Transceiver DIGITAL 2004

W ostatnim czasie wiele mówi się o możliwościach własnoręcznego złożenia z oferowanych kitów wielopasmowego transceivera KF dobrej jakości. Wśród krótkofalowców wywiązała się nawet dyskusja, które urządzenie jest lepsze: K2 czy CDG 2000?
My chcemy zwrócić uwagę na najnowszą wersję transceivera krajowej produkcji: DIGITAL 2004. Zamieszczamy schemat i opis działania tego nowoczesnego urzadzenia.

W urzadzeniu można wyróżnić cztery podstawowe układy elektoniczne:
- system zasilania i przełączania
- odbiornik (RX)
- nadajnik (TX)
- część cyfrowa transceivera (syntezer częstotliwości)
System zasilania i przełączania
Napięcie zasilające jest doprowadzone do transceivera poprzez bezpiecznik 4A. Zabezpiecza on wraz z diodą 1N4001 układy transceivera przed odwrotnym włączeniem zasilania. Zasilanie PA i drivera jest dołączone na stałe. Ich napięcie bramek przy wyłączonym zasilaniu pozostałych stopni wynosi 0V i tranzystory te nie pobierają prądu z zasilacza. To rozwiązanie pozwoliło zastosować włącznik zasilania małej mocy. Po włączeniu urządzenia zasilanie jest doprowadzone do układu przełączania N/O oraz stabilizatorów 5V. Tym napięciem jest zasilana większość układów transceivera, co zapewniło szeroki dopuszczalny zakres zmian napięcia zasilającego. Jest to szczególnie ważne przy zasilaniu urządzenia z zasilacza niestabilizowanego lub akumulatora. Głównym elementem układu przełączania N/O jest przekaźnik antenowy. Jeden z jego przełączników przełącza antenę na tor nadajnika lub odbiornika, a drugi przełącznik przełącza napięcie zasilające na pozostałe stopnie nadajnika lub odbiornika. W torze nadajnika tym napięciem jest zasilany mieszacz nadajnika, wzmacniacz w.cz. nadajnika oraz stabilizator 5V, który wytwarza przede wszystkim napięcie do polaryzacji drivera i PA. W torze odbiornika niestabilizowanym napięciem jest zasilany wzmacniacz w.cz., mieszacz, pierwszy wzmacniacz p.cz. oraz wzmacniacz m.cz. PTT wewnętrzne lub zewnętrzne steruje mikrokontrolerem oraz przez układ tranzystorowy przekaźnikiem.
W DIGITAL 2004 został zastosowany układ kołowy toru SSB odbiornika i nadajnika, po raz pierwszy zastosowany w transceiverze TRAPER 2002. Tak jak w Traperze jest on przełączany przełącznikiem diodowym oraz diodowo-tranzystorowym. Przy nadawaniu doprowadza się do niego sygnał m.cz. ze wzmacniacza mikrofonowego lub sygnał stałoprądowy, uzyskując na jego wyjściu sygnał p.cz. SSB lub nośnej, a przy odbiorze doprowadza się do niego sygnał p.cz., uzyskując sygnał m.cz., CW lub SSB. Ciekawie został rozwiązany układ przełączania zakresów, dzięki któremu została wyeliminowana konieczność stosowania wielu przekaźników elektromechanicznych, które zawsze zajmują dużo miejsca, pobierają sporo prądu i nie są tanie. W transceiverze, aby zmienić zakres, należy przełączyć filtry wyjściowe nadajnika, filtry pasmowe nadajnika i odbiornika, syntezer częstotliwości oraz VCO. Głównym przełącznikiem zakresów w tym rozwiązaniu jest podwójny przełącznik sześciopozycyjny umieszczony wprost na płytce transceivera. Dla sygnału w.cz. przełącza on filtry wyjściowe nadajnika. Przełącznik ten przełącza również sygnał stałoprądowy sterujący mikrokontrolerem, a za jego pośrednictwem syntezerem częstotliwości oraz sterujący tranzystorowo-diodowym przełącznikiem wybierającym odpowiedni filtr pasmowy. Te same filtry pasmowe pracują w nadajniku i odbiorniku i są przełączane z układu N/O za pomocą przełączników diodowych. Dzięki specjalnie sterowanemu pojedynczemu VCO, fizycznie wcale ono nie jest przełączane. Po prostu po przełączeniu zakresu syntezer sam przestraja VCO na odpowiednią częstotliwość. Dzięki temu, że VCO dla zakresów 0-10MHz pracuje poniżej częstotliwości pośredniej, a dla zakresów 10-30MHz powyżej pośredniej częstotliwości, automatycznie jest przełączana również wstęga SSB.
Odbiornik (RX)
Sygnał z gniazda antenowego transceivera poprzez układ przełączania jest doprowadzony do wybranego filtru pasmowego, a z niego do wzmacniacza wejściowego odbiornika, który pracuje z wysokoprądowym tranzystorem FET J310 w układzie z uziemioną bramką. Wzmacniacz ten ma wzmocnienie kilkanaście dB. Po jego wyłączeniu kanał tranzystora pracuje jako rezystor i spełnia rolę kilkudecybelowego tłumika. W efekcie wyłączenie wzmacniacza zmniejsza wzmocnienie odbiornika o ok. 20dB. Ze wzmacniacza sygnał w.cz. jest doprowadzony do wejścia mieszacza odbiornika. Mieszacz ten pracuje na dwóch tranzystorach MOS-FET BF964 w układzie z uziemionymi (dla sygnału odbieranego) bramkami. Do mieszacza jest również doprowadzony (wzmocniony przez tranzystor BF959) sygnał heterodyny. Odpowiedni produkt przemiany mieszacza zostaje wyselekcjonowany w pierwszym czterokwarcowym filtrze drabinkowym o częstotliwości ok. 40MHz, a następnie wzmocniony w pierwszym wzmacniaczu p.cz. wykonanym na tranzystorze BF970. Wzmocniony sygnał p.cz. jest doprowadzony do drugiego czterokwarcowego filtru drabinkowego i poddany dalszemu wzmocnieniu w następnym stopniu wzmocnienia p.cz. pracującym z tranzystorem BF959. Poprzez włącznik diodowy sygnał p.cz. dociera do ostatniego, dwukwarcowego filtru odbiornika, po którym steruje mieszaczem (produkt-detektorem) zbudowanym na układzie scalonym NE612N.
NE612 generuje również sygnał generatora nośnej doprowadzony do ww. mieszacza. Wynikiem mieszania sygnału p.cz. z sygnałem generatora nośnej jest sygnał wyjściowy małej częstotliwości. Sygnał m.cz. poprzez układ deemfazy (6,8k, 33n) i potencjometr jest doprowadzony do wzmacniacza mocy m.cz., który pracuje na układzie scalonym LM386. Układ ARW oraz pomiaru siły odbieranego i nadawanego sygnału wykorzystuje układ LM358 oraz tranzystor BC547C. Jeden ze wzmacniaczy operacyjnych tego układu wzmacnia sygnał m.cz. wychodzący po układzie deemfazy.
Wzmocniony sygnał zostaje poddany detekcji. Po filtracji napięcie stałe zależne od poziomu odbieranego sygnału jest doprowadzone do automatycznego regulatora wzmocnienia odbiornika, którego funkcję spełnia tranzystor BC547C dołączony do pierwszego wzmacniacza p.cz. Drugi ze wzmacniaczy operacyjnych zawartych w LM358 razem z detektorem w.cz. nadajnika, mikrokontrolerem transceivera i wyświetlaczem LCD, spełnia funkcję S-metra i wskaźnika mocy wyjściowej nadajnika.
Cały tor odbiornika charakteryzuje się bardzo małym szumem własnym, bardzo dużą dynamiką i odpornością na skrośne modulacje i można w tej dziedzinie porównywać go z najlepszymi aktualnie urządzeniami, a na pewno jest lepszy od wielu starszych modeli transceiverów znajdujących się na rynku.
Nadajnik (TX)
Wejście mikrofonowe transceivera jest przystosowane do dołączenia typowego mikrofonu elektretowego. Po przełączeniu transceivera na nadawanie wewnętrznym PTT można też używać mikrofonu wewnętrznego. Sygnał z mikrofonu jest doprowadzony do wzmacniacza, który pracuje na tranzystorze BC547. Wzmacniacz ten, dzięki swej charakterystyce częstotliwościowej, spełnia również rolę układu preemfazy. Wzmocniony sygnał jest doprowadzony do modulatora nadajnika. W modulatorze działa układ scalony NE612N, który w odbiorniku pracował jako produkt-detektor. Tak jak w odbiorniku, również w taki sam sposób w nadajniku pracuje generator nośnej. W wyniku zmieszania obu sygnałów, na wyjściu modulatora pojawia się sygnał DSB o dwóch wstęgach bocznych. Sygnał ten, poprzez włącznik diodowo-tranzystorowy, jest podany na czterokwarcowy filtr drabinkowy. W filtrze tym zostaje wytłumiona jedna z wstęg sygnału. Z filtru sygnał SSB o częstotliwości około 40MHz jest doprowadzony do mieszacza nadajnika, który jest wykonany na układzie scalonym SO42P. Do tego mieszacza jest doprowadzony także sygnał VCO. Wynik mieszania sygnałów VCO i SSB, czyli sygnał KF, jest poddany filtracji w filtrze pasmowym LC, a następnie wstępnemu wzmocnieniu przez wzmacniacz pracujący na dwóch tranzystorach BFR96. Następnym stopniem nadajnika jest driver zrealizowany przy zastosowaniu dwóch połączonych równolegle tranzystorów MOS-FET BS170.
Stopień końcowy nadajnika pracuje na tranzystorze MOS-FET IRF530. Oba ostatnie stopnie nadajnika podczas pracy CW są kluczowane.
Przy CW sygnał nadajnika jest wytwarzany tak, jak przy SSB, z tą różnicą, że do modulatora jest doprowadzony - zamiast sygnału mikrofonowego - sygnał stałoprądowy rozrównoważający modulator, w efekcie czego na jego wyjściu zamiast sygnału DSB pojawia się sygnał nośnej. Wszystkie stopnie wzmocnienia nadajnika są skompensowane częstotliwościowo w celu uzyskania możliwie równego wysterowania i mocy w pełnym zakresie częstotliwości. Sygnał nadajnika jest doprowadzony poprzez szerokopasmowy transformator, przełączany filtr dolnoprzepustowy, przekaźnik antenowy, do gniazda antenowego. W paśmie 28MHz uzyskana została moc wyjściowa 6W, w paśmie 24MHz - 8W, a na pozostałych pasmach moc 10-12W.
Część cyfrowa transceivera (syntezer częstotlwości)
Heterodyna transceivera to układ VCO wykonany na tranzystorze MOS-FET BF964 pracujący w zakresie 30-70MHz. Tranzystor VCO jest zasilany, w celu nieprzesterowywania diody pojemnościowej, napięciem ok. 1V. Wygenerowany przez VCO sygnał jest doprowadzony do separatora w układzie wtórnika emiterowego (BF970), a następnie do wzmacniacza VCO (BF959). Z transformatora wyjściowego tego wzmacniacza sygnał VCO jest doprowadzony do syntezera UNISYNT 2002A, a konkretnie do jego preskalera, będącego dzielnikiem częstotliwości przez 256. Wyjściowy sygnał preskalera o częstotliwości ok. 117- 273kHz jest doprowadzony poprzez wzmacniacz BF959 do wejścia detektora fazy/częstotliwości 74HCT4046. Do drugiego jego wejścia jest podany, również wzmocniony przez następny wzmacniacz BF959, sygnał wzorcowy generowany przez scalony syntezer DDS AD9835BRU. Syntezer ten jest programowany trójprzewodową magistralą przez mikrokontroler AT89S8252/UNISYNT2002 zawierający oprogramowanie transceivera. Mikrokontroler steruje również wyświetlaczem LCD i przyjmuje rozkazy z klawiatury i układu gałki strojenia transceivera, a przy nadawaniu spełnia również rolę klucza elektronicznego. Mirokontroler jest zasilany poprzez układ przedłużający czas jego pracy po wyłączeniu zasilania (kondensator 1000ľF oraz własny zegar LC) oraz układ wykrywający fakt wyłączenia zasilania (dioda Zenera 4V7), dzięki czemu mikrokontroler ma czas na zapisanie w swej pamięci ostatniej częstotliwości pracy. Podczas normalnej pracy mikrokontroler jest synchronizowany zewnętrznym generatorem wzorcowym. Generatorem wzorcowym (16777216Hz) dla AD9835BRU i mikrokontrolera jest generator kwarcowy z powielaczem częstotliwości wykonanym na układzie 74HCT00. Ten układ scalony steruje również powielaczem napięcia wykonanym na siedmiu diodach i sześciu kondensatorach. Wytworzone w powielaczu napięcie 25V zasila wzmacniacz błędu częstotliwości/fazy syntezera (LM358). Wzmacniacz ten jest sterowany w czasie poszukiwania właściwej częstotliwości VCO przede wszystkim detektorem częstotliwości, a po zsynchronizowaniu PLL, tylko niskoszumnym detektorem fazy zawartym w układzie 74HCT4046. Detektor częstotliwości wówczas nie generuje żadnych przebiegów. Wzmacniacz błędu spełnia również rolę filtru dolnoprzepustowego. Układ ten w sposób wolny w czasie, ale w szerokim zakresie, reguluje częstotliwość VCO. Drugi układ regulacji VCO, czyli ww. detektor fazy, poprzez oddzielny filtr dolnoprzepustowy i drugą diodę pojemnościową, słabo sprzężoną z VCO, reguluje w wąskim zakresie, ale szybko, fazę chwilową VCO, eliminując jego szumy fazowe. Rozwiązanie to pozwoliło na właściwe sterowanie w szerokim zakresie jednego VCO bez zmiany parametrów U/f pętli PLL lub stosowania kompromisowego filtru PLL.
Informacje końcowe
Całe urządzenie jest zmontowane na jednej płytce drukowanej 220x120mm.
Sposób uruchomienia i testy przedstawimy w jednym z kolejnych numerów ŚR.
Więcej informacji można uzyskać na następujących stronach:
- www.eter.ariadna.pl/sp3abg,
- www.qsl.net/sp3abg.

Pełny tekst artykułu na stronach magazynu