Вы бы хотели собрать своими руками девятидиапазонный супергетеродинный радиоприёмник с верньером, в прочном красивом корпусе с решёткой громкоговорителя из перфолиста, с отсеками для пальчиковых батареек AA и литиевого аккумулятора BL-5C и даже с функцией неплохого светодиодного фонарика?
Если вы имеете минимальный опыт пайки электронных компонентов поверхностного монтажа, то этот радиоконструктор на основе легендарной микросхемы 2003 вас очень порадует.
Вы спросите, разве на усилителе мощности звуковой частоты TDA2003 или UTC2003 можно построить серьёзный радиоприёмник? Или, может быть, на ULN2003, которую многие привыкли называть «драйвером шагового двигателя», тогда как на самом деле это сборка из семи дарлингтоновых пар?
Сегодня пойдёт речь и о них, и о CD2003 (TA2003) — одной из самых удачных аналоговых микросхем для АМ/ЧМ радио.
Какие бывают 2003
На Земле существуют как минимум три совершенно разные микросхемы, в маркировке которых присутствует магическое число 2003. Интересно, это просто совпадение, или разработчики всех этих микросхем каким-то образом связаны между собой?
Известно, что американские кинематографисты и аниматоры очень любят изображать в художественных и мультипликационных фильмах код А113 в разных форматах, например, римскими цифрами ACXIII. Секрет в том, что в Калифорнийском институте искусств есть аудитория с таким номером, и занятия первого курса по дисциплине «Графический дизайн и анимация» у многих выдающихся мультипликаторов проходили именно в ней.
Скриншот из мультфильма «История игрушек» с номером А113
Может быть, у разработчиков интегральных микросхем тоже есть своя любимая университетская аудитория или что-то подобное? А может быть, это просто совпадение.
Как бы то ни было, сегодня я расскажу про три по-настоящему прекрасные и удивительные микросхемы 2003. И начну с самой популярной из них.
УМЗЧ TDA2003
С устройствами, содержащими эту микросхему либо её поздние усовершенствованные версии TDA2030 и TDA2050, вы наверняка встречались. Потому что это — интегральный усилитель мощности звуковой частоты (УМЗЧ), изначально предназначавшийся для автомобильных магнитол.
Упакованная в маленький корпус с красивым названием «Pentawatt», являющийся одним из вариантов TO220-5, эта микросхема выглядит как транзистор с пятью ножками и позволяет построить УМЗЧ с минимальным числом внешних компонентов.
Эскиз корпуса Pentawatt из даташита микросхемы TDA2003 от STMicroelectronics
TDA2003 очень быстро понравилась профессионалам и любителям, и её можно встретить в компьютерных колонках, телевизорах и вообще везде, где есть громкоговоритель мощностью в единицы ватт (вплоть до 12 Вт, но при сопротивлении нагрузки 1.6 Ом).
ТDA2030 и TDA2050 в таком же корпусе ещё мощнее, до 18 и 32 ватт, соответственно. А предшественник TDA2003 назывался TDA2002 и был чуть менее мощным — до 10 ватт.
Защищённая микросхема
Слово «автомобильный» — архаичное «car» или современное «automotive» в описании микросхемы — означает расширенный температурный диапазон эксплуатации, солидный запас электрической прочности и множество всевозможных защит.
Защита от импульсных перенапряжений
Ведь в бортовой сети автомобиля присутствует как минимум несколько электродвигателей, в том числе киловаттный стартер, да ещё и со втягивающим реле. Это означает большие индуктивности, через которые протекают высокие токи, причём эти токи прерываются, что вызывает серьёзные скачки напряжения — импульсы самоиндукции.
Не стоит забывать и про систему зажигания с высоковольтными трансформаторами. Да и регулятор напряжения, хоть и не представляет собой вибрационного реле, как в старые добрые времена, в любом случае прерывает ток обмотки возбуждения генератора, так что создавать заметные электромагнитные помехи он более чем способен.
Без дополнительных внешних компонентов TDA2003 способна каждую секунду выдерживать импульс перенапряжения по питанию амплитудой до 40 вольт и длительностью до 50 миллисекунд (Figure 18).
Защита от импульсных перенапряжений по шине питания. Из даташита микросхемы TDA2003 от STMicroelectronics
Простейший LC-фильтр (Figure 19), состоящий из дросселя индуктивностью 2 миллигенри и электролитического конденсатора ёмкостью 3000 микрофарад на 16 вольт, придаёт микросхеме устойчивость к импульсу по питанию амплитудой до 120 вольт и длительностью 2 миллисекунды.
Защита от постоянного перенапряжения
Рабочий диапазон напряжений питания микросхемы TDA2003 — от 8 до 18 вольт. При этом микросхема не повреждается при постоянном напряжении питания до 28 вольт в течение длительного времени.
Это предусмотрено на случай, если для холодного пуска двигателя автомобиля в зимнее время используются две последовательно соединённые 12-вольтовые аккумуляторные батареи или трансформаторное пуско-зарядное устройство в режиме повышенного напряжения.
Защита от неправильной полярности
Большинство микросхем сгорают, если перепутать полярность при подключении. Но разработчики TDA2003 предусмотрели даже это.
Здесь нет защиты от долговременной переполюсовки источника питания, но микросхема выдерживает повторяющийся пиковый ток до 3.5 А, неповторяющийся до 4.5 А и ток до 5 А в течение более долгого времени, чем требуется для перегорания быстрого предохранителя на 1 ампер.
Мы могли не задумываться, что подключение автомагнитолы осуществляется без снятия клеммы с аккумулятора. Благодаря защите, в случае ошибочной полярности питания сгорит не УМЗЧ, а предохранитель. Что касается менее мощных цепей автомагнитолы, то они подключены к источнику питания не напрямую, а через диод или полевой транзистор.
Короткое замыкание и перегрев
Микросхема TDA2003 рассчитана на продолжительную работу в режиме короткого замыкания выхода при напряжении питания до 16 вольт. Предусмотрена встроенная защита от перегрева, снижающая выходную мощность в случае чрезмерно высокой температуры кристалла.
Графики зависимости выходной мощности от температуры корпуса. Из даташита микросхемы TDA2003 от STMicroelectronics
Индуктивная нагрузка
Выход TDA2003 снабжён встроенным защитным диодом, благодаря которому микросхема не боится импульсов самоиндукции от индуктивной нагрузки. Можно смело подключать на выход обмотку трансформатора, например, для осуществления модуляции.
Теперь понятно, почему в активных акустических системах с TDA2003, TDA2030 и TDA2050 чаще сгорают трансформаторы питания, чем сами усилительные микросхемы. Добавим сюда дешевизну, компактность и простоту использования. Неудивительно, что эти интегральные УМЗЧ стали легендарными бестселлерами.
Схема включения
TDA2003 по сути представляет собой мощный операционный усилитель, имеющий один двухтактный выход и два входа — инвертирующий и неинвертирующий.
Типичный коэффициент усиления по напряжению с разомкнутой петлёй отрицательной обратной связи (ООС) на частоте 1 кГц равен 80 децибел, тогда как на частоте 10 кГц — 60 дБ.
Разумеется, для воспроизведения звукового сигнала микросхеме требуется ООС, устанавливающая коэффициент усиления и корректирующая АЧХ — амплитудно-частотную характеристику.
В данной образцовой схеме с замкнутой петлёй ООС усиление по напряжению составляет 40 дБ. Он задан соотношением сопротивлений R1 и R2, являющимися соответственно верхним и нижним плечами делителя напряжения в цепи ООС. R1 = R2 * 100, соответственно, коэффициент усиления равен 101. Получается 40 децибел.
Типовая схема включения. Из даташита микросхемы TDA2003 от STMicroelectronics
В схеме с замкнутой петлёй ООС напряжение на выходе операционного усилителя (ОУ) будет таким, чтобы напряжения на его входах были равны. Таким образом, если мы подаём входной сигнал на неинвертирующий вход, то на инвертирующем входе будет точно такое же мгновенное значение напряжения.
Из выхода ОУ в землю схемы течёт ток через делитель R1R2. Входные токи ОУ пренебрежимо малы. Потому один и тот же ток вызовет на R1 в 100 раз большее падение напряжения, чем на R2. Так как падение на R2 равно мгновенному значению входного напряжения, получается, что выходное напряжение в 100 + 1 раз превышает входное.
Напряжения смещения входов TDA2003 заданы цепями внутри микросхемы, потому этот интегральный усилитель не нуждается в двуполярном питании или внешней привязке к «виртуальной земле», то есть половине питающего напряжения при однополярном питании. А сигналы переменного тока подаются на входы TDA2003 через конденсаторы.
Цепочка CxRx задаёт верхнюю границу полосы пропускания усилителя. Формула для расчёта частоты среза, обозначенная буквой В, изображена на схеме. А С5R3 — это ячейка Цобеля, устраняющая индуктивную составляющую реактивного сопротивления громкоговорителя.
ULN2003 — семь транзисторов Дарлингтона
Эта микросхема наверняка знакома всем, кто имел дело с маленькими шаговыми двигателями для самодельных ЧПУ или иными маломощными исполнительными механизмами, управляемыми с помощью микроконтроллера.
Микросхема состоит из семи одинаковых дарлингтоновых пар с защитными диодами, уберегающими транзисторы от пробоя импульсами самоиндукции.
Схема элемента микросхемы ULN2003. Из даташита от STMicroelectronics
Также в микросхему встроены резисторы, позволяющие непосредственно управлять транзисторами Дарлингтона посредством логических уровней с выходов цифровых микросхем или кнопок без дополнительных внешних компонентов (кроме ULN2001, которой требуются резисторы для ограничения базового тока).
Каждая из дарлингтоновых пар выдерживает продолжительный ток до 500 мА и импульсный до 600 мА. Выходное напряжение может достигать 50 вольт.
В семейство входят 4 микросхемы, различающиеся значениями логических уровней входного напряжения.
- Наша любимая ULN2003 предназначена для ТТЛ и КМОП логики с напряжением питания 5 вольт.
- ULN2004 рассчитана на работу с КМОП и pMOS логикой с напряжением питания от 6 до 15 В.
- Универсальная ULN2001, которая будет работать с любыми логическими уровнями. Требуется только рассчитать сопротивление резисторов последовательно с входами.
- И наконец, ULN2002 была адаптирована для вышедшей из употребления pMOS логики, питающейся от 14-25 вольт. Именно по этой технологии был создан первый в мире коммерчески доступный однокристальный микропроцессор — Intel 4004.
Первая цифра маркировки ранних микросхем Intel отображала категорию продукции, а вторая — её тип. 4xxx — это 4-разрядные микропроцессоры, 2xxx — микросхемы, построенные по технологии nMOS, x0xx — процессоры. Так как в те времена процессоры производились только по технологии pMOS, микросхемы Intel 2003 никогда не существовало.
Потому мы переходим к третьей и последней в нашем сегодняшнем рассказе микросхеме для двухсистемного супергетеродинного радиоприёмника.
CD2003 и UTC TA2003
На первый взгляд, схема радиоприёмника из набора ZX2043 может показаться сложной. На самом деле здесь много компонентов просто потому, что охвачено целых девять диапазонов. А это означает девятипозиционный переключатель на четыре группы и 12 частотнозадающих конденсаторов в правой части схемы.
Принципиальная схема радиоприёмника ZX2043
В отличие от CXA1691BM, на которой собран мой предыдущий двухдиапазонный приёмник, CD2003 не имеет встроенного УМЗЧ, потому применена вторая микросхема TDA2822, которая уже встречалась нам в детской УКВ ЧМ рации.
Как и в том случае, здесь TDA2822 используется в мостовом включении. Оно позволяет обойтись без электролитических конденсаторов на выходе бестрансформаторного УМЗЧ и подключить громкоговоритель или наушники напрямую к выходам микросхемы.
Разработчики позаботились о цепях коррекции тембра — R54, C42, R31 и С40 на пути от регулятора громкости VR1 до входа усилителя звуковой частоты IC2. Это приятно выглядит на схеме и приятно звучит, когда мы слушаем радио. Спасибо авторам! Многие такими тонкостями не заморачиваются.
В левой части схемы видим фонарик на шести светодиодах, резистор R1, ограничивающий их рабочий ток, разъём питания DC-JACK1, отключающий батарейный отсек для трёх элементов АА при вставленном штекере, а также простую защиту от переполюсовки в виде выпрямительного диода D7, который откроется при обратной полярности питания и ограничит напряжение на уровне ниже 1 вольта.
Также на схеме изображён литий-полимерный аккумулятор BL-5C номинальным напряжением 3.7 В. Там, где должен был присутствовать контроллер заряда, последовательно с аккумулятором просто включен токоограничительный резистор R35 на 1 Ом.
Я понимаю, что у литиевого аккумулятора для мобильного телефона есть плата защиты, и она обязана не допускать перенапряжения и чрезмерно высокого разрядного тока. Но она не ограничивает зарядный ток и ни в коем случае не заменяет контроллера.
Потому в этом приёмнике можно использовать аккумулятор BL-5C только при условии, что не установлены пальчиковые батарейки. А для зарядки его нужно вынимать и устанавливать в зарядное устройство. Либо питать весь приёмник через контроллер заряда, соблюдающий надлежащие токи и напряжения и индицирующий, что аккумулятор заряжается, либо заряд завершён.
За фонарик и возможность разных вариантов питания разработчикам конструктора большой плюс. За резистор вместо копеечного контроллера — минус. Как бы то ни было, мы рассмотрели все элементы, визуально «загромождающие» схему и готовы к изучению собственно радиоприёмного тракта.
Разные супергетеродины мы с вами уже собирали: транзисторные СВ АМ и УКВ ЧМ, а также игрушечный трансивер и двухдиапазонный АМ/ЧМ радиоприёмник на специализированных микросхемах. Функциональные блоки таких микросхем почти всегда одни и те же, и сегодняшняя 2003 не является исключением.
Внутренняя структура микросхемы UTC TA2003. Из даташита от Unisonic Technologies Co., Ltd
В отличие от LA1800, которая содержит модули ЧМ супергетердина и тракт прямого усиления для АМ сигнала, TA2003 и аналогичная ей CD2003 полноценно обеспечивают все функции супергетеродина для обеих систем модуляции, не нуждаясь во внешних транзисторах.
Если мы хотим собрать АМ супергетеродин на LA1800, то нам понадобится внешний преобразователь частоты, состоящий из усилителя радиочастоты (УРЧ), гетеродина и смесителя. Всё это можно осуществить средствами одного транзистора. А тракт прямого усиления микросхемы LA1800 будет выполнять функции усилителя промежуточной частоты (УПЧ) и амплитудного детектора огибающей.
Пример двухдиапазонного супергетеродина на микросхеме LA1800 из даташита от SANYO
В следующей схеме на CD2003 тоже есть внешний транзистор 2SC1915, но в данном контексте он является частью системы автоматической подстройки частоты (АПЧ), где выполняет роль варикапа — диода с функцией электронного конденсатора переменной ёмкости, управляемого напряжением.
Пример схемы радиоприёмника с АПЧ из даташита на микросхему CD2003GP/GB от Wuxi China Resources Semico Co. Ltd
Тогда что делает транзистор Q5? В первых двух положениях переключателя диапазонов ничего. УКВ ЧМ сигнал со штыревой антенны и СВ АМ с ферритовой магнитной антенны полностью обрабатывает микросхема CD2003.
Зато в положениях КВ1-КВ7 транзистор Q5 усиливает сигнал высокой частоты со штыревой антенны и по совместительству выполняет функции смесителя, а также второго гетеродина. Потому что это приёмник с двойным преобразованием частоты при работе на коротких волнах.
Впечатления и выводы
Мне очень нравится этот радиоприёмник. В нём хорошо всё, кроме резистора на месте контроллера заряда литиевого аккумулятора. Фонарик вполне функциональный, громкоговоритель достойный, без излишней миниатюризации, облегчения и удешевления. Прослушивание радиопередач приносит удовольствие.
Корпус солидный, качественный, приятный на ощупь. Имеется верньер — понижающий редуктор, повышающий удобство и точность настройки на частоту радиостанции.
В отличие от других громкоговорящих приёмников из конструкторов с Aliexpress, здесь корпус при сборке не просто защёлкивается, но и стягивается шурупами, и предусмотрен батарейный отсек с отдельной крышкой. Для замены батареек или аккумулятора открывать весь корпус не нужно.
Потому этот набор для сборки однозначно можно рекомендовать. Получившийся приёмник хочется не отложить куда-нибудь подальше или переставить в другой корпус, а использовать по назначению.
НЛО прилетело и оставило здесь промокод для читателей нашего блога:
— 15% на заказ любого VDS (кроме тарифа Прогрев) — HABRFIRSTVDS
