Radio FM od dziesięcioleci służy do przekazywania wiadomości, muzyki i audycji na duże odległości. Stacja nadawcza wykorzystuje sygnał audio do modulowania częstotliwości fali nośnej, a odbiornik wybiera właściwą stację, demoduluje sygnał i odtwarza dźwięk w głośniku. Poniżej wyjaśniamy ten proces i pokazujemy, z jakich elementów można zbudować prosty odbiornik FM.
1. Czym jest radio FM?
FM to skrót od angielskiego określenia frequency modulation, czyli modulacja częstotliwości. W tym systemie chwilowa częstotliwość fali nośnej zmienia się zgodnie z przebiegiem sygnału audio. W ten sposób fala radiowa przenosi zakodowaną mowę lub muzykę do odbiornika.
Radio FM jest więc systemem nadawania wykorzystującym modulację częstotliwości. Odbiornik odtwarza informację zawartą w zmianach częstotliwości, a nie amplitudy fali. Dzięki temu transmisja jest mniej podatna na wiele zakłóceń amplitudowych i zwykle zapewnia czystszy dźwięk niż radio AM.
Technika FM dobrze sprawdza się w transmisji mowy i muzyki, ponieważ pozwala uzyskać szerokie pasmo audio oraz dobrą odporność na szumy.
Porównanie różnych kształtów fal.
2. Zakres częstotliwości FM
Radiofonia FM korzysta najczęściej z pasma 88-108 MHz. W planie kanałowym z odstępem 200 kHz częstotliwości środkowe mogą zaczynać się od 88,1 MHz, co teoretycznie daje miejsce dla maksymalnie 100 kanałów. Rzeczywisty przydział częstotliwości zależy od przepisów obowiązujących w danym kraju.
Pasmo przydzielone pojedynczej stacji pozwala przesyłać dźwięk o dobrej jakości, a także dodatkowe informacje. W połączeniu z odpornością modulacji częstotliwości na zakłócenia amplitudowe daje to wyraźny, stabilny odbiór.
Stacje FM nadają informacje w przydzielonym zakresie częstotliwości.
3. ZASADA DZIAŁANIA PROSTEGO RADIA FM
Nadajnik wytwarza zmodulowaną falę radiową, natomiast odbiornik FM przechwytuje ją anteną, wybiera żądaną częstotliwość i odzyskuje sygnał audio. Następnie wzmacniacz podnosi jego poziom, aby można go było usłyszeć w głośniku. Strojenie odbywa się między innymi za pomocą obwodu rezonansowego LC. Cały proces można podzielić na następujące etapy:
1. Sygnały:
Pierwszym zadaniem odbiornika jest przechwycenie energii fali elektromagnetycznej. Antena odbiera sygnały dochodzące z różnych kierunków, przy czym jej konstrukcja i ustawienie wpływają na czułość całego urządzenia.
Jakość odbioru zależy od poziomu sygnału bezpośredniego, odbić od przeszkód, zakłóceń oraz dopasowania anteny i toru wejściowego.
Antena odbierająca fale radiowe.
2. Nadawanie:
Transmisja rozpoczyna się w studiu i nadajniku stacji radiowej. Sygnał audio moduluje częstotliwość fali nośnej, którą odpowiednio wzmocniony tor RF doprowadza następnie do anteny nadawczej.
Antena wypromieniowuje zmodulowaną falę elektromagnetyczną. Odbiornik dostrojony do częstotliwości danej stacji może ją wybrać spośród wielu sygnałów obecnych w otoczeniu i odzyskać przesyłany program.
3. Percepcja:
Antena odbiorcza przechwytuje nadawane fale elektromagnetyczne i zamienia ich energię na niewielki sygnał elektryczny.
Zmienne pole elektromagnetyczne wywołuje w antenie napięcie. Tor wejściowy wybiera żądaną częstotliwość, demodulator odzyskuje dźwięk, a wzmacniacz steruje głośnikiem.
4. Przetwarzanie i słyszenie:
Fale radiowe rozchodzą się z prędkością zbliżoną do prędkości światła, dlatego opóźnienie samej transmisji naziemnej jest dla słuchacza praktycznie niezauważalne. Wyraźniejsze opóźnienia mogą wynikać z cyfrowego przetwarzania sygnału.
5. Utrata sygnału:
Nagłe zaszumienie lub zanik audycji oznacza, że do odbiornika dociera zbyt słaby albo silnie zakłócony sygnał.
Fale w paśmie FM rozchodzą się głównie w zasięgu optycznym i słabiej omijają duże przeszkody niż fale o niższej częstotliwości. Dlatego odbiór może pogarszać się wraz ze wzrostem odległości lub po zasłonięciu kierunku do nadajnika.
Sygnał tłumią między innymi góry, wzgórza, gęsta zabudowa i konstrukcje metalowe. Odbicia mogą ponadto powodować odbiór wielodrogowy i zniekształcenia.
4. Jak zbudować proste radio FM
Do zbudowania prostego odbiornika FM według przedstawionego układu potrzebne będą następujące elementy:
LM386.
Rezystor 10kΩ
1.2kΩ Rezystor
4.7kΩ Rezystor
Kondensator zmienny (1-30pF)
2x tranzystor BF199
Potencjometr 25kΩ
2x 100nF Kondensator
10µF Kondensator
470µF Kondensator
4Ω Głośnik
Gniazdo DC
Włącznik/wyłącznik
Antena
2x Śruby maszynowe
2x Nakrętki do śrubek maszynowych
Wstępnie nawiercone PCB.
Emaliowany drut miedziany.
Radio w stylu vintage.
Aby kontynuować, wykonaj poniższe kroki, aby zbudować radio FM.
Zmontuj obwód odbiornika FM zgodnie ze schematem. Na nawierconej płytce PCB umieść i przylutuj LM386, zmienny rezystor 10kΩ, rezystor 1,2kΩ, rezystor 4,7kΩ, 2x tranzystor BF199, potencjometr 25kΩ, kondensator 10µF oraz kondensator 470µF. Przed podłączeniem zasilania sprawdź orientację tranzystorów i kondensatorów elektrolitycznych.
Schemat odbiornika radiowego FM.
Lutowanie elementów na płytce PCB.
Rozmieszczenie poszczególnych komponentów.
PODSUMOWANIE
Budowa prostego radia FM to dobry sposób na poznanie obwodów rezonansowych, tranzystorowych stopni wysokiej częstotliwości i wzmacniaczy audio. Staranny montaż według schematu pozwoli uruchomić przenośny odbiornik, ale jakość działania będzie zależeć również od rozmieszczenia elementów, anteny i dokładności strojenia. Bardziej rozbudowane konstrukcje mogą zapewniać większą czułość, selektywność i stabilność.
Jeżeli potrzebujesz pomocy przy projekcie płytki lub montażu układu, skontaktuj się z nami.