Dzięki takiemu prostemu zabiegowi osiągnięto zdecydowanie większą stabilność
pracy, a także m.in. uproszczono uruchomienie (od razu uzyskuje się przewidywane
pokrycie pasma, bez konieczności ustawiana zakresu przestrajania LC, czyli
nawet bez mierzenia wartości częstotliwości sygnału generatora).
Uzyskany w ten sposób transceiver, choć ma ograniczony zakres pracy (węższe
pasmo), umożliwia normalną pracę w najbardziej atrakcyjnej części pasma
80m bez zauważalnego "płynięcia" generatora, nawet przy bardzo
długim czasie pracy, co było częstym mankamentem przy użyciu tradycyjnego
obwodu LC (szczególnie przy wmontowaniu przypadkowych kondensatorów).
Podstawowe parametry minitransceivera:
- częstotliwość pracy: 3630...3780kHz
- emisja: SSB-LSB
- czułość odbiornika: 0,5ľV (przy 10dB S+N:N)
- moc wyjściowa nadajnika: 2W
- tłumienie niepożądanej wstęgi bocznej: >40dB
- tłumienie fali nośnej: >40dB
- napięcie zasilania: 12V (13,8V)
- wymiary obudowy: 140x140x40mm
Schemat blokowy urządzenia
Podstawowa różnica w stosunku do pierwotnej wersji polega na zastosowaniu
w pośredniej częstotliwości filtru kwarcowego w układzie drabinkowym,
zestawionego z rezonatorów nie o typowych częstotliwościach 6MHz, lecz
o innych, tak dobranych, aby w połączeniu z typowym rezonatorem piezoceramicznym
w obwodzie VXO uzyskać pokrycie interesującego wycinka pasma KF (w opisywanym
układzie 80m).
Ponadto, zamiast dwóch nieprodukowanych już układów scalonych NE602 (NE612),
użyto łatwiej dostępnych SA612 Philipsa. Układy te zawierają wewnątrz
struktury mieszacz i generator i mają prawie identyczne parametry jak
NE (Uzas. 4,5...9V, fmax. 500MHz). Podstawową cechą przedstawionego układu
blokowego, wzorowanego na układzie ATLAS, jest podwójne wykorzystanie
układów SA612 (mieszacz RX/modulator TX, demodulator RX/mieszacz TX).
Schemat elektryczny minitransceivera Antek w nowszej wersji przedstawiono
na rysunku 2.
Zanim zabierzemy się za konkretne rozwiązania, mniej doświadczonym elektronikom
proponujemy prześledzenie drogi sygnału przy odbiorze (od anteny do głośnika)
i przy nadawaniu (od mikrofonu do anteny).
Odbiornik
Odfiltrowany sygnał z anteny za pośrednictwem trójsekcyjnego filtru dolnoprzepustowego
L1...L3 oraz dwuobwodowego filtru pasmowoprzepustowego L4...L6 jest podawany
na pierwsze wejście mieszacza US2-SA612. Filtr dolnoprzepustowy, wykorzystywany
zazwyczaj tylko podczas nadawania, zmniejsza także poziom sygnałów wejściowych
odbiornika o częstotliwościach powyżej 5MHz. Filtr pasmowoprzepustowy
o zakresie pracy 3,5...3,8MHz jest dopasowany od strony anteny za pośrednictwem
uzwojenia wtórnego L4. Ponieważ impedancja wejściowa układów SA612 wynosi
około 1,5k, można było podać sygnał wejściowy bezpośrednio z uzwojenia
L6 tego filtru.
Na drugie wejście mieszacza jest kierowany sygnał z przestrajanego generatora
VFO o częstotliwości w zakresie 4,885..5,035MHz. Sygnał wyjściowy z układu
scalonego, będący różnicą obydwu składowych, poprzez filtr SSB o częstotliwości
środkowej około 8,665MHz jest podany na kolejny układ SA612 pracujący
podczas odbioru jako wzmacniacz p.cz. i detektor SSB. Filtr kwarcowy SSB
został zestawiony w układzie drabinkowym z czterech rezonatorów o częstotliwości
8,665MHz. Pasmo przenoszenia takiego filtru (przy zastosowaniu czterech
typowych rezonatorów bez dobierania) i kondensatorów po 33pF wynosi około
2kHz (przy -3dB).
Na drugie wejście detektora US3 jest podawany sygnał z generatora BFO
o częstotliwości 8,667MHz. Sygnał wyjściowy, będący różnicą doprowadzonych
częstotliwości składowych, jest podawany na przedwzmacniacz małej częstotliwości
US4 - 741 i dalej, poprzez potencjometr siły głosu R29, do wzmacniacza
końcowego LM386, a następnie do głośnika lub słuchawek. Kształtowanie
charakterystyki sygnału m.cz. w zakresie 0,3-3kHz zapewniają elementy
RC na wejściu układu wzmacniacza operacyjnego (R23 C54 C55 R24) oraz w
pętli sprzężenia zwrotnego (R27 C58). Kondensator C60, dołączony do układu
LM386, ustala maksymalne wzmocnienie m.cz. i powinien być dobrany indywidualnie
podczas uruchamiania urządzenia w taki sposób, aby nie następowało sprzężenie
m.cz. podczas ustawienia pokrętła regulacji siły głosu w skrajne prawe
położenie.
Generatory
Ważnymi elementami minitransceivera, obok wspomnianego wcześniej filtru
jednowstęgowego, są przełączane generatory VXO i BFO, bowiem one decydują
nie tylko o zakresie częstotliwości pracy układu, ale także o jakości
odbieranego sygnału SSB.
Do zasilania układów scalonych US2 i US3 wykorzystano napięcie 5V pochodzące
ze stabilizatora US6, zaś do zasilania generatorów - napięcie 9V otrzymane
z układu scalonego US7. Dodatkowy stabilizator napięcia 5V (opcja US8)
jest zaplanowany jako zasilacz programowanej skali cyfrowej, umożliwiającej
wyświetlenie wartości częstotliwości pracy minitransceivera.
Generator VFO jest jednym z układów trudniejszych do zrealizowania z powodu
konieczności zapewnienia dużej stabilności częstotliwości, która - jak
wiemy - jest jednym z podstawowych warunków poprawnej pracy emisją SSB:
odstrojenie sygnału o kilkaset Hz spowoduje zauważalną nieczytelność sygnału.
Częstotliwość pracy generatora VXO zależy od zakresu przestrajania rezonatora
5MHz.
W odbiorniku zastosowano bardzo uproszczony układ VXO wykonany na dwóch
tranzystorach T1, T2 (2xBC547). Tranzystor T1 pracuje w układzie generatora
Colpitsa, zaś T2 to typowy wtórnik emiterowy spełniający rolę separatora.
Elementami decydującymi o częstotliwości pracy VXO jest rezonator piezoceramiczny
5MHz włączony w szereg z kondensatorem zmiennym typu ELTRA, w którym wszystkie
sekcje połączono równolegle. W efekcie uzyskano zakres przestrajania od
kilkunastu pF do ponad 500pF.
Przy maksymalnej pojemności takiego kondensatora (wkręcony rotor) uzyskano
na wyjściu częstotliwość 4,8855MHz, zaś przy wykręconym rotorze częstotliwość
5,035MHz, czyli w efekcie uzyskano szerokość pasma VXO 150kHz, a więc
najbardziej interesujący wycinek pasma SSB od około 3630 do 3780kHz.
Ponieważ przekładnia na osi kondensatora ma przełożenie 3:1, jednemu obrotowi
osi kondensatora będzie odpowiadała zmiana częstotliwości 50kHz.
Generator BFO służy do demodulacji sygnału SSB i w naszym przypadku pracuje
z jednym tranzystorem T3 - BC547, w którym w pętlę dodatniego sprzężenia
zwrotnego włączono piąty rezonator kwarcowy X5 o identycznej częstotliwości,
jak w filtrze drabinkowym. Poprzez włączenie w szereg z rezonatorem trymera
20pF uzyskano podwyższenie częstotliwości rezonatora, czyli w konsekwencji
uzyskano częstotliwość BFO o wartości 8,667MHz. Chodziło tutaj o przesunięcie
częstotliwości nośnej na górne zbocze charakterystyki filtru, czyli uzyskanie
odbioru dolnej wstęgi bocznej.
Po omówienu układów generatorów wypada wspomnieć o przełączniku w.cz.,
czyli takim elemencie, który służy do zamiany doprowadzeń sygnałów generatorów,
aby podczas odbioru do układu US1 dochodził sygnał VXO, zaś do US2 sygnał
BFO, a podczas nadawania - było odwrotnie (do US1 dochodził BFO, a do
US2-VXO).
W rozwiązaniu modelowym posłużono się przełącznikiem mechanicznym w postaci
miniaturowego przekaźnika. Do styków przełączających przekaźnika są doprowadzone
sygnały z generatorów poprzez dzielniki rezystorowe, zapewniające poziomy
napięć w.cz. w granicach 300mV, jako wejściowe wartości optymalne układów
SA612.
Nadajnik
Po naciśnięciu przycisku PTT przekaźniki PZ1 i PZ2 przełączają urządzenie
z odbioru na nadawanie. PZ1/A służy do przełączania anteny z filtru dwuobwodowego
na stopień końcowy w.cz., zaś PZ1/B - do podawania napięcia na układy
odbiornika i nadajnika. Z kolei obydwie sekcje PZ2 są wykorzystane do
przełączania sygnałów VFO i BFO (zamieniają je miejscami, doprowadzając
do nóżek 6 układów NE612). Użyto tutaj dwóch przekaźników na 12V typu
RA12WN-K.
Sygnał ze wzmacniacza mikrofonowego US1 jest podawany poprzez dwójnik
C7 R7 na pierwsze wejście modulatora US1, zaś sygnał generatora fali nośnej
BFO - na drugie wejście tego układu. Wzmacniacz mikrofonowy jest zrealizowany
na układzie operacyjnym 741 w identyczny sposób jak przedwzmacniacz odbiornika.
Również i w tym przypadku dwójnik R4 C9 służy do obniżenia wzmocnienia
powyżej 3kHz. Poziom sygnału m.cz. jest regulowany za pośrednictwem potencjometru
montażowego R1. Do równoważenia modulatora przewidziano potencjometr montażowy
R10 włączony w szereg z rezystorami ograniczającymi R8 R11. Rezystor R9
służy do zachwiania równowagi modulatora z chwilą zwarcia jego wolnej
końcówki do masy. W konsekwencji wywołuje to pojawienie się fali nośnej
na wyjściu modulatora. Fakt ten jest wykorzystywany podczas strojenia
nadajnika oraz do pracy telegrafią (CW).
Kierunek przebiegu sygnału w.cz. nadajnika jest taki sam, jak przy odbiorze.
Sygnał DSB z wyjścia modulatora jest podany na filtr kwarcowy, na wyjściu
którego pojawia się górna wstęga boczna (przy założonym mieszaniu różnicowym).
Oczywiście na wyjściu US3 występuje suma i różnica częstotliwości składowych
doprowadzonych do jego wejść, jak w każdym mieszaczu. Po wzmocnieniu sygnału
w układzie z tranzystorem T4, znajdujący się w obwodzie kolektora filtr
dwuobwodowy L11...L9 zestrojony na wymagane pasmo 80m (identyczny, jak
w odbiorniku) ustala właściwy zakres pracy i wstęgę.
Obok filtracji sygnałów niepożądanych, jednym z najważniejszych parametrów
wzmacniacza nadajnika SSB jest jego liniowość. Niewielki poziom wyjściowego
sygnału SSB (kilkaset mV na L9) zmusił do stosowania dwustopniowego układu
wzmacniacza. Tranzystor T5 pełni funkcję drivera i przy zastosowaniu popularnego
tranzystora BC211 zapewnia około 200mW mocy. Rezystory R38 i R36 wprowadzają
niewielkie ujemne sprzężenie zwrotne, wpływające pozytywnie na liniowość
układu. Dopasowanie drivera do wzmacniacza mocy zrealizowano za pośrednictwem
transformatora bifilarnego TR2.
W stopniu końcowym mocy użyto tranzystora MOSFET typu IRF520, który, choć
bywa stosowany w przetwornicach i wzmacniaczach m.cz., tutaj spełnił doskonale
swoją rolę, zapewniając moc wyjściową nadajnika około 2W, praktycznie
bez zniekształceń. Oczywiście poprawną pracę układu osiągnięto poprzez
ustawienie właściwego punktu pracy stopnia za pośrednictwem potencjometru
montażowego R33. Dopasowanie obwodu drenu tranzystora do dolnoprzepustowego
filtru antenowego zapewniono poprzez bifilarny transformator TR1, który
ma co prawda taką samą konstrukcję jak TR2, jednak jest włączony w przeciwnym
kierunku, to znaczy wpływa na podwyższenie impedancji wyjściowej.
Montaż i uruchomienie
Cały układ minitransceivera można zmontować na dostępnych płytkach AVT2310
o wymiarach 135x135mm. W chwili oddawania tego numeru do druku jeszcze
nie wiadomo, kiedy pojawią się w AVT kity AVT2310 zmodernizowane według
tej publikacji.
W każdym razie uruchomienie urządzenia należy rozpocząć od części odbiorczej,
zwracając uwagę na stosowanie zwór z drutu w zaznaczonych miejscach na
płytce.
Bardzo ważnym elementem konstrukcji jest obudowa, która pełni kilka funkcji,
a m.in., oprócz ekranu od pól w.cz. (eliminuje możliwość zakłóceń odbioru
oraz nadawania), usztywnia całą konstrukcję.
Można tutaj z powodzeniem wykorzystać fabryczną obudowę metalową o oznaczeniu
T31 (dostępna m.in. w sieci handlowej AVT), charakteryzującą się wymiarami
zewnętrznymi 140x140x40mm. Wymagała ona nieco przeróbek polegających m.in.
na obcięciu wewnętrznych zagięć montażowych, wywierceniu w przedniej płytce
otworu na oś kondensatora zmiennego o średnicy około 15mm oraz drugiego
otworu o średnicy 6mm na oś potencjometru siły głosu. Na istniejącą oś
kondensatora zmiennego o średnicy 4mm wklejono tulejkę zwiększającą średnicę
osi do typowych wymiarów 6mm (oczywiście nie jest to konieczne przy zastosowaniu
odpowiedniego pokrętła).
W przypadku trudności z uzyskaniem gotowych elementów indukcyjnych można
nawinąć je własnoręcznie. Cewki L1....L3 o indukcyjności 2,2uH można nawinąć
po 14 zwojów DNE 0,3 na rdzeniu ferrytowym o średnicy 2mm; po nawinięciu
należy skontrolować i ewentualnie skorygować indukcyjność, bo zależy ona
zarówno od liczby zwojów, jak i przenikalności magnetycznej zastosowanego
rdzenia ferrytowego (liczby AL). Zamiast dławików Dł1...Dł4 (gotowe, przypominające
wyglądem rezystory) można nawinąć po około 30 zwojów DNE 0,1 na rdzeniach
ferrytowych o średnicach 2mm lub, w ostateczności, zastosować rezystory
o wartości około 10W.
Zamiast cewek filtrów 7x7 o numerach 127 można dobrać inne typy filtrów
o indukcyjności w granicach 10ľH i skorygować pojemności kondensatorów,
bądź przewinąć inne filtry 7x7, nawijając uzwojenia cewek L5, L6, L11,
L10 po 34 zwoje DNE 0,1, zaś L4 i L9 po 4 zwoje takiego samego przewodu.
Podobnie można postąpić z cewką L7 o symbolu 204 (indukcyjność około 1,4uH)
lub nawinąć na innym korpusie filtru 7x7 około 10 zwojów DNE 0,2.
Samo uruchomienie układu nie odbiega od sposobu uruchomienia innych opisywanych
układów.
Do zasilania można użyć akumulatora 12V lub zasilacza stabilizowanego
12V (max 13,8V, najlepiej z ogranicznikiem prądowym rzędu 1A), zakończonego
odpowiednim wtykiem (nie pomylić biegunów zasilania). Zastosować głośnik
np. GD6/0,5W lub dowolne słuchawki zakończone wtykiem.
W pierwszej kolejności należy sprawdzić wartości napięć zasilających,
poziomy sygnałów i wartości częstotliwości generatorów. Do tego celu m.in.
zastosowano kondensatory C18 oraz C67 z opisanymi punktami VFO i BFO.
Do punktów tych można podłączyć oscyloskop (do obserwacji, czy kształt
wyjściowy sygnału jest jak najbardziej zbliżony do sinusoidy) oraz cyfrowy
miernik częstotliwości.
Poziomy sygnałów doprowadzonych do nóżek 6 układów scalonych US2 i US3
powinny być zbliżone do zalecanych wartości aplikacyjnych 300mV (ew. regulacja
poprzez korekcję dzielników rezystorowych R17/R18 i R19/R20). Układ BFO
po zastosowaniu ww. rezonatorów powinien pracować na częstotliwości zbliżonej
do 8,667MHz. W praktyce poprawne ustawienie BFO ogranicza się do ustawienia
trymera na najbardziej czytelny sygnał w głośniku.
Dostrojenie obwodów wejściowych sprowadza się do ustawienia rdzeni w cewkach
L5 i L6 na najsilniejszy sygnał w głośniku.
Uruchomienie części nadawczej należy rozpocząć po upewnieniu się, że odbiornik
pracuje poprawnie.
Warto w tym momencie wspomnieć, że tylna część aluminiowej obudowy została
wykorzystana jako radiator do odprowadzania ciepła z tranzystora końcowego.
Bifilarne transformatory w.cz. TR1 i TR2 w rozwiązaniu modelowym zawierały
po 10 zwojów drutu DNE 0,3 nawiniętych równocześnie dwoma przewodami w
izolacji igelitowej (tak zwaną "krosówką") na rdzeniach toroidalnych
o średnicach zewnętrznych 10mm z materiału U32. Uzwojenia w każdym transformatorze
są połączone w szereg przy zachowaniu jednakowego kierunku nawinięcia
(początek pierwszego uzwojenia łączymy z końcem drugiego uzwojenia).
Do współpracy z opisanym urządzeniem można wykorzystać dostępny mikrofon
dynamiczny z przyciskiem (wyłącznikiem) lub elektretowy (po dołączeniu
napięcia zasilającego poprzez rezystor rzędu 10k). Można także wykorzystać
z dobrym rezultatem dostępne wkładki telefoniczne z serii W (np. WSN 88
produkcji TONSIL-u z Wrześni).
Przed załączeniem nadajnika wskazane byłoby podanie napięcia 12V tylko
na stopnie nadajnika w celu skorygowania punktów pracy tranzystorów.
Prądy spoczynkowe można zmierzyć za pomocą woltomierza dołączanego do
rezystorów i zastosować prawo Ohma. W rozwiązaniu modelowym osiągnięto
następujące napięcia: R41 - 0,9V, R36 - 1,4V, R31 - 0,15V. Oczywiście
nie są to wartości, które za wszelką cenę należy starać się uzyskać, bo
przy innych tranzystorach i w innym układzie może być inaczej. Należy
kierować się raczej zdrowym rozsądkiem i własnym doświadczeniem.
Po uruchomieniu nadajnika przyciskiem PTT i ewentualnym skorygowaniu punktów
pracy, należy zestroić filtr dwuobwodowy. W tym celu ustawiamy suwak potencjometru
R10 w skrajne położenie i tak ustawiamy rdzenie w cewkach L10 i L11, aby
uzyskać na sztucznym obciążeniu 50W maksymalny sygnał wejściowy. Jeżeli
będziemy wykorzystywali do tego oscyloskop, to od razu skontrolujemy,
czy sygnał jest jak najbardziej zbliżony do sinusoidy. Dołączony miernik
częstotliwości powinien wskazać właściwą wartość pasma.
Jako sztuczne obciążenie można wykorzystać rezystor 51W/2W (lub kilka
równolegle połączonych, np. 2 sztuki po 100W/1W).
Następnie równoważymy modulator poprzez sprowadzenie suwaka potencjometru
w takie położenie (okolice środka zakresu), aby na wyjściu uzyskać jak
najmniejszy poziom sygnału (ideałem byłoby zero). W przypadku zwarcia
punktu CW do masy znów powinna pojawić się fala nośna.
Jeżeli opisane powyżej czynności wypadły pomyślnie, pozostaje jeszcze
dobrać poziom sygnału z mikrofonu za pośrednictwem potencjometru R1 tak,
aby uzyskać maksymalny poziom SSB bez zniekształceń wynikających z przesterowania
modulatora. Jakość sygnału można łatwo skontrolować na odbiorniku z krótką
anteną (np. kilkadziesiąt cm przewodu) ustawionym w pobliżu wyjścia antenowego
minitransceivera.
Dopiero po upewnieniu się, że na wyjściu otrzymaliśmy prawidłowy sygnał
SSB, czyli sygnał czytelny, z maksymalnie wytłumioną nośną i górną wstęgą
boczną, możemy dołączyć antenę i jeszcze raz skontrolować, czy jakość
sygnału nie uległa pogorszeniu i czy przypadkiem nie nastąpiło wzbudzenie
wzmacniacza nadajnika.
Wypada sprawdzić temperaturę tranzystorów i jeżeli będzie zbyt wysoka
(co prowadzi nieuchronnie do zniszczenia tranzystorów podczas dłuższej
pracy), to jest to kolejnym sygnałem, że należy sprawdzić ustawienie prądu
spoczynkowego, a następnie zapewnić lepsze chłodzenie poprzez dodatkowy
radiator, np. z blachy.
W układzie modelowym poziom sygnału wyjściowego nadajnika dochodził do
wartości 15V przy temperaturze obudów tranzystorów T4...T6 umożliwiających
jeszcze dotknięcie palcem.
Testowane urządzenie współpracowało z anteną dipol 2x19,5m oraz antenami
wielopasmowymi W3DZZ i G5RV.
Na zakończenie warto wspomnieć o możliwościach rozbudowy i eksperymentów.
Po pierwsze, nie należy kurczowo trzymać się zastosowanych w filtrze wartości
rezonatorów 8,665MHz. Warto rozejrzeć się za dostępnymi rezonatorami piezoceramicznymi
i dopiero potem dobrać częstotliwości rezonatorów kwarcowych (łatwiej
zdobyć rezonatory kwarcowe niż piezoceramiczne)
Na przykład, jeżeli ktoś będzie chciał uruchomić Antka na pasmo 40m, to
można zastosować łatwo dostępne rezonatory w filtrze 10MHz, zaś w układzie
VXO rezonator 3MHz.
Przedstawione w artykule uwagi należy traktować jako przykładowe, bowiem
każdy konstruktor-krótkofalowiec będzie starał się wprowadzić do układu
własne usprawnienia i zmiany w celu uzyskania - jego zdaniem - lepszych
parametrów bądź zastąpienia niedostępnych elementów innymi, łatwiej osiągalnymi
na rynku.
Zadziwiający jest fakt, że od chwili opublikowania w EdW w 1998 roku opisu
kitu, ani redakcja Elektroniki dla Wszystkich, ani Świata Radio, ani sam
autor, nie otrzymali propozycji konkretnych zmian układowych, jak to było
przed laty z minitransceiverem Bartek.
Ze szczątkowych informacji uzyskanych z bezpośrednich rozmów przy okazji
spotkań z autorem wynika, że z uruchomieniem odbiornika Antka nie było
większych problemów. Podczas uruchamiania nadajnika mniej doświadczeni
konstruktorzy napotkali na różne problemy. Jedni mieli kłopoty wynikające
z niezauważenia odwrotnego wrysowania na płytce tranzystora T5 (aktualnie
dostępne płytki są poprawione). Inni nie potrafili wykonać transformatorów
na rdzeniach toroidalnych, a jeszcze inni dobrać punktów pracy tranzystorów
w taki sposób, aby uzyskać maksimum mocy wyjściowej przy minimalnych zniekształceniach
sygnału.
Z tego też względu redakcja ŚR ogłasza konkurs pt. "Moja wersja minitransceivera
Antek". Zwracamy się do dotychczasowych użytkowników kitu AVT2310,
a także tych, którzy na podstawie niniejszego opisu wykonają wersję zmodernizowaną,
o przesyłanie swoich uwag czy zmian układowych, aby w ten sposób pomóc
innym w uzyskaniu optymalnych parametrów urządzenia. Najwartościowsze
wypowiedzi zostaną opublikowane, a ich autorzy otrzymają nagrody książkowe
W ramkach publikujemy bardzo ciekawe informacje przesłane przez SP9LVZ
i SP4LVZ dotyczące uruchamiania w ubiegłym roku dostępnej w sprzedaży
pierwotnej wersji minitransceivera Antek.
Andrzej Janeczek SP5AHT
Pełny tekst artykułu na stronach magazynu
|