用通用零件DIY中波二次变频场效应管平衡混频数字调谐收音机

airzwd

      相信喜欢DIY收音机的爱好者几乎都是从玩中波开始的，从矿石机，到单管机，到来复再生四管机，再到6管超外差机，再进阶到其它更高级的收音机，笔者也不例外，从小就对远方未知的信号充满了想象。以前没有那么发达的网络，所以知识也只能从那几本《晶体管收音机》、《电子报》、《无线电》等获得。上了大学，才系统的学习无线电知识，从晶体管电路到电路分析到高频电路，再到单片机，无线电从来没有成为我的专业，也没从事跟它相关的专业，但一直坚持到现在，所以广坛和矿坛都是经常逛的地方。前段时间逛矿坛，看到一个老外DIY的中波远程接收机（http://www.crystalradio.cn/thread-231159-1-1.html），倍感兴趣。现在的广播短段全段都是“中国之声”，调频也就几个本地台，中波还能找到一些有趣的台，至于老中医自动忽略就是，于是重抬对中波的兴趣，有了自己设计一台不一样的中波接收机的想法。
　　也学老外的，元件盒里有什么就用什么零件，所以本机宗旨就是全部采用通用元件，现在就是确定方案的事了。本机结构框图如图1所示，本机接收范围为522KHz-1629KHz,频率步进为9KHz，采用二次变频和数字调谐技术，具体如下：
一、 模拟部分
　　天线采用“李兹线”绕的方框天线如图2，经变容二极管调谐至需要接收的频率，平衡输入对部分电场干扰有一定的抑制作用。经过天线回路选频后的信号经过两个单结场效应管BF245进行平衡混频，将接收频率转换成4.455MHz的第一中频，平衡混频的好处多有讨论，这里就不展开了。本机振荡采用MC145158锁相环将频率稳稳锁在4.977-6.084MHz，对中波来说用普通的晶振稳定度完全足够了，MC145158也是元件盒里找出来，找技术手册才看到原来是吞吐计数的PLL芯片，所以采用9KHz的频率步进也是此元件限制的。第一混频后的4.455MHz的中频信号经过双调谐中周对需要的信号选频再进入第二混频器BF998双栅场效应管进行混频，第二本振利用4M的晶振产生稳定的4M的本振。混频后通过中周和陶瓷滤波器选出455KHz的第二中频信号。陶瓷滤波器微型继电器来控制中频通带。第二中频由经典的收音机芯片TA7640AP来担任。应该说TA7640AP对民用收音机来说真的是很优秀的芯片，噪声小，增益高，外围电路简单，难怪DE1106也用它来做调幅中放。有人说它噪声大估计是元件选得不当造成的。此机调试阶段笔者试过它的噪声，只接TA7640AP与后级功放，噪声几乎听不见，要耳朵贴着扬声器才能听到“咝咝”的噪声，前级接上后噪声才微微听得到，可见芯片噪声控制还是做得很优秀的。最后功放采用经典的TEA2025,BTL接法3W输出对收音机来说足够了。
　　二、数字部分
　　数字部分控制采用是常用的STC51单片机，我用的是STC12C5608AD。旋转编码器（飞梭）控制MCU产生控制信号改变MC145158本振频率，当频率数换算后显示在LCD1602上。控制D/A芯片DAC8512产生稳定的电压控制天线回路的变容二极管调谐，使接收信号最高。所以理论上此机能实惠每点统调的，跟传统的三点统调有天壤之别，本机能将每个频率对应的调谐电压都记录在MCU内部的EPROM里，这样下次开机后一样能实现精准的调谐跟踪。MCU有内置的ADC，正好用来检测信号强度RSSI,一并在LCD1602上显示。由于I/O口有限，没有接数字音量加进去，但要实现也是很容易的。
       三、制作与调试
　　此机设计与制作都是在空闲时间做出来的，设计调试花了一定的时间，方案也是改了又改才定型。比较花时间的还是中周的绕制上。一共有四个中周需要绕制，两个4.455MHz,两个455KHz。中周调整主要靠我前段时间设计制作的扫频仪来完成的。详见下面几张图。从后住前一级级调试。PCB采用感光法制作，精度高，操作方便。
　　四、接收性能测试
　　手头无专业的测量仪器对此机进行定量的测量，手头有的机子就剩一台9700DX了，所以对比实验肯定不全面的。9700DX的技术指标中波优于1mV/m,经过对比，此机在灵敏度上远远胜出9700DX，很多9700DX无反应的频率此机能捕捉到微弱的信号从背景噪场中分辩出来，在夜间接收更是接收了几个同频的台，这应该跟天线的接收能力较9700DX的磁棒强加上整机增益较9700DX高的缘故。对强台也无明显失真，得益于双平衡混频的优异性能。加上TA7640AP有45db的AGC性能，所以强台暂未出来阻塞的情况。选择性上，用了陶瓷滤波器，所以选择性还是很不错的，对强台的邻频选择性上勉强可以接收吧，可能是灵敏度比较高的原因，强台的在调偏+/-9KHz时还能隐约听到一点点声音，也有可能是选用的陶瓷滤波器是便宜的国产货的原因，如果换用品质优良的产品可能性能会更好一点，当然是我的猜测，也有可能是我设计上的问题。
　　噪声上控制勉强达到设计初衷，高频部分选用噪声小的场效应管，对本振电路做了优化，减小谐波产生的噪声，在短接输入回路线圈时音量调到最大还能听到微弱的白噪声，个人分析可能有以下几个方面，一、第一本振二次谐波分量比较大；二、第二混频BF998在低频段的噪声系数为4.5db；三、阻况不匹配；四、蔽屏部分未安装；五、增益过高。但对收听中波应该影响不太，因为当你接上输入回路线圈，此时背景噪声就接踵而来了，无论哪种方法都无法变得静悄悄，后来我想明白了，这是灵敏度高带来的后果，只要在的信号的地方就能将此噪声盖过。难怪手里头的R71E总有一股消不去的噪场，也是灵敏度的缘故。老锗管的收音机所以能静悄悄也是灵敏度不高的原因（呵呵，我的理解，一家之言，勿喷，可能是我的见识不够，理解片面了，见谅，没有看不起老机的意思，相反，笔者也相当喜欢老机那种设计，对老一辈无线电工作者用这么少的零件设计出高性能的机子表示深深的敬佩），看来设计高灵敏度机子的关键还是在噪声的控制上面。
　　五、使用收听感受
　　使用了一段时间，对此机最大的感觉就是灵敏度高，几乎是每个步进都有电台出现。收听强台时接近调频的音质，选择性比较高。对工频噪声有一定的抗干扰能力，能通过调整天线方向来减弱干扰。操作比较方便，通过飞梭控制，手感较好，LCD1602显示接收频率和信号强度，比较方便.


补充内容 (2015-11-6 13:22):
将清晰的电路图跟烧写程序都送在37楼，有兴趣的朋友可以参考。

ace919

airzwd 发表于 2015-11-6 12:56
第一中频的作用只是将相频干扰滤掉，邻频干扰还是要靠第二中频来完成的。手头无4.455M的晶体滤波器，10.7 ...

二次变频接收机中，一中频滤波器除了满足抑制镜像的要求，还要考虑动态范围，IP3等指标的要求。现代接收环境下，往往要考虑多信号的组合情况，不是滤除了邻频干扰就万事大吉了。比如IP3，就是同时考虑两个一定频率间隔的干扰源。

宽的一中频带宽，意味着动态范围、IP3性能的受限。或者说，对二混频的动态范围及IP3性能提出了更高的要求。
不管是一中频70M的R71E收信机，还是一中频50多M的德生PL600及得劲DE1103等二次变频收音机，一中频滤波主要靠晶体滤波器完成。现代的收信机及电台接收部分，一个重要宣传点就是各自的roofing filter(https://en.wikipedia.org/wiki/Roofing_filter)有多么多么牛。

当然中波，且天线带调谐回路，典型情况下，天线回路的带宽，已经比你这个机器的一中频带宽窄了，所以问题不会严重。总之是台好机器，瑕不掩瑜

hotdll

感觉大环天线对提高灵敏度的贡献最大。

楼主这样的帖子，图文并茂，要技术有技术，要内涵有内涵，应该给精华帖。

胆胆收音机

不错

szlz61

很好。不过中波范围有限，如果加上短波和调频远距离接受，就更好了。

aihao

内容有套件没有！贴片搞不定啊！楼主的框型天线怎么绕的，具体数值！另外你把这个天线用到德生机上试试！我想大概是天线的功劳比较大！

炫彩

“理论上此机能实现每点统调的，跟传统的三点统调有天壤之别，本机能将每个频率对应的调谐电压都记录在MCU内部的EPROM里，这样下次开机后一样能实现精准的调谐跟踪。”
这句话是亮点，整机思路清晰流畅。如能加入短波段就完美了，因为使用高灵敏度的接收机后，你会发现短波电台内容还是很丰富的。

wmcheng

好机,学做有一定难度.能把印板图单独发上来吗？以便仿制謝謝

雪地乌鸦

非常好的作品，同为中波爱好者先赞一个，晚上下班慢慢看

longshort

有一个细节相当致命。
所有采用变容管调谐的部分都是单管控制，这在加载交流信号时会因两个方向的容量变化不对称而造成带宽变化、谐波增生，直接后果就是假象或叫点增加、噪声降不低，而产生灵敏度无法再增加的最终结果。
其实都已经采用二次变频方式了，为什么不再完善点呢。

天火行者

楼主水平就是高，不过我感觉二次变频接收机优点不太明显!

airzwd

szlz61 发表于 2015-11-6 03:23
很好。不过中波范围有限，如果加上短波和调频远距离接受，就更好了。

是的，当初设计时就奔着中波去的，所以短波没加。在此基础上将本振调整下，天线回路改一下，第一中频提高点就能加进短波了，但元件需重选，现在的PLL芯片不支持了。

airzwd

aihao 发表于 2015-11-6 07:37
内容有套件没有！贴片搞不定啊！楼主的框型天线怎么绕的，具体数值！另外你把这个天线用到德生机上试试！我 ...

套件没有啊，整理后会公布线圈数据，方便大家试验。框型天线的确功不可没，但整机增益也的确很高，粗略测了下，混频有12DB,第一混频16db,中放60db(ta7640数据手册数据)。

airzwd

炫彩 发表于 2015-11-6 07:41
“理论上此机能实现每点统调的，跟传统的三点统调有天壤之别，本机能将每个频率对应的调谐电压都记录在MCU内 ...

高手。对你的设计和制作佩服得很。

airzwd

雪地乌鸦 发表于 2015-11-6 08:03
非常好的作品，同为中波爱好者先赞一个，晚上下班慢慢看

谢谢 对中波的日益衰落表示遗憾。

airzwd

longshort 发表于 2015-11-6 08:28
有一个细节相当致命。
所有采用变容管调谐的部分都是单管控制，这在加载交流信号时会因两个方向的容量变化 ...

高手，的确是，用一个变容管的原因是框型天线的电感量不够，换另一个天线就能用背靠背变容二极管了。

airzwd

天火行者 发表于 2015-11-6 08:43
楼主水平就是高，不过我感觉二次变频接收机优点不太明显!

哈哈，对中波来说二次变频的确作用不大，但玩嘛就想玩不一样的。谢谢。