В помощь радиолюбителю. Выпуск 11

Для тех владельцев персональных компьютеров, которых не удовлетворяет качество звука, воспроизводимого «классическими» пластмассовыми акустическими системами, несомненный интерес представит простой усилитель НЧ, выполненный на микросхеме TDA8560Q от фирмы PHILIPS.

Все детали усилителя размещены на одной печатной плате. Поскольку усилитель подключается непосредственно к звуковой плате ПК, это позволяет обойтись без цепей регуляторов тона, громкости и баланса. Частотные характеристики можно регулировать, например, с помощью программы Win-Amp Player, в состав которой входит десятиполосный эквалайзер. Помимо этого указанная программа обеспечивает возможность регулировки громкости и баланса. При желании можно использовать и другие программные продукты.

Принципиальная схема усилителя для ПК с микросхемой TDA8560Q, приведена на рис. 19.

Рис. 19. Принципиальная схема усилителя для ПК с микросхемой TDA8560Q

Основу предлагаемого усилителя НЧ составляет микросхема TDA8560Q, которая дополнена минимальным количеством внешних элементов. Сама же микросхема установлена на охлаждающий радиатор. На той же печатной плате размещен и трансформатор питания, благодаря чему вся конструкция представляет компактный модуль, который можно разместить в любом подходящем корпусе.

Несмотря на свою простоту, усилитель обладает сравнительно высокими характеристиками. Так, например, перекрестные искажения составляют всего около 0,02 % при выходной мощности 2x15 Вт на нагрузке 8 Ом. Диапазон воспроизводимых частот составляет 20-20000 Гц при искажениях 1 дБ. Усилитель надежно работает при питающем напряжении от 6 В до 18 В. Коэффициент усиления микросхемы составляет 100 (40 дБ).

Детали усилителя расположены на печатной плате размерами 120x160 мм, выполненной из одностороннего фольгированного текстолита или гетинакса. Печатная плата усилителя НЧ приведена на рис. 20.

Рис. 20. Печатная плата усилителя для ПК

Расположение элементов на печатной плате усилителя НЧ показано на рис. 21.

Рис. 21. Расположение элементов на печатной плате усилителя для ПК

Из принципиальной схемы видно, что для того, чтобы собрать данную конструкцию, необходим минимум элементов. Низкочастотные сигналы на входы усилителя подаются через конденсаторы емкостью 0,47 мкФ, динамики подключаются непосредственно к соответствующим выходам микросхемы IO1. Остальные элементы — конденсаторы фильтра цепи питания, а также элементы схемы MODE. Каскад, выполненный на транзисторе Т1, обеспечивает задержку включения усилителя. При включении напряжение питания сначала через резистор R2 будет подано на конденсатор С6, который начнет заряжаться. В зависимости от степени зарядки конденсатора С6 будет изменяться величина напряжения на выходе MODE, что приведет к изменению режима работы усилителя. Так, например, при напряжении U_MODE в пределах 0–2 В усилитель будет находиться в режиме STANDBY и потребляет ток 100 мкА. При напряжении U_MODE в пределах 3,3–6,4 В усилитель будет находиться в режиме MUTE, при этом динамики будут отключены. При напряжении U_MODE более 8,5 В (режим NORMAL) усилитель будет работать в обычном режиме усиления сигнала. Источник питания выполнен по классической схеме с диодным мостиком и фильтрующими электролитическими конденсаторами.

Симметричный предварительный усилитель для микрофона [10]

Использование микрофонов с симметричным выходом и в среде полупрофессионалов стало практически повсеместным. Однако большинство устаревших, а также некоторые современные дешевые микшерные пульты имеют лишь несимметричные микрофонные входы. Естественно, качество воспроизведения сигнала при работе с такими пультами оставляет желать лучшего. Поэтому и был разработан специальный предварительный усилитель на операционном усилителе NE5534, обеспечивающий подключение микрофонов с симметричным выходом к пультам с несимметричным входом. Принципиальная схема симметричного предварительного микрофонного усилителя приведена на рис. 22.

Рис. 22. Принципиальная схема симметричного предварительного усилителя для микрофона

Сигнал от микрофона с контактов разъема К1 через резисторы R1 и R2 подается на соответствующие входы операционного усилителя IC1. Триммером Р1 можно регулировать симметричное усиление каналов предварительного усилителя.

Выход усилителя отделен от последующих каскадов конденсатором С2. Питание устройства осуществляется двуполярным напряжением ±15 В, которое применяется практически в любой звуковоспроизводящей аппаратуре.

Модуль симметричного микрофонного усилителя выполнен на печатной плате размером 26x54 мм, изготовленной из одностороннего фольгированного гетинакса или текстолита. Печатная плата и расположение элементов на ней приведены на рис. 23.

Рис. 23. Печатная плата (а) и расположение элементов (б) симметричного микрофонного усилителя

Поскольку предлагаемое устройство содержит всего несколько деталей, то изготовить его сможет и начинающий радиолюбитель. Единственным регулировочным элементом является триммер Р1. Для регулировки необходимо замкнуть контакты 2 и 3 входного разъема и регулировкой триммера установить на выходе усилителя минимальный уровень сигнала. После этого предварительный усилитель готов к работе. Его можно установить непосредственно в звуковоспроизводящей аппаратуре. Несмотря на свою простоту, такой усилитель значительно улучшит характеристики устройств с несимметричным микрофонным входом.

Миниатюрный усилитель сигнала [11]

Сигнал на выходе микрофона обычно имеет величину нескольких милливольт. Передача такого сигнала к входу микшерского пульта, расположенного на удалении до нескольких десятков метров, часто сопровождается появлением помех, вызванных близким расположением проводки электрической сети 220 В, используемой для подключения, например, аппаратуры световых эффектов. Эти помехи чаще всего выражаются в появлении шумов с частотой 50 Гц.

Одним из вариантов снижения таких шумов является применение симметричной линии. Однако для ее использования необходим симметрирующий трансформатор, который имеет большие габариты и сравнительно дорог. Лучшим решением проблемы является расположение усилителя сигнала, имеющего коэффициент усиления хотя бы величиной от 10 до 100, как можно ближе к источнику сигнала. Для этого можно использовать рассматриваемый далее миниатюрный усилитель, принципиальная схема которого приведена на рис. 24.

Рис. 24. Принципиальная схема миниатюрного усилителя

В качестве активного элемента в предлагаемой конструкции применен обычный операционный усилитель (IO1) в обычном включении, питание которого осуществляется от несимметричного источника с искусственным нулем. Усилитель спроектирован так, чтобы в нем не использовались электролитические конденсаторы, а его размеры были действительно миниатюрными. На входе усилителя установлен резистор R1, который обеспечивает малое входное сопротивление устройства. Коэффициент усиления определяется соотношением величин сопротивлений резисторов R3 и R2 и может находиться в пределах от 10 до 100. При необходимости резистор R1 из схемы можно исключить, величину сопротивления резистора R2 выбрать равной 1 кОм, а емкость конденсатора С1 — около 22 мкФ, при этом величину сопротивления R2 можно изменять в пределах от 10 кОм до 100 кОм. Однако размеры усилителя в этом случае увеличатся, поскольку в качестве конденсатора С1 потребуется использовать электролитический конденсатор.

На выходе усилителя установлен резистор R6, определяющий малое выходное сопротивление схемы. Величина емкости конденсатора С4 и величина сопротивления резистора R6 выбираются в зависимости от параметров последующих устройств. Если в качестве С4 предполагается использовать неэлектролитический конденсатор, то входное сопротивление следующего каскада не должно быть слишком малым. В то же время слишком большое входное сопротивление (сотни Ом и выше) может привести к повышению уровня шумов. Элементы R6 и С4 не обязательно устанавливать на печатную плату усилителя, их можно установить непосредственно на входе следующего каскада. Выводы 1, 5 и 8 микросхемы IO1 не используются, поэтому печатная плата спроектирована так, чтобы они не занимали лишнее место. Перед установкой микросхемы IO1 на печатную плату указанные выводы следует удалить.

Питание усилителя осуществляется напряжением не менее 6 В, при этом входное напряжение усилителя не должно превышать 100 мВ. Для уменьшения потребляемого тока можно использовать операционный усилитель типа TL061 с рабочим током 0,3 мА.

Элементы миниатюрного усилителя расположены на печатной плате размером 20x10 мм, изготовленной из одностороннего фольгированного гетинакса или текстолита. Печатная плата и расположение элементов на ней приведены на рис. 25.

Рис. 25. Печатная плата (а) и расположение элементов (б) миниатюрного усилителя

Настройка миниатюрного усилителя заключается в установке на его выходе напряжения, равного половине напряжения питания. После этого с помощью генератора НЧ и осциллографа следует проконтролировать работоспособность конструкции.

Если предлагаемый усилитель установить непосредственно в корпусе микрофона или звукоснимателя, то помехи, вызываемые наводками от проводов сетевого напряжения, практически исчезнут.

Использование деталей, выполненных по технологии SMT, позволяет уменьшить размеры усилителя до такой степени, что его можно разместить практически в любом устройстве. Единственной проблемой может быть вопрос питания. Для того чтобы в качестве источника питания можно было использовать напряжение, формируемое, например, в микшерском пульте, рекомендуется использовать двухжильный экранированный провод.

Приложение

SIM-КАРТА: ОБЩИЕ СВЕДЕНИЕ

Адаменко М. [12]

Каждый владелец мобильного телефона стандарта GSM хотя бы раз в жизни держал в руках маленький прямоугольник, с помощью которого мобильный телефон в одно мгновение превращается из безжизненных железок и пластмассы в чудо техники. При этом большинство пользователей даже не задумывается о том, почему этот миниатюрный пластиковый кусочек обладает такой волшебной силой. Такие карты используются в сетях мобильной связи системы GSM и называются SIM-картами. Это название происходит от сокращения Subscriber Identification Module. SIM-карта вставляется в специальный слот (картоприемник) мобильного телефона. Каждый оператор мобильной связи для работы в своей сети выпускает специально запрограммированные SIM-карты, которые можно приобрести как с мобильным телефоном, так и отдельно. Следует отметить, что без SIM-карты пользоваться мобильным телефоном по прямому назначению практически невозможно, за исключением звонков по аварийным каналам.

Аналогичные карты применяются не только в сетях мобильной связи, но и как платежные карты, карты для телефонных автоматов, карты для декодирования сигналов спутникового телевидения, карты доступа в системах безопасности, а также карты для других устройств, где требуется высокая степень защищенности. Все эти карты имеют общее название — SMART CARD.

В настоящее время особой популярностью пользуются пластиковые карты, на которых записывается информация, позволяющая применять их не в одной, а в нескольких сферах. Это означает, что при помощи одной и той же карты можно рассчитаться за покупки, сделанные в магазине, и позвонить по мобильному телефону. Однако рассмотрение таких карт выходит за рамки настоящего издания.

К сожалению, в связи с ограниченным объемом предлагаемой книги автор не имеет возможности рассказать обо всех особенностях устройства и функционирования SIM-карт. Тем не менее перед началом рассмотрения некоторых специфических вопросов, касающихся проведения экспериментов с SIM-картой, автор считает необходимым ознакомить читателей с публикуемой далее информацией. Предлагаемые разъяснения не претендуют на академическую точность, поскольку отражают лишь общие вопросы в объеме, вполне достаточном для популярного издания. Также необходимо учитывать, что мобильные технологии стремительно развиваются. Поэтому не исключено, что к моменту выхода данной книги в свет некоторые сведения просто устареют.

Более подробную информацию по рассматриваемым далее вопросам можно найти на специализированных сайтах в сети Internet, а также в некоторых специальных российских и зарубежных изданиях.

Конструкция SIM-карты

В мобильных телефонах системы GSM информация о кодах доступа, а также данные, необходимые для идентификации абонента сети, записываются в микрочип, расположенный в пластиковой карте, которая по размерам совпадает с кредитной картой. В память такой карты также записываются и некоторые другие сведения, например информация о телефонных номерах, о коротких текстовых сообщениях (SMS) и т. п.

Основные нормы и правила, определяющие особенности конструкции пластиковых карт, установлены международным стандартом ICO 7816. Данный стандарт состоит из шести частей, но только три из них имеют основополагающее значение для SIM-карт стандарта GSM. В первой части определяются геометрические размеры и механические особенности пластиковых карт. Вторая часть посвящена картам с электронными чипами, их размещению и размерам. Третья часть указанного стандарта содержит нормы для электросигналов и коммуникационных протоколов.

Микрочип SIM-карты залит в пластмассовом корпусе типа STANDART, который, как уже указывалось, имеет для всех карт одинаковые размеры. От всех остальных карт отличаются только SIM-карты типа PLUG IN. Эти карты также имеют размеры типа STANDART, однако в них вокруг микрочипа имеется перфорация специальной формы, позволяющая при необходимости извлечь микрочип из SIM-карты и вложить в соответствующее приемное устройство, которое специально сконструировано для SIM-карт такого типа. Подавляющее число пользователей именно эту часть пластиковой карты называет SIM-картой. Дискуссия о том, насколько это соответствует действительности, также выходит за рамки данной книги.

Внешний вид и размеры пластиковой карты STANDART приведены на рис. 26.

Рис. 26. Внешний вид и размеры пластиковой карты типа STANDART

В первых мобильных телефонах сети GSM использовались SIM-карты типа STANDART. В коллекции автора сохранились несколько таких аппаратов (например, телефон модели International 7200 из серии MICRO ТАС от фирмы MOTOROLA). В настоящее время все мобильные телефоны сети GSM разрабатываются под SIM-карты типа PLUG IN.

Внешний вид и расположение контактов на SIM-карте типа PLUG IN приведены на рис. 27.

Рис. 27. Внешний вид и расположение контактов на SIM-карте типа PLUG IN

На поверхности SIM-карты расположены несколько контактных площадок. Рисунок этих контактов может быть разным, однако их взаимное расположение и количество должны отвечать требованиям международного стандарта ICO 7816. В соответствии с условиями, установленными данным стандартом, количество таких контактов должно составлять восемь. При этом в современных SIM-картах пока используются только 6 контактных площадок.

Первый контакт (С1) предназначен для подачи напряжения Vcc от внешнего источника питания. Через второй контакт (С2) подается сигнал RESET для микропроцессора. Контакт CLK (СЗ) предназначен для сигнала синхронизации. На пятый контакт (С5) подается нулевой потенциал Gnd. Через контакт I/O (С7) осуществляется обмен данными, иногда этот контакт обозначается как DATA.

На некоторых SIM-картах может быть задействован и контакт С6 для подачи напряжения программирования Vpp. Однако такие карты в последнее время в Европе почти не встречаются.

В настоящее время все чаще можно встретить SIM-карты, в которых не задействован и контакт CLK (С3). В таких картах генератор сигнала синхронизации является составной частью микропроцессора. Контактные площадки С8 иС4 пока являются резервными.

Следует добавить, что более подробную информацию о содержании норм и правил, устанавливаемых стандартом ICO 7816 для SIM-карт, можно найти в сети Internet или в специальной литературе.

Структура памяти SIM-карты

В подавляющем большинстве имеющихся в распоряжении автора SIM-карт разных европейских операторов сетей мобильной связи общий объем памяти составляли ROM-, RAM и EEPROM-память.

Содержимое памяти ROM (Read-Only Memory) записывается оператором сети и обычно содержит операционную систему, управляющую функционированием SIM-карты, а также шифровальные алгоритмы (например, АЗ и А8). Память ROM часто называют постоянным запоминающим устройством (ПЗУ). Объем этой памяти обычно составляет 4–6 Кб, но часто достигает величины 16 Кб.

Память RAM (Random-Access Memory) используется для обеспечения достоверного функционирования шифровальных алгоритмов, а также в качестве буфера при обмене данными. Память RAM часто называют оперативным запоминающим устройством (ОЗУ). Объем ОЗУ SIM-карты обычно составляет 126–160 байт, но часто достигает величины 256 байт.

Дословный перевод расшифровки английского сокращения EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) означает «электрически стираемое программируемое ПЗУ (ЭСППЗУ)». Эта энергетически независимая область памяти предназначена для записи специальной информации (например, код IMSI и ключ Ki), занимает, как правило, 2–3 Кб, но может достигать величины более 8 Кб.

Следует отметить, что указанные объемы памяти довольно приблизительны. Операторы сетей мобильной связи постоянно и небезуспешно работают над усовершенствованием SIM-карт. Например, чешский оператор T-MOBILE (PAEGAS) в начале 2004 г. приступил к распространению так называемых универсальных SIM-карт с объемом памяти 64 Кб. Помимо данных, необходимых для функционирования в сетях стандарта GSM, эти карты содержат алгоритм для работы в сетях UMTS. К особенностям таких SIM-карт следует отнести и поддержку протокола JavaCard 2.1.