BH1417F立體聲調頻發射機的製作

    今天筆者要介紹的是一款容易DIY的FM調頻發射器，採用FM 調頻發射技術對立體聲音頻信號進行發射，使用普通的具有FM調頻收音功能的接收器(如無線耳機或收音機)就可以接收。而且使用了控制頻率穩定電路，使頻率不再漂移。如果在DIY過程中選件和加工稍微用心一點，此FM立體聲發射器發射出的立體聲信號分離度可以達到50dB，失真小於0.3%，而且電路的穩定性大大加強。 就收發效果而言，已基本接近正規的FM電台。

一、立體聲調頻發射電路圖解析
    為了降低DIY的難度，我們可以選擇專用的調頻發射集成電路來完成此發射器，筆者重點推薦東洋公司(ROHM)的調頻立體聲發射專用晶元BH1417F。BH1417F是一款集立體聲調製、FM 調製、頻率合成和RF放人器等功能於一體的大規模集成電路，僅僅需要很少的外圍元器件就能夠獲得優異的立體聲調頻信號，其內部功能框圖和引腳功能如圖1所示。
 
    應用BH1417F打造立體聲調頻發射器的應用電路如圖2所示。該電路大致分為互個部分：由BH1417F 的22、21、20、19、1、2、3、4管腳配合與其連接的分立元件組成立體聲信號輸入和立體聲調製部分；15、16、17、18管腳設定載波頻率；BH1417F的5、7、9、10、12管腳配合於其連接的分立元件，構成調頻載波的頻率振蕩和射頻調製部分；13、14管腳外接晶體振蕩器形成系統時鐘；6、8為電源部分；11腳與外部連接的元件構成調頻信號發射部分。
 
    立體聲信號通過1、22腳輸入，配合2、3、20、21這幾個管腳外部的阻容組合，完成立體聲信號的低通、預加重和調製，調製后的複合信號通過5腳輸出。15、16、17、18腳輸入的頻率代碼經過解碼和鑒相后，由7腳輸出PLL振蕩器的控制信號VCO。此VCO控制外部的分立元件組成的高頻振蕩電路產生FM 調頻的載波信號，並通過一個達林頓三極體2SD2142對5腳輸出的複合立體聲信號進行FM 頻率調製。調製后的信號通過9腳輸入到BH1417F，經過內部的射頻放大器放大后的射頻信號由11腳輸出。輸出后的信號可以直接接到發射天線上進行發射，或者輸入到射頻功率放大器進行放大后發射，以擴大發射距離。13、14腳需要外接7.6MHz的晶體振蕩器，提供給BH1417F內部的鑒相、立體聲信號調製等部分所需要的穩定時鐘。
    由BH1417F內部工作昕需的時鐘部是來自7.6MHz的晶振，而晶振的工作頻率一般都十分穩定。外部調頻載波信號和載波調製電路都使用VCO(壓控振蕩)控制的PLL(鎖相環)電路進行工作，鎖相環電路也足以頻率穩定性著稱，在大多數通信電路中部用來穩定系統頻率和產生系統時鐘。所以，由BH1417F組成的調頻發射器發射頻率十分穩定，不會在發射過程中出現跑頻或者自激振蕩。
    如果完全按照技術白皮書來依葫蘆畫瓢，在實際的DIY過程中你會發現圖2中的一些元件並不好找。因此，為方便讀者進行實際製作，筆者對電路和元件稍做了改動，並優化了一部分比較重要的元件，經過實際試驗達到了不錯的效果(圖3)。
    由於存在音頻相關電路，所以相關的器件需要選擇對音頻重放有利的型號。如圖中涉及到音頻信號耦合的電容，一般選用無極性的大廠CBB，甚至WIMA的MKP此類發燒音響用電容也不過分。圖3中標示出的元件是經過重新改動的，其參數如表1所示。
表1：改動后電路中使用的主要元件
R1 電阻 1／4W 47kΩ 選用5色環金屬膜的較好
R2 電阻 1／4W 47kΩ 選用5色環金屬膜的較好
R3 電阻 1／4w 3.3kΩ 選用5色環金屬膜的較好
R4 電阻 1／4W 6.9kΩ 選用5色環金屬膜的較好
C1 無極性電容1uF 選用無感XBB系列較好好
C2 無極性電容1uF 選用無感CBB系列較好
C3 無極性電容1uF 選用無感CBB系列較好
C4 電解電容 22uF 選用損耗角小的系列較好
C5 電解電容 22uF 選用損耗角小的系列較好
Q1 高頻三極體9018 β值盡量高
Q2 高頻三極體9018 β值盡量高
L1 電感 5T 直徑0.6～1毫米漆包線繞制5圈，線圈直徑4毫米左右
    改進后的電路，把電位器換成了普通的電阻，達林頓三極體用兩個常用的9018來組合，去掉了天線輸出部分的“GFWB3”這個極難採購的帶通濾波器，並優化了音頻迴路中的信號質量，對於提高可製作性和信號發射質量有很大的幫助。這樣，在具體DIY製作中，僅有BH1417F這個主晶元和KV1417E這個變容極管相對來說難購買一些，但通過郵購或大型電子市場還是可以買到的。BH1417F的價格大約14～18元，KV1417E的價格在2元左右。

二、無線調頻發射器的製作
    讀者可以使用萬用試驗電路板按上述的電路圖進行搭制。焊接過程中，首先要將BH1417F這個貼片SOP22封裝的器件使用轉接板進行轉接，然後再通過引線焊接到試驗板中心的位置。
    焊接貼片元件的時候，要使用細頭的電烙鐵。先對晶元進行焊盤定位， 並固定住四個腳上的焊盤， 然後再逐一焊接其他焊盤。為了避免BH1417F各管腳短路，可以先向轉接板上的焊盤鍍上一層很薄的錫，然後依次用烙鐵燙各管腳，使錫融化，即可牢固焊接。
    對其他分立元件，如果有條件的話，在上板之前用萬用表等儀器測試一 下，判斷其好壞。兩個9018三極體盡量選用β值高的，並無需進行配對。L1電感需要自行繞制，製作時，可以使用一段直徑0.6～1mm的漆包線在直徑為4 mm的圓棒上繞制5圈，繞制后，抽出圓棒，把線圈兩端的漆磨掉上錫即可。在進行有極性的電解電容焊接時，必須注意電容的極性，如果焊錯的話，通電后電容肯定爆漿。
    焊製成功后，一定要仔細襝查一下電路再通電。筆者在實踐過程中發現，供電電源的質量對整機的穩定性和信號的保真度有較大的影響。建議大家使用LM317或7805等三端穩壓電路進行供電。當然，最方便的就是使用USB介面取電了。要注意的是。BH1417F的供電電壓不要超過6V，推薦使用5V。否則會對晶元造成損害。通電后，一般無需做測試，只要BH1417F沒有發熱，就可以給L－CH和R－CH兩端輸入立體聲信號，然後設置15、16、17、18腳來確定一個發射頻率進行發射。建議在調試時，把這些管腳用10 K的電阻接到電源負極，這樣設置出來的頻率就是87.7MHz，便於調試。這些管腳和發射頻率的對應關係如表2。
表2 針腳定義(L：低電平：H：高電平)
 
    上圖中的87～89MHZ的頻段是可以直接設置使用的，不必對振蕩電路參數進行調整。如果要使用106～107MHZ頻段的話，則需要對振蕩電路中的幾個電容值進行調整，此處不進行詳細的敘述，留給讀者自行研究。
    如果在確保焊接正確的情況下 ，發射器卻不能正常工作，怎麼辦?此時，你可以試著慢慢撥動一下L1線圈的各匝間距。如果你的收音機在對應頻率點還是沒有接收信號，你就需要檢查電路其他部分有沒有焊接失誤。由於二極體的個體差異都較大。如果讀者焊制的發射器工作失真很大的話，就需要對9018的偏置幅度進行倜整，也就是說需要調整BH1417F的第7腳連接的20K電阻的阻值以達到滿意的效果。

三、發射器效果與進一步改進的思路
    此發射器接上約50cm長的電線做天線，在開闊地段有效發射距離大概是10米左右，對於在家庭房間內接收音樂或使用無線話筒而言已經足夠。但是，如果你要使用在其他場合的話，需要提高發射功率，也就是在天線輸出的地方加上高頻功率放大器。對於高頻功率放大器，受限於各種法規約束，在此我們不做過多討論。
    另外，由於BH1417F的發射頻率是調整15、16、17、18這4個管腳的電平進行控制的。所以，上述電路DIY成的FM調頻立體聲發射器在調整發射頻率時不是很方便。為了提高實用性，讀者可以進一步使用常規數字電路74HC4040，對BH1417F的4個頻率設管腳的電平進行控制，如圖6所示。
 
    圖6中，僅用一個輕觸的按鍵就可以做到頻率的切換控制，以LED燈進行頻率(代碼)的指示。具體的原理，請大家自己研究。
    此文僅是筆者在製作FM 調頻立體聲發射器過程中的一些實踐和看法，並非教科書。由於筆者水平有限，出錯之處在所難免，如果讀者有疑問或者有更好的想法和思路，望大家不吝賜教。