Экспериментальный передатчик на микросхемах MAX 4466 и MAX 1472.

Предисловие

На зимних каникулах у меня выдалось немного свободного времени, и я решил посвятить его одной из своих любимых тем - жучкостроению. Уже пару лет я ничего не создавал в данной области и являлся только пассивным наблюдателем, регулярно заходя на сайт www.vrtp.ru посвященный данной тематике. И вот уже почти год, я наблюдаю за развитием темы, посвященной радиомикрофону "серии R", радиоканал которого выполнен на микросхеме MAX 1472. Схему этого устройства с успехом повторили многие пользователи данного сайта. Воодушевленный "массовым героизмом" я тоже решил повторить данное изделие. Но все оказалось не так просто…

Операция "кривые руки"

Из 4-х построенных мной экземпляров - ни один не заработал сразу с приемлемым качеством звука. Я менял разводку и топологию плат, но все равно, приходилось много времени тратить на настройку, подбор резисторов, устранение причин возбуждений и т.п. Постоянное перепаивание деталей приводило к отслаиванию дорожек и порче плат. В итоге я немного расстроился - не оправдались мои некие, внутренние ожидания…

Вечное "Почему?"

Чтобы не было "мучительно больно" за бесцельно потраченное время и детали я решил еще немного "покопать" эту тему. Корнем всех бед являлся усилительный каскад на двух транзисторах. Низкочастотный, модулирующий сигнал с генератора, поданный на варикап, давал на выходе передатчика - превосходно модулированный сигнал хорошего качества. Собрав, данный каскад на макете я еще раз убедился, что он склонен к самовозбуждению и чувствителен к изменению входного сопротивления. Кстати, более стабильно работали варианты схемы, в которых транзистор второго каскада обладал меньшим коэффициентом усиления. Но однозначной зависимости я не нашел...

Но в имеющейся "бочке дегтя" была и своя "ложка меда" - высокочастотная часть передатчика, выполненная на микросхеме MAX1472 - выше всяких похвал! Легко возбуждается практически с любым кварцевым или керамическим резонатором. Низкочастотный, модулирующий сигнал с генератора, поданный на варикап, давал на выходе передатчика - превосходно модулированный сигнал хорошего качества и неплохой мощности. При этом, каскад практически не подвержен изменению частоты или срыву генерации при прикосновениях и других манипуляциях. Это вселяло в меня надежду и я решил просто прикрутить к нему другой микрофонный усилитель.

Приступим...

Еще на первой странице форума, посвященной данному передатчику один из пользователей предложил использовать микросхему MAX4466 - миниатюрный, микрофонный усилитель с АРУ и подавлением внеполосных помех. Она содержит 62 транзистора, а по размеру сама величиной с транзистор BC847C. Несколько дней я изучал даташиты и обдумывал идею, и она начинала мне нравиться все больше и больше. Я однажды уже встречался с этой микросхемой, при ремонте комплекта громкоговорящей связи в автомобиле и у меня должна была остаться пара экземпляров. Об этом говорила моя радиолюбительская база данных - файл Excel, в который я заношу все приобретенные и использованные детали. Через 3 часа поиска, 3 экземпляра микросхемы были найдены в одной из коробок с деталями. Ура! Можно было начинать воплощать идеи в жизнь.

Работу над передатчиком я разделил на два этапа. На первом этапе я решил сделать прототип с возможностью настройки и оптимизации схемы. Особенно меня интересовала работа микрофонного усилителя, возможность регулировки чувствительности и коэффициента усиления, а уже на втором этапе работать над миниатюризацией изделия. За основу я взял схему радиомикрофона серии "R" разработанную Flight-ом и просто заменил в ней микрофонный усилитель.

Схема в PDF >>>

Печатная плата изготовлена методом лазерно-утюжной технологии и имеет размеры 37х17 мм. Её можно взять здесь, в формате визио.

Схема монтажа элементов приведена на рисунке ниже.

И вот наступил "момент истины" - плата собрана, отмыта и готова к первому включению. Настраиваю станцию на 448 Мгц, включаю WFM и подаю питание на передатчик. Станция радостно оживает, есть мощная несущая. Тихонько постукиваю по микрофону, одновременно подстраивая резистор. И вот, наконец, слышу в динамике слабые сигналы. Ура! Первая победа! По крайней мере, нет диких визгов и шумов, но качество модуляции оставляет желать лучшего… Она очень слабая. Приходится на всю выкручивать регулятор громкости станции, чтобы хоть что-то разобрать. Для контроля качества сигнала оставляю передатчик в комнате с включенным телевизором, а сам ухожу на кухню. И тут провидение пришло мне на помощь (иначе я наверное до сих пор занимался бы настройкой передатчика ;-)). В какой-то момент я случайно крутанул верньер радиостанции, и она автоматически сменила режим модуляции с WFM на FM и я услышал из динамика громкий, кристально чистый звук. Ура вот она настоящая победа!

Что можно еще добавить. Прежде всего, конечно качество звука и чувствительность зависят от используемого микрофона. Подстройкой резистора R1, мне удалось добиться, что 6 из 10 имеющихся у меня микрофонов (в основном из старых телефонов, систем громкоговорящей связи и прочего барахла) дали весьма неплохой результат. Одним из лучших по чувствительности оказался микрофон Piker. Т.е. можно сказать, что схема достаточно универсальна по входу. В итоге, опытным путем подобрал резистор R1 и поставил постоянный - 62 Ома.. Эксперименты с подбором резистора обратной связи (100к) - не дали каких-либо заметных результатов.
Ток потребляемый передатчиком составил 11,8мА. Частота передатчика (с кварцем на 14 МГц)- 448,175 в режиме FM (полоса 20кГц.). В режиме WFM лучше всего принимается на 448,200.

К сожалению, не все варикапы хорошо работают в данной схеме из-за низкого питающего напряжения. Поэтому, для получения качественной WFM модуляции, можно поэкспериментировать и попробовать поставить другие их типы, нежели указанные в схеме BB134/135, как самые распространенные и не дефицитные. Очень хорошее качество модуляции получается при использовании в схеме низковольтного варикапа. К сожалению, он у меня оказался только один (и то, я его потерял в процессе впаивания-выпаивания). Также, положительно на качество WFM модуляции влияет увеличение питающего напряжения до 5 В в свою очередь увеличивающее смещение на варикапе. У меня получалась качественная модуляция при U>1,7V.

В заключение я поэкспериментировал с диапазоном 380Мгц, подключив кварцевый резонатор на 12 МГц. Они бывают очень маленькие и используются во всевозможных USB-устройствах. В выходном каскаде я заменил индуктивность и переменный конденсатор. В этом диапазоне устройство также превосходно работает.

Лирическое заключение

Миниатюрный радиомикрофон на микросхемах MAX4466 и MAX1472.

Предисловие

Кто из Вас не мечтал побывать в роли Джеймса Бонда - неустрашимого и изобретательного "агента 007" и узнать, о чем говорят на встрече, на которую Вас почему-то не пригласили или, что делается в кабинете директора компании, закрывшегося в кабинете с молоденькой секретаршей. На худой конец - неплохо было бы узнать, что говорят о Вас коллеги, когда Вас нет в офисе. Увы, - тяга человека к чужим секретам и тайнам - извечна и неистребима. К услугам желающих выведать чужие секреты - целая индустрия, выпускающая огромный ассортимент средств получивших условное название - "шпионские штучки". Эти устройства обычно находятся "на передовой" достижений в электронике и являются высокотехнологичными изделиями.

Одними из средств, позволяющих удаленно контролировать акустическую обстановку в помещении являются миниатюрные (или не очень) радиомикрофоны. Эти изделия представляют собой радиопередатчики, работающие на различных частотах и излучающие мощность от единиц милливатт, до нескольких ватт. Устанавливаемые скрытно, или замаскированные под различные предметы эти устройства получили широкое распространение как в работе спецслужб, так и в криминально-бытовой практике.

В настоящей статье описывается технология изготовления миниатюрного радиомикрофона, изготовленного на современной элементарной базе и являющегося достаточно высокотехнологичным изделием, на 100% выполняющим свои функции. Изготовление подобных устройств в домашних условиях - ни чем и ни кем не запрещено, но применение для негласного "съема" информации - карается уголовным кодексом. Не забывайте об этом…

Схема

Этот проект, как обещано, является продолжением экспериментального передатчика, собранного на микросхемах MAX4466 и MAX1472 и является конструктивно законченным изделием, пригодным для практического применения. Схема притерпела незначительные изменения.

Схема в PDF >>>

Плата

Чтобы уменьшить размер передатчика, поначалу, я, было, решил собрать изделие на SMD-компонентах типоразмера 0402, но трезво оценив свои силы, решил остановиться на элементах типоразмера 0805. С ними легче работать, да и особой миниатюризации всего изделия - трудно добиться, ведь в его состав обычно входит и батарея, для питания устройства.
Вообще, любой электронный "жучок" - это всегда некий компромис между несколькими параметрами: размер, выходная мощность,чувствительность и качество аудиосигнала, потребляемый ток и соответственно время автономной работы и т.п. Отдавая приоритет тому или иному параметру на этапе проектирования, можно "подогнать" устройство под конкретные условия эксплуатации. В нашем случае, представленная схема является достаточно оптимальной по вышеприведенным параметрам, а применение специализированных микросхем позволяет существенно упростить сборку и настройку изделия.

Для изготовления печатной платы, Вам понадобиться двухсторонний фольгированный текстолит, толщиной 0,8-1,5 мм. Плата изготавливается методом лазерно-утюжной технологии (или любой другой доступной). Описание этой технологии есть на сайте www.vrtp.ru.

Файл платы, в формате visio (.vsd) Вы можете взять здесь. Лучше сразу изготавливать несколько плат - чтобы был резерв на случай порчи плат при травлении. Травятся платы, изготовленные лазерно-утюжным методом в горячем, насыщенном растворе хлорного железа - чтобы минимально сократить время травления.

После травления, плата подрезается и ей придается форма круга - по границе минусовой шины. Диаметр платы составляет 23 мм. Теперь, необходимо убедится в качестве изготовления платы, для этого берем увеличительное стекло и проверяем, нет ли соприкасающихся участков. При необходимости "прозваниваем" тестером подозрительные места, и если есть контакт - подрезаем острым скальпелем. Такой контроль, также проводится после лужения платы и после монтажа всех элементов. Эта процедура позволит вам избежать многих неприятных моментов, в т.ч. сгоревших микросхем, а также вопросов типа "… А почему устройство не работает?".

Сборка

Монтаж элементов я начинаю с микросхем. Это немного противоречит классической схеме - за то так гораздо удобнее в данном, конкретном случае. Пока плата свободна - удобнее паять мелкие выводы микросхем. Затем припаиваю остальные элементы, двигаясь последовательно в направлении от центра (от микросхем) к периферии платы.

Есть и еще одна интересная технология монтажа SMD-элементов (я ею, кстати, иногда пользуюсь). Элементы сначала закрепляются на плате при помощи специального клея (напоминает секундный клей), а затем уже пропаиваются. Такой способ позволяет немного увеличить плотность монтажа, сделать его ровным и красивым, а также избежать перегрева чувствительных элементов.

Схема монтажа элементов приведена на рисунке ниже.

После монтажа элементов, плата тщательно промывается от остатков флюса. Это делается специальными спреями, которые хорошо вымывают остатки флюса под давлением, но можно воспользоваться мягкой кистью, обильно смоченной в спирте. Если для пайки элементов применялись активные флюсы, то лучше промыть плату под струей горячей воды, для надежного удаления остатков флюса. Собранная плата должна выглядеть приблизительно так, как показано на фото ниже.

В конструкции я не стал использовать специальный бокс под литиевую батарею - он увеличивает общую толщину изделия. Для крепления батареи я использовал две полоски из латуни (П и Г-образные), шириной 4 мм., припаянные непосредственно на плату устройства. Рисунок ниже и фотографии помогут Вам понять принцип крепления элемента питания с обратной стороны платы.

Микрофон

Пока я ждал заказанные детали и готовился к реализации этого проекта, мое внимание привлекла лежащая без дела беспроводная гарнитура HBH-660 от SonyEricsson. Уже несколько лет я ей не пользовался и при попытке включения - она не подала признаков жизни. Недолго думая, я вскрыл устройство и обнаружил внутри интересный микрофон, который показал великолепную чувствительность и к тому же обладал очень небольшими габаритами. Его я и решил использовать в данном радиомикрофоне. На плате он закрепляется небольшой каплей двукомпонентного клея. Чуть позже, я сделал еще один экземпляр "жучка" с микрофоном от телефона Ericsson T39, тоже обладающим превосходной чуствительностью. На плате он закрепляется аналогично, при помощи двухкомпонентного клея.

Нет никаких препятствий для использования любого электретного микрофона имеющегося в Вашем распоряжении. Эксперименты покажут, какой микрофон наиболее чувствителен. Его и нужно использовать в радиомикрофоне, для получения максимальной аккустической чувствительности.

Настройка

Из 3-х собранных мною устройств на разные частоты (385, 448, 640 Мгц), все заработали сразу и без "глюков". Единственной настройкой стала подстройка конденсатора по максимуму выходной мощности.

Окончательная сборка

Настроенная плата покрывается слоем защитного лака. После высыхания лака - радиомикрофон готов к использованию. В качестве дополнительной защиты изделия, можно использовать термоусадочную трубку.

В погоне за мощностью...

Выходная мощность, данного радиомикрофона 6-10 мВт (точнее я не смог измерить). Ее можно сознательно уменьшить (например, чтобы увеличить срок службы батареи), увеличив сопротивление ограничительного резистора в передающем каскаде. А вот чтобы ее увеличить, необходимо применение еще одного усилительного каскада. Можно собрать его на транзисторе, а можно на монилитном усилителе (что более предпочтительно, мы ведь собираем высокотехнологическое изделие :-)). Я провел эксперименты с усилителями ERA-5 и VNA-25, монитируя их навесным монтажом на предыдущую, экспериментальную модель передатчика и вот какие получились результаты:
ERA-5 - очень хороший, небольшой по размеру, устойчивый усилитель, но работать хорошо он начинает с увеличением питающего напряжения до 6 вольт и выше. Требует хорошего согласования по входу ("не любит" излишнюю мощность на входе).
VNA-25 - очень приличный усилитель, работает эффективно уже с 3-х вольт, правда по размеру он немного больше предыдущего. При потребляемом токе 40мА (был ограничен резистором) - мощность возросла до 27-38 мВт, а дальность уверенного приема - увеличилась в два раза. Если дойдут руки, то следующим изделием будет радиомикрофон повышенной мощности, на тех же микросхемах и VNA-25. Я думаю это будет очень "достойное" изделия в плане размер-выходная мощность.

Перспективы

Как видите, размер устройства можно еще уменьшить, применив кварцевый резонатор другого типоразмера и убрав из схемы подстроечный конденсатор - подобрав на его место постоянный. Также плату можно еще немного "оптимизировать", изменив топологию элементов.

В некоторых случаях необходима длительная работа радиомикрофона. В этом случае можно использовать более емкий литиевый элемент, например CR2450 (560мАч.). У него немного больше диаметр и высота (относительно используемого в устройстве CR2032), поэтому контактную планку "+" придется немного изменить в соответствии с этими параметрами.

Еще одна полезная система, которой нет в нашем радиомикрофоне называется VOX. Она позволяет активировать передатчик только в случае, когда в помещении есть звук. Это позволяет значительно увеличить ресурс батареи и соответственно время автономной работы передатчика. На мой взгляд, система VOX может иметь схему приведенную ниже. Она достаточно проста для понимания и не нуждается в особых комментариях. Низковольный логический элемент 2И-НЕ, включен как инвертор и управляет режимом передатчика (вводит его в "спящий" режим или выводит из него).

Еще раз хочу сказать, что эта схема не опробована на практике (закончились MAXы) и возможно нуждается в подборе номиналов деталей, установке рабочей точки повторителя (отличной, от Uпит/2) и т.п.

Готовые изделия я храню в индивидуальных прозрачных пластиковых боксах, с новой батареей и маркировкой частоты.

Заключение

Ну вот, вроде и все, что я хотел рассказать. Работу над этим проектом я начал на зимних каникулах, когда мы жили вдвоем с Матвеем, оставив нашу маму с Машей в Новомосковске. Периодически, Матвей, подходил ко мне и наблюдал за работой. Когда я ему разрешал, он садился на мое место и начинал раскладывать содержимое стола, в одном ему известном порядке. Когда я его спрашивал, что он делает, Матвей отвечал, что собирает телевизор :-). Втайне, надеюсь, что он пойдет по моим стопам и будет не только понимать, как работают различные устройства, но и сам создавать что-то новое и полезное...