Сейчас уже трудно установить, кому первому пришла в голову мысль объединить автомобильный приемник с магнитофоном. Даже при наличии сети станций радиовещания удовлетворить музыкальные вкусы всех слушателей невозможно и попытки использования магнитофона в автомобиле предпринимались давно. Практическая реализация этой идеи стала возможной с появлением различных вариантов магнитофонной кассеты, упрощающих водителю и слушателям манипуляции с магнитофоном. Конкурировавшие между собой на рынке домашней аудиот ехники компакт-кассета, предложенная фирмой Philips в 1964 году и так называемая EL-кассета, несколько большего размера, продолжили борьбу и на рынке автомагнитол. В EL-кассете использовалась лента шириной 6,25мм (как в катушечных магнитофонах), скорость ее движения также была "катушечной" - 9, 53 см/с. Несмотря на более высокие технические параметры, со временем этот стандарт потерпел полное поражение - для массового потребителя малые габариты компакт-кассеты перевесили ее недостатки, поэтому к середине 70-х годов EL -кассеты полностью вышли из употребления. Этому способствовало и быстрое улучшение качества магнитных лент, головок, да и самих кассетных магнитофонов.

Появившаяся несколько позже картридж-кассета в равной степени обязана своим рождением автомобилю и модной в ту пору квадрафонии (автомобиль благодаря определенному расположению слушателей относительно акустической системы способствовал попыткам внедрения квадрафонического звуковоспроизведения). В картридж-кассете, предназначавшейся, прежде всего, для распространения готовых квадрафонических (четырехдорожечных) фонограмм также использовалась широкая лента, но особенность кассеты была не в этом. Рулон ленты был бесконечным - лента вытягивалась из середины рулона и наматывалась на него снаружи и перемотка не была предусмотрена. Это качество преподносили в тот момент как дополнительный фактор безопасности - водителю уже не нужно отвлекаться от управления. Кстати, в некоторых странах водителю запрещается управлять магнитолой во время движения, что в немалой степени способствовало появлению органов дистанционного управления, монтируемых на руле. К сожалению, конструкция картридж-кассеты оказалась не самой удачной. Несмотря на малую длину ленты - всего 25 метров - она нередко запутывалась, не помогло и введение графитовой смазки. Поэтому к концу 70-х годов производство аппаратуры с картридж-кассетой было прекращено.

В СССР автомагнитолы появились еще в начале 70-х годов. Первоначально это были привезенные из-за рубежа экземпляры, рассчитанные главным образом, на использование компакт-кассет, но вместе с иностранными автомобилями к нам иногда попадали аппараты других типов. Первый отечественный автомобильный проигрыватель компакт-кассет (еще не магнитола) "Электрон-501" появился в 1976 году и сразу стал "хитом сезона". Конструкция его не отличалась особой оригинальностью, но оказалась удивительно надежной, а сама модель стала редкой долгожительницей и претерпела несколько модернизаций. В конце 80-х - начале 90-х годов его даже продавали в виде набора узлов для самостоятельной сборки.

Основные функции и конструктивные решения у большинства автомагнитол, примерно одинаковы, а схемотехника достаточно традиционна. Но компоновка аппаратов прошла через несколько этапов. Первоначальная компоновка передней панели, унаследованная от автомобильного радиоприемника (две ручки по краям, шкала в центре), была продиктована конструкцией штатного посадочного места в автомобиле и достаточно долго сдерживала разработчиков. Разместить дополнительные органы управления на маленькой панели совсем непросто, поэтому широкое распространение получили соосные регуляторы. Обычно левыми регуляторами регулировали громкость, баланс и тембр ВЧ, а правыми производили настройку и переключатели диапазоны приемника. Для других органов управления места практически не оставалось.

В самых первых магнитолах кассету устанавливали в кассетоприемник лентой вперед (подобная компоновка сохранилась в аппаратах отечественного производства и поныне), но очень скоро появились ЛПМ, в которых кассета устанавливалась лентой вправо, что позволило на сэкономленном месте разместить дополнительные органы управления. Однако конструкция оставалась внешне симметричной, а крепление магнитолы в автомобиле по-прежнему производилось при помощи гаек на осях регуляторов. В конечном итоге производители автомобилей и автомобильной радиоаппаратуры выработали некий стандарт, определяющий установочные габариты магнитолы. Это позволило ввести унифицированные соединители ISO для подключения магнитолы к бортовой сети автомобиля, применяемые всеми европейскими производителями. Следующим шагом стал отказ от симметрии передней панели, что позволило улучшить эргономику.

Первоначально магнитолы устанавливали в автомобиле стационарно, однако участившиеся кражи заставили и производителей обратить внимание на улучшение сохранности аппаратуры. Так появились съемные модели, которые владелец мог унести с собой, покидая машину. Этот метод предотвращения кражи до сих пор остается самым эффективным, но и самым неудобным. Введение микропроцессорного управления магнитолами позволило применить санкционирование доступа (кодирование), используемое обычно в аппаратах достаточно высокой ценовой категории. Для того, чтобы включить магнитолу, необходимо установить в нее специальную карточку с кодом или ввести кодовую комбинацию с клавиатуры. К сожалению, на каждый замок найдется отмычка, и расшифровать код краденой магнитолы - дело техники. Поэтому после перехода от аналоговых регуляторов тракта ЗЧ к цифровым широкое распространение получили съемные передние панели, на которых сосредоточены все органы управления, однако, как показывает практика, и этот метод - не панацея.

стандартами. В первую очередь это относится к радиоприемнику. Для моделей, ориентированных на Западную Европу, обязательно наличие пом имо диапазона УКВ 88-108 мГц диапазонов длинных и средних волн, а во многих моделях имеются и коротковолновые диапазоны 41 и 49 м, на которых в ряде стран ведется местное вещание. В моделях для Восточной Европы также обязательно наличие диапазонов длинны х и средних волн, но коротковолновые диапазоны практически не встречается, а диапазон УКВ либо имеет границы 65,8-74 мГц, либо разбит на два поддиапазона.

В моделях для США и азиатско-тихоокеанского региона нет длинноволнового диапазона, кроме того, в моделях для азиатско-тихоокеанского региона используется диапазон УКВ 76-90 мГц. Поскольку в США для радиовещания принята другая сетка частот, то модели для американского рынка могут оказаться непригодными для использования в других странах и наоборот. (В США шаг сетки частот в диапазоне средних волн 10 кГц, в диапазоне УКВ - 50, в Европе 9 и 25 кГц соответственно, а переключение сетки частот предусмотрено далеко не во всех синтезаторах частоты приемников). Специально для стран СНГ фирма Sony выпускает модели магнитол "стерео плюс" не только с расширенным УКВ-диапазоном, но и двухстандартным стереодекодером "стерео плюс", рассчитанным на стереосигналы как с пилот-тоном, так и с полярной модуляцией.

И наконец, есть особенности, которые можно объяснить только традициями. Так, для европейских и азиатских моделей характерна установка кассеты узкой стороной вперед, лентой вправо. Для большинства отечественных и ряда моделей производства США - широкой стороной вперед. Кроме того, в США страсть к большим автомобилям распространилась и на магнитолы, поэтому многие аппараты для американского рынка имеют удвоенную высоту (2 DIN). В 70-х и 80-х годах там были популярны блочные автомагнитолы, которые в миниатюре повторяли домашние радиокомплексы - дека, эквалайзер, тюнер, усилитель. Однако объяснить отсутствие стереодекодеров в отечественных автомагнитолах невозможно даже традициями, хотя по результатам опроса, проведенного журналом "Радио" более десяти лет назад, именно стереофонический прием радиопередач признан важнейшей функцией приемника.



Поскольку магнитолы - прямые потомки автомобильных радиоприемников, то и рассказ об их схемотехнике уместно начать с радиоприемного тракта. Для радиоприемной части автомагнитол характерно использование уже зарекомендовавших себя решений и некоторый консерватизм. Так, использование обычных конденсаторов переменной емкости (КПЕ) с воздушным диэлектриком в первых автомобильных приемниках приводило к модуляции сигнала из-за вибрации пластин, поэтому для настройки стали применять блок катушек переменной индуктивности - ферровариометр, который продолжали использовать и после того, как появились КПЕ с твердым диэлектриком, свободные от указанного недостатка. Ферровариометры применяли вплоть до широкого распространения специализированных микросхем синтезаторов частоты.

В качестве примера рассмотрим средневолновый тракт магнитолы RoadStar модели конца 80-х годов, выполненный полностью на дискретных элементах (рис.1). Хотя схема и выглядит теперь несколько архаичной, она построена по проверенным временем принципам традиционной схемотехники. Настройка производится ферровариометром. Входная цепь образована контуром L2C1 и дросселем L1, устраняющим помехи по зеркальному каналу. С катушки связи L3 сигнал поступает на первый каскад на транзисторе VT1 - резонансный УВЧ. Для упрощения сопряжения контуров и снижения опасности самовозбуждения на высокочастотном участке диапазона добротность контура L4C4 снижена резистором R3. Каскад на транзисторе VT2 - преобразователь частоты с совмещенным гетеродином. С контура ПЧ L5C7 через катушку связи L6 сигнал поступает на резонансный усилитель ПЧ, выполненный на транзисторе VT3. Нагрузка усилителя - полосовой фильтр L11C11C12L13C14. Сигнал с первого контура поступает на детектор АРУ, выполненный на кремниевом диоде VD1. Напряжение АРУ поступает на базы транзисторов УВЧ и УПЧ, уменьшая их усиление при сильных сигналах. Со второго контура сигнал поступает на детектор сигнала, выполненный на кремниевом диоде VD2. На диод через резисторы R13R14 подается небольшое напряжение, повышающее чувствительность детектора.



Рис - 1. Смотреть в новом окне

Большая часть магнитол имеет полностью раздельные тракты АМ и ЧМ, что вызвано стремлением упростить коммутацию и повысить качественные показатели. Выполняются они, как правило, на микросхемах, причем в моделях более высокого класса используются микросхем ы меньшей степени интеграции. Это объясняется тем, что при совмещении на одном кристалле нескольких функциональных узлов усиливается их взаимное влияние, что неизбежно приводит к ухудшению параметров. В особо качественных трактах используются каскады на дискретных транзисторах. Совмещение же трактов АМ и ЧМ в одной микросхеме (частичное либо полное) встречается только в простых моделях с аналоговой настройкой.

В качестве примера можно привести схему радиоприемного тракта магнитолы UNISEF выпуска 1995 г. (рис.2). По такой же или сходной схеме выполнен радиоприемный тракт практически всех дешевых автомагнитол азиатского производства с аналоговой настройкой. Тракты АМ, ЧМ и стереодекодер выполнены на одной микросхеме CXA1238 фирмы Sony, включенной по типовой схеме. Перестройка приемника производится счетверенным блоком конденсаторов переменной емкости. Коммутация диапазонов - внутренняя по выводу 15, единственный орган управления - переключатель SA1. Сигналы диапазона СВ выделяются входной цепью L1C2L5CP2.1 и поступают на вход тракта АМ (вывод19). Контур гетеродина L7C6CP2.2 подключен к микросхеме полностью. Широкополосная входная цепь диапазона УКВ образована контуром L2C3C1, далее сигнал после резонансного УВЧ (нагрузка - контур L3C5CP1.1) поступает на преобразователь частоты. Широкополосный УПЧ общий для обоих трактов, избирательность определяется пьезофильтрами ZF1 и ZF2. Резонатор ZF3 входит в состав ЧМ-детектора с ФАПЧ. Стереодекодер помимо основной функции выполняет функции линейного усилителя в тракте АМ. Подстроечным резистором RP1 устанавливают режим работы стереодекодера (частота поднесущей - 38 кГц, синхронизируемая пилот-тоном).. Конденсаторы C21 , C22 совместно с резисторами R10,R11 образуют цепи компенсации предискажений.

Рис - 2. Смотреть в новом окне



Поскольку в современной аппаратуре тракт АМ стал дополнительным, а тракт ЧМ является основным, то его конструкции уделяется основное внимание. Структура этого тракта такова: резонансный УВЧ (возможна АРУ либо дискретное управление усилением), преобразователь частоты, пьезофильтр ПЧ, широкополосный УПЧ, частотный детектор, стереодекодер. Число настраиваемых контуров - от двух до четырех, в зависимости от требований, предъявляемых к избирательности приемника. УВЧ и преобразователь частоты выполнены, как правило, на одной микросхеме (например, TA7358AP или KA22495), реже - на дискретных элементах (в моделях высокого класса). УПЧ и стереодекодер также представляют собой отдельные микросхемы, хотя есть и комбинированные, объединяющие эти два узла.

В качестве примера рассмотрим тракт ПЧ ЧМ и стереодекодера автомагнитолы "Road Star" выпуска 1993 г. (рис.3). С выхода преобразователя частоты сигнал ПЧ частотой 10,7 мГц поступает на апериодический первый каскад УПЧ. Его задача - согласовать преобразователь с пьезокерамическим фильтром ZF1 и компенсировать потери в нем. Далее сигнал поступает на широкополосный УПЧ. Фазосдвигающий контур L1C3, настроенный на ПЧ, входит в состав частотного детектора. После детектора комплексный стереосигнал поступает на стереодекодер. Установка режима его работы производят резистором R7. Конденсаторы C11, C12 совместно с элементами коммутатора сигнала (на схеме не показаны) образуют цепи компенсации предыскажений.

Рис - 3. Смотреть в новом окне

Структура входных каскадов тракта ЧМ - резонансный УВЧ и преобразователь частоты с отдельным гетеродином - также традиционна. В старых моделях УКВ-блок выполнен на дискретных биполярных транзисторах и представляет собой единую конструкцию с ферровариометром. В настоящее время широко применяют настройку контуров варикапами, причем исключительно в радиоприемных трактах с синтезаторами частоты (в петле ФАПЧ). В отечественных автомобильных приемниках часто применяют для настройки многооборотные резисторы. Настройка конденсаторами сейчас применяется только в дешевых моделях, выполненных с совмещенным трактом АМ-ЧМ на микросхемах. Поскольку при таком построении в составе тракта УКВ есть только один перестраиваемый контур на выходе УРЧ, избирательность по зеркальному каналу невысока.

В крупных городах, где много УКВ-станций, а их мощность ограничена, высокая чувствительность приемника при недостаточной селективности только ухудшает качество приема. Входные каскады на биполярных транзисторах в таких условиях создают значительные перекрестные искажения. Для получения высокой избирательности и чувствительности в высококачественных трактах УКВ использовали двухкаскадные УРЧ и дополнительный перестраиваемый полосовой фильтр. С этой же целью в последние годы в трактах УКВ среднего и высокого класса все чаще применяют полевые транзисторы. Благодаря их высокому входному сопротивлению сохраняется добротность контура и повышается уровень сигнала, а малая проходная емкость способствует высокому усилению, что позволяет обойтись всего одним каскадом УРЧ.

Смеситель преобразователя частоты как в интегральном, так и в дискретном исполнении выполняется исключительно на биполярном транзисторе по схеме с общим эмиттером. В этом отношении тракт ЧМ отечественных автомобильных радиоприемников, построенный с применением балансного смесителя на микросхеме К174ПС1, гораздо совершеннее. Сигнал РЧ и сигнал гетеродина в рассматриваемых смесителях подают в цепь базы, а сигнал ПЧ частотой 10,7мГц выделяется в коллекторной цепи одиночным контуром. Избирательность по соседнему каналу полностью определяется пьезокерамическим фильтром в тракте ПЧ.

Гетеродин тракта УКВ на дискретных элементах выполняют обычно по схеме емкостной трехточки. В преобразователях частоты интегрального исполнения используются гетеродины на двух транзисторах, контур гетеродина подключается к ним только двумя точками. В радиоприемных трактах с аналоговой настройкой обязательно используется неотключаемая автоматическая подстройка частоты гетеродина при помощи варикапа в контуре гетеродина, управление которым производится с выхода частотного детектора. В радиоприемных трактах с цифровой настройкой за стабильность частоты гетеродина отвечает синтезатор частоты, при этом в специальных элементах подстройки нет необходимости. Неотъемлемая часть практически всех современных блоков УКВ - буферный каскад для подачи сигнала гетеродина на синтезатор частоты или цифровую шкалу, которая все чаще применяется в аппаратах с аналоговой настройкой вместо традиционной шкалы. Для обеспечения стабильности частоты гетеродина связь буферного каскада с контуром гетеродина минимальна, иногда через емкость монтажа. Катушки УРЧ и гетеродина обычно бескаркасные, намотаны медным эмалированным проводом диаметром 0,6-1,0 мм с диаметром витка 4-6 мм. Сопряжение контуров выполняется подгибанием крайних витков, после настройки витки катушки фиксируют парафином или компаундом.

В качестве примера рассмотрим УКВ-блок автомагнитолы Yamaha YX-9500 выпуска 1996 г. (рис.4) В нем есть несколько интересных технических решений, характерных и для аппаратуры других производителей.

Рис - 4. Смотреть в новом окне

Сигнал с антенны через конденсатор связи C1 поступает на входной контур L1C2C3VD1. Перестройка блока по частоте производится изменением управляющего напряжения на варикапах VD1-VD3. Резонансный УРЧ выполнен на двухзатворном полевом транзисторе VT1. Особенность построения каскада заключена в том, что входной сигнал подан на второй затвор, а первый затвор используется для регулировки усиления. Транзистор VT2 - ключ, изменяющий смещение на первом затворе VT1 (а, следовательно, и усиление) по команде от управляющего микропроцессора. Для получения оптимального согласования и устойчивой работы во всем диапазоне частот применено включение нагрузки - контура L3VD2 - через катушку связи L2.

На входе смесителя включен режекторный контур L4C8, настроенный на промежуточную частоту. Он уменьшает вероятность перегрузки смесителя сигналами с частотой, близкой к промежуточной. Усиленный входной сигнал и сигнал гетеродина подаются на базу транзисто ра смесителя VT3. Сигнал ПЧ частотой 10,7 мГц выделяется в коллекторной цепи и подается на УПЧ через катушку связи L6.

Гетеродин собран на транзисторе VT4 по традиционной схеме емкостной трехточки. Контур гетеродина L7VD3 для получения возможно более высокой добротности слабо связан как с транзистором гетеродина, так и с буферным каскадом на транзисторе VT5. Конструкция тракта ПЧ и стереодекодера аналогична уже рассмотренной - согласующий каскад на транзисторе, два пьезофильтра, УПЧ на микросхеме LA1140 и стереодекодер на микросхеме LA3375.

Контурные катушки намотаны медным эмалированным проводом диаметром 0,8 мм, диаметр витка 5 мм и имеют следующие данные: L1 - 6,5 витков, L2 - 2,5 витка, L3 - 6,5 витков, L7 - 5,5 витков. Катушки фильтров: L4 - стандартный дроссель индуктивностью 0,68 мкГн, L5,L6 - стандартный фильтр ПЧ 10,7мГц (конденсатор С* входит в конструкцию фильтра). Чувствительность тракта - 2,5 мкВ, избирательность по соседнему каналу - 45 дБ.

Рассмотренное построение радиоприемного тракта характерно, главным образом, для аппаратуры европейских производителей. В современных массовых моделях автомагнитол японского производства все шире применяются совмещенные радиоприемные тракты второго поколения, полностью выполненные на одном кристалле. Например, фирма Sanyo производит микросхему LA1883M, размещенную в корпусе с 64 выводами, работающую в комплекте с микропроцессором. Подобные тракты применяют в своих магнитолах фирмы Sony, Kenwood, Pioneer.

Рассказ о радиоприемных трактах АМ и ЧМ завершим рассмотрением синтезаторов частоты, без которых уже немыслим современный автомобильный радиоприемник или автомагнитола. Широкое распространение с средины 80-х годов синтезаторов частоты полностью изменило представление об автомобильном приемнике. Помимо высокой стабильности частоты настройки даже в отсутствие полезного сигнала, появились такие функции, как автоматическая настройка, сканирование фиксированных настроек, настройка на станции с наилучшим качеством сигнала, память настроек и др.

Попытки ввести дополнительные функции в управление радиоприемником предпринимались и ранее, но их технические решения распространения не получили. Более-менее удачно была реализована только автоматическая настройка в диапазоне УКВ. Зарядка конденсатора в интеграторе изменяла его выходное напряжение, подаваемое на варикапы для настройки приемника в диапазоне частот. Сканирование прекращалось по сигналу системы бесшумной настройки, которая контролировала уровень полезного сигнала в полосе пропускания ПЧ, и интегратор переводился в режим хранения. Удержание станции производила система АПЧ. Настройка сохранялась до выключения приемника или получения команды на дальнейшую перестройку. Попытки ввести аналоговую память настройки успеха не имели, как и попытки применения подобных систем в диапазонах АМ.

Синтезаторы частоты современных приемников выполнены по схеме с ФАПЧ (в англоязычной терминологии PLL - Phase Locked Loop). Принципы построения подобных систем известны: сигнал гетеродина после деления частоты сравнивается по частоте и фазе с опорным сигналом, частота которого равна шагу сетки частот в выбранном диапазоне. Полученный в результате сравнения сигнал ошибки изменяет частоту гетеродина таким образом, что она становится равна опорной частоте, умноженной на коэффициент деления. Быстродействие синтезаторов первого поколения было недостаточным, поэтому в диапазоне УКВ их использовали в комплекте с внешним делителем частоты. Набор функций был крайне ограничен.