Детская рация-конструктор оказалась интереснее, чем предполагалось
HX1800 — это игрушечное радиопереговорное устройство, которое использует частотную модуляцию и работает в широковещательном FM диапазоне 88–108 МГц. Теоретически это неправильно, а практически маломощный передатчик вряд ли сможет кому-нибудь помешать.
Ведь автомобильные FM модуляторы никому не мешают, а поймать на антенну своего телевизора сигнал с модулятора соседской Денди в 90-х годах было радостным событием, а не наоборот. Помню, тогда продавались и подобные детские уоки-токи в собранном виде. А сегодня их можно собрать своими руками.
Передающая часть трансивера собрана на двух транзисторах и работает на фиксированной частоте, зато приемная часть — на интересной микросхеме D1800, снабжена ручкой настройки и может принимать сигналы обычных FM станций. Сборка радиоконструктора оказалась сплошным удовольствием, а готовая поделка заработала сразу и не разочаровала.
Честно говоря, мне казалось, что этот лот на Алиэкспресс включает наборы для сборки двух раций. Название товара содержит слово «two», и вообще логично, что для осуществления радиопереговоров нужно иметь два приёмопередатчика.
Скриншот страницы товара на Алиэкспресс
И разумеется, пришёл набор для сборки только одной рации. Спорить с продавцом нет никакого смысла: на фотографиях товара один комплект, а не два. Да ещё и написано: Each pack 1. Надо было заранее уточнить этот вопрос, написав продавцу сообщение.
Тем не менее FM передатчик у меня есть, и приёмники тоже. Потому испытание рации не отменяется и настроение не испорчено. А вы имейте в виду, если решите приобретать такую игрушку.
Схема в общих чертах
Игрушка детская, а схема — не совсем. Деталей немало, и каждый из функциональных узлов устроен основательно. Слева изображён блок передатчика на двух высокочастотных NPN транзисторах, посередине УКВ ЧМ супергетеродин на микросхеме D1800, а справа УМЗЧ — усилитель мощности звуковой частоты на микросхеме D2822.
Принципиальная схема ЧМ-трансивера HX1800
В нижнем правом углу схемы выключатель питания К, совмещённый с регулятором громкости. А справа сверху К1 — тангента — переключатель «приём-передача». Если она не нажата, питание подаётся на приёмник и УМЗЧ, а если нажата — на передатчик.
Ведь это не дуплексный радиотелефон, а симплексная рация. Одновременно можно либо говорить, либо слушать, либо отключить прибор совсем или перенастроить с частоты передачи собеседника на приём широковещательной FM радиостанции.
Кстати, если сбилась настройка приёмника на частоту передатчика собеседника, то мы и не услышим, что он нас вызывает. А если он ничего не передаёт, то и настроиться на его частоту мы не сможем, поскольку она не в эфире.
Потому в фильмах и реальной жизни пользователи раций сверяют часы и периодически проверяюь связь, несмотря на то, что их рации несомненно совершеннее нашей игрушки.
Модули приёма и передачи подключены к источнику питания — двум полуторавольтовым элементам АА, итого 3 вольта — посредством выключателя и тангенты не напрямую, а через резисторы R11 и R12. Это избавляет от щелчков в эфире и в громкоговорителе, особенно неприятных, когда он поднесён к уху.
Как устроен передатчик
На транзисторе VT1 собрана ёмкостная трёхточка — генератор Колпитца. Модуляция тока смещения базы, благодаря которой изменяется эквивалентная ёмкость транзистора, а соответственно и генерируемая частота, осуществляется непосредственно сигналом электретного микрофона без предусиления.
Сравним номиналы компонентов частотного модулятора нашей рации и того радиопередатчика, с помощью которого будем её проверять.
Схема FM радиопередатчика
- Резистор питания электретного микрофона — 120 Ом и 10 кОм.
- Конденсатор развязки цепи модуляции — 0.47 мкФ и 0.1 мкФ.
- Резистор, через который модулирующий сигнал поступает на базу транзистора генератора — 4.7 кОм и 27 кОм.
- Резистор смещения базы генератора — 36 кОм и 47 кОм.
- Эмиттерный резистор — 100 Ом и 470 Ом.
Как выяснили разработчики рации HX1800, микрофонный предусилитель на отдельном транзисторе не является обязательным. Умело подобранные номиналы компонентов позволяют модулировать несущую частоту передатчика непосредственно сигналом электретного микрофона.
Существует и трёхтранзисторная версия этого набора, где третий транзистор, вероятно, используется в качестве отдельного усилителя сигнала микрофона. Она особенно порадует тех, кто не уверен в своей способности припаять микросхему D1800 в SMD корпусе SOIC-22. Или не имеет паяльника с достаточно тонким жалом. Для них есть вариант с микросхемой UTC1800 в привычном выводном корпусе DIP-22. На корпусе, а точнее наклейке, написано не «HX1800», а »1008».
Фото с Алиэкспресс
И эти наклейки являются ещё одним плюсом варианта 1008 для тех, кому не нравится дизайн китайских игрушек. Мне он нравится, потому что возвращает в 1990-е годы. И ядовитый жёлтый цвет — это же цвет картриджей Денди! Но вкусы у всех разные.
Если у HX1800 надписи нанесены шелкографией (а точнее, тампопечатью) и бутафорские кнопки радиотелефона выполнены в виде элементов рельефа корпуса, то у 1008 корпус плоский, и наклейки можно при желании чем-нибудь заменить или не наклеивать вообще.
Фото с Алиэкспресс
Загадочная микросхема D1800
При попытке найти даташит на D1800 нас ждёт разочарование. Отыщется транзистор 2SD1800, и никаких радиоприёмных микросхем. Дело в том, что китайцы просто скопировали микросхему LA1800 фирмы SANYO и назвали своё изделие D1800.
А на LA1800 даташит есть, и он интересный. Микросхема содержит все функциональные узлы ЧМ супергетеродина, а также АМ тракта прямого усиления, который можно использовать в супергетеродине, подав сигнал промежуточной частоты на АМ вход LA1800.
Можно обойтись минималистичной схемой всего на одном транзисторе, который выполняет функцию УВЧ — усилителя высокой частоты, гетеродина и смесителя.
Пример схемы двухдиапазонного супергетеродина
Колебательные контуры T2 и Т3 образуют ФСС — фильтр сосредоточенной селекции, выделяющий разностный сигнал промежуточной частоты. На схеме они нарисованы так, будто имеют индуктивную связь. Стало быть, находятся в одном экранирующем стакане, как полагается фильтрам для радиоприёмников.
Но на примечании к схеме они подписаны как два разных изделия японской компании Mitsumi. К тому же контурные кодненсаторы нарисованы постоянными, без подстроечных. То есть, если бы T2 и T3 были намотаны на одном каркасе, им потребовались бы два подстроечных сердечника.
В крупногабаритных катушках ламповых телевизоров мне такое встречалось. Доступ к шлицу нижнего сердечника осуществлялся через отверстие в плате. Встречались и фильтры с двумя каркасами в одном алюминиевом экране — в ламповых радиолах. А автор статьи «Анатомия старой ламповой электроники» сфотографировал их в ламповой магнитоле.
Внутренности магнитолы «Романтика-105»
Но то громоздкие стационарные аппараты с питанием от электросети. К радиоприёмнику карманного формата на одной микросхеме и одном транзисторе всё это неприменимо. Потому констатируем факт, что авторы схемы забыли нарисовать конденсатор ёмкостной связи между контурами T2 и T3, а именно между нижними по схеме выводами. Ёмкость этого конденсатора должна быть очень маленькой, буквально единицы пикофарад.
УКВ ЧМ радиоприёмник нашего радиопереговорного устройства почти полностью повторяет схему из даташита от SANYO. Изменения совсем незначительные.
Резистор R6 параллельно перестраиваемому колебательному контуру гетеродина уменьшен до 1 кОм вместо 3.6 кОм. Параллельные и последовательные омические сопротивления в частотнозависимых цепях, как и потери на перезарядку диэлектриков конденсаторов и перемагничивание магнитопроводов катушек, влияют на добротность этих цепей.
Как мы наблюдали в ходе эксперимента с генератором Колпитца, добротность частотнозависимых цепей влияет на появление паразитных гармоник. Скорее всего, сопротивление было уменьшено именно по этой причине.
Гетеродинная секция КПЕ — конденсатора переменной ёмкости — у детской рации подключена параллельно контурной катушке, а не между землей схемы и выводом 1 LA1800 через конденсатор 1000 пФ. Это также схемотехническое решение из даташита.
Пример схемы простого AM/FM радиоприёмника
Здесь АМ секция построена по схеме прямого усиления и представляет собой просто магнитную антенну и КПЕ, подключенные к выводу 22. Тогда как в детском трансивере приём радиосигналов с амплитудной модуляцией просто не предусмотрен.
АРУ и ООС
Второе, что изменили авторы жёлтой китайской игрушки по сравнению с рекомендациями SANYO, это ёмкость конденсатора C12, сниженная с 0.1 до 0.022 мкФ. Это интегрирующий конденсатор узла автоматической регулировки усиления — АРУ.
АРУ — это разновидность отрицательной обратной связи (ООС), при которой коэффициентом усиления управляет амплитудная огибающая сигнала. Чем выше интеграл амплитуды, тем ниже усиление. Так достигается постоянство уровня выходного сигнала при разных уровнях входного.
В технике обработки звука обычно применяют термин «компрессия» или «сжатие динамического диапазона», а в системах связи, в том числе радиосвязи, термин АРУ. Реализована АРУ или компрессия обычно детектором огибающей, аналогичным АМ детектору простейшего радиоприёмника, только с большей постоянной времени интегрирующей цепи.
Если обычный широковещательный FM радиоприёмник настроен на частоту радиопередатчика и сигнал этого передатчика пропадает, АРУ перенастроит усилительный тракт на максимальное усиление, чтобы найти потерянный сигнал.
И в громкоговорителе будет не тишина, а громкое неприятное шипение, подобно «снегу» на экране телевизора при отсутствии аудиосигнала. В какой-то момент этот «снег» научились заменять синим экраном. научились заменять синим экраном. Пример такого шипения радиоприёмника можно услышать на моем видео с испытанием и сборкой рации.
Согласитесь, что для рации, даже игрушечной, такое поведение приёмника абсолютно неприемлемо. Оно огорчит и пользователя, и окружающих, а ещё помешает собраться с мыслями и говорить в микрофон. Более того, чувствительный к высоким и средним частотам маленький электретный микрофон усилит этот шум и передаст его в эфир.
Потому система АРУ приёмного блока рации настроена так, чтобы полностью выключать звук, если амплитуда детектированного сигнала не достигает определённой значительной величины. То есть когда рация принимает достаточно сильный ЧМ сигнал на той частоте, на которую настроена. Именно для этого ёмкость интегрирующего конденсатора снижена более чем в 4 раза.
И по этой самой причине при первом включении свежесобранной рации может показаться, что её приёмник не работает. В моей комнате, в отличие от балкона, он не «ловит» широковещательные станции, если не удлинить антенну куском провода.
Отыскать нужную частоту относительно непросто, потому что верньера нет, а диаметр колёсика настройки небольшой. Крутить его при поиске волны нужно очень медленно и осторожно. Хорошо, что вращается колёсико относительно туго, иначе настройка на частоту постоянно сбивалась бы.
Мостовой усилитель
Микросхема LA1800 имеет встроенный УМЗЧ, но его мощности хватит только для наушников, и то довольно высокоомных. Потому в рации используется УМЗЧ на микросхеме D2822 — китайском клоне TDA2822.
Микросхема представляет собой сдвоенный мощный операционный усилитель (ОУ) c низковольтным однополярным питанием и встроенными резисторами между выходом и инвертирующим входом каждого ОУ.
Чтобы получить стерео на одной микросхеме, нужно подключать громкоговорители к выходам правого и левого каналов через электролитические конденсаторы.
А если микросхема обслуживает всего один громкоговоритель, можно использовать мостовое включение, что избавляет от «силовых» электролитических конденсаторов большой ёмкости (и габаритов) и потери басов.
При мостовой схеме громкоговоритель подключается между выходами двух ОУ. На неинвертирующий вход первого ОУ подаётся аудиосигнал. Неинвертирующий вход второго ОУ заземляется.
Пример мостового включения микросхемы TDA2822M
Инвертирующий вход второго ОУ соединяется с землей конденсатором ёмкостью 0.01 — 0.1 мкФ, а с инвертирующим входом первого ОУ — электролитическим конденсатором ёмкостью в 1000 раз выше. В нашем случае это C29 0.01 мкФ и C27 10 мкФ.
Выводы
Получилась увлекательная игрушка для детей от младшего дошкольного до старшего пенсионного возраста. Можно не только переговариваться, но и слушать радио, хотя качество звука нельзя назвать высоким.
Испытаний на дальность связи не проводилось, так как у меня всего одна рация. Не сомневаюсь, что в пределах территории, где играет группа детей, пара таких игрушек выполнять свою функцию будет. А что ещё требуется от таких уоки-токи?
Сборка принесла удовольствие. Рация заработала при первом включении. Пусконаладка не требуется: перестройка частоты передатчика не предусмотрена, а частота приёма просто настраивается колёсиком на сигнал второго трансивера либо иного УКВ ЧМ радиопередатчика FM диапазона.
Порекомендую ли я такой набор для приобретения и сборки? Тем, кто умеет держать в руках паяльник и уже собирал устройства из нескольких десятков деталей, да.
А в качестве первого электронного проекта — нет. Лучше начать с чего-нибудь более простого. Например, какой-нибудь светодиодной мигалки или пищалки на таймере NE555. Чтобы поверить в свои силы, научиться основам пайки, поиска неисправностей и ошибок. Причём не только своих. В китайских наборах, да и в японских даташитах, иногда встречается неправильная комплектация, ошибки в шелкографии на плате, ошибки на принципиальной или монтажной схеме. Потому стоит начать понимать электронные схемы. Это никогда не поздно и никогда не рано.
НЛО прилетело и оставило здесь промокод для читателей нашего блога:
— 15% на заказ любого VDS (кроме тарифа Прогрев) — HABRFIRSTVDS
