують або вимикають роботу підсилювача при настанні небезпечних
умов, запобігаючи пошкодженню як самої мікросхеми, так і зовнішніх
компонентів.
Мікросхема TDA1519 має низький рівень гармонічних спотворень та
шумів, що дозволяє відтворювати звук з високою якістю. Частотний діапазон
підсилення охоплює практично весь спектр чутного звуку, що робить її
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 52
придатною для роботи як з музичними сигналами, так і з мовленням.
Стабільність роботи забезпечується навіть при зміні температури або
навантаження, що важливо для тривалої роботи у замкнених пристроях.
Завдяки простоті включення, наявності інтегрованого режиму “Stand-
by” (через один зовнішній резистор) та можливості гнучкої побудови
звукових схем, TDA1519 є популярним вибором для розробників
радіоприймачів, підсилювачів потужності в телевізорах, автомобільних
аудіосистем та компактних колонок. Її застосування дозволяє отримати
надійну та недорогу систему підсилення звуку, яка легко інтегрується з
іншими аудіокомпонентами.
Основні технічні характеристики TDA1519:
- Напруга живлення 14.4 В;
- Струм спокою 80 мА;
- Максимальний періодичний струм споживання 2,5 А;
- Вихідна потужність 2 × 11 Вт;
- Опір навантаження 4 Ом;
- Смуга відтворюємих частот від 20 Гц до 20 кГц;
- Коефіцієнт гармонік становить 0,1%;
- Коефіцієнт підсилення 40 дБ.
2.2.6. Система регулювання радіоприймальни пристроєм
Для реалізації органу керування обрано спеціальний пристрій –
енкодер. Енкодер є пристроєм для перетворення механічного переміщення
або обертання в цифровий сигнал. У контексті радіоприймальних систем
енкодери виконують функцію органів керування, зокрема замінюючи
традиційні потенціометри та перемикачі. Найпоширенішими є обертові
енкодери, які дозволяють точно фіксувати положення ручки регулятора або
відслідковувати кількість її обертів, що робить їх незамінними у пристроях з
цифровим управлінням.
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 53
У радіоприймачах енкодери використовуються для налаштування
частоти, гучності, вибору режимів прийому, перемикання діапазонів або
каналів. Завдяки цифровому принципу роботи, енкодери легко інтегруються
з мікроконтролерами, дозволяючи реалізувати програмне керування та
забезпечити високу точність і зручність взаємодії з користувачем.
Наприклад, при повороті енкодера користувач змінює параметр, а
мікроконтролер інтерпретує ці імпульси та відповідно змінює частоту
генератора або посилає керувальну команду на інші модулі системи.
Однією з переваг енкодерів є їх безконтактність, що підвищує
зносостійкість у порівнянні з класичними змінними резисторами. Крім того,
деякі енкодери мають інтегровану кнопку натискання, яка дозволяє
реалізовувати додаткові функції, наприклад, увімкнення/вимкнення, вибір
меню або режиму. Це робить енкодери зручним, компактним та
функціональним елементом керування в сучасних радіоприймальних та
аудіосистемах.
Застосуємо для реалізації органу керування квадратурний контактний
енкодер РЕС16-2225F-N0024 виробництва компанії Bourns з роздільною
здатністю 24 імп. / об. (рис.2.7).
Рисунок 2.7. – Квадратурний контактний енкодер РЕС16-2225F-N0024
Електромеханічний енкодер зазвичай складається з обертового диска з
нанесеними на ньому прозорими та непрозорими ділянками (або магнітними
секторами), світлодіод-датчика (або магнітного сенсора) і фотоприймача (або
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 54
Хол-елемента). При обертанні диска світло від світлодіода переривається
непрозорими ділянками, і на фотоприймачах формуються серії імпульсів.
Два незалежні канали (A і B), зміщені по фазі на 90°, дозволяють не тільки
рахувати кількість імпульсів (і, отже, кут обертання), але й визначати
напрямок руху: якщо канал A випереджає канал B — обертання йде в одну
сторону, якщо навпаки — в іншу (рис.2.8).
Рисунок 2.8. – Принцип роботи енкодера
Існують також безконтактні магнітні енкодери, де на роторі закріплено
кільцевий магніт із полюсами, а на статорі розташовані Хол-елементи. При
обертанні магнітні поля по черзі збуджують ці сенсори, формуючи аналогічні
квадратичні сигнали каналів A і B. Принцип визначення напрямку та
швидкості обертання ідентичний, але відсутність механічного зносу
забезпечує високу довговічність і стабільність параметрів.
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 55
Отримані цифрові імпульси потрапляють у мікроконтролер, де
лічильник підраховує їх кількість для визначення величини зміни параметру
(наприклад, частоти або гучності), а логіка порівняння фаз каналів визначає
напрям цієї зміни. Завдяки цьому принципу енкодер дозволяє забезпечити як
безперервне гучність чи частоту — у разі обертання без упору, так і
дискретне керування — при наявності фіксованих «кроків». Така схема
роботи робить енкодер універсальним і надзвичайно точним інструментом
для цифрового управління в радіоприймальних системах.
2.2.7. Реалізація системи керування на базі мікроконтролера
ATtiny2313
Мікроконтролер ATtiny2313 є компактним, енергоефективним
мікроконтролером виробництва компанії Atmel (тепер Microchip), що
базується на архітектурі AVR. Цей мікроконтролер призначений для
використання у вбудованих системах, де потрібне ефективне виконання
простих або середньо складних завдань керування, обробки сигналів, а також
обміну даними. Завдяки своїм невеликим розмірам і функціональним
можливостям, ATtiny2313 широко застосовується в побутовій електроніці,
системах автоматики, DIY-проєктах, а також у навчальних цілях.
ATtiny2313 має 20-вивідний корпус (DIP, SOIC або TQFP), всередині
якого розташовано 2 КБ флеш-пам’яті для зберігання програм, 128 байтів
EEPROM для збереження даних, та 128 байтів оперативної пам’яті (SRAM).
Контролер працює на частоті до 20 МГц (при зовнішньому генераторі) або
може використовувати вбудований генератор на 8 МГц. Основною
перевагою ATtiny2313 є підтримка інтерфейсів UART, SPI та I²C, що
дозволяє легко інтегрувати мікроконтролер у більш складні системи.
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 56
У мікроконтролері передбачено 18 ліній введення/виведення (I/O), з
яких декілька можуть виконувати альтернативні функції — наприклад,
працювати як таймери, зовнішні переривання або PWM-виходи. Також
ATtiny2313 має два 8-бітні таймери, один 16-бітний таймер, сторожовий
таймер (watchdog), а також можливість переходу в режими зниженого
енергоспоживання (power-save, standby тощо), що робить його зручним для
застосування в автономних пристроях.
Програмування ATtiny2313 здійснюється через інтерфейс ISP (In-
System Programming), що дозволяє оновлювати прошивку без потреби
вилучення мікроконтролера з плати. Завдяки підтримці інструкцій AVR і
оптимізованому компілятору (наприклад, avr-gcc), розробка під цей
мікроконтролер є швидкою та ефективною. Крім того, ATtiny2313
підтримується популярними середовищами, зокрема Atmel Studio і
середовищами з підтримкою Arduino, що розширює його використання серед
розробників.
Мікроконтролер ATtiny2313 ідеально підходить для використання в
радіоприймальних системах завдяки своїм компактним розмірам, низькому
енергоспоживанню та достатньому набору функціональних модулів.
Зокрема, він може використовуватись для керування частотним діапазоном,
перемиканням режимів прийому, регулюванням гучності, або роботи з
цифровими енкодерами для введення користувацьких налаштувань.
Вбудований USART дозволяє організувати надійний обмін даними з іншими
пристроями — наприклад, з модулем дисплея або зовнішнім радіомодулем.
Завдяки можливості програмного керування та наявності таймерів, він також
може виконувати функції синхронізації й автоматизації.
У складі сучасної радіоприймальної системи ATtiny2313 може
виступати центральним логічним елементом, що координує роботу інших
вузлів — наприклад, керує підсилювачем, перемикає діапазони частот,
активує антенний перемикач, забезпечує захист від перевантаження або
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 57
перешкод. Також мікроконтролер здатен приймати сигнали з кнопок,
енкодерів або сенсорів, обробляти їх, формувати відповідні команди та
передавати їх на відповідні вузли системи. Його можливості достатні для
побудови як простих побутових, так і більш складних, портативних або
професійних радіоелектронних пристроїв.
2.2.8. Проектування системи живлення радіопримальної системи
Проектування системи живлення радіоприймальної системи є
важливим етапом при створенні функціонального та надійного електронного
пристрою. Оскільки розроблюваний радіоприймач орієнтований як на
стаціонарне використання, так і на можливість роботи в автомобілі, потрібно
забезпечити йому універсальну систему живлення. Основне живлення
здійснюється від побутової мережі змінного струму 220 В, а додаткове — від
автомобільної бортової мережі з напругою 12 В. Це потребує використання
відповідного джерела вторинного живлення, яке може забезпечити стабільну
напругу, необхідну для живлення мікросхем і модулів пристрою, зокрема
цифрових контролерів, аудіопідсилювачів та інтерфейсних елементів.
У сучасних електронних пристроях трансформаторні блоки живлення
дедалі більше замінюються імпульсними блоками живлення (ІБЖ).
Основними причинами цього є компактність, високий коефіцієнт корисної дії
(ККД), зменшення втрат енергії, здатність працювати в широкому діапазоні
вхідних напруг, а також кращі можливості стабілізації. ІБЖ забезпечують
живлення електронних систем із підвищеною ефективністю, що особливо
важливо в умовах обмеженого простору, як у автомобільній техніці.
Серед сучасних рішень для побудови ІБЖ особливу популярність
отримали спеціалізовані мікросхеми сімейства TOPSwitch-II, зокрема
TOP221…TOP227, розроблені компанією Power Integrations, Inc. Ці
мікросхеми поєднують у собі потужний високовольтний MOSFET
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 58
транзистор і повний набір керуючих схем, що забезпечують стабілізацію,
перетворення і захист. Завдяки такій інтеграції відпадає необхідність у
зовнішніх вузлах керування та захисту, що значно спрощує схему живлення.
Рисунок 2.9. – Зовнішній вигляд ІС TOP221Р
Призначення спеціалізованої мікросхеми, такої як TOP224, полягає у
реалізації функції перетворення змінної напруги 220 В у стабілізовану
низьковольтну постійну напругу (наприклад, 12 В) для живлення
радіоелектронних компонентів. Вона забезпечує необхідні вихідні
характеристики, водночас підтримуючи функції захисту від перевантажень,
перегріву, короткого замикання та стрибків напруги в мережі. Це дозволяє
зробити блок живлення не тільки компактним, але й безпечним та надійним в
експлуатації.
Інтеграція ІС TOPSwitch у схему живлення радіоприймача дозволяє
забезпечити плавний запуск (soft start), зниження пульсацій, високий рівень
енергоефективності, а також здатність швидко реагувати на зміну
навантаження. Такий підхід дозволяє уникнути втрат у роботі, покращити
довговічність пристрою і стабільність його функціонування навіть за умови
нестабільного живлення — що є актуальним як для побутової мережі, так і
для автомобільного акумулятора.
Таким чином, вибір імпульсного джерела живлення на основі
спеціалізованої мікросхеми TOPSwitch є виправданим як з технічної, так і з
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 59
економічної точки зору. Це забезпечує надійне функціонування
радіоприймальної системи в широкому діапазоні умов експлуатації, знижує
загальні розміри пристрою та спрощує процес проектування і
обслуговування.
2.3. Висновки
На основі розглянутого матеріалу можна зробити кілька ключових
висновків щодо проєктування радіоприймального пристрою. Перш за все,
було обґрунтовано вибір структурної схеми, яка включає основні
функціональні вузли: тюнер, підсилювач низької частоти, система керування,
індикатор та система живлення. Така структура забезпечує оптимальний
розподіл функцій і дозволяє реалізувати якісний прийом радіосигналів із
можливістю керування параметрами в автоматизованому режимі.
Особливу увагу приділено вибору елементної бази. В якості
радіомодуля обрано інтегральну схему TEA5711, яка забезпечує високу
чутливість, стабільність налаштування і широкий функціонал в одному
корпусі. Це дозволило спростити схему, зменшити кількість зовнішніх
компонентів і підвищити надійність пристрою. Крім того, застосування
спеціалізованих компонентів для підсилення звуку, зокрема мікросхеми
TDA1519, забезпечує якісне відтворення сигналу з низьким рівнем
спотворень.
Однією з важливих переваг розробленого пристрою є можливість
електронного переналагодження частоти прийому та керування іншими
параметрами за допомогою мікроконтролера ATtiny2313. Це дозволило
реалізувати інтелектуальну систему керування з мінімальним споживанням
енергії, високою стабільністю та гнучкістю. Візуалізація параметрів
здійснюється за допомогою знако-синтезуючого текстового ЖК-індикатора,
що робить пристрій зручним для користувача.
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 60
З метою ефективного керування гучністю, частотою, режимами та
іншими функціями застосовано енкодер, який забезпечує точне регулювання
та довговічність. Система живлення розроблена на базі сучасної імпульсної
мікросхеми TOP221P, що дозволило зменшити габарити, підвищити ККД та
забезпечити стабільну роботу при живленні як від побутової мережі 220 В,
так і від автомобільної бортової системи 12 В.
Таким чином, розроблена конструкція радіоприймача поєднує в собі
компактність, багатофункціональність і надійність. Використання сучасної
елементної бази, інтеграція мікроконтролера, цифрове управління та
імпульсна система живлення забезпечують високу ефективність та зручність
у використанні. Такий підхід дозволяє адаптувати пристрій до різних умов
експлуатації, включаючи стаціонарні та мобільні сценарії.
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 61
РОЗДІЛ 3
СХЕМОТЕХНІЧНЕ ПРОЕКТУВАННЯ РАДІОПРИЙМАЛЬНОГО
ПРИСТРОЮ ЕЛЕКТРОННОЮ СИСТЕМОЮ КЕРУВАННЯ
3.1. Реалізація вхідного кола радіоприймача
Вхідні кола радіоприймача виконують ключову роль у забезпеченні
якісного прийому радіосигналів. Їх основне призначення полягає у виборі
потрібного діапазону частот, послабленні небажаних сигналів, зменшенні
шумів і передачі корисного сигналу на наступні каскади приймача — тюнер
або підсилювач високої частоти. Завдяки правильному налаштуванню
вхідного контуру забезпечується високий коефіцієнт селективності (здатність
відокремлювати потрібний сигнал від сусідніх частот), що особливо важливо
в умовах сильного радіочастотного зашумлення або щільної заповненості
ефіру.
Крім того, вхідні кола захищають приймач від перевантаження
потужними сигналами, знижують вплив паразитних частот і забезпечують
узгодження з антеною для максимального прийому енергії. Їх ефективна
робота визначає загальну чутливість і стабільність радіоприймача. У
сучасних приймачах часто застосовуються автоматично переналаштовувані
вхідні кола або схеми з високою добротністю, що дозволяє підтримувати
стабільну якість прийому навіть при зміні умов прийому чи частоти.
На рис.3.1. наведена схемотехнічна реалізація вхідного кола.
Призначення елементів схеми наступне:
L1, VD1, C2 - коливальний контур вхідного кола;
С1, С3 - родільні ємності по постійному струму;
R1 - для усунення шунтування напруги на варикапі VD1 на "землю".
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 62
Рисунок 3.1. Схема вхідного кола радіоприймача
Сигнал з антени надходить на вхідний ланцюг. Вхідний ланцюг
призначений для виділення заданого сигналу високої частоти з усіх сигналів,
що надходять з антени, при цьому помітно послаблюються сигнали інших
станцій і різних перешкод. У вхідному ланцюзі здійснюється попередня
початкова вибірковість приймача.
Проведемо розрахунок вхідного кола.
Коефіцієнт перекриття по діапазону:
K f
d =
max , (3.1)
fmin
де fmax та fmin – відповідно максимальна і мінімальна частота сигналу 108 МГц
та 88 Мгц
6
K 108×10
d = 88×106 =1.23 .
Застосуємо варикап ВВ134 максимальна ємність якого 19 пФ при 0,5В
та мінімальна 4,5 пФ при 9 В.
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 63
Стала ємність коливального контуру:
Cst =C2+Cп , (3.2)
де Сп – паразитна ємність монтажу, яка складає 7…15 пФ
Стала ємність коливального контуру:
K 2
C C
= d VD.min −CVD.max
st 2 , (3.3)
1−Kd
C 1.232 ⋅4.5×10−12 −19×10−12
st = 2 = 24×10−12 Ф .
1−1.23
Знайшовши сталу ємність коливального контуру можна визначити
значення ємності С2 згідно виразу
C2 = 24×10−12 −15×10−12 = 9×10−12 Ф .
В зв’язку з тим що потрібно передбачити можливість підстройки
контура вибираємо підстроєчний конденсатор 3/15 пФ.
Розраховуємо коефіцієнт перекриття по ємності, який повинен
дорівнювати коефіцієнту передачі по частоті:
K CVD max +Cst
dc = , (3.4)
CVD min +Cst
K 19×10−12 + 24×10−12
dc = 4.5×10−12 + 24×10−12 =1.23 .
Розраховуємо значення індуктивності L1:
L1 1
= , (3.5)
4π 2 ⋅ f 2
max ⋅ (CVD min +Cst )
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум.
Підпис Дата 64
L1 1
= = 75.81×10−9 нГн
4π 2 ⋅ (108×106 )2 ⋅ (4.5×10−12 + 24×10−12 ) .
Знайдемо еквівалентну добротність контуру:
1
Q f
ekv =
max ( σ 3 −1) 2
dz , (3.6)
4 ⋅ f pr
де fpr – проміжна частота 10,7 МГц, σdz – селективність по дзеркальному
каналу 40 дБ
Q 108×106 1
= ( 403
ekv 6 −1) 2 = 40.135.
4 ⋅10.7×10
Розраховуємо характеристичний опір:
ρ L1
= , (3.7)
CVD min +Cst
ρ 75.81×10−9
= −12 −12 =51.446 Ом .
4.5×10 + 24×10
Розрахуємо власну провідність контуру:
G 1
0 = , (3.8)
ρ ⋅Q0
де Q0 – конструктивна добротність контурів, яка для УКХ діапазону повинна
бути не менше 60 дБ
G 1
= = 324×10−6
0 См .
51.446 ⋅60
Розраховуємо коефіцієнт шунтування:
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 65
D Q
ш = 0 , (3.9)
Qekv
D 60
ш = =1.495 .
40.135
Розраховуємо провідність антени:
G 1
A = ,
RA
де RА вхідний опір антени який має стандартизоване значення 50 Ом
G 1
A = = 0.02 .
50
Розраховуємо коефіцієнт включення:
n (Dш −1)G
= 0
A , (3.10)
2GA
n (1.495 −1) ⋅324×10−6
A = =0.063 .
2 ⋅ 0.02
Для розрахунку котушки L1 попередньо необхідно визначитися з її
конструкцією з урахуванням співвідношення при якому досягається
найбільша індуктивність, а саме – діаметр котушки має бути приблизно в 2,5
рази більше ніж довжина. Тому нехай це буде безкаркасна котушка на
оправці діаметром Dк - 12 мм намотана проводом з мідною жилою в емалевій
ізоляції круглого перерізу ПЭВ-2 товщиною Dd - 0,5 мм., довжина котушки l -
5 мм.
Індуктивність котушки залежить від її конструктивних розмірів, та
розраховується за виразом:
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 66
0.001⋅D ⋅w2
L1= d
l , (3.11)
+ 0.44
Dк
де Dк – діаметр котушки, l – довжина котушки, Dd – діаметр проводу, w –
кількість витків.
З виразу (3.11) кількість витків котушки:
L1( l
+ 0.44)
w Dк
L1 = ,
0.001⋅Dd
(75.81×10−9 ) 106 ( 5
⋅ + 0.44)
w 12
L1 = =11.397 ≈12 .
0.001⋅0.5
Знаходимо точку включення антени (ТВА) в коливальний контур з
урахуванням коефіцієнта включення і кількості витків:
TBA = nA ⋅wL1 , (3.12)
TBA = 0.063 ⋅12 = 0.76 ≈1.
Тобто для узгодження антени з вхідним ланцюгом, антена
підключається після першого витка котушки коливального контуру L1.
Обираємо значення роздільної ємності С1 з умови ХС1<<1 Ом
(ХС1 = 0,01 Ом).
Розраховуємо середню частоту діапазону:
f f + f
cp =
max min (3.13)
2
f 108×106 +88×106
cp = = 98×106 Гц
2
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 67
Тоді:
C1 1
= , (3.14)
2π ⋅ fcp ⋅ X C1
С1 1
= 6 = 0.16×10−6 Ф .
2π ⋅98×10 ⋅0.01
Обираємо стандартне значення з ряду Е24 С1 – 0,16 мкФ ±5%
Для ліквідації шунтування напруги на варикапі VD1 на "землю" R1
обираємо рівним 10 кОм.
Роздільна ємність С3 розраховується за виразом:
C3 A
= С , (3.15)
2π ⋅ fcp ⋅Rвх.ПРЧ
де АС - ємнісний коефіцієнт 100
RвхПРЧ - вхідний опір підсилювача радіочастоти, який входить до складу
спеціалізованої мікросхеми ТЕА5711 та за довідниковими даними складає
50 Ом.
C3 100
= = 3.248×10−9 Ф .
2π ⋅98×106 ⋅50
Обираємо стандартне значення з ряду Е24 С3 – 3,3 нФ ±5%
3.2. Проектування системи обробки сигналів радіоприймального
пристрою
В сучасних радіоприймачах інтеграція функціональних вузлів у вигляді
спеціалізованих ІС дозволяє значно підвищити якість прийому при
одночасному зниженні складності та габаритів пристрою. Використання
однокристального супергетеродинного стереофонічного УКХ-приймача
TEA5711 забезпечує надзвичайно високу чутливість і вибірковість завдяки
вбудованому підсилювачу ВЧ, змішувачу та ПЧ-стадії з підтримкою
технології п’єзокерамічних фільтрів. Інтегрована система шумозниження й
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 68
стиснення девіації гарантує чисте стереозвучання відповідно до стандарту
CCIR, що забезпечує якісний стереодекодинг і сумісність із широким
спектром FM-станцій.
Перевагою використання TEA5711 є також мінімальне число зовнішніх
компонентів: всі ключові каскади прийому укладено в одному корпусі, що
зменшує вплив паразитних індуктивностей і ємностей, підвищує стабільність
роботи в різних умовах. Для розробника це означає спрощену трасування
плати, зниження вартості компонентів та підвищення надійності пристрою в
цілому. Крім того, TEA5711 дозволяє легко реалізувати режим «моно» чи
«стерео», забезпечуючи інтуїтивно зрозумілу та швидку зміну режимів
роботи.
Цифровий синтезатор частот LM7001J у поєднанні з TEA5711 створює
основу для високоточної автоматичної підстроювання частоти (ФАПЧ).
Завдяки кварцовій стабілізації та вбудованій архітектурі програмованого
дільника, LM7001J забезпечує точне і стійке формування сигналу гетеродина
з мінімальним фазовим шумом. Це критично важливо при реалізації
вузькосмугових ПЧ-фільтрів та для уникнення «розтимбрування» станцій
навіть при коливаннях вхідної мережевої або бортової напруги.
Застосування LM7001J також відкриває широкі можливості цифрового
керування радіоприймачем: зміна кроку сітки частот, збереження і виклик
попередніх станцій, адаптивне підстроювання під різні стандарти мовлення.
Поєднання TEA5711 та LM7001J створює синергетичний ефект—
високоякісний прийом FM-сигналу зі стабільною частотною настройкою та
програмованими режимами роботи. Цей підхід відповідає сучасним вимогам
до портативності, низького енергоспоживання та зручності користування.
Схема блоку обробки радіочастоти зображена на рисунку 3.2
представляє собою типове включення двох спеціалізованих мікросхем. Це
мікросхема однокристального супергетеродинного стереофонічного УКХ
приймача ТЕА5711 і синтезатора частоти LM7001J.
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 69
Рисунок 3.2. Схемотехнічна реалізація блоку радіочастоти
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 70
Радіосигнал з вхідного ланцюга надходить на вхід ПРЧ, який входить
до складу мікросхеми ТЕА5711 (вивід 16). ПРЧ має зовнішній контур
L2C9VD2. Також до складу мікросхеми ТЕА5711 входить гетеродин с
зовнішнім контуром L3C12VD2 (вивід 23). Після перетворення радіочастоти
шляхом перемноження радіочастоти та частоти гетеродина отримана
проміжна частота 10,7 МГц підсилюється підсилювачем проміжної частоти
який входить до складу мікросхеми та надходить на вхід зовнішнього
смугового фільтра (вивід 13). Для поліпшення вибірковості застосовані два
послідовно включених п’єзо-керамічних смугових фільтра ZQ2, ZQ3,
відповідно і мікросхема має два каскади ПЧ. З виходу другого смугового
фільтру сигнал надходить на частотний детектор з опорним керамічним
контуром (вивід 5). Виділений детектором НЧ сигнал подається на вивід 28
та являє собою суміш сигналів лівого та правого каналів за системою стерео
кодування CCIR. Через роздільний конденсатор C24 сигнал потрапляє на
стереодекодер де в результаті відновлення та розділення каналів
поперередньо підсилений НЧ сигнал лівого каналу виводиться на вивід 2, а
правого на вивід 3.
Мікросхема ТЕА5711 має також у своєму складі систему індикації
стерео-режиму у вигляді включення транзистора в ключовому режимі
(колектор вивід 30). Дана функція застосована для опроса мікроконтролером
стану вивода, та виводом на екран відповідної інформації.
Переналагодження по діапазону відбувається за рахунок використання
синтезатора частоти в якості якого застосована спеціалізована мікросхема
LM7001J з опорним контуром ZQ1.
Сигнал гетеродина приймача ТЕА5711 з виводу 23 через розділовий
конденсатор С10 надходить на вхід фазового детектора синтезатора частоти
LM7001J (вивід 11). На виході фазового детектора (вивід 14) формується
сигнал управління, він поступає на активний інвертуючий ФНЧ, зібраний на
транзисторах VT1 і VT2, з виходу якого через резистори R3, R5, R6 він
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 71
потрапляє на варикапів VD1 і VD2 VD3 відповідно. З їх допомогою
здійснюється перебудова контура вхідного ланцюга L1C4VD1 підсилювача
радіочастоти L2C9VD2 та контуру гетеродина L3C12VD2. Система
настройки представляє собою ФАПЧ гетеродина до значення визначеного
поточним значенням дільника частоти, яки загружається в мікросхему DA2
мікроконтролером через інтерфейсну шину (виводи 3,4,5).
В зв’язку з тим що напруга живлення мікросхем відрізняється від
напруги живлення варикапів 9 В, застосований перетворювач-стабілізатор
живлення мікросхема DA3 на виході якої формується напруга 5 В для
живлення мікросхем DA1, DA2.
3.3. Розробка схеми підсилення сигналу низької частоти
Тракт звукової частоти реалізовано на основі двох
високоспеціалізованих мікросхем, що дозволяє досягти професійного рівня
обробки звуку при мінімальній кількості зовнішніх компонентів. Першою
ланкою є двоканальний аудіопроцесор TDA8425, який забезпечує повністю
цифрове регулювання гучності та тембру (НЧ і ВЧ) через інтерфейс I²C. Цей
процесор підтримує кілька режимів відтворення — розширене стерео, лінійне
стерео, псевдостерео та форсоване моно — що дозволяє адаптувати звучання
під різні умови та уподобання слухача без зміни схеми чи додаткових
налаштувань.
Після попередньої цифрової обробки сигналу TDA8425, оброблений
аудіосигнал передається на потужні вихідні каскади двоканального
підсилювача TDA1519. Ця мікросхема працює в класі B і здатна видавати до
2×11 Вт на канал при 4 Ом, забезпечуючи при цьому низький рівень
гармонічних спотворень та високу надійність завдяки вбудованим захистам
від перегріву, короткого замикання та перевантаження по струму. Завдяки
своїй інтегрованій архітектурі, TDA1519 вимагає мінімум зовнішніх
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 72
компонентів для фільтрації та стабілізації, що знижує вартість і спрощує
монтаж.
Поєднання TDA8425 та TDA1519 у типовому включенні (рисунок 3.3)
дає змогу створити компактний, енергоефективний та вкрай функціональний
тракт звукової частоти. Цифровий обробник налаштовує всі параметри
звучання програмно, тоді як підсилювач забезпечує необхідну потужність
для живлення динаміків. Такий модульний підхід забезпечує гнучкість у
налаштуваннях, високу якість звуку та простоту інтеграції у будь-який
радіоприймач або мультимедійну систему.
Рисунок 3.3. Підсилювач сигналу НЧ
Сигнал надходить з попереднього каскаду на виводи 20, 18 (перший
двоканальний стерео вхід, другий стерео вхід за непотрібністю не
використовується) мікросхеми DA1, яка повністю керується
мікроконтролером і має можливості незалежного регулювання звуку лівого
та правого каналу, балансу лівого та правого каналу, корекції НЧ, ВЧ спектру
звукового сигналу. Виводи 11 (STA) та 12 (SCL) призначені для інтерфейсу
вводу/виводу керуючого коду. Виводи 13, 9 – це правий та лівий виходи, з
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 73
яких сигнал подається через роздільні конденсатори С10, С11 на кінцевий
стерео підсилювач звукової частоти мікросхема DA2 TDA1519, виводи 1, 9.
Мікросхема TDA1519 забезпечує відмінну якість звуку і при цьому не
вимагаює великої кількості додаткових елементів Коефіцієнт гармонік
становить 0,1%; Коефіцієнт підсилення 40 дБ. Вихідна потужність при
напрузі живлення 12 В та опіру навантаження динамічних головок 4 Ом
складає 2×6 Вт. Смуга відтворюємих частот від 20 Гц до 20 кГц.
3.4.Проектування системи виводу/вводу на базі мікроконтролера
ATTINY2313
На рисунку 3.4 показано схему цифрового керування та індикації
радіоприймача, основним вузлом якої є мікроконтролер ATtiny2313.
Програмування ATtiny2313 реалізує логіку взаємодії з усіма
функціональними блоками пристрою. ATtiny2313 формує послідовність
керуючих команд для синтезатора частоти (LM7001J), налаштовуючи
гетеродин на обрану користувачем станцію з кроком, заданим програмно.
Одночасно мікроконтролер управляє аудіопроцесором (TDA8425), змінюючи
гучність, тембри та режим стерео.
Для зворотного зв’язку з користувачем ATtiny2313 керує знако-
синтезуючим текстовим ЖК-індикатором ACM1602K. На дисплеї
висвітлюються поточна частота, обраний діапазон, стан стереорежиму, рівень
гучності та інші налаштування. Завдяки чіткому текстовому відображенню
користувач завжди має інформацію про технічний стан приймача й може
оперативно коригувати параметри через інтерфейс.
Вхідна частина побудована на трьох кнопках та
багатофункціональному обертовому енкодері. Кнопки використовуються для
основних операцій: підтвердження вибору, повернення до попереднього
меню та переходу між режимами роботи. Енкодер дозволяє безперервно й
точно регулювати частоту, гучність і тембр, а також циклічно перемикати
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 74
фіксовані налаштування. Така комбінація простих механічних елементів та
цифрового керування забезпечує інтуїтивно зрозумілий інтерфейс із
широкими можливостями налаштування.
Рисунок 3.4. – Блок керування та вводу/виводу даних
Синтезатор частоти LM7001 керується командами, які передаються по
послідовному інтерфейсу. Команда складається з коефіцієнта ділення
дільника, бітів тестування, перемикання діапазонів, опорної частоти і вибору
входу.
Коефіцієнт ділення дільника – це значення, на яке ділиться частота, яка
вимірюється генератором керуємим напругою, що входить в склад
синтезатора частоти, перед зрівнянням з опорною. Змінюючи коефіцієнт,
керують частотою, на яку налаштований синтезатор.
Біти тестування, пов’язані з виробництвом та використовуються в
технічному процесі виробництва, тому для керування не використовуються і
мають значення "0".
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 75
Перемикання діапазонів до частоти, на яку налаштований синтезатор,
не мають відношення, а визначають вихідні рівні виводів синтезатора, які
призначені для підключення зовнішнього навантаження.
Опорна частота дозволяє вибрати опорну частоту, яка надходить на
схему зрівняння.
Вибір входу перемикання діапазонів FM/AM.
Так як на початку проектування було вирішено вести прийом тільки в
діапазоні 88-108 МГц (УКХ-ЧМ або FM), тому під час розробки програмного
забезпечення всі режими, що відносяться до АМ були упущені, але
залишається можливість без істотних змін реалізувати приймач і для
приймання діапазонів АМ. При виборі дискретності перестройки було
обрано дискретність 100 кГц, щоб мати можливість передавати команду
керування, що вміщається в 1байт пам'яті.
Для підключення індикатору та аудіо процесору було використано
стандартні бібліотеки обміну інформацією, зокрема для передачі даних між
аудіо процесором та мікроконтролером передбачена виробником шина І2С -
послідовна шина даних для зв'язку інтегральних схем, розроблена фірмою
Philips на початку 1980-х як проста шина внутрішнього зв'язку для створення
керуючої електроніки. Використовується для з'єднання низькошвидкісних
периферійних компонентів з материнською платою, вбудовуваними
системами та мобільними телефонами. Назва є абревіатурою слів Inter-
Integrated Circuit.
Принцип побудови користувацького інтерфейсу зводиться до
наступного. При включенні радіоприймача на екрані відображається поточна
програма, яких передбачено двадцять, частота настройки на радіостанцію та,
якщо радіостанція налаштована точно, то відображається напис СТЕРЕО.
Датчиком точного налаштування є одно кристальний радіоприймач ТЕА
5711, у якого у випадку стерео декодування, з’являється низький рівень на
виводі 30.
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 76
Базовим режимом є режим настройки гучності. В якості пристрою
зміни налаштування є енкодер. Якщо при запиті мікроконтролером з'явилася
зміна значення на порту РВ6 до якого підключений вивід А енкодера, іде
запит порту РВ5, до якого підключений вивід В енкодера, який визначає
напрямок руху регулювальної ручки.
Для вибору програми необхідно натиснути кнопку Канал і вибрати
відповідний номер програми за допомогою енкодера. Через визначений час,
якщо не буде ніяких змін щодо налаштування, відбувається автоматичний
перехід до базового режиму Гучність. Для примусового виходу з режиму
вибору каналу необхідно натиснути ще раз кнопку Канал. Для налаштування
певної програми на певну частоту необхідно натиснути кнопку Настройка на
обраному або поточному каналі. Вихід з збереженням налаштувань також
відбувається автоматично після визначеного часу.
Настройка параметрів звуку схожий на настройку каналу або частоти з
певною відміною.
Для налаштування всіх трьох параметрів, а саме: тембр НЧ, тембр ВЧ,
баланс - використовується для виклику процедури лише одна кнопка
НЧ/ВЧ/БАЛ, тобто при кожному натисканні спочатку можна налаштувати
тембр НЧ, потім при повторному натисканні тембр ВЧ і далі баланс. Якщо
зупинилися, наприклад, на настройці тембру ВЧ і далі не було натиснуто
кнопки, через заданий час відбувається автоматичний перехід в базовий
режим, тобто Гучність. При натисканні після переходу в базовий режим
процедура повторюється.
3.5. Побудова системи живлення основі мікросхеми ТОР221-227
Працездатність усього схемного рішення в першу чергу залежить від
кіл живлення. Ставлячи за мету розробки надійного блока живлення,
класичні блоки живлення з використанням звичайних трансформаторів не
раціональні. Безперечні переваги мають імпульсні блоки живлення, а саме:
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 77
компактність, великий діапазон відхилення вхідної напруги від норми, при
якому імпульсний блок живлення зберігає свої робочі характеристики,
стабільність роботи. При розробці ІБЖ завжди виникають труднощі з
налагодженням та складністю схемного рішення. Завдяки новим технологіям
та рішенням, ці проблеми вирішуються використанням спеціалізованих
мікросхем контролерів для побудови ІБЖ. На рисунку 3.5 представлене
схемне рішення на основі мікросхеми ТОР221-227 для побудови ІБЖ
потужністю до 150 Вт. Мікросхема включає в собі всі функції, які необхідні
для включення системи контролю, ШИМ-контролер, петлю компенсації та
схему помилки захисту. Мережева напруга живлення 220 В через дросель L2
та випрамляч DA1 подається на трансформатор Т1. В цей ланцюг включена
мікросхема DA2, яка є безпосередньо контролером. Вихідна напруга
знімається з котушки трансформатора, випрямляється діодом VD3 та через
П-образний фільтр С4, L1, С7 подається до кіл живлення блоків приймача.
На мікросхемі DA3 реалізована петля компенсації.
Рисунок 3.5. – Схема блока живлення
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 78
3.6. Висновки
У результаті виконаної роботи розроблено сучасний радіоприймальний
пристрій із цифровою системою керування, який поєднує високу якість
прийому, гнучкість налаштування та компактність конструкції. Вхідний
тракт із переналаштовуваними контурами та спеціалізованим ВЧ-модулем
забезпечує необхідну чутливість та селективність у діапазоні УКХ, тоді як
цифровий синтезатор на базі мікросхеми LM7001J гарантує точність та
стабільність частотного налаштування. Інтеграція супергетеродинного
тюнера TEA5711 дозволила мінімізувати кількість зовнішніх компонентів та
отримати чистий стереозвук відповідно до стандарту CCIR.
Аудіотракт пристрою реалізовано на поєднанні цифрового процесора
TDA8425 і потужного підсилювача TDA1519, що забезпечило гнучке
програмне регулювання гучності, тембрів та режимів стереофонічного
звучання із надзвичайно низьким рівнем спотворень. Використання цифрової
шини I²C для керування аудіопрацесором дало змогу відмовитися від
механічних регуляторів, спростити схему та підвищити її надійність. При
цьому вихідна потужність підсилювача задовольняє вимоги до комфортного
відтворення звуку у побутових умовах.
Цифрова підсистема керування, побудована на компактному ATtiny2313,
забезпечує зручний інтерфейс користувача: обробку натискань кнопок та
обертів енкодера, автоматичне перемикання діапазонів, відображення
параметрів на текстовому ЖК-індикаторі ACM1602K. Завдяки програмній
логіці всі основні блоки — синтезатор, тюнер, аудіопроцесор та індикатор —
працюють синхронно, а користувач отримує інтуїтивно зрозумілу та швидку
систему налаштувань.
Особливу роль у забезпеченні стабільності та довговічності пристрою
відіграє система живлення на базі імпульсної мікросхеми TOP221P, яка
гарантує високий ККД, захист від перегріву та коротких замикань, а також
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 79
універсальність живлення від мережі 220 В і бортової системи 12 В. Такий
підхід до проектування дозволяє створити універсальний прилад, готовий до
використання як у стаціонарному, так і в мобільному середовищі,
забезпечуючи високу якість зв’язку та комфортну роботу користувача.
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 80
РОЗДІЛ 4
ОХОРОНА ПРАЦІ
4.1. Аналіз небезпек та шкідливостей, що впливають на
співробітника в радіотехнічній лабораторії
У радіотехнічній лабораторії на співробітника впливають як
фізичні, так і техногенні фактори. Зокрема, недостатній мікроклімат
(занадто висока або низька температура, підвищена вологість або
протяги) може призводити до загального дискомфорту, зниження
концентрації уваги та зростання втоми. Тривала робота в умовах
коливань температури або підвищеної вологості підвищує ризик
застудних і шкірних захворювань. Для запобігання цим негативним
наслідкам необхідно підтримувати температуру в межах +20…+23 °C і
вологість 40–60 %, використовувати кондиціонери й зволожувачі повітря
за потреби.
Окремим фактором є рівень шуму та вібрацій від працюючого
обладнання – джерел постійного й імпульсного електромагнітного та
акустичного випромінювання. Джерела вібрації (наприклад, вентилятори,
блоки живлення на базі імпульсних перетворювачів) слід монтувати на
антивібраційних кріпленнях та підкладках. Шум від компресорів або
трансформаторів не повинен перевищувати 55 дБА в робочій зоні, а
електромагнітне випромінювання — нормативні значення, передбачені
для лабораторій радіоелектронного профілю. Регулярний контроль за
рівнем шуму й електромагнітного фону забезпечить своєчасну корекцію
робочого середовища.
Організація робочих місць має враховувати базові принципи
ергономіки. Столи, стільці й монітори підібрані відповідно до ДСТУ
8604:2015: висота столу 0,745 м і стільця 0,45 м дозволяють підтримувати
природну поставу, а відстань до екрану не менше 70 см із кутом огляду
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист
№ докум. Підпис Дата 81
близько 30° знижує навантаження на шию і очі. Всі прилади розташовані
в робочій зоні (не далі ніж 80 см) для комфортного доступу без
надмірного розтягування рук чи корпусу.
Освітлення в лабораторії побудоване з урахуванням мінімізації
відблисків та засліплення: верхнє штучне освітлення рівномірно
розподілене, а природне світло через вікна регулюється жалюзі.
Монітори розташовані так, щоб сонячне світло падало збоку, що
запобігає прямому попадінню променів у очі оператора. Рекомендована
освітленість робочої поверхні становить 300–500 лк.
Важливим аспектом є безпека електробезпеки та пожежна безпека.
Всі робочі місця обладнані розетками з автоматичним захистом,
заземленням і УЗО. Кабелі акуратно зафіксовані й не створюють
перешкод під ногами, а наявність вогнегасників (CO₂ і порошкового
типу) поряд із виходами забезпечує готовність до оперативного
реагування у випадку короткого замикання чи загоряння.
Не менш важливою є організація роботи з шкідливими речовинами
– розчинниками, флюсами, хімреактивами. Для них у лабораторії
передбачені витяжні шафи та спеціальні контейнери для утилювання
відходів. Використання засобів індивідуального захисту (рукавичок,
окулярів, респіраторів) під час пайки чи роботи з хімікатами дозволяє
знизити ризик опіків, подразнень і токсичних уражень. Таким чином,
комплексний підхід до організації робочого простору гарантує безпечні й
комфортні умови праці.
Площа лабораторії розміром 7,0 м × 4,0 м становить 28,0 м², а
висота стель – 3 м, що дає об’єм приміщення 84,0 м³. При максимально
допустимій кількості чотирьох працівників одночасно, на кожного з них
припадає по 7 м² площі та 21 м³ об’єму. Відповідно до ДБН В.2.2.28-2010,
мінімальна нормативна площа на одного працівника має становити не
менше 6 м² (для офісних та лабораторних приміщень) і об’єм не менше 15
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 82
м³, тому наявні значення перевищують ці вимоги й забезпечують
достатній простір для розміщення обладнання та вільного руху.
Крім того, згідно з ДСН 3.3.6.042-99, в робочих приміщеннях слід
підтримувати оптимальні параметри мікроклімату для двох періодів року:
зимового й літнього. Рекомендовані значення температури повітря в
зимовий період — 20–22 °С, у літній — 23–25 °С; відносної вологості —
40–60 %; швидкості повітряних потоків — не більше 0,1 м/с узимку і 0,2
м/с влітку. Дотримання цих норм гарантує комфортні умови праці та
запобігає зниженню працездатності через переохолодження або перегрів.
Робота у радіотехнічній лабораторії відноситься до сидячого виду
діяльності з мінімальним фізичним напруженням, що за класифікацією
витрат енергії становить до 120 ккал/год. Це відповідає Iа категорії
легких фізичних робіт. Для таких умов зайнятість на робочому місці
вважається постійною, оскільки працівник більшість робочого часу
проводить у статичному положенні, не змінюючи робочого оточення.
З огляду на відсутність значних рухових навантажень, важливо
забезпечити ергономічність робочої зони: правильне розташування столу
та обладнання, висоту робочої поверхні та стільця відповідно до
середнього зросту співробітників, а також своєчасні перерви для
розминки. Це дозволяє уникнути м’язової втоми, застійних явищ у
суглобах та проблем із поставою.
Загалом, лабораторія повністю відповідає нормативним вимогам по
площі, об’єму, мікроклімату та ергономіці робочих місць. Систематичний
моніторинг та підтримка нормальних показників температури, вологості,
швидкості руху повітря та організація перерв дозволять забезпечити
безпечні та комфортні умови праці, що сприятимуть збереженню
здоров’я та підвищенню ефективності роботи працівників.
Нормовані величини температури, відносної вологості і швидкості руху
повітря в робочій зоні виробничого приміщення в холодний період року:
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 83
- Оптимальне значення температури 22-24°С;
- Допустиме значення температури 21-25°С;
- Оптимальне значення відносної вологості 40-60%;
- Оптимальне значення швидкості руху повітря 0,1м/с;
- Допустиме значення швидкості руху повітря ≤0,1 м/с.
Нормовані величини температури, відносної вологості і швидкості руху
повітря в робочій зоні виробничого приміщення в теплий період року:
- Оптимальне значення температури 23-25°С;
- Допустиме значення температури 22-28°С;
- Оптимальне значення відносної вологості 40-60%;
- Оптимальне значення швидкості руху повітря 0,1 м/с;
- Допустиме значення швидкості руху повітря 0,1-0,2 м/с.
У холодний період року фактична температура в лабораторії становить
19–21 °C, що нижче нормативного мінімуму 20 °C згідно ДСН 3.3.6.042-99.
Це відносить умови до першого ступеня шкідливості й може призводити до
легких форм переохолодження, застудних захворювань та зниження
концентрації уваги. Для підтримки комфортної температури рекомендовано
використовувати малопотужні автономні обігрівачі з термостатичним
регулюванням, які рівномірно розподіляють тепло й запобігають перегріву
окремих зон.
У теплий період року температура повітря досягає 24–26 °C, що вищe
оптимального (23–25 °C) але ще в межах допустимих значень. Проте
підвищена температура викликає підвищену втому, зниження працездатності
та підвищення ризику теплового стресу. У такому випадку слід встановити
кондиціонер із режимом охолодження та осушення повітря. Додатково, у
міжсезоння кондиціонер може виконувати функцію обігріву, що усуне
потребу в окремому автономному обігрівачі.
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист
№ докум. Підпис Дата 84
Швидкість руху повітря в лабораторії становить близько 0,2 м/с, що
трохи перевищує максимальне значення 0,1 м/с у холодний період за ДСН
3.3.6.042-99. Тривалий перебіг повітряних потоків по тілу може викликати
запалення м’язів, гострі респіраторні захворювання та дискомфорт. Рішенням
є заміна старих дерев’яних вікон на сучасні герметичні металопластикові з
якісними ущільнювачами та контроль за закриттям дверей, щоб уникнути
небажаних протягів.
Відносна вологість повітря в лабораторії знаходиться на рівні 62–65 %,
що перевищує рекомендовані 40–60 %. Висока вологість у теплий період
погіршує відведення тепла тілом, підвищуючи ризик перевтоми, а в
холодний — підвищує ймовірність переохолодження та розвитку простудних
захворювань. Для корекції необхідно встановити осушувач повітря або
інтегрувати систему вентиляції з підігрівом і осушенням.
Освітлення в лабораторії здійснюється як природним (через два вікна
розмірами 2×1,4 м), так і штучним (верхні світильники). Згідно з ДБН В.2.5-
28-2018, освітленість робочої поверхні для високоточної зорової праці
повинна становити не менше 500 лк. Встановлені світильники і жалюзі на
вікнах забезпечують регулювання інтенсивності та захист від засліплення.
Зорове навантаження відповідає ІІ розряду за ДБН В.2.5-28-2018
(найменший об’єкт розрізнення 0,15–0,3 мм), а нормативний коефіцієнт
природного освітлення (КПО) – 1,8 %. Фактичне значення КПО становить
32–36 % (!), що свідчить про надлишок природного світла й можливе
засліплення. Слід встановити дифузори або штори з регульованою
світлопроникністю, щоб утримувати КПО в оптимальних межах.
Комплексне впровадження цих заходів — контроль мікроклімату,
оптимізація руху повітря, регулювання вологості та освітлення — дозволить
створити в радіотехнічній лабораторії безпечні й комфортні умови праці. Це
підвищить працездатність, знизить ризик професійних захворювань та
сприятиме загальному добробуту співробітників.
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 85
Для забезпечення необхідного рівня штучного загального освітлення в
лабораторії використовуються чотири світильники типу ЛСП 02В-1×40,
оснащені люмінесцентними лампами потужністю 40 Вт. Згідно з ДБН В.2.5-
28-2018, нормативне значення освітленості для загального освітлення
приміщень із зоровою роботою середньої точності становить не менше 300
лк. При цьому фактичні виміри показали рівень 170–200 лк, тобто майже в
півтора рази нижчий за норму. Це призводить до підвищеного навантаження
на зір, швидкої стомлюваності та зниження працездатності співробітників.
Для усунення дефіциту освітленості рекомендується модернізувати
систему штучного освітлення. Можливі заходи включають установку
додаткових ламп у наявні світильники або заміну існуючих ламп на більш
енергоефективні та потужні моделі (наприклад, LED-лампи з високим
світловим потоком). Також варто розглянути встановлення додаткових
світильників над робочими місцями та застосування рефлекторів або
розсіювачів світла для рівномірного розподілу освітленості по всій поверхні
столів. Це гарантуватиме відповідність нормативам та сприятиме комфортній
і безпечній організації праці.
Згідно з розділом ПУЕ-14 «Електробезпека» дане приміщення
віднесене до категорії без підвищеної небезпеки ураження електричним
струмом. Це означає, що в лабораторії не передбачаються роботи в умовах
підвищеної вологості, агресивного середовища або контакту з оголеними
струмопровідними частинами. Усі електрообладнання працює від
стандартної мережі 220 В змінного струму при споживаній потужності, що
не перевищує 3800 Вт, — це запобігає перевантаженню кабельних ліній та
знижує ризик перегріву проводки чи захисних автоматів. Крім того,
передбачено періодичні перевірки опору ізоляції та справності захисних
пристроїв.
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 86
Оскільки частина лабораторного обладнання має металеві корпуси, для
запобігання небезпечної напруги дотику встановлена магістраль захисного
заземлення відповідно до ДСТУ Б В.2.5-82-2016. Заземлювальні провідники
підключені до всіх корпусних компонентів і мережевих розеток, а також
оснащені клемами для швидкої перевірки цілісності контуру. У схемі
передбачено встановлення пристроїв захисного відключення (ПЗВ) або
диференціальних автоматів, які миттєво відключають живлення при витоку
струму, тим самим гарантують додатковий рівень безпеки під час
експлуатації лабораторного обладнання.
Під час роботи з обладнанням необхідно:
1. При раптовому припиненні подачі електроструму потрібно негайно
вимкнути електрообладнання.
2. Категорично забороняється ремонтувати електрообладнання,
вмикати та вимикати його, якщо це не передбачено в ході роботи.
3. Категорично забороняється проводити будь-які перемикання на
головному розподільному щиті.
4. Не знімати запобіжні кожухи.
5. У випадку виявлення неполагодженого електрообладнання,
вимірювальних приладів і дротів, терміново вимкнути напругу і звернутись
до керівника лабораторії.
6. У випадку ураження електричним струмом слід терміново
звільнити потерпілого від дії струму і прийняти міри по наданню першої
допомоги, при необхідності викликати лікаря.
Лабораторія віднесена до приміщень категорії пожежо-
вибухонебезпеки типу В згідно з ДСТУ Б В.1.1-36:2016. Це пояснюється
наявністю у ній меблів із дерев’яних і деревозамінних матеріалів, стінових та
настильних покриттів з горючих або важкогорючих матеріалів, а також
друкованих на плакатах елементів оздоблення. У разі займання ці матеріали
здатні інтенсивно підтримувати горіння й спричиняти швидке розповсюдження
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 87
вогню та задимленість приміщення. У зв’язку з цим передбачено суворе
дотримання протипожежних вимог: заборона на використання відкритого
вогню, електрообігрівачів без захисту від перегріву та збереження мінімальної
кількості горючого обладнання й матеріалів.
Для своєчасного виявлення пожежі в лабораторії встановлено
електричну пожежну сигналізацію променевого типу й шість теплових датчиків
ІП-105-2 відповідно до ДБН В.2.5-56:2014. Сигналізаційна система здатна
оперативно реагувати на підвищення температури або перешкоди у
променевому полі, забезпечуючи автоматичне сповіщення чергового персоналу.
Крім того, в лабораторії розташовані два ручні вуглекислотні вогнегасники
типу ВВК-3,5 згідно з Правилами експлуатації вогнегасників, які призначені
для гасіння електроприладів під напругою й вогнищ займання класу B (горючі
рідини). Усюди, де це необхідно, розміщені чіткі інструкції з користування
вогнегасниками та евакуаційні плани, що дозволяє швидко організувати дії
персоналу у разі пожежі.
При виникненні пожежі в приміщенні лабораторії працівники
зобов'язані:
1. Сповістити про пожежу за телефоном 101. Назвати своє прізвище
та прізвище керівника установи;
2. Повідомити про пожежу керівника установи;
3. Негайно організувати евакуацію людей, використовуючи наявні
засоби;
4. Відключити електроенергію, вентиляцію та провести інші заходи,
що запобігають поширенню пожежі та задимленості у приміщенні;
5. Приступити до гасіння пожежі наявними засобами пожежога-
сіння, а при неможливості виконання даних дій вийти з приміщення,
зачинивши за собою двері, та діяти згідно з розпорядженнями свого
керівника або команди, яка організовує гасіння пожежі;
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 88
6. Одночасно з гасінням пожежі організувати евакуацію та захист
майна, матеріальних цінностей;
7. Забезпечити дотримання техніки безпеки працівниками, які беруть
участь у гасінні пожежі;
8. Після прибуття на пожежу пожежних підрозділів забезпечити їм
вільний доступ на території об'єкта.
У радіотехнічній лабораторії допустимі рівні шуму підтримуються на
рівні 45–48 дБА, що зумовлено одночасною роботою системних блоків
комп’ютерів та іншої електроніки. Згідно з ДСН 3.3.6.037-99, нормативне
значення еквівалентного рівня звуку в приміщеннях із зоровою працею не
повинне перевищувати 60 дБА. Таким чином, фактичні показники шуму
знаходяться майже на 20 дБА нижче граничного, що забезпечує комфортні
умовами зорової роботи без підвищеного стресу та ризику порушення
концентрації.
Електромагнітне випромінювання мережевої частоти 50 Гц у зоні
робочих місць лабораторії також не перевищує нормативних лімітів,
встановлених ДСН 3.3.6.096-2002. Контроль та моніторинг напруженості
поля дозволяють своєчасно виявляти відхилення та запобігати хронічній дії
навіть низькочастотних полів на організм працівників. Завдяки цьому клас
умов праці за цим фізичним фактором відноситься до допустимих.
Аналогічно, контроль рівня електростатичного поля показав, що його
напруженість не перевищує гранично допустимі значення. Експлуатація
устаткування забезпечена належними заземлювальними та антистатичними
заходами, що запобігає можливим розрядам і дискомфорту для персоналу й
не створює додаткових виробничих ризиків.
Медичний контроль є обов’язковим компонентом профілактики
здоров’я працівників. Попередній медогляд проводиться при влаштуванні на
роботу, а потім щорічно згідно з Наказом МОЗ України № 246 від 21.05.2007.
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 89
Це дозволяє виявляти й своєчасно коригувати вплив фізичних, хімічних та
психофізичних факторів праці на стан організму.
Питання пожежної безпеки в лабораторії регулюються системою
вступного, первинного та повторного протипожежного інструктажів. Записи
про їх проведення фіксуються в спеціальному журналі, після чого працівнику
надається дозвіл приступити до роботи. Така процедура гарантує, що кожен
співробітник ознайомлений із планом евакуації, засобами пожежогасіння та
діями у разі аварії.
Інструктажі з охорони праці проводяться згідно з ДНАОП 0.00-4.12-05:
вступний — для всіх новоприйнятих, первинний — безпосередньо на
робочому місці до початку виконання завдань. Перевірка знань після
інструктажів є обов’язковою умовою для допуску, що суттєво знижує ризик
нещасних випадків через недостатнє знайомство з нормами безпеки.
Повторний інструктаж проводиться: на роботах із підвищеною
небезпекою — раз на квартал, на інших — раз на півроку. Це дозволяє
оперативно актуалізувати знання працівників щодо змін у виробничому
середовищі, оновлених вимог та новацій у методах безпечного виконання
робіт.
В лабораторії завжди доступні «Інструкція про заходи пожежної
безпеки» та «Інструкція з охорони праці для працівників радіотехнічної
лабораторії». Наявність цих документів на видному місці забезпечує
швидкий доступ до необхідних алгоритмів дій у надзвичайних ситуаціях та
щоденному виконанні безпечних технологічних операцій.
Незважаючи на високий рівень багатьох показників безпеки, технічний
стан освітлення робочих місць не відповідає нормативам: кількість джерел
світла та їх розташування недостатні для забезпечення мінімальної
освітленості. Це створює додаткове навантаження на зір, сприяє ранній
стомлюваності та може призводити до помилок при виконанні високоточних
операцій.
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 90
Раціональне освітлення виробничих приміщень має важливий
психофізіологічний вплив: воно знижує втомлюваність, підвищує
концентрацію, сприяє запобіганню травм та зберігає працездатність протягом
робочого дня. Недостатнє освітлення, навпаки, веде до виникнення головних
болів, напруги м’язів шиї та плечей через неправильну поставу під час
напруженої зорової праці.
Для вирішення виявленої проблеми рекомендується модернізувати
систему загального штучного освітлення шляхом встановлення додаткових
стельових або настільних світильників із більшою потужністю джерел світла.
Доцільно також переходити на енергоефективні LED-модулі з рівномірним
розподілом світла, що забезпечить підвищені показники освітленості при
зниженому енергоспоживанні.
Окрім модернізації джерел світла, варто передбачити регульовану
систему розсіювання — дифузори чи регульовані штори, що дозволять
адаптувати рівень освітленості до різних видів діяльності та часу доби. Це
дасть змогу створити оптимальні умови для користувачів з погляду комфорту
та безпеки під час проведення експериментів або роботи за ПК.
Комплексний підхід до вирішення зазначених питань — від контролю
фізичних факторів до вдосконалення освітлення та постійного навчання
персоналу — дозволить сформувати в радіотехнічній лабораторії безпечну,
здоров’язберігаючу та продуктивну робочу середу. Це сприятиме
покращенню якості виконуваних робіт і збереженню здоров’я фахівців у
довгостроковій перспективі.
4.2. Модернізація системи загального штучного освітлення
лабораторії
Недостатня або надмірна освітленість, а також нерівномірний розподіл
світла в полі зору призводять до постійного перенавантаження органів зору.
Працівники відчувають дискомфорт, у них швидко втомлюються очі,
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 91
знижується концентрація уваги, що веде до зменшення продуктивності праці.
У таких умовах збільшується ризик помилкових дій, помилки в налаштуванні
та збиранні експериментальних даних, а також зростає ймовірність нещасних
випадків через недостатню видимість або раптове сліпуче відблискування на
робочій поверхні.
Освітлення виробничих приміщень оцінюється за кількісними та
якісними показниками. Кількісні показники — світловий потік (лм), сила
світла (кд), яскравість (кд/м²) й освітленість (лк) — визначають, наскільки
джерела світла відповідають нормам за інтенсивністю. Якісні показники —
фон, контраст між об’єктом і фоном та видимість — відповідають за комфорт
сприйняття: правильний фон зменшує втомлюваність, контраст полегшує
розрізнення деталей, а хороша видимість запобігає помилкам при виконанні
точних операцій.
Щоб забезпечити сприятливі зорові умови, виробниче освітлення має
відповідати таким вимогам: створювати на робочій поверхні освітленість, не
нижчу за встановлені норми залежно від характеру зорової роботи; уникати
засліплювання та сильних відблисків як від самих джерел світла, так і від
навколишніх поверхонь; забезпечувати рівномірний розподіл світла без
різких глибоких тіней, що зменшує частоту переадаптації очей.
Крім того, освітлення повинно підтримувати достатній контраст між
об’єктом і фоном для чіткого розрізнення дрібних деталей, не створювати
додаткових небезпечних факторів — шуму, теплового випромінювання або
пожежної небезпеки від устаткування — і бути економічно та експлуатаційно
ефективним. Раціонально спроектована система освітлення підвищує
безпеку, продуктивність та якість виконуваних робіт, а також підтримує
довгострокове здоров’я працівників.
Залежно від джерела світла виробниче освітлення може бути
природним, штучним і суміщеним, при якому недостатнє за нормами
природне освітлення доповнюється штучним.
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 92
Розрахунок штучного освітлення виконується методом коефіцієнту
використання світлового потоку. Основною задачею розрахунку штучного
освітлення є визначення необхідної кількості світильників для забезпечення
нормативного рівня штучного освітлення за формулою:
E ⋅ S ⋅ z ⋅К
N = н з
n ⋅ F ⋅η , (4.1)
л
де:
Ен – нормоване освітлення, лк (ДБН В.2.5-28-2018);
Кз – коефіцієнт запасу, який враховує зниження освітлення в процесі
експлуатації (для заданого приміщення Кз = 1,5);
S = А·В – площа приміщення, (А – довжина приміщення, В – ширина
приміщення);
z – коефіцієнт мінімального освітлення; z = 1,1 (для люмінесцентних
ламп);
n – кількість ламп у світильнику;
Fл – світловий потік лампи;
η – коефіцієнт використання, відн. од.
Для визначення нормованого освітлення – Ен, визначаємо:
- Перелік основних предметів, які повинна розглядати людина у
процесі роботи на заданому робочому місці: надписи на екрані монітору,
шрифт у книзі.
- Самі дрібні деталі зображення (найменші об’єкти розрізнення), які
містяться на перелічених предметах: розділові знаки в книжках. Орієнтовно
оцінюємо їх розмір у 0,15 ...0,3 мм.
- Характеристику фона – поверхні, на якій розглядається найменший
об’єкт розрізнення, в залежності від коефіцієнта відбиття поверхні ρ. Фон є
світлим (ρ > 0,4), оскільки в основному маємо справу з написами на білому
фоні, як в книзі так і на екрані монітору. Для вказаного фону коефіцієнт
відбиття поверхні ρ = 0,9.
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 93
- Контраст об’єкта розрізнення з фоном, тобто наскільки чітко
сприймається найменший об’єкт розрізнення на вищерозглянутому фоні.
Контраст є великим (між білим і чорним).
Користуючись ДБН В.2.5-28-2018 визначаємо, що розмір обраного
найменшого об’єкта розрізнення відноситься до діапазону розмірів в межах
0,15-0,3мм, що відповідає IІг розряду зорової праці.
Нормативне значення штучного загального освітлення Ен з
врахуванням характеристики фону та контрасту складає: Ен = 300 лк.
Відповідно типу приміщення приймаємо тип світильника в залежності
від умов середовища і типу приміщення. Обираємо стельовий світлодіодний
світильник Italux PLF-63827-600L-36W-WO (рис.4.1).
Рисунок 4.1 – Зовнішній вигляд світлодіодного світильника
Italux PLF-63827-600L-36W-WO
Технічні характеристики світильника:
- Споживана потужність - 36 Вт;;
- Світловий потік модуля - 4300 Лм;
- Ступінь вологозахисту - ІР44;
- Кут розсіювання - 120 грд;
- Матеріал основи - алюміній;
- Живлення - мережа змінного струму 170-240 В;
- Колірна температура - 2700-6000 К;
- Індекс передачі кольору (CRI ) - більше 90;
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист
№ докум. Підпис Дата 94
- Основний колір - бежевий;
- Патрон - LED модуль;
- Габаритні розміри (д/ш/в) мм - 600/300/24;
- Матеріал плафонів/ абажура/ підвісок - дерево;
- Оптимальний діапазон робочих температур, С - від 0 до +40;
- Встановлення - на стелю або стіну.
Визначаємо коефіцієнт використання в залежності від групи
світильника (третя група), коефіцієнтів відбиття стелі (70%), стін (50%) і
підлоги (10%) та індексу приміщення і:
A ⋅ B
i = h ⋅ (A + B) (4.2)
де:
А – довжина приміщення, м;
В – ширина приміщення, м;
h = Н – 0,3 = 3 – 0,3 = 2,7 м – висота підвісу світильників.
Згідно виразу (4.2) знаходимо:
.
За формулою (4.1) розраховуємо кількість світильників N:
Таким чином кількість світильників дорівнює семи.
Необхідно розташувати 8 світильників рівномірно на усій площі стелі
заданого приміщення з врахуванням габаритних розмірів приміщення та
світильників. При цьому, оскільки кількість світильників відповідає наявній,
рекомендується нові встановити на існуючі місця розташування.
Для живлення освітлювальної мережі використовується напруга 220 В.
Перетин дроту повинен задовольняти таким вимогам:
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 95
- дроти повинні допускати протікання по ним розрахункового струму
освітлювального навантаження, не нагріваючись вище допустимої
температури;
- напруга на джерелах світла повинна бути не нижче мінімальних
значень;
- механічна міцність дротів повинна бути достатньою для даного типу
електропроводки.
Відповідно значенню розрахункового струму визначаємо допустимий
мінімальний перетин дроту, яким можливо провести з’єднання світильників в
освітлювальну мережу для забезпечення пожежної безпеки. Обираємо дріт з
полівінілхлоридною ізоляцією та мідними жилами площею поперечного
перерізу 1,5 мм2.
За механічною міцністю для з’єднання світильників загального
освітлення всередині приміщення, рекомендується використовувати дроти
перетином не менше 0,5 мм2. Тому за механічною міцністю усі дроти
перетином 1 мм 2 та більше є задовільними.
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 96
ВИСНОВОК
У процесі проектування був створений повнофункціональний
стереоприймач із характеристиками, що відповідають сучасним вимогам:
робочий діапазон 88–108 МГц, чутливість не гірше 6 мкВ, подавлення завад
по сусідньому та дзеркальному каналу не менше 60 дБ, вихідна потужність
2×5 Вт. Такий рівень технічних показників дозволяє забезпечити чистий та
надійний прийом FM-станцій із високою якістю стереозвуку в будь-яких
умовах експлуатації.
Вхідний тракт із переналаштовуваними LC-контурами у поєднанні зі
спеціалізованим супергетеродинним модулем TEA5711 гарантує необхідну
селективність та стабільність у виділенні корисного сигналу, мінімізуючи
вплив сусідніх частот і зовнішніх завад. При цьому цифровий синтезатор
частоти LM7001J забезпечує точну й автоматизовану підстроювання
гетеродина, дозволяючи легко реалізувати як FM-прийом, так і залишкову
підтримку АМ-тракта без додаткових апаратних доробок.
Аудіотракт побудований на базі цифрового процесора TDA8425 та
двоканального підсилювача TDA1519. Ця комбінація дозволила реалізувати
програмне регулювання гучності, тембрів і стереорежимів (розширене,
псевдостерео тощо) через шину I²C, а також забезпечити вихідну потужність
2×5 Вт із низьким рівнем гармонічних спотворень. Мінімальна кількість
зовнішніх компонентів у схемі підсилення спрощує її виробництво й
обслуговування.
Цифрова підсистема керування на основі ATtiny2313 інтегрувала в собі
функції перемикання діапазонів, регулювання частоти за допомогою
енкодера та відображення всіх параметрів на текстовому ЖК-індикаторі
ACM1602K. Завдяки цьому інтерфейс залишається інтуїтивно зрозумілим, а
користувач отримує оперативний доступ до всіх налаштувань без
необхідності в механічних потенціометрах чи складних меню.
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 97
Система живлення, реалізована на базі імпульсної мікросхеми
TOP221P (TOPSwitch-II), дозволяє живити приймач як від мережі 220 В, так і
від бортової мережеї автомобіля (12 В). Високий ККД, вбудовані захисти від
перевантажень та коротких замикань, а також компактні розміри блоку
живлення роблять пристрій універсальним рішенням для стаціонарного та
мобільного використання.
Окрім проєктування схем, була виконана розробка друкованої плати,
складального креслення та специфікації комплектуючих. При виборі
компонентів надавався пріоритет поширеним і недорогим сучасним
мікросхемам, що дозволяє знизити собівартість виробу та спростити його
серійне виробництво. Фінальним результатом є готовий до випуску у
виробництво радіоприймач, який можна використовувати як побутовий
настільний прилад або як автотюнер.
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 98
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
1. Аналогове оброблення сигналів. Схемотехніка. Розрахунки :
підручник / С. О. Сєдов. – Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, Вид-во
«Політехніка», 2018. – 298 с.
2. Приймання та оброблення сигналів: практикум для студентів
освітньо-кваліфікаційного рівня «бакалавр» напряму підготовки 6.050901
«Радіотехніка» усіх форм навчання [Текст] / Укл. : Ю.Г. Лега, В.В. Палагін,
С.В. Салипа, В.Ф. Бондаренко; М-во освіти і науки, Черкас. держ. технолог.
ун-т. – Черкаси: ЧДТУ, 2015. – 256 с. (з грифом МОНУ)
3. Шинкарук О.М. Приймання та оброблення сигналів: навч. посібник
для ВНЗ /О.М. Шинкарук, В.І. Правда, Ю.М. Бойко. – Хмельницький: ХНУ,
2013. – 365 с.
4. Гайдук О.В. Радіотелекомунікаційні технології: радіопередавальні та
радіоприймальні пристрої. – Ніжин: ТОВ «Видавництво «АспектПолігаф»»,
2007. – 320 с.
5. Philips Semiconductors, Product specification TDA7088T, FM receiver
circuit for battery supply.
6. Philips Semiconductors, Product specification, TEA5711; TEA5711T,
AM/FM stereo radio circuit.
7. Philips Semiconductors, Product specification TDA8425 Hi-fi stereo
audio processor; I2C-bus
8. Гандзюк М.П., Желібо Є. П., Халімовський М.О. Основи охорони
праці - К.: Каравела, 2004. - 408 с.
9. Жидецький В.Ц., Основи охорони праці. – Львів: Афіша, 2004 – 316
стр.
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 99
Додатки
Лист
РТ15.23276.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 100
Обозначение Наименование Примечание
Документація
А1 РТ15.23276.248 СК С кладальне креслення 1
А1 РТ15.23276.248 ПД Плата друкована 1
А1 РТ15.23276.248 Е1 Схема структурнаа 1
А1 РТ15.2327 6.248 Е3 Схема елект рична 1
А4 РТ15.2327 6.248 ПЕ Перелік еле ментів 4
Деталі
1 РТ15.23276.248 ПД Плата друкована 1
Стандартні вироби
Головка динамічна
2 6ГДШ-5 2 ВА1, ВА2
Індуктивності
3 ЕС-24 22 мГн 1 L2
4 ЕС-24 3.3 мкГн 1 L5
РТ15.23276.248 СП
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Середа В.О. Розробка Літ. Арк. Акрушів
Перевір. Палагін В.В. радіоприймального пристрою 1 4
Реценз. з електронною системою
Н. Контр. керування ЧДТУ
Затверд. Палагін
Формат
Зона
Поз
Кол.
Обозначение Наименование Примечание
Кнопки тактові
5 124 3В 3
Конденсатори
6 К10-17Б-м47-0,01 мкФ 4 С1, С12,
С17, С18
7 К10-17Б-м47-1 нФ ±5% 1 С2
8 К10-17Б-м47-0,16 мкФ 1 С3
9 К10-17Б-м47- 0,47 мкФ 5 С4
С20-С23
10 К50-35-100 мкФ 16В ±10% 3 С5, С33,
С48
11 К10-17Б-м47-3,3 нФ ±5% 1 С6
12 ТZ03E-15 пФ ±5% 1 С7
13 К50-35-10 мкФ 16В ±10% 1 С8
14 К10-17Б-м47-1,5 нФ ±5% 2 С9, С14
15 К10-17Б-м47-10 пФ ±5% 3 С10, С11
С13
16 К10-17Б-м47-0,1 мкФ ±5% 4 С15, С26
С37, С42
17 К50-35-2,2 мкФ 6,3В ±10% 1 С16
18 К50-35-1 мкФ 6,3В ±10% 1 С19
19 К10-17Б-м47-0,22 мкФ 1 С24
20 К10-17Б-м47-33 0 пФ ±5% 1 С25
21 К50-35-0,47 мкФ 16В 2 С27, С28
22 К10-17Б-м47-15 нФ ±5% 2 С29, С32
23 К10-17Б-м47-33 нФ ±5% 2 С31, С34
24 К10-17Б-м47-5,6 нФ ±5% 3 С36, С38
С41
Лист
РТ15.23276.248 СП 2
Змін. Лист № докум. Підпис Дата
Формат
Зона
Поз
Кол.
Позначен
ня Найменування Примітки
Головка динамічна 1
BA1, BA2 6ГДШ-5 2
1
Конденсатори 1
С1 К10-17Б-М47-0,01 мкФ ±5% 1
С2 К10-17Б-М47-1 нФ ±5% 1
С3 К10-17Б-М47-0,16 мкФ ±5% 1
С4 К10-17Б-М47-0,47 мкФ ±5% 1
С5 К50-35-100 мкФ 16В ±10% 1
С6 К10-17Б-М47-3,3 нФ ±5% 1
С7 TZ03E-15 пФ ±5% 1
С8 К50-35-10 мкФ 16В ±10% 1
С9 К10-17Б-М47-1,5 нФ ±5% 1
С10, С11 К10-17Б-М47-10 пФ ±5% 2
С12 К10-17Б-М47-0,01 мкФ ±5% 1
С13 К10-17Б-М47-10 пФ ±5% 1
С14 К10-17Б-М47-1,5 нФ ±5%
С15 К10-17Б-М47-0,1 мкФ ±5% 1
С16 К50-35-2,2 мкФ 6,3В ±10% 1
С17, С18 К10-17Б-М47-0,01 мкФ ±5% 2
С19 К50-35-1 мкФ 6,3В ±10% 1
С20, С21 К10-17Б-М47-0,47 мкФ ±5% 1
С22, С23 К10-17Б-М47-0,47 мкФ ±5% 2
С24 К10-17Б-М47-0,22 мкФ ±5% 1
С25 К10-17Б-М47-330 пФ ±5% 1
С26 МЕХ-Х2 МКР 0,1 мкФ 250В ±10% 1
С27, С28 К50-35-0,47 мкФ 16В ±10% 2
С29 К10-17Б-М47-15 нФ ±5% 1
С30, С35 SAMWHA WL-47 мкФ 400В ±10% 2
РТ15.23276.248 ПЕ
Зм. Лист № докум Підпис Дата
Розробив Середа В.О. Розробка Літера Лист Листів
Перевірив Палагін В.В. радіоприймального У 1 2
Реценз пристрою з електронною
Н. Контр. системою керування
ЧДТУ
Затверд. Палагін В.В.
Перелік елементів
Кіл.
Позиційне
позначення Найменування Прим
С33 К50-35-100 мкФ 16В ±10% 1
С36, С38 К10-17Б-М47-5,6 нФ ±5% 2
С37 К10-17Б-М47-0,1 мкФ ±5% 1
С39 К50-35-330 мкФ 35В ±10% 1
С40 B81123-C1103-M, Y1 1нФ 250В ±20% 1
С41 К10-17Б-М47-5,6 нФ ±5% 1
С42 К10-17Б-М47-0,1 мкФ ±5% 1
С43, С44 К50-35-4,7 мкФ 16В ±10% 2
С45 К50-35-220 мкФ 35В ±10% 1
С46 К50-35-2200 мкФ 16В ±10% 1
С47 К50-35-1000 мкФ 16В ±10% 1
С48 К50-35-100 мкФ 16В ±10% 1
С49 К50-35-2,2 мкФ 16В ±10% 1
Мікросхеми
DA1 TEA5711 1
DA2 LM7001J 1
DA3, DA4 78L05 1
DA5 KBP210 1
DA6 TOP224 1
DA7 TDA8425 1
DA8 PC817A 1
DA9 TDA1519 1
DD1 ATTINY2313-20PU 1
DD2 PEC16 1
DD3 ACM1602K-RLFD-T 1
Запобіжники плавкі
F1 FUSE 3.15A 250V 5×20 1
Котушки індуктивності
L1 75,8 нГн 1
L2 EC-24 22 мГн 1
Лист
РТ15.23276.248 ПЕ 2
Змін. Лист № докум. Підпис Дата
Зона
Кіл.
Позиційне
позначення Найменування Прим
L3 0,18 мкГн 1
L4 0,23 мк Гн 1
L5 EC-24 3,3 мкГн 1
Резистори
R1, R2 МЛТ-0,125-1 кОм ОЖО.467.180 ТУ 2
R3 МЛТ-0,125-10 кОм ОЖО.467.180 ТУ 1
R4 МЛТ-0,125-2.2 кОм ОЖО.467.180 ТУ 1
R5,R6 МЛТ-0,125-10 кОм ОЖО.467.180 ТУ 2
R7 МЛТ-0,125-68 кОм ОЖО.467.180 ТУ 1
R8 МЛТ-0,125-2.2 кОм ОЖО.467.180 ТУ 1
R9 МЛТ-0,125-47 кОм ОЖО.467.180 ТУ 1
R10 МЛТ-0,125-6.8 Ом ОЖО.467.180 ТУ 1
R11 МЛТ-0,125-100 кОм ОЖО.467.180 1
ТУ
R12 МЛТ-0,125-220 кОм ОЖО.467.180 1
ТУ
R13 TC76Z-1-103 1
Кнопка тактова
SW1, SW2, 1243B 3
SW3
Трансформатори
Т1 POL15020 1
Напівпровідникові прилади
VD1, VD2, BB134 3
VD3
VD4 P6KE200 1
VD5 BYV26C 1
VD6 MUR420 1
VD7 1N4148 1
VD8 1N5241B 11V 1
Лист
РТ15.23276.248 ПЕ 3
Змін. Лист № докум. Підпис Дата
Зона
Кіл.
Позиційне
позначення Найменування Прим
П’єзокерамічні прилади
ZQ1, ZQ4 SFE 10.7 MHz
ZQ2 HC-49S 4000Hz
ZQ3 CDA 10.7 MHz
Лист
РТ15.23276.248 ПЕ 4
Змін. Лист № докум. Підпис Дата
Зона
Кіл.