เครื่องรับวิทยุ FM
เครื่องรับวิทยุแบบ FM ในปัจจุบันนี้เป็นแบบ ซุปเปอร์เฮท หรือเรียกชื่อให้เต็มในภาษาอังกฤษว่า ซุปเปอร์เฮทเทอโรดาย (Superheterodyne) โดยรับคลื่นที่มีขนาด 88 – 108 MHz. หลักการโดยทั่วๆ ไปก็เหมือนกับเครื่องรับวิทยุ AM อย่างไรก็ตาม เครื่องรับแบบ FM นั้น มีข้อแตกต่างและสาระสำคัญปลีกย่อยแตกต่างกว่าเครื่องรับ AM อยู่มาก
การทำงานของแต่ละภาคจะอธิบายได้ดังนี้
1. สายอากาศ (Antenna) จะทำหน้าที่รับสัญญาณคลื่นวิทยุที่ส่งจากสถานีต่างๆ เข้ามาทั้งหมดโดยไม่จำกัดว่าเป็นสถานีใด ถ้าสถานีนั้นๆ ส่งสัญญาณมาถึง สายอากาศจะส่งสัญญาณต่างๆไปยังภาค RF โดยส่วนใหญ่สายอากาศของเครื่องรับวิทยุ FM จะเป็นแบบไดโพล (Di-Pole) ซึ่งเป็นสายอากาศแบบสองขั้ว จะช่วยทำให้การรับสัญญาณดียิ่งขึ้น
2. ภาคขยาย RF (Radio Frequency Amplifier) จะทำงานเหมือนกับเครื่องรับวิทยุ AM คือจะทำหน้าที่รับสัญญาณวิทยุในย่าน FM 88 MHz. – 108 MHz. เข้ามาและเลือกรับสัญญาณ FM เพียงสถานีเดียวโดยวงจรจูนด์ RF และขยายสัญญาณ RF นั้นให้แรงขึ้น เพื่อให้มีกำลังสูง เหมาะที่จะส่งไปบีท (Beat) หรือผสมในภาคมิกเซอร์ (Mixer) โดยข้อแตกต่างสำคัญของภาคขยาย RF ของเครื่งรับ AM และ FM คือ วิทยุ FM ใช้ความถี่สูงกว่า AM ดังนั้นการเลือกอุปกรณ์มาใช้ในวงจรขยายจะต้องหาอุปกรณ์ที่ให้การตอบสนองความถี่ในย่าน FM ได้ และต้องขยายช่องความถี่ที่กว้างของ FM ได้
3. ภาคมิคเซอร์ (Mixer) จะทำงานโดยจะรับสัญญาณเข้ามาสองสัญญาณ ได้แก่สัญญาณ RF จากภาคขยาย RF และสัญญาณ OSC. จากภาคโลคอลออสซิลเลเตอร์ เพื่อผสมสัญญาณ (MIX.) ให้ได้สัญญาณออกเอาท์พุตตามต้องการ สัญญาณที่ออกจากภาคมิกเซอร์มีทั้งหมด 4 ความถี่ คือa) ความถี่ RF ที่รับเข้ามาจากวงจรจูน RF (RF)b) ความถี่ OSC. ที่ส่งมาจากภาคโลคอล ออสซิลเลเตอร์ (OSC.)c) ความถี่ผลต่างระหว่าง OSC. กับ RF. จะได้เป็นคลื่นขนาดกลางหรือที่เรียกว่า IF (Intermediate Frequency) ได้ความถี่ 10.7 MHz.d) ความถี่ผลบวกระหว่าง OSC. กับ RFความถี่ที่วงจรจูนด์ IF ให้ผ่านมีความถี่เดียว คือความถี่ IF เท่ากับ 10.7 MHz. ไม่ว่าภาคขยาย RF จะรับความถี่เข้ามาเท่าไรก็ตาม และภาค OSC. จะผลิตความถี่ขึ้นมาเท่าไรก็ตาม เมื่อเข้าผสมกันที่ภาคมิกเซอร์แล้วจะได้ความถี่ IF เท่ากับ 10.7 MHz. ออกเอาท์พุตเสมอ
4. ภาคโลคอล ออสซิลเลเตอร์ (Local Oscillator) ทำงานเหมือนกับเครื่องรับวิทยุ AM คือ ผลิตความถี่ที่มีความแรงคงที่ขึ้นมา ความถี่ที่ผลิตขึ้นจะสูงกว่าความถี่ที่วงจรจูนด์ RF รับเข้ามาเท่ากับความถี่ IF คือ 10.7 MHz. เช่น วงจรจูนด์ RF รับความถี่เข้ามา 100 MHz. ความถี่ OSC. จะผลิตขึ้นมา 100 MHz. + 10.7 MHz. = 110.7 MHz.ความแตกต่างของภาคนี้ระหว่างวิทยุ AM และ FM อยู่ที่วงจรเรโซแนนท์ที่กำเนิดความถี่ขึ้นมาต่างกัน ทำให้ L, C ที่ใช้ใน FM จะใช้ค่าน้อยกว่าของ AM และการกำเนิดความถี่ OSC. ของวิทยุ FM จะต้องมีวงจร AFC (Automatic Frequency Control) มาคอยควบคุมเพื่อควบคุมให้ความถี่ OSC. กำเนิดขึ้นมา เมื่อผสมกับความถี่ RF แล้วได้ความถี่ IF 10.7 MHz. ที่เพิ่มขึ้นหรือลดลงตามสัญญาณเสียงที่ผสมมา ในระบบการผสมคลื่นแบบ FM ความถี่ IF จะเพิ่มขึ้นเมื่อมีสัญญาณเสียงช่วงบวกผสม และจะลดลงเมื่อสัญญาณเสียงช่วงลบผสม ดังนั้นวงจร OSC. จะต้องมีความถี่เพิ่มขึ้นเล็กน้อยเมื่อความถี่ RF ที่รับเข้ามามีสัญญาณเสียงช่วงบวกผสม และจะลดลงเล็กน้อยเมื่อความถี่ RF ที่รับเข้ามามีสัญญาณเสียงช่วงลบผสม เมื่อผสมสัญญาณที่ภาคมิกเซอร์จึงได้ IF ที่ถูกต้อง AFC ดังกล่าวจะถูกส่งมาจากภาคดีเทคเตอร์ และจะทำงานโดยอัตโนมัติ
5. ภาคขยาย IF (Intermediate Frequency Amplifier) จะทำหน้าที่เหมือนเครื่องรับวิทยุ AM และยังสามารถขยายความถี่ IF ทั้งของ AM และ FM ได้ ในเครื่องรับวิทยุบางรุ่นที่มีทั้ง AM และ FM ในเครื่องเดียวกัน อาจใช้ภาคขยาย IF ร่วมกันทั้งวิทยุ AM และวิทยุ FM คือขยายความถี่ IF ให้มีระดับความแรงมากขึ้นแบบไม่ผิดเพี้ยน โดยภาคขยาย IF ของคลื่น FM นั้นขยายความถี่ได้ตลอดย่าน 10.7 MHz. นับว่ามีความถี่สูงกว่าเครื่องรับ AM ซึ่งโดยปกติเครื่องรับแบบ AM มีความถี่เพียง 455 kHz. เท่านั้น ส่วนที่แตกต่างกันระหว่าง IF ของ AM และ FM คือ ในส่วนวงจรจูนด์ IF เพราะใช้ความถี่ไม่เท่ากัน ค่าความถี่เรโซแนนท์ต่างกัน การกำหนดค่า L, C มาใช้งานต่างกัน
6. ภาคดีเทคเตอร์ (Detector) ดีเทคเตอร์ของเครื่องรับ FM นั้นมีความแตกต่างกับเครื่องรับ AM ทั้งนี้เพราะวิธีผสมคลื่นของสถานีส่งทั้งสองแบบนี้ไม่เหมือนกัน โดยภาคดีเทคเตอร์ทำหน้าที่แยกสัญญาณเสียงออกจากความถี่ IF แต่จะแตกต่างกันในระบบการแยกเสียง เพราะในระบบ AM สัญญาณเสียงถูกผสมมาทางความสูงของคลื่นพาหะ สามารถแยกได้โดยใช้ไดโอดหรือทรานซิสเตอร์ร่วมกับ R, C ฟิลเตอร์ก็สามารถตัดความถี่ IF ออกเหลือเฉพาะสัญญาณเสียงได้ ส่วนในระบบวิทยุ FM สัญญาณเสียงจะผสมกับพาหะ โดยสัญญาณเสียงทำให้คลื่นพาหะเปลี่ยนความถี่สูงขึ้นหรือต่ำลง ส่วนความแรงคงที่ ไม่สามารถใช้วิธีการดีเทคเตอร์แบบ AM ได้ ต้องใช้วิธีพิเศษ เช่น ดิสคริมิเนเตอร์ (Discriminator), เรโชดีเทคเตอร์ (Ratio Detector), เฟส ล็อค ลูป ดีเทคเตอร์ (Phase Lock Loop Detector) เป็นต้น จะแตกต่างจากของ AM โดยสิ้นเชิงในส่วนดีเทคเตอร์นี้จะมีสัญญาณถูกส่งออกสองทาง คือ ทางหนึ่งส่งต่อไปภาคขยายเสียง อีกทางหนึ่งจะถูกผ่านชุดฟิลเตอร์อีกครั้งหนึ่ง เพื่อแปลงสัญญาณเสียงเป็นแรงไฟ DC เพื่อส่งย้อนกลับมาควบคุมวงจรกำเนิดความถี่ OSC. เป็นแรงไฟ AFC
7. ภาคขยายเสียง (Audio Frequency Amplifier) ใช้งานร่วมกับของเครื่องรับวิทยุ AM ได้ เพราะทำหน้าที่ขยายเสียงที่ส่งมาจากภาคดีเทคเตอร์ ให้มีระดับความแรงมากขึ้นแบบไม่ผิดเพี้ยนพอที่จะไปขับลำโพงให้เปล่งเสียงออกมา โดยในเครื่องรับวิทยุบางแบบอาจมีภาคขยายเสียงในตัว แต่บางแบบอาจจะไม่มีเครื่องขยายเสียงในตัว แต่จะมีอยู่ต่างหาก เครื่องรับวิทยุที่มีเครื่องขยายเสียงภายนอกเรียกว่า จูนเนอร์ (Tunner)
8. ภาคจ่ายกำลังไฟ (Power Supply) ทำหน้าที่จ่ายแรงดันไฟ DC เลี้ยงวงจรของเครื่องรับวิทยุ FM ซึ่งจะต้องใช้วงจรเรกกูเลเตอร์ (Regulator) ควบคุมแรงดันไฟ DC ให้คงที่เพื่อเลี้ยงวงจร ทำให้คุณภาพของเครื่องรับวิทยุ FM ดีขึ้น
ภาคฟร้อนท์เอนด์ (Front End)
ในเครื่องรับ FM นั้น ทางด้านฟร้อนท์เอนด์เกี่ยวเนื่องกับคลื่นที่มีความถี่สูงมากที่เรียกว่า VHF หรือที่เกี่ยวกับ UHF ได้แก่ภาคขยาย RF, มิกเซอร์ และโลคอลออสซิลเลเตอร์
หน้าที่สำคัญของ ฟร้อนท์เอนด์ มีดังนี้
ก. เลือกสถานีใดสถานีหนึ่งที่ผู้ฟังต้องการจะหมุนหน้าปัด เครื่อง FM เกือบทุกเครื่องมีภาคขยาย RF จึงมีความสามารถในการแยกสถานี (Selectivity)ได้ดีและไวต่อการรับ (Sensitivity)
ข. เปลี่ยนสัญญาณของสถานีให้เป็นคลื่น IF ซึ่งมีความถี่เท่ากับ 10.7 MHz.
ภาคโลคอลออสซิลเลเตอร์ จะประกอบด้วยส่วนประกอบของวงจร 3 วงจร คือ ภาคกำเนิดความถี่หรือจูนด์ OSC. จะกำเนิดความถี่ขึ้นมาสูงกว่าความถี่ที่รับเข้ามาจากภาคจูนด์ RF เท่ากับความถี่ IF (10.7 MHz.) เช่น จูนด์ RF รับความถี่ของสถานี FM ที่ความถี่ 90 MHz. ภาคจูนด์ OSC. จะกำเนิดความถี่ขึ้นมา 100.7 MHz. (90 MHz. + 10.7 MHz. = 100.7 MHz.) ส่งผ่านความถี่ OSC. ไปเข้าวงจรขยายความถี่ OSC. วงจรขยายความถี่ OSC. จะส่งสัญญาณออกสองทาง คือ ทางหนึ่งไปเข้าวงจรมิกเซอร์ อีกทางหนึ่งไปเข้าวงจรป้อนกลับทางบวก (Positive Feedback) มากระตุ้นวงจรจูนด์ OSC. ให้กำเนิดความถี่ขึ้นมามีระดับความแรงคงที่สม่ำเสมอ และส่งผ่านภาคขยายออกไปเข้าภาคมิกเซอร์ภาคมิกเซอร์จะรับสัญญาณเข้ามาสองทาง คือความถี่ RF จากวงจรจูนด์ RF และความถี่ OSC. จากภาค OSC. เข้ามาผสมกันได้สัญญาณออกสี่สัญญาณ คือ
1. ความถี่ RF 90 MHz.
2. ความถี่ OSC. 100.7 MHz.
3. ความถี่ OSC. – RF = 100.7 MHz. – 90 MHz. = 10.7 MHz
4. ความถี่ OSC. + RF = 100.7 MHz. + 90 MHz. = 190.7 MHz.สัญญาณความถี่ทั้งสี่จะถูกส่งไปเข้าวงจรจูนด์ IF 1 ถูกกำหนดให้ตอบสนองความถี่ที่ความถี่ IF คือ 10.7 MHz. จึงกรองผ่านเฉพาะความถี่ IF ส่งต่อไปภาคขยายความถี่ IF ต่อไป
สัปดาห์ที่ 16 เทคนิคการจูนเสียง เครื่องเสียงรถยนต์
