При
создании описываемого одноплатного универсального тракта трансивера
автор ставил перед собой задачу сделать его несложным, оптимизировать
конструкцию, использовать не очень дефицитные детали, причем немного, и
при всем этом получить достаточно высокие электрические параметры.
Чувствительность
приемного тракта при отношении сигнал/ шум 10 дБ — не хуже 0,3... 0,4
мкВ. Динамический диапазон по интермодуляции третьего порядка —, не
менее 90 дБ. Подавление несущей частоты и нерабочей боковой полосы —
50...60 дБ. Диапазон автоматической регулировки усиления — не менее 100
дБ, ограничения — до 15 дБ. Напряжение на выходе передающего тракта при
подключенной нагрузки сопротивлением 50... 100 Ом — 0,1... 0,2 В
(эффективное значение).
Плата
предназначается в первую очередь для построения малогабаритных KB и УKB
трансиверов. Но ее можно применить также в широкодиапазонном (до 50
МГц) приемнике. При этом ряд узлов, используемых только при работе на
передачу (VOX, микрофонный усилитель, манипулируемый CW-генератор),
естественно, оказываются ненужными.
Функциональная схема тракта изображена на рис. 1.
Она
напоминает схему тракта обработки сигнала в трансивере "Радио-76". Как
там, так и здесь, в режиме приема и передачи используются одни и те же
кольцевые смесители, усилитель ПЧ и фильтры.
В
режиме приема сигнал из антенны, прошедший диапазонный фильтр,
поступает на первый смеситель U1. На второй его вход через усилитель А4
подается сигнал ГПД. Предусилитель А1 компенсирует потери в фильтре и
смесителе. Выделенный кварцевым фильтром сигнал ПЧ поступает на первый
регулируемый усилитель А2 и далее через "подчисточный" фильтр ZQ2 (с
полосой пропускания 2,4 кГц) или ZQ3 (700 Гц) и второй регулируемый УПЧ
A3 — на смеситель U2. На него же через усилитель А5 приходит сигнал с
опорного гетеродина — кварцевого генератора G2. Звуковые колебания,
усиленные узлом А7, подаются на выход 3Ч.
При
работе на передачу в режиме SSB сигнал с микрофона поступает на
усилитель А6, а с него — в преобразователь U1, где смешивается с
колебаниями с кварцевого генератора G2. Преобразованный сигнал
усиливается в тракте ПЧ. В узле А2 регулируют уровень ограничения, а в
узле A3 — уровень сигнала передачи. В режиме CW с помощью телеграфного
ключа управляют генератором G1. Манипулированный сигнал с него подается
на "подчисточный" фильтр и далее проходит тот же путь, что и SSB.
Смеситель U3 используется при самопрослушивании на промежуточной
частоте. Принципиальная схема универсального тракта показана на рис. 2.
На
диодах VD6—VD13 и VD34—VD41 выполнены пассивные балансные смесители.
Они хорошо развязывают между собой входы и подавляют нежелательные
продукты преобразования на выходе, что снижает уровень принятых сигналов
по побочным каналам и уменьшает внеполосные излучения. Кроме того, эти
смесители широкополосны, просты, обеспечивают значительный динамический
диапазон и не требуют питания. Однако их необходимо тщательно
балансировать и, как показывает практика, нужно подбирать уровень
сигнала гетеродина.
Каскад
на транзисторе VT6 — малошумящий предусилитель ПЧ. Фильтр ZQ1 —
лестничный, восьмикристальный с полосой пропускания 2,4 кГц (рис. 3, а).
На
транзисторе VT12 собран первый управляемый усилитель ПЧ. Усиление
регулируют, изменяя напряжение смещения на втором затворе транзистора.
Таким же путем варьируют уровнем ограничения. Включенные
встречно-параллельно диоды VD28, VD29 в режиме приема не оказывают
воздействия на тракт ПЧ, а при передаче позволяют клиппировать
сформированный SSB сигнал. При этом нежелательные продукты ограничения
спектра сигнала ПЧ подавляются фильтром ZQ2. Кроме того, диоды VD28,
VD29 предотвращают перегрузку последующих узлов передающего тракта. При
приеме несколько увеличивается диапазон действия АРУ в усилителе ПЧ
из-за протекания тока по цепи R40VD24VD25VD29, что облегчает работу
тракта при воздействии мощных сигналов.
Каскад на транзисторе VT14 — согласующий.
Фильтр
ZQ2 — "подчисточный" — имеет полосу пропускания 2,4 кГц, ZQ3 — 0,7 кГц.
Оба четырехкристальные, лестничные. Их схема показана на рис. 3, б (в
скобках указаны номиналы конденсаторов для ZQ3). Параметры всех
кварцевых фильтров приведены в таблице.
| Параметры фильтров. | |||||||
| Фильтр | dF, кГц на уровне. | Коэфф. прямо- уголь- ности. |
Неравном. в полосе про- пуск., дБ |
Затуха- ние за полосой пропуск., дБ |
Rвх Rвых Ом |
||
| -6дБ | -40 | -60дБ | |||||
| ZQ1 ZQ2 ZQ3 |
2,4 2,5 0,7 |
- 6,2 2,2 |
3,8...4 - - |
1,6...1,8 - - |
1,5...3 <1,5 <1 |
270 270 100 |
|
На
транзисторе VT17 выполнен второй регулируемый усилитель ПЧ. Сигнал с
его выхода поступает на пассивный кольцевой смеситель на диодах VD30—
VD33 (используется для прослушивания в режиме передачи сформированного
на промежуточной частоте сигнала) и на кольцевой балансный смеситель на
диодах VD34—VD41, который, как отмечалось выше, по схеме идентичен
смесителю на диодах VD6—VD13.
Тракт
3Ч образован каскадами на транзисторах VT11, VT9 и микросхеме DA1.
Последняя применена из-за того, что она обеспечивает небольшие
нелинейные искажения (коэффициент гармоник не превышает 0,1 % при
сопротивлении нагрузки 200 Ом), имеет хорошую нагрузочную характеристику
и потребляет при отсутствии сигнала небольшой ток (10 мА). Однако у нее
есть один недостаток: она выходит из строя даже при кратковременном
соединении вывода 12 с общим проводом.
Система
АРУ трехступенная (заимствована из трансивера "Н220"). Первая ступень
(построена на элементах R15, R24, R32, С17, С18, VD14, VD15, VD20, VT8)
реагирует на короткие сигналы, вторая (R16, С19, С27, VD16, VD17, VD21, а
также R32 и VT8) — на сигналы большей длительности (при этом заряжается
конденсатор С27), через третью ступень (R17, R25, R27, С20, С28, VD18,
VD19, VT7) при отсутствии входного сигнала разряжается накопительный
конденсатор С27. Регулирующий сигнал АРУ поступает на усилитель
постоянного тока на транзисторе VT10, а с него — на управляемые
усилители ПЧ. В режиме передачи на транзисторы VT8, VT10 питание не
подается. При этом закрываются диоды VD27 и VD44, отключая вторые
затворы транзисторов VT12, VT17 от системы АРУ.
Микрофонный
усилитель выполнен на транзисторах VT4, VT3. С эмиттерной нагрузки VT3
3Ч сигнал через LC-фильтр C11L2 поступает на балансный смеситель
(VD6—VD13).
На
транзисторах VT2, VT1 построена система VOX. При подключении системы
VOX трансивер автоматически переходит на передачу и при нажатии на
телеграфный ключ.
Опорный
кварцевый генератор собран на полевом транзисторе VT15, телеграфный
гетеродин — на биполярном VT16. На транзисторах VT5 и VT13 по одинаковой
схеме выполнены усилители напряжения ГПД и опорного гетеродина, имеющие
коэффициент передачи 15...20 дБ.
Кварцевые
фильтры рассчитаны по методике, изложенной в статье В. Жалнераускаса
"Узкополосные кварцевые фильтры на одинаковых резонаторах" ("Радио",
1982, № 1, с. 18-21, № 2, с. 20—21). В них применены резонаторы в
корпусе Б1 на частоты 8,3...9,1 МГц от радиостанций РСИУ-5 и "Гранит".
Их устанавливают вплотную друг к другу на панели (можно использовать
гнезда от разъемов), закрепляемые на плате, и закрывают экранами из
тонкой жести (от консервных банок). Экраны прямоугольного сечения с
помощью штырьков (провод диаметром 1,2 мм), припаянных по углам (а для
ZQ1 и в середине), устанавливают на плате. Конденсаторы (КМ) в фильтрах
припаивают к противоположной стороне платы на небольшом расстоянии от
нее.
Можно
использовать кварцевые фильтры и промышленного изготовления, но при
этом потребуется подбор элементов С36, С43, R45, С79, С80, R69, R70,
С89, R79, R80. При замене следует учитывать следующее. Сопротивление
резистора R45 должно в четыре раза превышать характеристическое
сопротивление Zф фильтра ZQ1. Сопротивление резисторов R69 и R70
выбирают из условия его равенства разности Zф — 50 (размерность — омы).
Емкость конденсаторов С79, С80 равняется приведенной ко входу
параллельной емкости фильтров ZQ2 и ZQ3 соответственно. Конденсаторы
С36, С43, С89, С90 должны иметь емкость меньшую, чем С79, С80, на
суммарное значение монтажной емкости и емкостей входа-выхода соседних
цепей, то есть приблизительно на 10... 15 пФ.
Реле
К1 — К6 — РЭС49 с напряжением срабатывания 10... 11 В. Они отобраны из
реле 24-вольтовой серии по напряжению устойчивого срабатывания. В
качестве К6 целесообразно применять реле с большим числом групп
контактов. При этом появляется возможность коммутировать внешний
усилитель мощности, использовать измерительный прибор S-метра для
контроля выходного напряжения или КСВ, а также ввести расстройку в
гетеродин. Автор применил реле РЭС22 на напряжение срабатывания 24...27
В, но для того, чтобы его понизить до 10... 11 В, были подогнуты
пружинящие контакты. Эту операцию надо проводить очень осторожно: как
можно меньше деформируйте пружинящие контакты и добивайтесь надежного
электрического соединения между контактирующими головками. Желательно
предварительно подобрать экземпляр реле с минимальным напряжением
срабатывания. Параллельно обмоткам реле нужно включить конденсаторы
емкостью 0,01... 0,047 мкФ (на схеме не показаны) .
Все
маломощные транзисторы должны иметь коэффициент передачи по току не
менее 100. Тот, который имеет наибольший коэффициент (200...400),
используется в качестве VT10. Транзисторы КТ904А (VT5, VT13) заменимы на
любые из серий КТ606, КТ610.
Вместо диодов КД503А можно применить любые кремниевые малогабаритные, например, из серий КД503—КД522.
Постоянные
конденсаторы — KM, KT. Вместо указанных на схеме конденсаторов емкостью
0,047...0,1 мкФ применимы элементы одного номинала: 0,1 мкФ.
Оксидные конденсаторы должны иметь как можно меньший ток утечки.
Трансформаторы
изготовлены на кольцевых магнитопроводах из феррита 600НН—1000НН
типоразмера К7х4х2. Т1, Т2, Т5, Т6 содержат три обмотки по 15 витков,
Т3, Т4, Т7 — две по 10 витков. Их наматывают одновременно скрученными
между собой проводами ПЭЛШО 0,2.
Все
дроссели — ДМ-0,1 индуктивностью в пределах 100... 200 мкГн. Можно
применить и самодельные. Их наматывают на таком же магнитопроводе, что и
трансформаторы, и таким же проводом. Они содержат 35 витков, равномерно
распределенных по кольцу.
Катушки
L15, L17, L19 намотаны на каркасах диаметром 5 мм с подстроечником от
СБ-12а и содержат 23 витка, L16, L18 (размещают поверх L17 и L19
соответственно) — 4 витка провода ПЭЛШО 0,2.
Налаживание
платы начинают с контроля потребляемого ей тока от стабилизированного
источника питания напряжением 12... 13 В. Ток не должен превышать 200
мА. Затем измеряют постоянное напряжение в указанных на схеме точках.
Если есть значительные отличия, нужно подобрать соответствующие
резисторы. Коллекторный ток транзистора VT6 должен быть 20...30 мА, VT5 и
VT13— 30 мА (при напряжении на коллекторе 7В).
О
работоспособности усилителя 3Ч можно судить по наличию щелчков в
головных телефонах, подключенных к его выходу, при касании отверткой
базы транзистора VT11. Целесообразно, чтобы АЧХ усилителя имела
небольшой подъем (около 6 дБ) в частотном интервале 300...1000 Гц, а в
пределах 1000...3000 Гц была близкой к линейной. При подаче на базу
транзистора VT11 3Ч сигнала напряжением 50... 100 мкВ уровень на выходе
должен быть не менее 1 В (движок подстроенного резистора R35 — в
положении минимального сопротивления). Нелинейные искажения не должны
превышать 0,2 %.
После
этого проверяют работу опорного гетеродина. При настройке контура
L17C81 в резонанс получают на катушке L16 ВЧ напряжение не менее 0,3 В
(эффективное значение). Используя цифровой частотомер, включенный
параллельно резистору R60, подбором конденсатора С97 (его емкость не
более 15 пФ, иначе ухудшится запуск автогенератора), устанавливают
генерируемую частоту на 200...300 Гц ниже значения частоты в точке —6 дБ
на АЧХ фильтра ZQ1. Если этого сделать не удается, последовательно с
кварцевым резонатором устанавливают дроссель (Д, ДМ) с небольшой
индуктивностью или конденсатор емкостью несколько пикофарад.
По
аналогии с описанным регулируют телеграфный гетеродин. Его частота на
600... 1000 Гц (в зависимости от требуемого тона сигнала) выше частоты
опорного гетеродина.
Затем
отключают систему АРУ, конденсатор С68 отпаивают от предыдущего
каскада, подают на базу транзистора VT14 с генератора сигнал ПЧ уровнем
несколько милливольт и подстраивают катушку L19. После этого снимают АЧХ
фильтров ZQ2 и ZQ3. При этом напряжение можно измерять на выходе
усилителя 3Ч (оно не должно превышать 2,5 В). Если нагрузка фильтра
согласованная, то при уровне сигнала на базе транзистора VT14 150 мкВ на
выходе получают напряжение 3Ч не менее 1 В, не изменяющееся при
переключении фильтров ZQ2 и ZQ3.
Добившись
оптимальных характеристик фильтров, их заменяют перемычками. В точку
соединения конденсатора С23 с обмоткой трансформатора Т2 подают сигнал с
генератора и снимают АЧХ фильтра ZQ1 (напряжение также можно
контролировать на выход усилителя 3Ч, оно также не должно быть более 2,5
В). Желательно, чтобы неравномерность характеристики в полосе
пропускания не превышала 3 дБ. Подбирая конденсаторы С36 и С43,
добиваются оптимального согласования фильтра по входу и выходу. Если в
фильтрах применены конденсаторы связи с пятипроцентным разбросом емкости
от номинала и у радиолюбителя есть небольшой запас кварцевых
резонаторов, то можно попробовать уменьшить неравномерность в полосе
пропускания и затухание, последовательно по одному заменяя кварцы в
фильтре. Таким способом автору удалось, например, достичь при
оптимальном согласовании фильтров неравномерности около 0,5 дБ.
После
настройки фильтра ZQ1 удаляют установленные ранее перемычки и снимают
сквозную АЧХ в режимах работы с широкой и узкой полосой.
Подав
на плату сигнал с ГПД уровнем 0,1...0,2 В (эффективное значение),
подстраивают резистор R14 до получения минимального шума на выходе
усилителя 3Ч. Разбалансировав смеситель на диодах VD6—VD13, подстройкой
катушек L15 и L19 добиваются максимума шума, а затем вновь регулируют
резистор R14 (по минимуму шума). Резистором R35 устанавливают на выходе
усилителя 3Ч шум уровнем около 50 мВ. Уровень напряжения ГПД уточняют,
добиваясь наилучшей чувствительности приемного тракта (со входа
трансформатора Т1).
Подав
на вход RX платы сигнал рабочей частоты от генератора уровнем 50...100
мВ и подбирая резистор R13, при включенной системе АРУ устанавливают
напряжение на выходе усилителя 3Ч не более 2 В.
Затем подбором резистора R43 добиваются перемещения стрелки S-метра на
последнюю отметку. После этого по общепринятой методике градуируют его
шкалу.
Если
усилители ПЧ склонны к самовозбуждению, то можно применить резисторы
R57 и R74 с большим номиналом (30...51 Ом) или параллельно катушкам L15 и
L19 включить резисторы сопротивлением 4,7... 10 кОм. Но чаще всего
усилители самовозбуждаются из-за плохой экранировки контуров или
недостаточной развязки по питанию.
После
этого проверяют работу платы в режиме передачи. К выходу ТХ подключают
нагрузку сопротивлением 50... 100 Ом. Нажав на телеграфный ключ или
произнося перед микрофоном громкие звуки, измеряют ВЧ- вольтметром
напряжение в различных точках тракта. Значения должны быть близки к
указанным на схеме в знаменателе дроби (в числителе дано напряжение для
режима приема; для каскада на VT6 — это значение чувствительности).
Регуляторы уровней ограничения и выходного сигнала при это находятся в
положении максимума. Нежелательно, чтобы напряжение на выходе
передающего тракта на плате превышало 150...200 мВ (эффективное
значение). В противном случае возможна перегрузка смесителя на диодах
VD34—VD41.
Подбирая
конденсатор С83, добиваются одинаковости уровней SSB и CW сигналов на
выходе. При необходимости изменить уровень прослушиваемого сигнала при
самоконтроле, подбирают конденсатор С72.
АЧХ микрофонного усилителя можно изменять конденсатором С13, уровень
срабатывания системы VOX и время задержки — соответственно элементами С1
и R2.
На рис. 4 показана схема подключения описанной платы к остальным узлам трансивера.
Плата изготовлена из двустороннего фольгированного стеклотекстолита (150х150
мм) толщиной 2 мм. Отверстия под выводы почти всех деталей
со стороны их
установки раззенкованы сверлом большего диаметра. На стороне
токопроводящих дорожек на свободных местах (по краю платы, под
кварцевыми фильтрами и т. д.) фольга сохранена; на рисунке для его
упрощения она не показана. Отдельные выводы, помеченные на рис. 5
залитой точкой, припаяны к фольге на обеих сторонах платы.
В процессе эксплуатации трансивера в плату вносились некоторые изменения, улучшившие его параметры.
Чтобы
несколько уменьшить шумы в усилителе 3Ч, вместо транзистора КТ315Г
целесообразно применить транзистор из серии КТ3102. Но при этом,
возможно потребуется между его базой и общим проводом включить резистор
сопротивлением 0,1...1 МОм (какой конкретно — определяют в процессе
налаживания).
Шумы снижаются, если исключить резистор R55, а резистором R35 увеличить глубину отрицательной обратной связи.
Чтобы
упростить конструкцию платы, выпрямитель АРУ присоединен
непосредственно к выходу усилителя 3Ч, но это не обеспечивает
оптимальных характеристик системы регулировки. Улучшить ее работу можно,
если использовать отдельный тракт усиления 3Ч, включив его между входом
оконечного усилителя 3Ч и детектором АРУ.
Приведенные
ранее рекомендации по замене фильтра ZQ1 относятся к случаю, когда
входное и выходное сопротивления фильтра не превышают 1 кОм. Если они
больше, то необходимо ввести следующие изменения.
Трансформаторы Т3 и Т4 нужно выпаять. Между стоком транзистора VT6 и
проводом питания следует включить дроссель индуктивностью 100... 200
мкГн. Вход фильтра соединить со стоком VT6 через конденсатор С37, а
выход — с резистором R45, имеющим сопротивление, равное
характеристическому сопротивлению фильтра.
И
еще об одной возможной модернизации фильтра ZQ1 (TNX UA3DAP). Заядлые
телеграфисты могут применить два четырехкристальных, выполнив их по
аналогии с ZQ2 и ZQ3. Коэффициент прямоугольности тракта АЧХ в режиме
"Узкая полоса" при этом увеличится, но зато ухудшится этот параметр в
телефонном режиме.
Телеграфный
гетеродин можно выполнить на полевом транзисторе по аналогии с опорным
кварцевым генератором (без L17 и С81). При этом манипуляции и тон будут
более "мягкими".
Примечание от RA3GGI:
1. На схеме нарушена нумерация емкостей --- после С50 сразу идет С60.2. Нарушена нумерация у резисторов --- после R81 сразу идет R83.
3. Еще две ошибки (в смесителях и в микрофонном усилителе) исправлены на схеме.
4. Для S-метра применяется прибор на ток отклонения 150 – 250 мкА.
5. Про усовершенствования "Одноплатного универсального тракта" читайте здесь.