Виктор Беседин (UA9LAQ)

Предлагаемый передатчик прост по конструкции, мал по размерам, собран на вполне доступных деталях. Его можно рекомендовать в качестве составной части портативной радиостанции или как экспериментальный для работы в местных УКВ сетях, при настройке антенн и т. д.

Передатчик имеет выходную мощность 1 Вт при напряжении питания 9,5 В, девиацию частоты +/- 3 кГц

Структурная схема передатчика приведена на Рис.1. Сигнал с микрофона поступает на усилитель А1 и с него на модулируемый генератор G1 с кварцевой стабилизацией частоты. Третья, четвёртая или пятая гармоника ЧМ сигнала (в зависимости от частоты применённого кварцевого резонатора) поступает на удвоитель частоты U1. Преобразованный сигнал в пределах двухметрового любительского диапазона усиливается двухкаскадным усилителем и поступает в антенну.

Для увеличения кликните на изображение

На Рис.2 приведена принципиальная схема передатчика. Сигнал с микрофона ВМ1 через разделительный конденсатор С1 и резистор R1, заваливающие нижние частоты ЗЧ диапазона, подаётся на операционный усилитель (ОУ) DA1 и усиливается им. Конденсатор С2 защищает вход усилителя от РЧ наводок. Резистор R4 в цепи отрицательной обратной связи ОУ определяет его усиление. Резисторами R2,R3 балансируют ОУ по постоянному току и, одновременно с этим, устанавливают рабочую точку на характеристике изменения ёмкости варикапной матрицы, связанной с ОУ по постоянному току через резисторы фильтра нижних частот (ФНЧ) R5C4R6.

Напряжение на варикапах пульсирует в такт с частотой звукового сигнала. Их ёмкость включена последовательно в емкостной делитель в цепи обратной связи кварцевого генератора и, следовательно, при возбуждении последнего, его частота также будет изменяться в такт со звуковым сигналом. Задающий генератор выполнен на транзисторе VT1. Кварцевый резонатор ZQ1 включен в цепь базы и возбуждается на частоте параллельного резонанса. Контур L1C9 в коллекторной цепи транзистора выделяет напряжение с частотой в диапазоне 72:73 МГц. С катушкой этого контура индуктивно связан вход парафазного балансного умножителя частоты(в данном случае, удвоителя частоты), работающего на чётных гармониках. Полосовой фильтр (ПФ) L3C13C15L4C16 выделяет напряжение частотой 144:146 МГц (в зависимости от частоты кварцевого резонатора ZQ1), которое с части витков катушки L4, через разделительный конденсатор, поступает на вход первого каскада усилителя, выполненного на транзисторе VT4. Он работает в режиме класса АВ с небольшим начальным смещением, получаемом на параметрическом стабилизаторе напряжения - кремниевом диоде VD3, включенном в прямом направлении прохождения тока. Усиленное и отфильтрованное (ПФ L5C20L6C21) напряжение поступает на оконечный усилитель мощности, собранный на транзисторе VT5. Каких - либо особенностей каскад не имеет, работает в классе С. Усиленное напряжение РЧ (здесь лучше говорить уже о токе или мощности) через фильтр нижних частот, подавляющий высшие гармоники и согласующий каскад с нагрузкой, подаётся в антенну WA1. Конденсатор С26 - разделительный.

Микрофонный усилитель и кварцевый генератор питаются от параметрического стабилизатора напряжения, выполненного на стабилитроне VD1. Светодиод HL1, включенный последовательно со стабилитроном, индицирует включение передатчика.

RC-фильтры R10C10, R12C14, R16C22, а также R14C18 и конденсаторы С3, С5 и С23 повышают устойчивость работы передатчика, развязывая его каскады по питанию.

Антенной передатчика может служить четвертьволновый вибратор, штыревая антенна с укорачивающей катушкой, спиральная. В стационарных условиях приемлем весь арсенал антенн: от GP до многоэлементных и многоярусных. Автор испытывал передатчик с антеннами: GP и 16-элементной F9FT.

Для увеличения кликните на изображение

Передатчик выполнен на плате из двухсторонне-фольгированного стеклотекстолита размерами 137,5 х 22 х 1,5 мм (Рис.3). С верхней стороны платы (на ней установлены детали) вокруг отверстий, в которые вставляют выводы элементов, изолированные от общего провода, фольга удалена зенкованием. Все пайки к корпусу произведены на верхней стороне платы, кроме случаев, когда это конструктивно невозможно (например, при вертикальном монтаже кварцевого резонатора), "Заземлённые" точки на верхней стороне платы соединяют проволочными перемычками с фольгой на нижней стороне платы (эти места на чертеже платы отмечены перечёркнутыми кружками).

В передатчике применены малогабаритные детали, монтаж - плотный. При затруднениях с монтажом часть резисторов и конденсаторов можно разместить со стороны печатных проводников. Транзистор усилителя мощности VT5 установлен сверху платы в перевёрнутом виде (винтом вверх). Крышка его кристалла утоплена в отверстие диаметром 7 мм в плате. Планарные выводы базы и коллектора припаяны внахлёст к вытравленным или вырезанным проводникам на верхней стороне платы, выводы эмиттера припаяны с двух сторон от корпуса к "земляной" фольге. Конденсатор С26 установлен вне платы (между платой и антенным гнездом).

Микрофон расположен в нижней части передатчика (переносной радиостанции), чтобы удалить головной мозг оператора от излучения антенны. Лучше даже использовать выносной микрофон с размещённым на его корпусе переключателем "приём-передача", последнее позволит поднять радиостанцию на вытянутую руку над головой и этим "отодвинуть радиогоризонт", обеспечив радиосвязь на большее расстояние.

В конструкции используются резисторы МЛТ-0,125 (МЛТ-0,25), R11- СП3-38, подстроечные конденсаторы КТ4-23, КТ4-21 ёмкостью 5:20, 6:25 пФ, С1, С7, С8, С17 - КМ, С15 - КД, С5 - К53-1А, остальные конденсаторы - КМ, К10-7, КД. Микрофон ВМ1 - электретный капсюль МКЭ-84-1, МКЭ-3 или, в крайнем случае, ДЭМШ-1а. Стабилитрон VD1 - КС-156А, КС-162А, КС168А.При отсутствии светодиода HL1, можно отказаться от индикации, увеличив сопротивление резистора R17. Диод VD3 - любой кремниевый маломощный малогабаритный, VD2 - варикапная матрица КВ111А, КВ111Б. При использовании отдельного варикапа (КВ109, КВ110), его включают на место VD2.1, резистор R7 удаляют, левый по схеме вывод конденсатора С7 припаивают к точке соединения элементов С6, R6, VD2.2. Операционный усилитель DA1 - любой из серии К140УД6 - К140УД8, К140УД12. ОУ К140УД8 рекомендуется применять при повышенном напряжении питания передатчика (12 В и выше при стабилитроне VD1 - КС168А). На вывод 8 ОУ К140УД12 следует подать управляющий ток через резистор 2 МОм с плюсовой шины источника питания.

В качестве VT1 можно применить любой маломощный транзистор с граничной частотой не ниже 300 МГц, например, КТ315Б, КТ315Г, а также из серии КТ312 и КТ368. Транзисторы VT2:VT4 также маломощные, но с граничной частотой не менее 500 МГц, например, из серий КТ368, КТ316, КТ325, КТ306, BF115, BF224, BF167, BF173. Транзистор VT5 - КТ610А, КТ610Б, КТ913А, КТ913Б, 2N3866, КТ920А, КТ925А. Не все из рекомендованных к использованию транзисторов совпадают по размерам с применённым в авторском варианте передатчика КТ610А. Это нужно учитывать при повторении конструкции. Нежелательно, в целях уменьшения размеров конструкции передатчика применять одну транзисторную сборку в нескольких высокочастотных каскадах, так как из-за сильной межкаскадной связи ухудшатся параметры передатчика: спектральная чистота, появится подвозбуждение и невозможность достижения максимальной выходной мощности.

В передатчике можно использовать кварцевые резонаторы на основные частоты: 14,4:.14,6; 18,0:18,25; 24,0:24,333 МГц или гармониковые (обертонные) на частоты 43,2:43,8; 54,0:54,75; 72,0:73,0 МГц.

Катушки передатчика, кроме L1 и L2, бескаркасные. L1 и L2 расположены на каркасе диаметром 5 мм с ферритовым подстроечным сердечником от УКВ радиостанций, желательно, не хуже 20ВЧ. Если такого нет, то можно применить латунный, алюминиевый или отказаться от сердечника вовсе, пекресчитав количество витков катушек L1 и L2 пропорционально и припаяв небольшой подстроечный конденсатор со стороны печатных дорожек платы. L1 наматывают виток к витку на каркасе, L2 наматывают поверх L1. Между катушками L1 и L2 целесообразно разместить электростатический экран в виде одного незамкнутого витка фольги, "заземлённого" в одной точке (с одной стороны). Катушки L3:L8 размещают на расстоянии 0,5:1,0 мм от платы. Намоточные данные катушек приведены в таблице. Если в контурах передатчика применить катушки с СВЧ ферритовыми подстроечными сердечниками, а конденсаторы ёмкостью не более 10 пФ (вместо подстроечных) упрятать под экраны соответствующих катушек, то выходная мощность передатчика увеличится, уменьшится объём монтажа, настройка контуров будет производиться сердечниками катушек.

Перед налаживанием передатчика необходимо проверить плату на отсутствие коротких замыканий между печатными проводниками. Затем, определяют напряжение, при котором будет работать радиостанция, как среднее арифметическое, между напряжением свежей и разряженной батареи, например: напряжение свежей батареи - 9 В, разряженной - 7 В,

(9 + 7) / 2 = 8 В

При напряжении 8 В и следует настраивать передатчик, этим будет обеспечена минимальная зависимость параметров передатчика от напряжения питания и компромисс, в смысле экономичности. Дело в том, что с повышением напряжения питания увеличивается потребляемый передатчиком ток, не только из-за увеличивающейся мощности раскачки оконечного каскада, но и из-за увеличения тока стабилизации VD1, для увеличения экономичности передатчика полезно этот ток снижать, но тогда есть риск выскочить за нижнюю границу тока стабилизации стабилитрона при снижении напряжения питания, при разрядке батареи. К выходу передатчика подключают эквивалент: два резистора МЛТ-0,5 сопротивлением 100 Ом, соединённых параллельно. От общего провода (при выключенном питании!) отпаивают вывод стабилитрона VD1 и последовательно с ним включают миллиамперметр с током полного отклонения стрелки 30:60 мА. Затем включают питание передатчика. Варьируя напряжением питания от максимального до минимального допустимых, подбором сопротивления резистора R17, добиваются, чтобы при крайних допустимых значениях напряжения питания стабилитрон не выходил из режима стабилизации (минимальный ток стабилизации для КС162А - 3 мА, максимальный - 22 мА). После этого, выключив питание, восстанавливают соединение.

При правильном монтаже и исправных деталях налаживание передатчика продолжают настройкой контуров, используя для контроля резонансный волномер. Вначале вращением подстроечного ферритового сердечника катушки L1 добиваются максимального значения напряжения частотой 72:73 МГц (в зависимости от частоты кварцевого резонатора) в контуре L1C9. Затем последовательно настраивают контурыL3C13, L4C16, полосовой фильтр и фильтр нижних частот по максимуму напряжения частотой 144:146 МГц. Если, при этом, какой-либо подстроечный конденсатор находится в положении максимальной или минимальной ёмкости, то следует в соответствующей контурной катушке, соответственно, сжать или раздвинуть витки с помощью, например, стеклотекстолитовой пластинки (диэлектриком).

После настройки контуров, подбирают сопротивление резистора R9 в кварцевом генераторе, также ориентируясь на максимальное выходное напряжение передатчика, затем балансируют подстроечным резистором R11 удвоитель частоты по наилучшему подавлению на его выходе частоты в районе 72:73 МГц (зависит от применённого кварцевого резонатора). Наличие гармоник и их абсолютный и относительный уровень удобно наблюдать на экране анализатора спектра, который, к сожаленеию, ещё не стал прибором массового применения. Для наиболее "дотошных" настройщиков можно порекомендовать ещё подобрать по максимальной выходной мощности сопротивление резистора R8 и соотношение емкостей конденсаторов С7/С8. В балансном умножителе (удвоителе) частоты подстроечный резистор R11 можно заменить на два постоянных и подобрать их номиналы индивидуально. При этом, нужно не только исходить из максимального подавления частоты в диапазоне 72:73 МГц, но и получения максимального выходного напряжения в диапазоне 144:146 МГц, контролируя её резонансным волномером на контуре L3C13 или на выходе передатчика. В умножителе можно применить и полевые транзисторы, но, в этом случае, придётся увеличить число витков катушки связи L2. При необходимости, частоту передатчика можно (в небольших пределах) скорректировать расстройкой контура L1C9, однако, работа в таком режиме нежелательна из-за риска срыва генерации в кварцевом генераторе при модуляции. В передатчике, вместо удвоителя, можно применить учетверитель частоты. В этом случае, контур L1C9 должен быть настроен на частоты 36,0:36,5 МГц. В задаюшем генераторе можно использовать кварцевые резонаторы на основные частоты: 7,2:7,3; 9,0:9,125; 12,0:12,166; 18,0:18,25 МГц или обертонные: 21,6:21,9; 27,0:27,375; 36,0:36,5; 45,0:45,625; 60,0:60,83 МГц. Следует, однако, учесть, что выходная мощность передатчика с учетверителем частоты будет меньше, чем с удвоителем, кроме того, возможно, придётся включить дополнительные звенья в ПФ и ФНЧ передатчика. При питании передатчика от источника напряжением 12 В можно в целях получения экономии применить в качестве VD1 стабилитроны Д814А, Д814Б, Д818, при этом, необходимо подобрать сопротивление резистора R17, как было указано выше. При подключении дополнительного усилителя мощности, следует полностью экранировать от него передатчик. Передатчик может иметь несколько каналов, для этого на РЧ трансформаторе L1L2 следует разместить столько катушек L1, сколько будет генераторов (каналов), переключаемых по питанию с параллельным включением по ЗЧ.

Для юстировки частоты передатчика дополнительно последовательно с кварцевым резонатором ZQ1 можно включить подстроечнвй конденсатор или катушку индуктивности с подстроечным ферритовым сердечником, в первом случае - частота повышается, во втором - понижается. Плата смонтированного передатчика может быть расположена в его корпусе как горизонтально, так и вертикально. Конденсатор С15 установлен со стороны печатных дорожек. Верхний (по схеме) вывод конденсатора С17 припаян непосредственно к виткам катушки L4. Катушка L2 для обеспечения симметричности мотается двойным проводом, затем, начало одного провода соединяется с концом другого. В статье присутствуют названия зарубежных транзисторов, которые остаются от импортной аппаратуры, имеются в продаже, парадокс: порой зарубежный транзистор найти легче, чем отечественный, да и стоит первый дешевле, чем последний. При желании эксплуатировать передатчик в большом диапазоне питающих напряжений, следует отказаться от светодиода HL1, подобрав заново сопротивление резистора R17, ввести разделительный конденсатор ёмкостью 0,47:0,68 мкФ между точкой подключения резистора R4 к выводу 6 ОУ и резистором R5, подключить параллельно стабилитрону VD1 подстроечный резистор сопротивлением 200:220 кОм, с помощью которого "вывесить" середину модуляционной характеристики варикапной матрицы. Движок дополнительного подстроечного резистора должен быть подключен к точке соединения R5C4R6. Смещение на базу транзистора VT1 можно также подать с резистивного делителя напряжения, позволяющего работать в большем диапазоне питающих напряжений, с более стабильной рабочей точкой. Для прецизионной работы ЧМ модулятора в цепь стабилитрона VD1 может оказаться полезным включение стабилизатора тока, например из [ 2 ]. Последнее можно объяснить желанием получить очень малое изменение напряжения питания, в пределах стабилизационной характеристики: у параметрического стабилизатора на стабилитроне это - 30:40 мВ, у стабилизатора тока - 1...2 мВ. Практически, схема на Рис. 1 из [ 2 ] включается вместо R17, транзистор КП303Е, резистор сопротивлением 100:150 Ом (подбирается по номинальному току стабилизации стабилитрона VD1).

Если от передатчика не требуется полная мощность, то можно обойтись и без оконечного каскада, подсоединив антенну через ФНЧ C24L8C25 к коллектору транзистора VT4 или присоединить антенну к отводу катушки L5 (не более 1:1,5 витка от её "холодного" конца), сохранив конденсатор С20, правый (по схеме) вывод которого подключается к общему проводу: получаем экономичный передатчик карманного типа, который может сослужить добрую службу при, например, настройке антенн. При самовозбуждении передатчика, как было уже указано выше, следует опустить монтаж ближе к фольге укоротить выводы деталей до минимальной разумной длины, у деталей, устанавливаемых вертикально, нижний вывод, ближний к плате должен быть "горячим" по РЧ, развязывающие конденсаторы должны быть РЧ типов и иметь ёмкость 1000:68000 пФ. Как видно из принципиальной схемы, передатчик состоит как бы из двух частей, относительно катушек L1 и L2: кварцевого генератора с ЧМ модулятором и микрофонным усилителем и умножителя частоты с двухкаскадным усилителем мощности. Такое построение позволяет конструктору использовать части передатчика по блочному принципу, заменяя на однотипные, по собственному усмотрению. Относительно указанной "точки пересечения" (L1 и L2) можно произвести "размножение" - использовать несколько кварцевых генераторов с общим микрофонным усилителем, удвоителем частоты и усилителем мощности - мера, когда требуется несколько (до пяти) каналов на передачу с переключением их по постоянному току, при этом потребуется столько катушек L1, сколько используется кварцевых генераторов. Можно также подключить к, например, одноканальному передатчику два усилителя мощности и питать через каждый свою антенну, например, в стеке, или направленные в разные стороны, для увеличения эффективности (вместо GP). Можно также использовать задающий генератор в составе радиостанции для работы через репитеры. Напряжение гетеродина (его роль, в данном случае, выполняет кварцевый гетеродин передатчика на VT1) через катушку связи (несколько витков поверх L1) подаётся на смеситель приёмника, который работает по принципу супергетеродина с низкой промежуточной частотой 600 кГц. Смеситель должен обеспечивать работу на второй гармонике гетеродина (техника прямого преобразования). Можно использовать принцип SYNTEX-72 с подачей напряжения одновременно на два смесителя [ 3 ]. Кстати, система SYNTEX-72 не даёт выигрыша в подавлении зеркального канала по ПЧ2 в частотном плане - это моя ошибка - XCUSE ! Но так как ПЧ "упрятана" дальше в схему радиоприёмного устройства за предлежащие контура и полосовые фильтры, всё-таки, зеркальный канал по ПЧ2 подавлен значительно лучше, чем при одинарном преобразовании с низкой ПЧ, когда используется обычный метод преобразования.

В заключение, хотелось бы выразить благодарность за замечания и пожелания В.К. Калиниченко (UA9MIM).

Таблица 1.

Катушка	Число витков	Провод	Диаметр каркаса, оправки, мм	Длина намотки, мм
		ПЭВ-2 0,64 мм
	6 + 6	ПЭЛШО-0,18 мм
	1,5+3,5	Посеребрённый 0,8 мм
		Посеребрённый 0,8 мм
		Посеребрённый 0,8 мм
		Посеребрённый 0,8 мм
		ПЭВ-2 0,64 мм
		Посеребрённый 0,8 мм

С Уважением Виктор Беседин (UA9LAQ),

Казанский Государственный Технический Университет

имени А.Н.Туполева

Институт Радиоэлектроники и Телекоммуникаций

Кафедра Радиоэлектронных и квантовых устройств

Чм – передатчик

Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине

«Устройства формирования колебаний».

Специальность 201500.

Руководитель: ассистент кафедры РЭКУ Логинов С.С.

Зачетная книжка №

Дата защиты:

Казань, 2005г.

Вариант 8

В задание предъявлены следующие требования к передатчику:

1.Введение 5

2.Предварительный расчет 6

2.1.Оконечный каскад 6

2.2.Предоконечный каскад 7

2.3.Усилитель мощности 1 8

2.4.Усилитель мощности 2 10

3.Расчет НЧ-тракта 13

3.1.Выбор микрофона 13

4.Энергетический расчет каскадов 13

4.1.Автогенератор 13

4.2.Усилитель мощности 2 20

4.3.Эмиттерный повторитель 24

5.Расчет колебательной системы оконечного каскада 27

Список литературы 28

Приложение 29

1.Введение

Любая система связи включает в себя радиопередающее устройство. Задача радиопередатчика – преобразование энергии постоянного тока источников питания в электромагнитные колебания и управление этими колебаниями.

В данной работе производится расчет радиопередающего устройства с частотной модуляцией. Частотная модуляция применяется в передатчиках, предназначенных для низовой телефонной радиосвязи, радиовещания на УКВ, звукового сопровождения телевидения, радиорелейной, тропосферной и космической связи.

ЧМ передатчики более помехоустойчивы, чем АМ передатчики, коэффициент нелинейных искажений ~(0.5...1)% , что меньше, чем при АМ~(2...4)%. Поскольку при ЧМ в идеале амплитуда радиосигнала не изменяется, модуляцию можно осуществлять в маломощных каскадах, а в усилителе мощности задавать энергетически выгодный режим.

Выполнение технических требований предъявляемых к современным передатчикам оказывается сложной задачей, тем более что некоторые из этих требований взаимно противоречивы. Для удовлетворения всех требований приходится использовать прием разделения функций между отдельными составными частями устройства так, чтобы каждая часть выполняла в полной мере свою задачу, в соответствии с установленными требованиями, и не мешала бы другим частям устройства столь же точно выполнять их функции.

Составленная таким образом структурная схема дает возможность разработчику выбрать оптимальную структуру передатчика, определить количество составных частей и технические требования к ним. Проще говоря, структурная схема дает возможность увидеть устройство и принципы работы прибора уже на самом раннем этапе проектирования.

Рассмотрим кратко назначение отдельных элементов структурной схемы передатчика.

Рис 1. Структурная схема.

1- частотно-модулированный автогенератор. Генерирует высокостабильные колебания в заданном диапазоне частот. Далее эти колебания усиливаются в предварительных каскадах 2,4 и поступают на оконечный усилитель мощности 5. Часто предварительные каскады передатчика работают в режиме умножения частоты ВЧ колебаний – 3 умножитель частоты. Это облегчает требования к возбудителю и повышает устойчивость работы передатчика, поскольку усиление ведется на разных частотах. Усилители мощности обеспечивают на входе антенны (или фидера) заданную мощность ВЧ колебаний. Антенная система А излучает ВЧ колебания в пространство. Аналоговая микросхема 6 (усилитель напряжения) предназначена для усиления сигнала малого уровня поступающего с датчика звуковых частот 7.

Проведя достаточно большое количество экспериментов с маломощными ЧМ-передатчиками, вниманию радиолюбителей можно предложить практическую конструкцию передатчика, работающего в FM-диапазоне.

Данный передатчик имеет достаточно хорошие технические характеристики и, несмотря на простоту, может удовлетворить потребности как начинающих, так и опытных радиолюбителей. Устройство используется совместно с любым источником аудиосигнала, например линейным выходом магнитофона или высококачественным микрофоном.

Так как передатчик работает на участке вещания FM-радиостанций, то для исключения помех следует особо тщательно выбирать рабочую частоту. Она должна находиться как можно дальше по частоте от соседних радиовещательных станций.

Принципиальная схема

Принципиальная электрическая схема передатчика приведена на рис. 1. На транзисторе ѴТ1 типа ВС549 собран задающий генератор, частота которого устанавливается подстроенным конденсатором С5.

Для настройки передатчика следует включить бытовой радиоприемник в FM-ди-апазоне и, выключив бесшумную настройку, установить частоту, свободную от сигналов вещательных станций.

При этом в динамике должен быть слышен шум эфира. Далее тщательной подстройкой емкости конденсатора С5 добиваются пропадания шума в динамике приемника.

При этом рабочая частота передатчика будет соответствовать частоте настройки приемника. Так как на данных частотах сказывается влияние металлических предметов (отвертки) на рабочую частоту, то после каждого поворота ротора конденсатора С5 необходимо контролировать передачу внешним радиоприемником.

При сборке схемы следует также убедиться, что ротор С5 соединен с шиной питания +9 В. При этом влияние отвертки на генерируемую частоту будет минимальным. Еще лучше использовать для подстройки емкости С5 самодельную диэлектрическую отвертку, изготовленную из стеклотекстолита с удаленной фольгой.

Рис. 1. Схема простого УКВ ЧМ передатчика с усилителем мощности ВЧ.

Конденсатор СЗ является блокировочным. При этом его емкость выбрана исходя из условия обеспечения моночастотного возбуждения генератора.

Данный конденсатор должен быть высококачественным керамическим, с наименьшей длиной выводов. Этот же конденсатор вместе с резистором R1 образует фильтр нижних частот, ограничивающий полосу частот входного аудиосигнала и, соответственно, ширину спектра ВЧ-сиг-нала передатчика значением 15 кГц.

Все конденсаторы, использующиеся в схеме, должны быть керамическими (за исключением С1). Конденсаторы С4 и С8 должны быть с ТКЕ N750, другие - с ТКЕ NP0.

Принцип работы передатчика

На транзисторе ѴТ1 собран генератор ВЧ по схеме Колпитца. Частота генерации определяется резонансным контуром L1, С4, С5. Высокочастотный сигнал снимается с эмиттера ѴТ1 и поступает на буферный усилитель на транзисторе ѴТ2.

Главная задача буферного каскада заключается в ослаблении влияния антенны передатчика на частоту задающего генератора. Вдобавок к этому буферный каскад дополнительно усиливает полезный сигнал, что приводит к увеличению радиуса действия передатчика.

Коллекторной нагрузкой ѴТ2 является резонансный контур L2, С8, настроенный на рабочую частоту. Конденсатор С10-блокировочный, не пропускающий постоянную составляющую выходного сигнала в антенну.

Сигнал звуковой частоты, являющийся модулирующим, подается на базу транзистора ѴТ1, заставляя пропорционально изменяться протекающий через ѴТ1 коллекторный ток. Изменение коллекторного тока под воздействием аудиосигнала приводи г к изменению генерируемой частоты.

Таким образом, на выходе передатчика формируется модулированный по частоте высокочастотный сигнал. Уровень входного аудиосигнала должен составлять приблизительно 100 мВ.

При указанной на схеме емкости конденсатора С1 полоса частот аудиосигнала снизу ограничивается значением 50 Гц. Для уменьшения нижней частоты модулирующего сиг нала до 15 Гц емкость конденсатора С1 следует увеличить до 1 мкФ.

Данный конденсатор может быть как полиэфирным, так и электролитическим. При использовании электролитического полярного конденсатора его положительный вывод должен быть соединен с резистором R1.

Катушки индуктивности

Обе катушки индуктивности L1, L2 содержат по 10 витков (фактически по 9,5) эмалированного медного провода диаметром 1 мм, намотанного на оправке диаметром 3 мм. После намотки оправка вынимается из катушки.

Эмаль с концов катушек должна быть тщательно удалена, а выводы залужены. На рис. 2 приведена конструкция L1, L2. Обе катушки должны быть установлены горизонтально на расстоянии 2 мм от печатной платы.

Рис. 2. Конструкция L1, L2.

Изготовление катушек индуктивности должно быть выполнено строго по описанию, так как от них зависит рабочая частота передатчика. Приблизительное значение индуктивности L1, L2 составляет около 130 мкГн. Данное значение получено при использовании формулы:

где L - индуктивность катушки, мкГн; N-число витков; r-средний радиус катушки, мм; I-длинна катушки, мм.

Корректоры сигнала

Как правило, в промышленных ЧМ-передатчиках низкочастотный сигнал подвергают искажениям, которые устраняются соответственными цепями в приемном устройстве.

Существует два стандарта - большинство станций в мире используют постоянную времени, равную 50 мкс. В США вещательные УКВ-передатчики имеют постоянную времени цепи предыскажений, равную 75 мкс. Цель, которую хотят достичь при внесении искажений, - снижение уровня шума при приеме полезного сигнала.

В простой конструкции передатчика введение дополнительных корректирующих цепочек в ВЧ-тракте резко усложнило бы схему, поэтому в данном передатчике они отсутствуют.

Для улучшения качества передаваемого ЧМ-сигнала можно воспользоваться двумя схемами предусилителей-корректоров НЧ - микрофонного и линейного (рис. 3, рис. 4).

Рис. 3. Схема микрофонного предусилителя.

Рис. 4. Схема линейного предусилителя.

Используемый в схеме операционный усилитель позволяет получить гораздо меньший коэффициент гармоник по сравнению с транзисторным каскадом.

При этом выходное сопротивление ОУ имеет небольшое значение, позволяющее уменьшить уровень помех и увеличить стабильность частоты передатчика.

При использовании вместе с микрофонным усилителем динамического микрофона резистор R1 в схему устанавливать не нужно, так как он необходим только для питания конденсаторного микрофона. Коэффициент усиления устанавливается резистором R5 исходя из критерия минимальных искажений выходного сигнала.

Его значение зависит от конкретного типа используемого микрофона. Все блокировочные конденсаторы емкостью 0,1 мкФ должны быть керамическими.

Микрофонный усилитель имеет максимальный коэффициент передачи около 22, а линейный предусилитель - около 1. Таким образом, чувствительность с микрофонного входа составляет 5 мВ, а с линейного -100 мВ.

Емкость конденсатора С5 (С4 - для линейного усилителя) выбирается в зависимости от того, где будет использоваться передатчик. Для США данный конденсатор будет иметь емкость 15 нФ (6,8 нФ).

Следует отметить, что сформированный таким образом низкочастотный сигнал не вполне точно соответствует стандарту, однако для любительских целей это не принципиально.

При сборке устройства желательно обеспечить экранирование каскадов высокочастотной части передатчика от низкочастотного предусилителя (микрофонного или линейного). При изготовлении печатной платы необходимо использовать как можно большую поверхность платы в качестве общей шины. Для настройки ВЧ-части передатчика желательно иметь в своем распоряжении частотомер и осциллограф.

5. Список используемых источников

радиопередатчик сигнал чм модулятор

1. Введение. Описание структурной схемы передатчика

В данной курсовой работе для синтеза радиовещательного ЧМ сигнала использован квадратурный КМОП DDS модулятор AD7008. Для управления работой DDS и взаимодействия с PC, а также для контроля за величиной КСВ использован микроконтроллер AT90S2313-10 (f CLK до 10 МГЦ, RISC архитектура). Данные через COM порт PC (интерфейс RS-232C) загружаются в микроконтроллер (порт D pin PD0 (RxD)). Для сопряжения логических уровней контроллера и PC использована микросхема ADN202E.

Для тактирования микроконтроллера использован внешний генератор Go1 гармонического напряжения с кварцевой стабилизацией с частотой 10 МГц. Через логический элемент (для получения прямоугольного напряжения) напряжение тактовой частоты (f clkMC = 10 МГЦ) подается на вход внутреннего усилителя XTAL1 (XTAL2 не задействован).

Напряжение с выхода Go1 через удвоитель частоты и буферные каскады (БК1 и БК2) подается на тактовый вход DDS (от БК1: f clkDDS = 20МГц) и на первый смеситель в качестве напряжения гетеродина (от БК2: f гет1 = 20 МГЦ). Понятно, что напряжение на выходе умножителя должно иметь минимальный уровень высших и субгармоник частоты 20 МГЦ.

Несущая частота на выходе DDS изменяется программным способом в интервале от 2 до 6 МГЦ с шагом 250 кГц (О выборе несущей и тактовой частот DDS будет упомянуто далее). Частотномодулированный сигнал (несущие частоты 2…6 МГЦ) с выхода DDS через преобразователь ток-напряжение (см. далее) подается на вход первого смесителя (СМ1), где происходит перенос в окрестность частот 22…26 МГц. Для подавления зеркального канала (14…18 МГЦ) использован ФВЧ с частотой среза f ср = 21 МГЦ. Далее с помощью второго переноса (СМ2: fгет2 = 47 МГЦ) спектр ЧМ сигнала переносится в окресность рабочей частоты (УКВ ЧМ диапазон 69…73 МГЦ). Для фильтрации зеркальных каналов и высших гармоник применены ФВЧ2 и ФНЧ1 с частотами среза 65 и 75 МГЦ соответственно. Применение фильтров уменьшает уровень внеполосного излучения.

Сигнал с выхода возбудителя, через предварительный усилитель (Pвых = 0.132 Вт) на вход мощной усилительной части передатчика (см. схема электрическая выходного усилителя РЧ).

В качестве активных элементов мощных каскадов взят транзистор 2Т951В

Так как выходная мощность транзистора не достаточна, то использовано суммирование мощности активных элементов.

Предоконечный каскад имеет регулируемый коэффициент усиления по мощности K p = f(U ЦАП), который изменяется в пределах от 0 до 25, таким образом, максимальная мощность на выходе предоконечного каскада должна быть не выше 3.3 Вт.

Регулировка производится изменением величины сопротивления в цепи обратной связи, данное сопротивление управляется напряжением ЦАП, входящего в тракт контроля за КСВ (см. далее).

Выходные и передоконечные каскады собраны по двухтактной схеме, с последующим суммированием мощности (суммирующее устройство на ТДЛ) значения мощностей (с учетом КПД согласующих цепей и цепей суммирования мощности) и коэффициентов усиления по мощности указаны на структурной схеме.

На выходе усилителя стоит цепь согласования (одновременно выполняет функцию полосового фильтра).

Согласование должно быть во всем диапазоне рабочих частот (69..73 МГц)

Схема электрическая выходного усилителя РЧ

2. Аппаратные средства

MicroController: микроконтроллер фирмы Atmel AT90S2313-10

1. AVRRISK архитектура

2. 32 8-ми разрядных регистра общего назначения

3. Тактовая частота до 10 МГц

4. 2 Кбайта программной Flash-памяти

5. 128 байт ОЗУ.

6. Поддержка последовательных интерфейсов SPI и UART.

Для сопряжения логических уровней компьютера и микроконтроллера применена микросхема ADM 202 E

DDS: цифрововй синтезатор AD7008

1) 32 разрядный аккумулятор фазы

2) встроенная таблица отсчетов SIN и COS

3) встроенный 10 разрядный ЦАП

4) токовый выход

ADC : аналогово-цифровой преобразователь AD 9200

1. 10 разрядный КМОП АЦП

DAC : цифро-аналоговый преобразователь AD 8582

3. Описание взаимодействия микроконтроллера и DDS

Частотная модуляция в DDS осуществляется посредством сложения двух квадратурных составляющих с соответствующими весовыми коэффициентами, задача контроллера получить от РС через последовательный порт (интерфейс RS-232C) байт информации (звуковые данные), рассчитать для него соответствующие весовые коэффициенты квадратурных составляющих и отослать их в DDS.

Во время работы с DDS (PD5 = 0), биты (ЦАП:

,, = (notPD5) = 1) и (АЦП: = PD6 = 1), т.е. ЦАП и АЦП (Тракт контроля за КСВ) находятся в третьем состоянии и наоборот при работе с ЦАП и АЦП DDS в третьем состоянии.

Данные в DDS могут вводиться 8-ми и 16-ти-битными (8- и 16-bitDataBus) словами (MPUInterfaceD15…D0), после ввода записываются в 32-битный регистр (32-BITPARALLELASSEMBLYREGISTRY).

При использовании микроконтроллера AT90S23 информацию будем вводить побайтно (порт D контроллера – служебный, порт B - информационный).

Таблица битов взаимодействия

PD6		PD3…PD0	TC3…TC0
PD6		PB7…PB0	D7…D8
PD4	LOAD

Биты ТС3…ТС0 задают направление записи (в какой из регистров будет записана информация из 32-байтного регистра).

При инициализации DDS контроллер должен выполнить следующее (PD5 =

= 0):

1) На вход RESET высокий уровень, происходит обнуление всех регистров DDS (аппаратно).

2) настроить режим работы DDS, для этого в командный регистр отсылаются байты:

3) в регистр частоты FREQ0 REGотсылается 32-разрядное слово, которое является кодом несущей частоты передатчика.

Для этого, в течение четырех циклов записи во входной 32-разрядный регистр (32-BITPARALLELASSEMBLYREGISTRY) побайтно (из порта B контроллера) записывается код. После каждого цикла записи

= 0.

Для регистра FREQ0 REGTC3 = 1; TC2, TC1, TC0 = 0. После этого на входе LOAD = PD4 выставляется высокий уровень и происходит запись содержимого 32-BITPARALLELASSEMBLYREGISTRY в FREQ0 REG. Запись в другие регистры производится аналогично.

Хотя идея создания беспроводного включателя/выключателя может быть тривиальной, разработка, внедрение и понимание происходящего намного сложнее, чем кажется на первый взгляд. На протяжении многих лет я хотел построить ВЧ-передатчик и ВЧ-приемник с нуля, но это всегда оказывалось слишком сложным. На этот раз все будет иначе!

В этой статье мы рассмотрим, что нужно для создания простого ВЧ-передатчика на 27 МГц, различные процессы, которые происходят в передатчике, как все взаимодействует, и протестируем его на некотором измерительном оборудовании. Конечная цель заключается в создании парного с этим передатчиком с приемника, чтобы при передаче на приемнике включался светодиод. Вот как все просто.

Цель и обзор этого проекта

Целью данного проекта является создание ВЧ-передатчика, который может отправить импульсы включения/выключения со своей антенны на некоторый приемник. Передатчик должен быть небольшим и помещаться в мою ладонь и должен действовать в рамках государственного регулирования выходной мощности и частотных диапазонов. Мы будем делать этот передатчик ориентируясь на то, что мы хотим сделать приемник, который включает светодиод во время передачи. Простая идея, но не простая реализация.
Передатчик должен выдавать цифровой сигнал вкл/выкл с частотой 350 Гц и использовать несущую частоту 27.145 МГц. Это должен быть непрерывный передатчик ВЧ волн, поэтому никакой модуляции нет, сигнал просто включен или выключен.

Обзор схемы

Схема этого проекта на самом деле обманчиво проста по сравнению со сложностью того, что происходит в цепи.

Особенности схемы

Задающий генератор

Первый транзистор T1 сконфигурирован так, что возбуждает кварц 27,145 МГц и заставляет его колебаться на своей собственной частоте.

Создание сигнала включения/выключения 350Гц

Таймер 555 сконфигурирован для получения сигнала 350Гц с его вывода 3 и подачи его на цепь нашего передатчика.

Смешение сигналов

Два сигнала, которые мы только что сгенерировали смешиваются на базе T2 и как только они выходят из коллектора транзистора, наш ВЧ сигнал готов для передачи.

Обзор платы

Разводка платы была сделана так, чтобы все детали были расположены очень плотно. Это трудно сделать с выводными элементами, но не невозможно.

Особенности платы

Земля
Земля охватывает всю плату (но прерывается дорожками), так что все элементы, которые должны иметь доступ к земле, легко получают ее. Земля также очень важна, т.к. действует как часть нашей антенны.

Ширина трассировки
Я просто выбрал хорошую ширину для красоты ПП, но кажется, что менее широкие дорожки быть лучше для ВЧ схем … Но я не верю, что на таких низких частотах будет выигрыш в производительности.

Сборка печатной платы

Наша плата готова, и теперь мы будем припаивать на неё все элементы. Так что соберите все элементы вместе, как у меня ниже:

Для начала паяем генератор импульсов включения/выключения на таймере 555. Его работу легко проверить нажав на кнопку питания и измерив его любым вольтметров.

Теперь, припаяйте схему генератора 27,145МГц.

Затем припаяйте схему смесителя.

Наконец, припаяйте последний индуктор 10uH и антенный провод 12"(дюймов) к плате.

Вот вид на пайку снизу:

Точно такой же вид сверху. Разве это не красиво?

Передатчик собран! Теперь давайте пройдемся по теории его работы.

Принцип работы

Вместо того, чтобы сосредоточиться на математической и сырой теоретической сторонах этого простого ВЧ-передатчика, мы сделаем упором на элементы в каждом из этапов. Математика, как/почему эта схема действительно работает, ужасно уродлива и слишком сложна... так что это интересно (для меня) просто построить и «чувствовать» что, где и как работает.
Так что давайте потратим некоторое время, чтобы пройти схему шаг за шагом, чтобы понять каждую часть цепи, её цель и вид сигнала в важных моментах. Мы пройдем через 3 раздела, в первом взглянем на то, как сигналы, которые мы хотим передать, создаются, а затем пойдем дальше, чтобы увидеть, как эти сигналы выглядят, когда мы хотим передать их, а затем, наконец, мы посмотрим на измерения выходной мощности передатчика.

Генерация несущей частоты

Прежде всего нам нужно сгенерировать сигнал, которые мы будем передавать. Вот часть схемы с кварцевым генератором:

Выше вы можете видеть, что схема выдает синусоидальную волну на необходимой нам частоте. Нет фильтрации многих присутствующих гармоник, что незначительно искажает наш результат, но этот сигнал будет работать.

Генерация сигналов включения/выключения

Следующий сигнал, который мы хотим генерировать, является низкочастотным «цифровым» сигналом включения/выключения. Для этого мы используем простой 555 таймер:

На его выходе наблюдаем меандр, что мы и ожидали увидеть. Теперь, давайте посмотрим, что происходит, когда эти два сигнала смешиваются.

Смешение сигналов

После того, как несущая частота 27,145 МГц выходит из конденсатора 150 пФ, она встречается с меандром 555 таймера после резистора 22кОм и эти два сигнала смешиваются (умножаются, если вам хочется). Ниже вы можете увидеть конечный результат этого смешивания и где именно на схеме это происходит:

Меандр от 555 таймера по-прежнему очень заметен и сигнал готов перейти в базу транзистора и будут выглядеть как то, что мы хотим передать.

Получающийся непрерывный сигнал

После того, как смешанный сигнал идет в транзисторе, мощное переключение включения/выключения от 555 таймера помогает делать хороший непрерывный выходной сигнал на нашей несущей частоте, готовый попасть в нашу антенну (после прохождения одного последнего блокировочного DC конденсатора).


Выходит либо гигантская синусоидальная волна с амплитудой 2В между пиками или основные 0В. Расстояние между включением/выключением соответствует нашему первоначальному сигналу 350 Гц. Итак, давайте теперь сделаем несколько измерений мощности, чтобы увидеть, как "мощен" наш передатчик на самом деле!

Анализ спектра

Чтобы убедиться, что передатчик выдает то, что мы ожидаем, прототип передатчика, построенный мной, был подключен к анализатору спектра:



Наша несущая частота, безусловно, видна с самым высоким пиком в 9dmb (около 10 мВт), а затем с обоих сторон видны частоты гармоник. Гармоники всегда ожидаемы в системах, которые не имеют фильтрации.

Последнее, что нужно сделать, это посмотреть, как выглядят наши мощности, что бы убедиться, что правительство не будет охотиться на нас для создания чего-то слишком мощного. Потребляемая мощность на одной пиковой частоте анализируется. Обратите внимание, высокая мощность была на самом деле на 27,142 МГц и не было на 27,145 МГц. На это влияют многие факторы.

Мощные выходные волны, видимые выше, выглядят как меандр, который мы хотели передать, что довольно хорошо, учитывая, что мы смотрим на смешанный сигнал. Это означает, что наш приемник должен иметь менее требовательную схему детекции включения/выключения, которые попадают на 7dBm и -25dBm. Мощность передачи находится в пределах допуска большинства стран.

Данные и наблюдения

Передатчик сам по себе скучная вещь, чтобы смотреть на него в действии. Вы включаете его, и он передает... Вы должны иметь приемник. В следующей статье мы рассмотрим, как построить парный 27МГц приемник и когда это будет, вы сможете посмотреть тестовое видео ниже:

Как только вы посмотрите видео испытания передатчика выше, все сомнения покину т вас, т.к. система работает как задумано и как требуется в целях этого проекта. Вы передаете, светодиод загорается. Вы останавливаете передачу, светодиод гаснет. Превосходно!

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
IC1	Программируемый таймер и осциллятор	ICM7555	1			В блокнот
T1, T2	Биполярный транзистор	2N2222	1			В блокнот
D1	Выпрямительный диод	1N4148	1			В блокнот
С1	Конденсатор	0.1 мкФ	1			В блокнот
С2	Конденсатор	68 пФ	1			В блокнот
С3	Конденсатор	150 пФ	1			В блокнот
С5	Конденсатор	27 пФ	1			В блокнот
С6	Конденсатор	100 пФ	1			В блокнот
С9	Электролитический конденсатор	2.2 мкФ	1			В блокнот
R1	Резистор	100 кОм	1			В блокнот
R2	Резистор	100 Ом	1			В блокнот
R5	Резистор	470 Ом	1