制作一种收音机扫频仪的专用放大器。手工打造,直播贴
铅球脑袋2020/06/10电子技术 IP:辽宁

调试收音机用的扫频仪,和一般的扫频仪是不一样的。 需要其能准确扫描音频电压的变化。 


  带这个功能的仪器不多,主要是一些生产线淘汰的日本目黑。不过这些仪器十几斤沉,密密麻麻都是零件,遇到老化现象会很头疼。 

 除此之外,市面上还有一种业余团队新设计的USB扫频仪,型号是NWT300AF,用通用的铝型材外壳。里面用几个美国信号芯片(贸易战持续,不知会不会影响这些芯片)处理信号。 


   此机电路板上预留了一个接口,可以测量扫频时的直流信号。  不过毕竟是一种半成品功能,实际使用起来效果不太好。高频输出出信号只有几mV。测量收音机中频末级放大时信号严重不足。 另外直流输入灵敏度也有点低,所以我想加上两个放大器。一个放大高频,一个直流放大器。另外这个直流放大器还需要加个可调偏压功能。




[修改于 4年0个月前 - 2020/06/10 19:25:48]

来自:电子信息 / 电子技术
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~~空空如也
铅球脑袋 作者
4年0个月前 IP:辽宁
881810

先从直流信号说起,收音机鉴频器输出电压一般是在+0.5V到-0.5V之间。


 这个仪器预留了一个AD检测口,能检测0-2.8V的电压。 所以首先需要把收音机电压抬高1V多,再供给AD芯片。

 店主推荐方法是串联一个1.5V电池。我嫌电池电压不稳,漏液,会衰退,所以没用这方法,而是设计了一个简单三极管电路。用了2个三极管做共射跟随器,中间串联一个发光二极管抬高电压。这个电路和串联一节电池功能一样,就不多说了。 原电路是坐在一个胶木洞洞板上,上面还有我特质的4针插头,可以插在电路板预留的插针上。 前几天想要重新设计制作低频部分,于拆掉胶木板上原来零件。 加上了新电路。


IMG_20200604_085537.jpg

电路上半部分是高频放大。 下半部分是贴片运放为核心的低频放大器。




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铅球脑袋作者
4年0个月前 IP:辽宁
881812

IMG_20200610_151819.jpg


上面洞洞板的电路大致如此,可能少画了几个高频退耦电容。


这套设计的高频电路实际工作很好,别看是胶木洞洞板,但可能因为增益不太高,地线设计比较合理。在洞洞板背面结了一个树杈形的地线网络。  整个宽带放大性能都很好。用示波器没发现失真,放大量充足。



 直流放大部分主要有2个难点,一是进行-0.5或更大道负1.5V的负压测量。如果不加另外一组负电压提供给电路,很难测量好。 

另一个难点是稳定的抬高电压,也就是把0V左右的信号,都抬高1.4V左右。 这种电路总的原理不难,但是要用平衡对消的话,电路规模会很大。 不用平衡对小,温度系数就不容小窥。


 上图的直流放大框架隐含问题,做到最后发现无法弥补。所以打算推倒重来。


以前想法就是框架上简单一些,不用负压产生电路。所以上面电路通过设置一个1.4V的虚拟的地电位,以此抬高电压,同时方便测量更低电压。 不过用了这个虚拟的地电位,和真实的地之间难免存在电阻,外界干扰信号很容易混进去。所以信噪比肯定不好。



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铅球脑袋作者
4年0个月前 修改于 4年0个月前 IP:辽宁
881814

IMG_20200610_140731.jpg


找个好点的玻纤洞洞板,继续做。 高频部分按照原样。 低频部分重新设计,多加一个负压产生器,老老实实用真实的地电路。


手头有几个MP1540,这是一种开关升压IC。是以前修液晶显示器剩下的。 


截图.jpg

原厂家PDF推荐电路,主要是用于12V升压。






IMG_20200610_143554.jpg

了解厂家资料原理后,稍加更改可以用于产生负压。


电源输入经过RC滤波后,进入IC的两个引脚,其中一个脚是IC的正常供电,一个脚是IC开关控制,要想开启必须加正电。

IC另一侧中间是接地脚,上面引脚是脉冲开关引脚,通过1.3MHz的脉冲,瞬间降低电位,引起电感电流,在IC截至的瞬间,电感由于惰性会,会持续推动刚才的电流,并输出更高电压。 如果把这个电压整流后就成为了一个高电压。完成原设计升压功能。


不过我需要的是负压, 所以在这里修改电路。接入一个电容,输出端用两个1N4148接成倍压整流。 这两个二极管分别整流正负半周,并且把电压叠加起来。二极管方向决定了整流出负压。   


IC稳压反馈是正压控制,所以还需要一个三极管倒相。  负压通过一个稳压二极管,接到三极管上。当电压过低时,二极管导通拉低三极管上的偏压,导致三极管截止,推高IC脚上电压,于是IC通过减小脉冲,降低输出电压。 


IMG_20200610_143106.jpg

这是实际做出来负压产生电路。达到了设计要求,可以比较稳定输出5V负压。  在我细腻手工下,制作了三位立体搭棚电路,你们大概都找不到电源IC了。这个IC本身也是芝麻大小,被埋在一个电容下面。 


这个电感使用了33uH,比厂家推荐10uH更大。这是考虑本机需要的电流很小,这让IC导通脉冲宽度过小,精度可能不高,容易失控。  用更大的电感,就可以让脉冲导通更长一些。有利于IC工作在最佳范围。


电路震荡频率实测是1.4MHz左右。 =开始使用一个开放式磁芯,发现干扰比较大,收音机靠近30厘米就受到明显干扰。后来从其他报废板上找了个封闭磁芯,这个体积比较大,还好是洞洞板方便修改。换上这个磁芯后干扰就小15厘米了。 在磁芯上贴个铝箔,也能降低几成干扰。 我准备用铁皮剪成一个小盒子,把整个电路装进去,彻底屏蔽磁辐射干扰。


电路的滤波电容有些小。实测输入部分的波纹有10mV。而输出部分用我150元包邮的滤波器看不到波纹,但是整个屏幕图像会抖动。干扰幅度不明确。 所以可能最后还需要再加上一些滤波零件。




未完待续!



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铅球脑袋作者
3年11个月前 IP:辽宁
882241

IMG_20200622_155220.jpg IMG_20200622_155157.jpg


这回把电路分开,做成模块拼装。 

  上图是电源板和高频放大板。 高频放大基本还是原样,用一个蓝色发光二极管代替了TL431。



IMG_20200622_155231.jpg

   这个电源板做了一些调整,加上了大容量钽电容。 还有反馈环路的供电部分加了一节阻容滤波,因为以前没有滤波时输入和输出的不稳会互相串扰,产生很大低频干扰。 上次用示波器看输出屏幕抖动,就是这种低频干扰,调示波器到低频就看到了。  经过这番调整,输入部分波纹不到2mV。输出不到1mV。接负载也没什么变化,可以认为稳定了。

   这个封闭磁芯也不是完全封闭,磁体有缝隙,在上面贴了铝箔胶带后,对漏磁抑制不错。 另外我在电路板外围做了一个大短路环。也能抑制泄漏的磁场。 经过这两个改变,以前他的主频1.4MHz用中波收音机在15厘米能听到干扰,现在变成7厘米吧。




IMG_20200622_155418.jpg

  这是新设计的低频放大板子,还没做完。 


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铅球脑袋作者
3年3个月前 修改于 3年3个月前 IP:辽宁
890821

经人提醒,原机高频功放IC坏了,所以造成输出幅度小。 

购买新IC换上,高频输出正常了,高达1V多,完全够用。 

因此取消了自制的高放模块。只安装了低放模块,正负电源模块。 使用了半年多,效果很好。 



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铅球脑袋作者
3年3个月前 修改于 3年3个月前 IP:辽宁
890822

 可以做一个总结了。


电路制作

  后期的设计的电路合理,直接按图制作,不用修改调试,效果很好。 

 幸好后期采用了模块化设计,中途取消了自制高频模块,也没对其他部分造成影响。 模块化好处是灵活,随意拼装,互相牵连少,设计制作简单。 缺点是不够紧凑,不过体积一般不重要。以后自制复杂东西,尽量模块化。


IMG_20210115_074927.jpg IMG_20210115_073154.jpg

这是模块拼装图, 底层是一个空白的主板。板上有2个小模块板。 


图上的小模块板,是信号放大和电位抬高板。蓝色电位器电位抬高电压。 性能很稳定。我校正好位置,第二天开机一个像素位置都没变。 信噪比也够用,无外接信号时,完全没有跳动。

 图下部分是正负电源的产生板。左边加上了2个固态电容,进一步给正负电源滤波。 右边是用硅钢片包起了电感,希望能减少对外的磁干扰。



附加调节器

IMG_20210213_013344.jpg IMG_20210213_013529.jpg

在直流信号输入探头部分,增加了一个辅助调节器。 打开后可以看到里面一个小可调电阻,和一个小开关。


可调电阻可以调整信号衰减量。小开关连接着一个隔直流电容,可以选择串联或者不串联电容。也可以说是选择隔直流,还是直通。

 外壳是使用一个维生素小药瓶 ,锯开后,把把电路夹在瓶盖和瓶底之间粘好。 需要调整时可以拧开盖子调,平时把盖子拧紧密封。


高频附加保护

IMG_20210115_073104.jpg

这是新加上的保护二极管。


据别人经验,原机高频功放IC容易损坏是个通病。不止一个人遇到这情况,有人一年要换好几个。 回想起来,我的扫频仪也是到手没多久就坏了。 

我猜测可能是窜入了220V电流烧坏的。因为被测机和测试机的地线,基本都通过电容接地到了220V上。遇到不同的地电位时产生电流。  收音机的信号接口又很不专业,经常接不好地线,于是电流就都窜入功放IC里。  我特别观察了一下,在遮光处连接测试机和被测机,连接处能冒出火花来,可见能量很大。

为了限制这个电流的破坏,在高频输出端接上了保护二极管。 使用了BAV99。这个是二极管几乎各项参数都和1N4148一样,唯一区别是结电容小一倍,只有2P。   使用的是双二极管封装,背靠背焊到一起。并在输出端。

而直流输入端,因为有几个几百K电阻限流,又查了运放的超载保护范围。 可以完全耐受住这个冲击,不用附加二极管保护。

装好后我不仅正常方法使用, 为了进一步检验安全性,我还经常不接地线,直接触碰高频信号端。

但是到如今,一切正常。质量应该是很可靠了。


使用感受

  使用感受很满意,各方面都够用。 

  但应该是过度设计了,直流放大功能再实践中基本用不上。 用来用去,最后开关一直停在了隔直流档。 原电路为了追求侧直流,复杂了不少, 如果事先对测试更了解,本可以不用设计那么复杂。  

  还有事先没做足功课,不了解高放IC情况就去自己做高放模块。走了弯路。  所以以后再做东西,应重视前期调研。


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铅球脑袋作者
3年3个月前 修改于 3年3个月前 IP:辽宁
890825

补充一下低放模块详细资料

IMG_20210213_040614.jpg

电路设计上对外围元件精度要求很低。采用设计的参数,装上后直接可用。

图上电容是滤除一些理论上的高频干扰, 实际上可加也可不加。我是随便用手头一些小容量电容加上去,参数就不标了。 要求严格时可以自己实测环境干扰,用RC阻抗特性计算最合适容量。


说下电路基本原理:

运放输入端

    运放输入端串联了2个330K电阻,一方面较高阻抗能大大衰减高频干扰。 另外更主要的是起到限流保护作用。  之所以采用2级得330K电阻,主要是串联加强电阻耐压。 如果输入了220V漏电电压,一个电阻上只分担110V,不易击穿。  经过电阻限流后电流很小, 而运放输入端能承受5mA连续过载电流,总体完全可以抵抗220V漏电,不至烧坏。 

   运放内部采用MOS场效应管做输入级,输入阻抗很高, 有几G欧。悬空时可能感应很大干扰。 所以又在与否囊并联一个1M电阻,免的悬空时干扰太大,波形过于惊悚。


运放输出端

 运放输出端经过1个电阻限流,然后进入一个8550三极管组成的射极跟随器。这个跟随器放大输出电流,最终输出给AD。

 当运放输出到-0.5V以下电压时,经过电阻限流后,首先被1N4148钳位。 (我实测了了一批1N4148和8550,发现4148的结电压基本都比8550低接近0.1V。)再经过8550经过自己-0.6V的结电压后, 最低只能输出0.1V。 避免输出负压给AD,起到很好的保护AD作用。   


输出端其他负载

   输出端上面有个8550,经过150K电阻的偏流,可以稳定向下输出约7mA。 可以当成一个稳定的恒流源。 他的作用是为下面8550的跟随器充当有源负载,提供上拉电压。    虽然这个负载用一个简单的电阻也可以实现,但是用三极管性能更好更省电。

   最下面还有个8050,充当一个下拉的横流源,他的电流大约2mA多,他是为TL431提供偏流。 TL431两端会有一个2.5V左右的稳定压降。 在两段接上个电位器,调整中点电压给运放反馈端。   


  电位器上部的分压,实际上是串联在反馈环路里的。调整电位器电压后,就能稳定而精确的加上一个抬高电压。(实际需要抬高1.2V,约是TL431压降的一半。电位器调在大致中间位置就可以)






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