整个电路划分为四个模块:音频信号产生模块,平衡调制器模块,导频和副载波产生模块,电源模块。分别解说如下:
(1)音频信号产生模块
黄色方框内的电路是音频信号产生模块,该电路使用一块ICL8038集成电路,通过调节R50可以产生10Hz——15KHz范围内正弦波、方波、三角波,正弦波通过R59送到平衡调制模块产生立体声信号。方波、三角波也都分别引出到各自的输出插座,可用于调试音频设备。
(2)平衡调制器模块
绿色方框内的电路是平衡调制器模块,该模块使用了两块双运放电路TL082和一块乘法器电路AD633。
运放U19A构成反向器,输出-R信号,U19B构成加法器,输出L+(-R)即L-R信号。
U21B构成加法器,输出L+R信号。
AD633内含一个乘法器和一个加法器,仅有8个引脚,它有五个输入端X1、X2、Y1、Y2、Z,一个输出端W,它的传输函数是:
W=(X1-X2)*(Y1-Y2)/10 + Z
在本电路里X2、Y2接地,X1输入10*S信号,Y1输入 L-R信号,Z输入0.1P,那么输出端
W= X1*Y1/10 + Z = S*(L-R)+0.1P
即AD633实现了仿真模型中红色方框中的功能。
U21A构成加法器,输入端分别是W、L+R,其输出端是
MPX = W+(L+R) = S*(L-R)+0.1P+(L+R)
完成了调制。
为设计简单,L、R声道共用一个音频信号源,用两刀四掷开关SW1、SW2切换工作模式(见棕色方块内电路),工作模式有四种:
Both L and R :L、R声道都加音频调制信号
L only :仅L声道加音频调制信号,R声道接地
R only :仅R声道加音频调制信号,L声道接地
Nor L or R :L、R声道都接地
其输出波形如下:
1)L、R声道都输入信号(Both L and R)
2)仅L声道输入信号,R声道接地(L Only)
3)仅R声道输入信号,L声道接地(R Only)
4)L、R声道都接地(Nor L or R)
(3)导频和副载波产生模块
电路图中红色方框内的电路是导频和副载波产生模块,U23A、U23B与晶振Y1构成4.864MHz振荡器,经U23C、U23F缓冲后由U20、U18分频得到38KHz和19KHz的方波,38KHz方波由U23D倒相,推动由Q2、Q4以及变压器T1组成的推挽放大器,变压器T1的初级接有电容C3,与初级电感谐振在38KHz,在T1次级得到峰值大于12V的正弦波,经接在次级的电位器R20调节到峰值10V(即10*S),送到平衡调制器的U4输入端X1,19KHz方波的处理方法与前类似,产生的导频0.1P送到U4的输入端Z。这里T1、T2的作用非常重要,它们不仅把方波变成正弦波,还需通过微调它们的电感量保持19KHz导频与38KHz副载波有相同的相位。本模块产生的19KHz正弦波和38KHz正弦波可由J11、J12分别引出到面板。
(4)电源模块
蓝色方框内是电源模块,本机使用+15V、-15V电源供电,需外加整流、滤波、稳压电路(可使用7815、7915),其中+15V通过稳压集成电路7805输出+5V给数字集成供电,电路图中VCC=+15V,VSS=-15V。
(三)关键元件说明和制作
(1)T1、T2的制作:使用录音机偏磁线圈骨架,0.06mm漆包线三线并绕400匝左右,其中两组首尾串联做初级,带磁芯电感量10mH左右,另一组做次级。
(2)所有运放的外围10K电阻精度尽量高些,至少应使用1/8W精度1%金属膜电阻,有条件的话应该用电表挑选一下。
(3)关于AD633:这个集成电路是AD公司(阿诺德公司)的产品,AD公司称它为“廉价的乘法器”,AD公司的产品价格都不低,购买时注意不要买到假货。
(四)调整方法
调试时需要用一台双踪示波器,带宽20M足够了,最好还有一台频率计。按以下顺序调整各个模块。
(1)电源模块的调整
+15V、-15V要外加整流、滤波、稳压电路,推荐使用7815、7915正负稳压集成电路,+15V电压经过本模块的7805稳压块降压到+5V供给三块数字电路,R19是分压电阻,功率应该用0.5W以上的。
(2)音频信号产生模块的调整
用示波器观察J18的波形,R48调节音频正弦波的对称度,R53、R55调节波形的圆滑度,电位器R50调节音频频率,按图中的参数可调范围是10Hz—14KHz,如有频率计可实际测量一下。
(3)导频和副载波产生模块的调整
副载波的调整:先把R26的滑臂调到接地端,用示波器观察J12的波形,调节T1的磁芯使波形幅度最大。
导频的调整:先把R27的滑臂调到接地端,用示波器观察J11的波形,调节T2的磁芯使波形幅度最大。
导频与副载波相位调整:示波器两个通道分别接J11、J12,微调T1、T2的磁芯,使两个波形的初相对齐,即导频的零点与副载波的零点重合,如下波形图:
把示波器置于XY模式,应该出现如下的李莎如图形:
(4)平衡调制模块的调整
调整音频输入电平:音频频率调节到1KHz左右,示波器双通道探针分别接R5、R6的输入端,监视L、R声道的输入电平。工作模式开关置于Both L and R档,调整R60、R62使示波器显示的两路音频正弦波幅度都是0.9V。
副载波幅度的调整:示波器探针接J8,监视MPX信号输出波形,工作模式开关置于L only档位,调节R20逐渐加大副载波幅度,使MPX波形的基线刚好平直。
副载波幅度合适
副载波幅度不足
副载波幅度过大
调好后再把工作模式开关置于R only档,复核一下仅有R声道信号的波形,看上去应与L only档基本相同(其实与副载波的相位关系不同)。
再把工作模式开关置于Both L and R档,应该看到下面的波形,这条红线越细说明L、R声道对称性越好。
导频幅度的调整:
工作模式开关置于Nor L or R档,MPX信号应该是一条水平直线,调节R27逐渐加大导频信号输入电平,使示波器显示的19KHz正弦波幅度达到100mV。再把工作模式开关切换到其他档位,应该看到所显示的波形都带上了19KHz的“导频毛刺”。
这个立体声信号发生器可以输出峰值2V的MPX信号,绝大多情形下都用不到这么大,输出端可以加个衰减器,分段式最好,我是简单地用一个10K电位器调节输出信号的大小。
(五)组装实例
图纸的电路制成印刷电路板如下图(核心板)
如果想简易的话,只需把核心板安装在一个支架上,支架上安装模式转换开关、音频频率调节电位器、必要的输出接口、衰减电位器,电源外接。用时摆在桌面上,不用时扔角落里,如下图所示:
如果想用起来方便,可以添枝加叶做得完善些,下图是我做的另一个样机,利用一台带有简易示波器的不知名仪器的身子骨,掏出它的内脏,再加一个频率计用来指示音频频率,示波器用来监视导频和副载波的相位关系,音频频率也显示在示波器上(面板上原来仪器的印字与本机功能无关)。
(六)后记
2018年,我设计了一款全电子管锁相环立体声解码器(见矿坛第九届DIY大赛我参赛的那个帖子),当时我是用一块制作调频无线话筒的集成电路BA1404做信号源调试的,这个电路产生的波形并不理想,而且各项参数都不能调整。后来这个信号源坏掉了,我就自己设计了这个导频制立体声信号发生器,制作成功后发现它产生的信号波形比BA1404的波形要好,经过这几年的使用,感觉很是顺手,于是借第十五届大赛的平台介绍给各位坛友,欢迎大家提出进一步改进的意见和建议。