Диапазонные полосовые фильтры. Схема ДПФ для трансиверов и радиопрёмников.
А на кой шайтан-узбек сдались нам эти ДПФы?
Возьмём, к примеру, Дегенов, Туксанов и прочих апологетов традиционной китайской цивилизации.
Молодцы ведь — пашут, и не жужжат.
Простенько и со вкусом — без всяких там излишеств!
Две водки, три пива, селёдка и цельная буханка хлеба — скромный спартанский менталитет, воплощённый в схемотехнике и конструктиве.
Так вот. Пашут — и молодцы!
И должны пахать всеми корпусами на полную глубину, оправдывая высокое звание супергетеродинов с двойным преобразованием частоты
и высокой первой промежуточной частотой.
А чтобы вспашка была качественной, нужно следить, чтобы амплитуда сигнала, поступающего на антенный вход электроплуга, не превышала уровня,
отведённого ей динамическим диапазоном.
Динамический диапазон подобных радиоприёмников ограничен цифрой 80дБ, а это значит, что при чувствительности приёмника 1мкВ, максимальная амплитуда входного сигнала, перевариваемая агрегатом, составит величину 1мкВ x 10000 = 10мВ. Подадите больше, начнёт пожужживать. Ещё больше — услышите кашу из интермодуляционных шумов и продуктов искажений.
И не знать бы всего этого геморроя, если бы закон диалектического развития (мать его) не отвернул бы нас от комнатной магнитной рамки в сторону полноразмерной антенны, или, хотя бы, просто длинного куска провода, согласованного с 50-омным входом приёмника.
А тут?
Какие там 10мВ, особенно в условиях города?
Широчайший спектр сигналов, начиная от 50-герцовых сетевых наводок, кончая мощными УКВ ЧМ-станциями, наведут на длинную антенну совокупную
ЭДС, исчисляемую десятками, а то и сотнями милливольт.
Вот, собственно говоря, для того, чтобы очистить, поступающие на вход приёмника сигналы от всякой внеполосной дряни и уменьшить их совокупную амплитуду до приемлемого уровня, не прибегая к помощи аттенюатора, и служат диапазонные фильтры.
Всё вышесказанное относится и к простым приёмникам прямого преобразования с диодными, либо интегральными смесителями.
Несколько другая история связана с SDR-ами и ППП со смесителями на быстродействующих ключевых элементах. Здесь параметр реально достижимого динамического диапазона составляет величину 110-115 дБ, и на первый план выходит функция полосовых фильтров по подавлению паразитных каналов приёма на нечётных гармониках. И функция эта настолько важна, что можно уверенно заявить — без полосовых фильтров приёмник прямого преобразования нормально работать не будет.
Описывать многообразие различных схемотехнических решений диапазонных фильтров в рамках данной статьи я не вижу особого смысла,
поэтому сразу приведу схему ПФ, являющуюся основным, базовым вариантом современных радиоприёмных конструкций высокого класса.
Рис.1
Подробно эти фильтры 3-7 порядков мы рассматривали на странице ссылка на страницу.
Там же можно произвести онлайн расчёт этих фильтров для любых частот и характеристических сопротивлений.
К преимуществам данных фильтров можно отнести минимальные потери и максимально плоскую АЧХ в полосе пропускания.
Крутизна спада АЧХ вне полосы пропускания составляет величину 43 дБ/октаву.
Причём, характеристики подобных фильтров не так сильно зависят от точности подбора номиналов конденсаторов и катушек индуктивности,
как от строгого соблюдения рассчитанных параметров входного и выходного сопротивлений.
В качестве входного у нас выступает сопротивление приёмной антенны, согласованное с волновым сопротивлением коаксиального кабеля.
А теперь давайте прикинем — в каких хуторах и селениях нам искать следы антенны с постоянным и неизменным 50-омным сопротивлением во
всём непрерывном КВ диапазоне?
Чтобы не ограничивать сферу применения наших полосовых диапазонных фильтров исключительно активными антеннами, подобное согласующее
устройство придётся предусмотреть в составе схемы ДПФ.
Причём на первый план здесь выходит ключевая задача — превысить параметры, определяющие динамический диапазон приёмника.
Зададимся цифрой этого параметра — не менее 120 дБ.
В результате получилась следующая схема.
Рис. 1А подробно обсудим её — на следующей странице.
Полосовой диапазонный фильтр схема
А на кой шайтан-узбек сдались нам эти ДПФы?
Возьмём, к примеру, Дегенов, Туксанов и прочих апологетов традиционной китайской цивилизации.
Молодцы ведь — пашут, и не жужжат. Простенько и со вкусом — без всяких там излишеств!
Две водки, три пива, селёдка и цельная буханка хлеба — скромный спартанский менталитет, воплощённый в схемотехнике и конструктиве.
Так вот. Пашут — и молодцы!
И должны пахать всеми корпусами на полную глубину, оправдывая высокое звание супергетеродинов с двойным преобразованием частоты и высокой первой промежуточной частотой.
А чтобы вспашка была качественной, нужно следить, чтобы амплитуда сигнала, поступающего на антенный вход электроплуга, не превышала уровня, отведённого ей динамическим диапазоном.
Динамический диапазон подобных радиоприёмников ограничен цифрой 80дБ, а это значит, что при чувствительности приёмника 1мкВ, максимальная амплитуда входного сигнала, перевариваемая агрегатом, составит величину 1мкВ x 10000 = 10мВ. Подадите больше, начнёт пожужживать. Ещё больше — услышите кашу из интермодуляционных шумов и продуктов искажений.
И не знать бы всего этого геморроя, если бы закон диалектического развития (мать его) не отвернул бы нас от комнатной магнитной рамки в сторону полноразмерной антенны, или, хотя бы, просто длинного куска провода, согласованного с 50-омным входом приёмника.
А тут? Какие там 10мВ, особенно в условиях города?
Широчайший спектр сигналов, начиная от 50-герцовых сетевых наводок, кончая мощными УКВ ЧМ-станциями, наведут на длинную антенну совокупную ЭДС, исчисляемую десятками, а то и сотнями милливольт.
Вот, собственно говоря, для того, чтобы очистить, поступающие на вход приёмника сигналы от всякой внеполосной дряни и уменьшить их совокупную амплитуду до приемлемого уровня, не прибегая к помощи аттенюатора, и служат диапазонные фильтры.
Всё вышесказанное относится и к простым приёмникам прямого преобразования с диодными, либо интегральными смесителями.
Несколько другая история связана с SDR-ами и ППП со смесителями на быстродействующих ключевых элементах. Здесь параметр реально достижимого динамического диапазона составляет величину 110-115 дБ, и на первый план выходит функция полосовых фильтров по подавлению паразитных каналов приёма на нечётных гармониках. И функция эта настолько важна, что можно уверенно заявить — без полосовых фильтров приёмник прямого преобразования нормально работать не будет.
Описывать многообразие различных схемотехнических решений диапазонных фильтров в рамках данной статьи я не вижу особого смысла, поэтому сразу приведу схему ПФ, являющуюся основным, базовым вариантом современных радиоприёмных конструкций высокого класса.
Рис.1
Подробно эти фильтры 3-7 порядков мы рассматривали на странице ссылка на страницу.
Там же можно произвести онлайн расчёт этих фильтров для любых частот и характеристических сопротивлений.
К преимуществам данных фильтров можно отнести минимальные потери и максимально плоскую АЧХ в полосе пропускания.
Причём, характеристики подобных фильтров не так сильно зависят от точности подбора номиналов конденсаторов и катушек индуктивности, как от строгого соблюдения рассчитанных параметров входного и выходного сопротивлений.
В качестве входного у нас выступает сопротивление приёмной антенны, согласованное с волновым сопротивлением коаксиального кабеля.
А теперь давайте прикинем — в каких хуторах и селениях нам искать следы антенны с постоянным и неизменным 50-омным сопротивлением во всём непрерывном КВ диапазоне?
Ни в каких! Запаришься искать такую антенну, если только она не снабжена активным согласующим устройством.
Чтобы не ограничивать сферу применения наших полосовых диапазонных фильтров исключительно активными антеннами, подобное согласующее устройство придётся предусмотреть в составе схемы ДПФ.
В результате получилась следующая схема.
А подробно обсудим её — на следующей странице.
Поскольку вход у нас низкоомный и должен быть согласован с 50-омным волновым сопротивлением коаксиального кабеля, выбор пал на схему усилителя с общей базой на транзисторе Т1, обладающую на высоких частотах известными преимуществами перед схемой с общим эмиттером.
Переменный резистор R2 позволяет выставить желаемый коэффициент передачи ДПФов в пределах 0 — 6 дБ. Входное сопротивление устройства при этом составляет величину 53-65 Ом, в зависимости от положения регулятора, что для приёмной аппаратуры находится во вполне допустимом диапазоне.
Приемлемые динамические характеристики входного усилителя достигаются 3-мя инструментами:
1. достаточно высоким током покоя транзистора Т1;
2. введением катушки (дросселя) L1 для притягивания напряжения коллектора Т1 к нулевой точке;
3. уходом от традиционных 50-омных характеристических сопротивлений фильтров в пользу более высоких значений, что позволяет транзистору работать на более высокоомную нагрузку, что в свою очередь определяет и лучшие динамические показатели.
Выходное сопротивление первого каскада определяется номиналом резистора R7 и составляет 470 Ом. Исходя из этой величины, и следует рассчитывать характеристические сопротивления полосовых фильтров.
Уход от 50-омной схемотехники позволяет, помимо всего прочего, и снизить требования к параметрам катушек, входящих в состав фильтров, и обратить свой взор в сторону маленьких китайских дроссельков.
Выходному каскаду живётся, с одной стороны легче, чем входному, ведь на его вход поступает уже отфильтрованный сигнал и, соответственно, меньшей амплитуды, но с другой стороны работает он на 50-омную нагрузку, и простым увеличением тока покоя транзистора не удастся обеспечить приемлемого значения ДД (вернее удастся, но значение этого тока составит неприличную величину). Именно поэтому, в качестве выходного и был выбран двухтактный каскад на комплементарных транзисторах.
Расчёт полосовых фильтров будем производить с помощью таблицы ссылка на таблицу.
Глядя на схему, закрадываются смутные сомнения в необходимости дросселя L1, ведь с функцией подтягивания коллекторного напряжения Т1 к нулевой точке прекрасно должны справиться катушки, входящие в состав фильтра.
Правильно закрадываются! Отлично справятся, поэтому, если не будут раздражать щелчки во время переключения диапазонов — смело выкидывайте.
В качестве переключателя диапазонов вполне можно использовать и механические устройства, и диоды шоттки, и электронные ключи, но куда правильнее для этих целей будет задействовать радиочастотные реле, с замыканием незадействованных фильтров на землю.
Приведём результаты расчётов.
| Диапазон (МГц) | L2 (мкГн) | L3 (мкГн) | L4 (мкГн) | С5 (пФ) | С6 (пФ) | С7 (пФ) |
| 1,70 — 2,50 | 10,5 | 107 | 10,5 | 569 | 56 | 569 |
| 2,50 — 3,70 | 7,2 | 71 | 7,2 | 380 | 38,5 | 380 |
| 3,70 — 5,60 | 5,1 | 45 | 5,1 | 240 | 27,2 | 240 |
| 5,60 — 8,10 | 3 | 34 | 3 | 182 | 16,3 | 182 |
| 8,10 — 12,1 | 2,3 | 21,3 | 2,3 | 114 | 12,1 | 114 |
| 12,1 — 18,2 | 1,54 | 14 | 1,54 | 75 | 8,2 | 75 |
| 18,2 — 30,0 | 1,2 | 7,2 | 1,2 | 39 | 6,4 | 39 |
Представленные диапазонные фильтры полностью перекрывают КВ диапазон, обеспечивают неравномерность АЧХ внутри диапазона не более 0,5 дБ и крутизну спада вне полосы пропускания — 43 дБ/октаву.
Теперь, что касается владельцев SDR-ов и приёмников прямого преобразования. Для них важен параметр подавления паразитных каналов приёма на нечётных гармониках. Приведу эти цифры для SSB радиолюбительских диапазонов.
| Диапазон | Подавление приёма на 3-й гармонике (дБ) | Подавление приёма на 5-й гармонике (дБ) | Подавление приёма на 7-й гармонике (дБ) |
| 80-метровый | 53 | 68 | 78 |
| 40-метровый | 53 | 68 | 78 |
| 30-метровый | 50 | 65 | 74 |
| 20-метровый | 47 | 63 | 72 |
| 15-метровый | 40 | 56 | 65 |
| 10-метровый | 50 | 65 | 74 |
С учётом того, что и сам смеситель обеспечивает меньший уровень передачи гармониковых сигналов децибел на 10-15, в принципе, получается приличное подавление.
Ну а для обладателей ключевых смесителей с динамическим диапазоном 110-115 дБ цифры эти могут показаться недостаточными — им подавай как минимум 80 дБ.
Ну и ничего страшного, даже количество катушек не придётся увеличивать, просто заменим полосовые фильтры на ФНЧ 7-го порядка. 
Рис.2
Расчёт фильтров нижних частот проведём с помощью другой таблицы ссылка на таблицу.
| Диапазон (МГц) | L2 (мкГн) | L3 (мкГн) | L4 (мкГн) | С5 (пФ) | С6, С6_1 (пФ) | С7 (пФ) |
| 1,70 — 2,50 | 37,6 | 40,2 | 37,6 | 235 | 357 | 235 |
| 2,50 — 3,70 | 25,4 | 27,2 | 25,4 | 159 | 241 | 159 |
| 3,70 — 5,60 | 16,8 | 18 | 16,8 | 105 | 160 | 105 |
| 5,60 — 8,10 | 11,6 | 12,4 | 11,6 | 73 | 110 | 73 |
| 8,10 — 12,1 | 7,8 | 8,3 | 7,8 | 49 | 74 | 49 |
| 12,1 — 18,2 | 5,2 | 5,5 | 5,2 | 32 | 49 | 32 |
| 18,2 — 30,0 | 3,1 | 3,4 | 3,1 | 20 | 30 | 20 |
| Диапазон | Подавление приёма на 3-й гармонике (дБ) | Подавление приёма на 5-й гармонике (дБ) | Подавление приёма на 7-й гармонике (дБ) |
| 80-метровый | 89 | 121 | 142 |
| 40-метровый | 89 | 121 | 142 |
| 30-метровый | 86 | 118 | 140 |
| 20-метровый | 83 | 115 | 136 |
| 15-метровый | 76 | 108 | 129 |
| 10-метровый | 86 | 118 | 140 |
Если и этого мало — прямая дорога к эллиптическим фильтрам Кауэра ссылка на таблицу.
Теперь, что касается элементов.
Если нет особого желания ковыряться с подстроечными конденсаторами и высокочастотным АЧХ-ометром, рекомендую обзавестись недорогим китайским измерителем емкостей и индуктивностей и подобрать номиналы элементов в фильтрах с точностью 3-5%. Параллельные и последовательные соединения никак не возбраняются.
К дросселю L1 следует отнестись с определённой долей уважения — его индуктивность должна значительно превышать индуктивности катушек L2, а собственная ёмкость быть значительно ниже значений конденсаторов С5.
Готовым дроссельком здесь не обойтись, поэтому намотать его придётся самостоятельно на низкочастотном тороидальном феррите М2000. Количество витков 10-15, рассчитывается в программе Coil32 в зависимости от размеров кольца.
Настройка схемы сводится к установке токов покоя транзисторов в пределах 15мА. Делается это подбором соответствующих резисторов — R6 и R11.
Если выходное напряжение в точке соединения R15 и R16 будет сильно отличаться от указанного на схеме — придётся поиграться номиналом резистора R10 или R13.
Полосовые диапазонные фильтры высококачественного трансивера.
Решив сделать полосовые фильтры для своего трансивера (основная плата уже готова) принялся выбирать из всего многообразия вариантов предлагаемых схем подходящую для моего аппарата. Моделирование в RF SIM и полученные результаты (теоретические) большинства приведенных схем неустроили меня по разным причинам. Во первых наилучшие параметры имели фильтры ,которые сложно реализовать на практике — катушки с отводами ,применение дорогих и кое-где дефицитных «амидоновских» колец или подстроечных конденсаторов и т.д. Я поставил перед собой задачу разработать легко выполнимый ДПФ ,который можно собрать на любых имеющихся деталях. За основу был принят один из лучших ДПФ RA3AO .Так как подстроечных конденсаторов у меня в наличии нет решил от них избавиться и применить обычные катушки с подстроечниками .В связи с этим шагом пришлось перейти от индуктивной связи между контурами к емкостной .
В результате моделирования были рассчитаны схемы для всех КВ диапазонов.Приведенные схемы рассчитаны на коммутацию с помощью реле. При необходимости фильтры можно легко преобразовать для применения электронной коммутации на диодах просто добавив катушки связи на крайние по схеме контура (число витков в 8-10 раз меньше контурной катушки).Этот вариант также моделировался и получились практически те же параметры ,что и в основном варианте.Для примера прилагаю файл полосового фильтра диапазона 20 м в формате RF SIM.Так же хочу отметить ,что рассчитанные полосовые фильтры теоретически практически полностью подавляют зеркальный канал – при популярной ПЧ = 8.867 МГц на диапазоне 20 м ,частота ГПД = 14.2 – 8.867
=5.333 МГц. Зеркальный канал будет на частоте 8.867 – 5.333= 3,534 МГц. На этой частоте затухание смоделированного фильтра 20 м диапазона достигает 140 дБ (теоретически) ! Что получится на практике зависит уже от конструктора…Так же есть еще одно преимущество этой схемы перед прототипом (RA3AO ) – катушки можно и нужно поместить в экран ,а это позволит избавиться от неприятного явления с которым сталкивались многие – влияние при настройке одного диапазона на другой ,да и сложность подобрать оптимальную индуктивную связь между контурами.
Так же проверил возможность изготовления более простого , 2-х контурного фильтра. Для этого просто исключаем средний контур из схемы и один из конденсаторов связи – номиналы оставшихся деталей остаются те же! Параметры также очень неплохие для более простых трансиверов – зеркальный канал для приведенного выше примера «давится» более ,чем на 90 дБ! Из-за емкостных связей в схеме фильтра верхний по частоте скат АЧХ получается более пологий и по этому желательно «пропускать» принимаемый сигнал через ФНЧ передатчика. В этом случае вполне можно обойтись и 2-х контурными фильтрами.
Намоточные данные приводить нет смысла ,так как приведенная на схеме индуктивность параметр более универсальный. Отводов катушки не имеют и рассчитать под имеющиеся каркасы число витков не составит труда – для этого есть много программ. Как реализую практически — поделюсь. Возможно кто-то это сделает быстрее….Надеюсь кому – нибудь пригодятся мои расчеты.
Провел испытания полосового фильтра на 14 МГц в комплексе с самодельной основной платой трансивера и синтезатором от RD3AY — результат хороший!Попробовал все варианты: 2-х контурный с емкостной и индуктивной связью с антенной и трансивером ,а также 3- контурный в этих комбинациях.Все работает, по крайней мере на слух потери не большие — чувствительности для 14 МГц более чем достаточно.По приборам еще не проверял — думаю все будет нормально.Затухание в 2-х контурном фильтре заметно меньше.Разницы между индуктивной (катушка связи на контурной — витков в 10 раз меньше контурной ) и емкостной связью с антенной и трансивером на слух не заметил.Намотал катушки на каркасах диаметром 5 мм («крайние» по 30 ,»средняя» 20 витков) поставил SMD конденсаторы размера 0603 указанных на схеме номиналов и «с пол оборота» настроил фильтр подстроечниками катушки даже без приборов — на слух.Резонансы всех трех контуров очень «четкие».Схема вполне рабочая и может рекомендоваться для применения.
Плата полосовых диапазонных фильтров (ДПФ)
фото1 , фото2 , схема.
На плате ДПФов расположены широкополосный усилитель высокой частоты (VT1), первый каскад усилителя передатчика (VT2), аттенюатор, девять полосовых фильтров, которые включаются дешифратором DD1 управляемым двоично-десятичным кодом по шине D, поступающим от синтезатора частоты. В режиме приема, сигнал с антенного гнезда, которое коммутируется при помощи контактов реле, установленного на плате усилителя мощности (Кум.), поступает на контакты К4,К3 реле Р4,Р3. В случае надобности эти контакты подключают аттенюатор из резисторов R7,R8,R9 с затуханием 15-20Дб. Далее сигнал поступает на контакты К5 реле Р5, управляемого напряжением TХ и с них на полосовые фильтры.
Применены трехконтурные полосовики с индуктивной связью с нагрузкой и емкостной между катушками. Применение такого варианта вызвано по нескольким причинам:
- На радиорынках есть достаточно удобные каркасы диаметром 6,5 мм (от последних советских телевизоров) с подстроечными сердечниками различной проницаемости,
- Не требуется большое количество подстроечных конденсаторов, как в случае емкостной связи с нагрузкой (RA3AO),
- Удобство разводки на печатной плате без длинных концов катушек (RА3AO),
- Самое главное — антенна через катушку связи гальванически связана с корпусом, этот момент облегчает ситуацию с наводками статического электричества в антенне. В крайнем случае залипнут контакты реле от достаточно мощного разряда, но напряжение не попадет в радиочастотный тракт усиления и полупроводники останутся целыми.
Моточные данные катушек приведены в «таблице №1» ниже:
Описание процесса намотки катушек, а также некоторые технологические особенности процесса изготовления моточных узлов читайте здесь.
Шунтирование антенного гнезда разрядниками, дросселями, резисторами не давало положительного эффекта. Разрядники не имеют 100% надежности — это подтверждает опыт эксплуатации Р339А («Катрана»), хотя там и установлен разрядник, полевые транзисторы смесителя приходилось неоднократно заменять после гроз, пока не был сделан антенный коммутатор. Дроссели обладают собственным реактивным сопротивлением, а резисторы активным, поэтому на них остается определённое напряжение, которого бывает достаточно для пробоя полупроводников, даже таких мощных как КП904, что неоднократно происходило в трансивере “Урал 84М”. Конечно, катушка связи тоже имеет реактивное сопротивление, но оно намного ниже чем у дросселя и к тому же имеем две заземленные катушки связи (L5,L1), прежде чем статика попадет в радиочастотный тракт и наведет там “свои порядки”. Реальные испытания трансиверов с такой версией построения полосовых фильтров показали, что можно без дополнительных мер предосторожности работать во время наводок статического электричества, конечно, если нет опасности прямого попадания молнии в антенну и в эфире среди разрядов еще кого-то можно разобрать. Количество витков катушек связи подобрано под входное сопротивление антенного входа 50 Ом и приведенными данными соотношения обмоток трансформатора Т1 на основной плате.
Хотя все полосовые фильтры разведены на печатной плате как трехконтурные, в реальной конструкции на WARC диапазонах используются двухконтурные полосовики (см. фото платы), что связано с узостью этих диапазонов. Если появится желание и здесь применять трехконтурные, данные L3,C10 можно приблизительно оценить, руководствуясь данными полосовиков соседних диапазонов.
| АЧХ ДПФов — сделано на Х1-38 — измерялось: выход ИЧХ подан на вход ТРХ (как раз выходное сопротивление прибора 50Ом), головка ИЧХ подключена параллельно входу основной платы (или выходу платы ДПФ, что тоже самое). | |||||||||
| Диапазон | 160m | 80m | 40m | 30m | 20m | 18m | 15m | 12m | 10m |
Переключение фильтров происходит при помощи реле РЭС49, РЭК23 паспорт 201,202 (сопротивление обмотки 270-300 Ом). Можно применять реле паспортов 001,423,428 с сопротивлением обмотки 1,7-1,9Ком. В этом случае реле включаются параллельно. Их предварительно нужно подобрать по надежному срабатыванию от 11-12В. Печатная плата разведена таким образом, что допускает оба варианта включения реле. Управление на переключение реле поступает от синтезатора по шине D, кодом, который дешифрируется микросхемой DD1. На входе микросхемы установлены RC фильтры (R16-R19,C29-C32), которые служат для устранения наводок от цифровой части синтезатора. В дешифраторе DD1 довольно мощные ключи с открытым коллектором, предельные значения одного ключа — рабочий ток до 80мА и напряжение питания нагрузки до 15В. Диоды VD1-VD9, а так же и VD11,VD10 служат для защиты ключей от бросков обратного напряжения возникающих при переключении реле. При управлении переключением реле от микропроцессора синтезатора появилась возможность работать на разнесенных диапазонах (CrossBand). Если не предполагается использование синтезатора в трансивере, микросхему DD1 можно исключить и переключать полосовые фильтры например автоматикой, используемой в TRX RA3AO или применить обычный переключатель на девять положений.
Далее отфильтрованный сигнал поступает на отключаемый широкополосный усилитель высокой частоты VT1. Применение УВЧ иногда требуется на высокочастотных диапазонах, подключается контактами К1,К2 реле Р1,Р2. Реле запитываются напряжением RX, поэтому при переходе на передачу УВЧ отключается. Это же каскад можно было задействовать и на передачу, но как было отмечено ранее — если упрощение конструкции приводит к ухудшению параметров трансивера — такое решение не используется. При наличии двух разных каскадов на прием и на передачу, можно оптимально подобрать характеристики, которые отличаются для приемника и передатчика. В качестве VT1, в зависимости от требуемой задачи, можно использовать любые высокочастотные, желательно малошумящие транзисторы. Если нужно сохранить максимальные цифры динамического диапазона, следует применять мощные транзисторы КТ610,КТ606,КТ939,КТ911 и им подобные. Если нужно обеспечить максимальную чувствительность — больше подойдут малошумящие КТ368, КТ399. Элементы отрицательной обратной связи определяют параметры каскада. Общий коэффициент усиления определяют R6,R3. Амплитудно-частотную характеристику R4,C7 и немного R2,C2. Приведены оптимальные значения для транзистора КТ368А, с максимальным подъемом усиления в районе 29 МГц. Усиление можно поднимать до 22Дб и вплоть до самовозбуждения, уменьшая значение R3 и увеличивая R2. Небольшая доработка от Андрея US4IWC – если требуется получить максимально возможную чувствительность на диапазоне 24-28Мгц параллельно цепочке R3,R4 с коллектора VT1 на корпус включаем последовательную цепь из катушки с конденсатором. Катушка – бескаркасная диаметр оправки 5мм 9 витков провода 0,4мм, конденсатор 91-100пф. Растягивая-сдвигая витки катушки настраиваем этот контур на требуемую частоту.
Реле Р1,Р2,Р3,Р4 управляются через порт контроллера синтезатора и дополнительные транзисторные ключи или логические элементы, умощняющие выходы порта К580ВВ55, которые установлены на плате индикации непосредственно возле кнопок (плата индикации-фальшпанель – см. фото платы) или плате контроллера (МС DD1 К155ЛН3 на плате контроллера). Здесь так же, как и в случае с переключением реле фильтров, если не будет применяться синтезатор, можно заимствовать автоматику TRX RA3AO или применить обычные тумблеры. Все реле следует проверить на надежность переключения напряжением 11-12В. Реле РЭС 55 лучше применять 12В паспорта (0102) с сопротивлением обмотки 390-430Ом, но с предварительной проверкой можно использовать и паспорта 001,002,0502 (сопротивление обмотки 1,7-2Ком).
В режиме передачи сигнал с основной платы через контакты К1,К2 поступает на фильтры. В зависимости от диапазона, отфильтрованный сигнал уровнем 80-120мВ поступает через контакты К5 на первый каскад передатчика VT2. Транзистор работает в классе А с током покоя 20мА. Схема этого каскада аналогична УВЧ. Трансформаторы Т1,Т2 наматываются одновременно двумя проводами без скрутки на ферритовых кольцах проницаемостью 600-1000. Кольца диаметром 7-10 мм, провод диаметром 0,15-0,18 мм. Достаточно 7-9 витков. Начало одной обмотки соединяется с концом второй. Не следует пытаться получить максимальный коэффициент усиления с первого каскада передатчика — в этом случае линейка ШПУ будет склонна к “возбуду”. Достаточно получить на выходе каскада VT2 амплитуду ВЧ сигнала в пределах 0,8-1,5В (эффективное значение в ненагруженном на ШПУ положении). Главное — обеспечить подъем на 29МГц, т.к. в последующих более мощных каскадах намного сложнее получить подъем усиления на высокочастотных диапазонах.
Затухание в полосовых фильтрах с ростом частоты падает, поэтому требуемые характеристики получаются довольно легко. Формировать АЧХ проще всего при помощи С15, общее усиление — R13. Усиленный сигнал с каскада VT2 поступает в линейку ШПУ, которая расположена на задней панели — радиаторе трансивера.
При настройке плата ДПФ «глюков» практически не даёт. Обратите внимание на тип применяемых сердечников в катушках. Мне попадались четыре типа. Три варианта длинных сердечников и один – короткий. Длинные сердечники имеют бОльшую проницаемость и подходят для полосовиков ниже 14 MHz. Применение коротких сердечников даёт бОльшую добротность на частотах выше 18MHz.
Китайские конденсаторы ёмкостью более 150пф для полосовиков не подходят. Например, при применении китайских кондёров в полосовике на 7MHz – затухание составило 8Db. Конденсаторы (круглые светло-коричневые дисковые) предназначенные для ВЧ целей и имеющие хорошую добротность имеют метку тёмной краской сверху конденсатора.
Пластмассовые КТ368 в УВЧ иногда возбуждаются – приходится занижать усиление или вводить дополнительные шунтирующие элементы, здесь неплохо работают пластмассовые КТ399А. Виктор UT2IV в УВЧ пытался применить вначале без изменения параметров режима каскада буржуинский BF96С – по шумовым параметрам он оказался хуже отечественного КТ399А. Но после тщательного анализа, чтения книжек Реда и последующей лабораторной работы по доводке-отладке режима остановился на BF96C – как более качественного на его взгляд в сравнении с наиболее лучшим из отечественных (на мой взгляд !) – КТ399А. Всё реле до запайки в плату следует проверить на надёжность срабатывания от 12V. В первом каскаде ШПУ практически одинаково работают КТ386, 399, 325 в пластмассе.
Иногда при включении УВЧ появляются еле заметные на слух “палки” от синтезатора при перестройке частоты на ВЧ диапазонах, они пропадают при остановке перестройки – нужно дополнительно шунтировать шнурок АМР электролитом на 100мкф. Кстати, если будет повторяться схема управления платой ДПФов от синтезатора на 89С52 (платы индикации “С клавой” и “фальшпанель”), то из-за “просачивания” напряжения +5В через обмотки реле Р1, Р2 (в выключенном режиме) немного подсвечивает светодиод, инициирующий включение АМР. Для того чтобы этого не происходило, последовательно в цепь АМР включен германиевый диод (он виден на фото платы рядом и перпендикулярно VD11).
Если захочется получить максимальное чутьё от УВЧ (но в этом случае TRX “запоёт голосами Америки” при включении УВЧ на 40м на хорошую полноразмерную антенну) – нужно с точки соединения эмиттера с верхним выводом R3 подсоединить на корпус конденсатор ёмкостью 1500-4700-6800пф. Чем больше ёмкость, тем ниже по частоте увеличивается усиление. При ёмкости менее 1200-1000пф УВЧ возбуждается (на КТ399А). В исходном варианте “резонанс” подобран на 30Мгц и УВЧ на 40м ещё не “поёт”, при добавлении конденсатора 1800пф в эту точку “резонанс” получается “размазанным” вплоть до 20м. Специально слово резонанс взял в кавычки, т.к. о таком понятии в этом каскаде не идёт разговор, а имеется в виду общая АЧХ УВЧ. При введении конденсатора можно получить не менее 2-ух баллов прибавки в чувствительности при включении УВЧ.
Цифры измерений Алексея RW4CT УВЧ и первого каскада ШПУ, расположенные на плате ДПФов: развертка 40Db на экран, шкала логарифмическая
Усилитель TX КТ355, Кус 55, Uвх 94мВ, R вх/вых 50Ом УВЧ КТ368Бм, Кус 200, Uвх 9мВ 1,8MHz -9.0Db 1,8MHz -9.0Db 14MHz -15.0Db 7MHz -11Db 41MHz -14Db 31MHz -19.9Db 14MHz -13Db 73MHz -14Db 109MHz -10.0Db 24MHz -14Db 107MHz -8.0Db 28MHz -15Db 182MHz -0.9Db
|
Рис. 1 Поскольку вход у нас низкоомный и должен быть согласован с 50-омным волновым сопротивлением коаксиального кабеля, выбор пал на схему усилителя с общей базой на транзисторе Т1, обладающую на высоких частотах известными преимуществами перед схемой с общим эмиттером. Переменный резистор R2 позволяет выставить желаемый коэффициент передачи ДПФов в пределах 0 — 6 дБ. Входное сопротивление устройства при этом составляет величину 53-65 Ом, в зависимости от положения регулятора, что для приёмной аппаратуры находится во вполне допустимом диапазоне. Приемлемые динамические характеристики входного усилителя достигаются 3-мя инструментами: Выходное сопротивление первого каскада определяется номиналом резистора R7 и составляет 470 Ом.
Исходя из этой величины, и следует рассчитывать характеристические сопротивления полосовых фильтров. Выходному каскаду живётся, с одной стороны легче, чем входному, ведь на его вход поступает уже отфильтрованный сигнал и, соответственно, меньшей амплитуды, но с другой стороны работает он на 50-омную нагрузку, и простым увеличением тока покоя транзистора не удастся обеспечить приемлемого значения ДД (вернее удастся, но значение этого тока составит неприличную величину). Именно поэтому, в качестве выходного и был выбран двухтактный каскад на комплементарных транзисторах. Расчёт полосовых фильтров будем производить с помощью таблицы ссылка на таблицу. Глядя на схему, закрадываются смутные сомнения в необходимости дросселя L1, ведь с функцией подтягивания коллекторного напряжения Т1
к нулевой точке прекрасно должны справиться катушки, входящие в состав фильтра. В качестве переключателя диапазонов вполне можно использовать и механические устройства, и диоды шоттки, и электронные ключи, но куда правильнее для этих целей будет задействовать радиочастотные реле, с замыканием незадействованных фильтров на землю. Приведём результаты расчётов.
Представленные диапазонные фильтры полностью перекрывают КВ диапазон, обеспечивают неравномерность АЧХ внутри диапазона не более 0,5 дБ и крутизну спада вне полосы пропускания — 43 дБ/октаву. Теперь, что касается владельцев SDR-ов и приёмников прямого преобразования. Для них важен параметр подавления паразитных каналов приёма на нечётных гармониках. Приведу эти цифры для SSB радиолюбительских диапазонов.
С учётом того, что и сам смеситель обеспечивает меньший уровень передачи гармониковых сигналов децибел на 10-15, в принципе, получается приличное подавление. Ну а для обладателей ключевых смесителей с динамическим диапазоном 110-115 дБ цифры эти могут показаться недостаточными — им подавай как минимум 80 дБ. Ну и ничего страшного, даже количество катушек не придётся увеличивать, просто заменим полосовые фильтры на ФНЧ 7-го порядка.
Расчёт фильтров нижних частот проведём с помощью другой таблицы ссылка на таблицу.
Если и этого мало — прямая дорога к эллиптическим фильтрам Кауэра ссылка на таблицу. Теперь, что касается элементов. К дросселю L1 следует отнестись с определённой долей уважения — его индуктивность должна значительно превышать индуктивности
катушек L2, а собственная ёмкость быть значительно ниже значений конденсаторов С5. Настройка схемы сводится к установке токов покоя транзисторов в пределах 15мА. Делается это подбором соответствующих резисторов —
R6 и R11.
|
РАДИО для ВСЕХ — Полосовые фильтры на кольцах AMIDON с низкими потерями 🙂
Полосовые диапазонные фильтры для 9-ти диапазонного КВ трансивера 1,8-3,5-7-10-14-18-21-24-28 МГц на кольцах AMIDON с релейной коммутацией и стандартным ABCD дешифратором диапазонов
Плата полосовых фильтров разработана с применением схемотехнических решений Дэвида (N7DDC), оригинал статьи можно прочитать у него на сайте здесь www.sdr-deluxe.com. Я скорректировал чертёж печатной платы и номиналы элементов, так сказать, оптимизировал фильтры для КВ диапазонов. Плату можно рекомендовать для «строительства» ПДФ с низким уровнем затухания в полосе пропускания для КВ приёмников и трансиверов.
Данная плата может применяться для КВ трансиверов, работающих на диапазонах 1,8-3,5-7-10-14-18-21-24 и 28 МГц. Применяются девять трёхконтурных полосовых диапазонных фильтров (ПДФ) с релейноё коммутацией. В ПДФ применены современные малогабаритные SMD многослойные керамические конденсаторы и кольца габарита Т37 производства компании AMIDON. Коммутация диапазонов осуществляется при помощи малогабаритных реле типа P-5, TQ2-5 и им подобных с напряжением питания катушки 5 В постоянного тока. Напряжение питания платы 5 В постоянного тока.
Плата рассчитана на «прямое» подключение к синтезатору «Ёжик» – без каких-либо промежуточных каскадов, но может быть легко сопряжена с любым другим синтезатором, имеющим такую же кодировку диапазонов:
Diap 1,8 МГц = 0000
Diap 3,5 МГц = 1000
Diap 7 МГц = 0100
Diap 10 МГц = 1100
Diap 14 МГц = 0010
Diap 18 МГц = 1010
Diap 21 МГц = 0110
Diap 24 МГц = 1110
Diap 28 МГц = 0001
Соответственно Diap = код, поступающий от синтезатора на разъём ABCD платы ПДФ, и далее на вход микросхемы дешифратора диапазонов. Логическая единица соответствует постоянному напряжению +4…+5 В. В качестве дешифратора диапазонов применяется микросхема 74HC154 (в корпусе TSSOP-24). Для надёжной коммутации реле на плате установлены девять дополнительных транзисторных ключей на цифровых транзисторах PDTA143. Кроме того, на плате установлено дополнительное реле для коммутации антенны ANT1/ANT2 с отдельным управляющим входом ANT (переключение на антенны происходит при подаче +5 В на контакт ANT).
По мере намотки и подгонки емкостей конденсаторов, т.к. их ёмкость не всегда соответствует расчётной и при расчёте не учтена ёмкость монтажа, буду выкладывать получившиеся картинки 🙂 Подбирать до пикофарада я не буду, главное чтобы плата была повторяема и обеспечивала достойные параметры, а каждый сам сможет, при желании, «догнать» пикофарадами все АЧХ до идеала 😉 Буду стараться максимально использовать стандартный ряд емкостей конденсаторов. На плате используются SMD конденсаторы, что облегчает их пайку при настройке — дополнительный конденсатор просто паяется сверху уже установленного и всё…
Запаял колечки и подобрал конденсаторы для двух фильтров на 160 и 80 м диапазоны.
Если обратили внимание, коммутация ПДФ всех девяти диапазонов выполняется при помощи всего девяти малогабаритных реле типа Р-5 или TQ2-5 и им подобных 🙂 десятое реле используется для переключения антенны №1 и антенны №2. Если такая необходимость отсутствует, то его можно не устанавливать и запаять соответствующую перемычку на плате. Плата рассчитана на установку ВЧ SMA разъёмов непосредственно на неё или на непосредственную пайку внешних экранированных кабелей. Малогабаритные реле показали себя с лучшей стороны, очень низкие затухания — практически незаметные, несмотря на включённые последовательно девять пар контактов.
Данную плату ПДФ можно применить с SDR приёмниками и трансиверами со сплошным перекрытием КВ диапазона, а при корректировке номиналов конденсаторов и индуктивностей.
На 160 м затухания -0,52 dB, на 80 м затухания -0,28 dB 🙂 АЧХ фильтров приведены на картинках ниже:
Домотал ещё три диапазона. На 40 м затухания -0,52 dB, на 30 м затухания -0,65 dB, на 20 м затухания -0,39 dB 🙂 Фото платы и АЧХ фильтров приведены на картинках ниже:
Добавил ещё два диапазона, на 17 м затухания -0,65 dB, на 15 м затухания -0,26 dB 🙂 Фото платы и АЧХ фильтров приведены на картинках ниже:
Закончил мотать колечки 🙂 добавил недостающие два диапазона, на 12 м затухания -1,04 dB, на 10 м затухания -0,79 dB 🙂 Фото платы и АЧХ фильтров приведены на картинках ниже:
По диапазонам получилось так:
160 м (1,8 МГц) -0,52 dB
80 м (3,5 МГц) — 0,28 dB
40 м (7 МГц) -0,52 dB
30 м (10 МГц) -0,65 dB
20 м (14 МГц) -0,39 dB
17 м (18 МГц) -0,65 dB
15 м (21 МГц) -0,26 dB
12 м (24 МГц) -1,04 dB
10 м (28 МГц) -0,79 dB
Размер печатной платы 120х80 мм, стоимость печатной платы — 165 грн.
Наборы для сборки этих полосовых фильтров комплектую только под заказ…
Стоимость набора для сборки платы ПДФ на кольцах Amidon — 1530 грн.
Стоимость набора для сборки платы ПДФ (без учёта колец Amidon) — 840 грн.
Состав набора можно увидеть здесь >>>
Заказы можно оформлять через форму обратной связи или по телефону указанному в разделе контакты, доставка и оплата (просьба сразу указывать город в который планируется отправка посылки)
Всем мирного неба, удачи, добра, 73!
Полосовые диапазонные фильтры для основной платы ADTRX_UR4QBP — SDR-трансивер ADTRX_UR4QBP — Каталог статей
При построении схемы платы полосовых диапазонных фильтров внимание было уделено прежде всего совместимости данной схемы с основной платой SDR-трансивера ADTRX_UR4QBP_V2 и основной платой SDR-трансивера ADTRX_UR4QBP, а также с AD9851 DDS-синтезатором для SDR-трансивера . За основу полосовых фильтров взята схема из платы RFE трансивера SDR-UA, которая в свою очередь один в один с интегральными субоктавными полосовыми фильтрами из книги РЭДа «Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике». Полосовые фильтры работают в диапазоне частот 1,6…21,5 МГц, входное/выходное сопротивление 50 Ом. Плата имеет отключаемый аттеннюатор «АТТ» -20дБ и «УВЧ» +12дБ. Схема электрическая принципиальная полосовых диапазонных фильтров для основной платы ADTRX_UR4QBP приведена на рисунке.
Схема построения таких фильтров предполагает «красивую» АЧХ при очень маленьком затухании в полосе пропускания по уровню -3dB (0,1…1,0dB) и приличном затухании (до 50dB) вне полосы пропускания данных фильтров. Для примера наблюдаем АЧХ полосового фильтра для частотного диапазона 7,3…12,0 Мгц выполненного по данной схеме на ниже приведенном рисунке.
Аттенюатор выполнен по «П-образной» схеме на резисторах R1…R3, который включается с помощью контактов реле К13.1 и К14.1 и имеет затухание -20дБ. Реле К13, К14 в свою очередь включаются/выключаются кнопкой «АТТ» программы управления синтезатором на AD9851. Сигнал управления(+5В) с платы синтезатора поступает на разъем Jmp1 контакт «АТТ» платы и через микросхему DD1 ULN2803 имеющую 8 ключей с защитными диодами управляет реле аттеннюатора. Широкополосный усилитель высокой частоты выполнен по «стандартной» схеме с коррекцией и с применением высокочастотного транзистора КТ368 включенного по схеме с общим эмиттером с широкополосным ВЧ-трасформатором в нагрузке. Усиление каскада (+12дБ) подбирается с помощью резистора R7, коррекция АЧХ в области 13…20МГц выполняется подбором резистора R8 и конденсатора С70. Ток покоя усилителя устанавливаем в пределах 40…50 мА резистором R4. Трасформатор Т1 выполнен на ферритовом кольце 600-1000НН Ø7…10мм проводом 0,2мм в два провода 7 витков, начало одной обмотки соединяем с концом другой, таким образом образовывается средний вывод. УВЧ включается с помощью реле К15 и К16 по аналогии с аттеннюатором. Полосовые диапазонные фильтры аналогичны схеме платы RFE вседиапазонного SDR-трансивера SDR-QU выполнены на ферритовых кольцах марки Т50-2 и Т50-6 американской фирмы AMIDON. Переключаются с помощью реле К1…К12 в зависимости от диапазона. Возможно применение ферритовых колец марки 50ВЧ отечественного производства Ø12…18мм, если выполнить фильтры на таких кольцах при соответствии значений индуктивностей контурных катушек приведенных в схеме, АЧХ фильтров выполненных на таких кольцах можно скачать и посмотреть в формате «pdf» здесь. Фильтры настроены измерителем АЧХ NWT-7 от Виктора US5CAA. Привожу моточные данные для полосовых фильтров с применением колец американской фирмы AMIDON.
И еще… подстроечные конденсаторы для фильтров 1,6…2,5 МГц, 2,5…4,0 МГц можно не устанавливать, при «правильной » индуктивности катушек и соответствии номиналов конденсаторов в фильтрах АЧХ получается «идеальной»!!! Все реле отечественные РЭС-49 с напряжением срабатывания 12…13,8 В. Печатная плата полосовых фильтров выполнена на двухстороннем стеклотекстолите марки FR-4 с защитной маской синего цвета и маркировкой номиналов элементов. Чертеж печатной платы в Sprint Layout 5 качаем здесь.
В реальной конструкции трансивера размер и крепежные отверстия платы полосовых фильтров совпадают с платой ADTRX_UR4QBP_V2. Плата фильтров устанавливается на монтажных стойках над платой ADTRX_UR4QBP_V2.
Всем успехов и чистого эфира!!!
Многодиапазонный трансивер «Аматор-КФ».
В [3] было опубликовано описание несложного однодиапазонного трансивера с кварцевым фильтром («Аматор-160»). В данной статье рассказывается, как с применением основной платы этого трансивера собрать конструкцию для работы на нескольких любительских диапазонах.
Основные параметры трансивера следующие:
- рабочие диапазоны – 1.8, 3.5, 7, 14 МГц;
- чувствительность, не менее 1 мкВ;
- выходная мощность не менее 5 Вт.
Описание
Для того, чтобы основную плату трансивера [3] использовать в многодиапазонном варианте, её необходимо доработать. Элементы входного двухконтурного полосового фильтра (ДПФ) на основной плате трансивера удаляются, вместо них устанавливаются новые элементы согласно рис.1.
Фильтр-пробка L’C’ настраивается на частоту ПЧ и предотвращает проникание помех с этой частотой на вход приёмного тракта. Широкополосный трансформатор Т’ 1:4 обеспечивает согласование низкоомной входной нагрузки с высокоомным входом микросхемы. При использовании ШПТ можно применить идентичные ДПФ, имеющие 50-омное входное и выходное сопротивления на входе и выходе основной платы. При необходимости можно обойтись одним набором ДПФ, коммутируя их в режиме приёма и передачи соответствующим образом.
В дальнейшем в позиционных обозначениях деталей трансивера вначале указывается номер блока (напр. 2С1).
Функциональная схема многодиапазонного трансивера не отличается от однодиапазонного, только вместо однодиапазонных ГПД, ДПФ и усилителя мощности используются многодиапазонные. Переключение диапазонов осуществляется подачей напряжения +12В на соответствующие входы управления переключателем S2.
Схема соединений трансивера приведена на рис.2.
Рис. 2. Трансивер «Аматор-КФ». Схема соединений. (Щелкните мышкой для получения большего изображения.)
В режиме приёма высокочастотный сигнал с антенного разъёма поступает в блок УМ, оттуда через контактную группу реле 5К1 в блок приёмных полосовых фильтров и далее-на основную плату. Работа основной платы подробно описана в [3]. Для перевода в режим передачи необходимо включить кнопку S1 “Упр”. При этом срабатывает коммутационное реле 5К1. Одна группа контактов реле коммутирует напряжение +12В, вторая группа – антенну.
Высокочастотный сигнал с основной платы через плату ДПФ передатчика подаётся на вход усилителя мощности и далее- в антенну.
Схема диапазонных двухконтурных полосовых фильтров приведена на рис.3.
Рис.3. Блок ДПФ. Схема электрическая принципиальная (Щелкните мышкой для получения большего изображения.)
На этом рисунке с целью упрощения показаны только два фильтра из четырёх. Коммутация фильтров осуществляется с помощью диодов [2]. На вывод 3 платы ДПФ постоянно подано напряжение +12В. С делителя 2R1 2R2 на катоды диодов подаётся запирающее напряжение около +6В. Для подключения соответствующего полосового фильтра на один из контактов 6….9 необходимо подать отпирающий потенциал +12В.
При этом диоды соответствующего ДПФ окажутся открыты, а сам фильтр подключён между входом и выходом платы. Схемы входного приёмного ДПФ и выходного ДПФ передатчика идентичны.
Рис.4. ГПД. Схема электрическая принципиальная (Щелкните мышкой для получения большего изображения)
ГПД (рис.4) содержит два идентичных по схеме задающих генератора..Генераторы выполнены на двухзатворных полевых транзисторах 4VT1 и 4VT2 по схеме индуктивной трёхточки, один предназначен для работы в диапазонах 1.8, 3.5 и 7 МГц, другой – в диапазоне 14 МГц. При таком построении узла несложно получить необходимое перекрытие по частоте на каждом из рабочих диапазонов. Включение соответствующего генератора производится путём подачи положительного напряжения смещения на второй затвор транзистора – при этом его крутизна увеличивается и генератор начинает вырабатывать колебания соответствующей частоты.
Понижение диапазона рабочих частот первого генератора по отношению к максимальной генерируемой частоте (диапазон 7МГц) производится путём подключения соответствующих “утягивающих” конденсаторов с помощью герконовых реле РЭС55А. Диоды 4VD1 и 4VD5 осуществляют стабилизацию амплитуды колебаний генераторов. На транзисторе 4VT3 собран буферный широкополосный каскад, который имеет два выхода – для подачи на основную плату и на цифровую шкалу. Перестройка ГПД по частоте осуществляется двухсекционным КПЕ с воздушным диэлектриком.
Рис.5. Блок усилителя мощности. Схема электрическая принципиальная (Щелкните мышкой для получения большего изображения)
В состав блока УМ (рис.5) входят собственно усилитель мощности, диапазонные ФНЧ передатчика, индикатор выходной мощности и коммутатор “приём-передача”.Усилитель мощности трансивера – трёхкаскадный. Падение напряжения на диоде 5VD1 задаёт начальное смещение на транзисторе оконечного каскада 5VT3. Для расширения полосы рабочих частот каждый из трёх каскадов усилителя мощности охвачен отрицательной обратной связью по переменному току. В таком включении оконечного транзистора усилитель развивает мощность не менее 5 Вт на любом из диапазонов . В режиме приёма первый и второй каскады усилителя обесточены, напряжение на диоде 5VD1 отсутствует. При отсутствии напряжения смещения транзистор оконечного каскада 5VT3 заперт. С коллектора транзистора 5VT3 сигнал через согласующий трансформатор подаётся на ФНЧ передатчика. Выбор необходимого ФНЧ осуществляется с помощью реле типа РЭС 49. На выходе передатчика включен простейший детектор для индикации выходной мощности трансивера в режиме передачи.
Конструкция и детали:
В конструкции трансивера использованы постоянные конденсаторы типа К10-17, КМ.
Подстроечные конденсаторы 4С6, 4С8 – типа КТ2-19 или аналогичные с воздушным диэлектриком. С1 – двухсекционный КПЕ с воздушным диэлектриком от бытового радиоприёмника. Переключатель диапазонов S2 типа ПГ3. Реле 4К1 и 4К2 – РЭС55А с сопротивлением управляющей обмотки 1880 Ом. Хотя реле с таким сопротивлением обмотки расчитаны на рабочее напряжение 27 В, практически все экземпляры, имеющиеся у автора, надежно работают и при напряжении 12 В. Реле 5К1 – РЭС47 с сопротивлением обмотки 650 Ом, реле 5К2-5К9 РЭС49 с сопротивлением обмотки 270 Ом.
Постоянные резисторы – типа С1-4, С2-23, МЛТ.
Параметры катушки L’ такие же, как и у 1L5 основной платы. Широкополосный трансформатор T’ изготавливается на кольце К7х4х2 магнитной проницаемостью 600-1000 НН и содержит 2х20 витков провода диаметром 0.25мм.
В качестве каркасов для катушек ДПФ использованы экранированные каркасы от радиостанции «Лён». При отсутствии вышеуказанных катушки можно выполнить на любых имеющихся каркасах диаметром 5-8 мм ( печатную плату блока необходимо будет соответственно изменить).При отсутствии p-i-n-диодов в качестве 2VD1 – 2VD8 и 3VD1-3VD8 можно применить высокочастотные диоды КД514, КД503 или аналогичные. Дроссели 2L1 и 2L18 – стандартные типа ДМ-0,1, 5L1 типа ДМ-3.
Параметры элементов ДПФ приведены в таблице 1.
Таблица1
| Диапазон (мГц) |
L2, L14 (витков) |
L6, L10 (витков) |
C10 (пФ) |
C6, C14 (пФ) |
| 1,8 | 10 | 50 | 33 | 470 |
| Диапазон (мГц) |
L3, L15 (витков) |
L7, L11 (витков) |
C11 (пФ) |
C7, C15 (пФ) |
| 3,5 | 7 | 35 | 27 | 270 |
| Диапазон (мГц) |
L4, L16 |
L8, L12 |
C12 |
C8, C16 |
| 7 | 5 | 25 | 12 | 150 |
| Диапазон (мГц) |
L5, L17 (витков) |
L9, L13 (витков) |
C13 (пФ) |
C9, C17 (пФ) |
| 14 | 3 | 17 | 6,8 | 68 |
Катушки ГПД 4L1 и 4L2 намотаны на керамических каркасах диаметром 8 мм с подстроечным сердечником. 4L1 содержит 12 витков ПЭВ2-0,45 с отводом от 3-го витка (считая от заземлённого конца), 4L2 – 30 витков ПЭВ2-0,25 с отводом от 7-го витка.
Широкополосный трансформатор 4Т1 намотан на кольце К7х4х2 600-1000НН.
Первичная обмотка содержит 15 витков ПЭВ2-0,25, вторичная 2х6 витков того же провода.
Трансформатор усилителя мощности 5Т1 изготовлен на ферритовом кольце К7х4х2
600-1000 НН и содержит 2х10 витков ПЭВ2-0,25. Трансформатор 5Т2 — на ферритовом кольце К10х6х3 проницаемостью 600-1000 НН. Его первичная обмотка содержит 10 витков ПЭВ2-0,45, вторичная – 2 витка того же провода.
Трансформатор выходного каскада усилителя 5Т3 – типа “бинокль”, состоит из двух столбиков по 5 склееных колец К7х4х2 600-1000НН. Обмотка содержит два витка провода ПЭВ 0.45 с отводом от середины, втянутого в кембрик для изоляции
Намоточные данные ФНЧ усилителя мощности приведены в таблице 2.
Индуктивности 5L2 – 5L4 и 5L6 — 5L8 изготовлены на ферритовых бинокулярных сердечниках от симметрирующих устройств отечественных телевизоров. Намотка ведётся одножильным медным проводом диаметром 0,41 мм в полихлорвиниловой изоляции, провода пропускаются через внутренние отверстия сердечника. При отсутствии вышеупомянутых сердечников индуктивности ФНЧ можно выполнить на половинках броневых сердечников СБ-12.
Индуктивности 5L5 и 5L9 –бескаркасные, выполняются проводом ПЭВ 0,8 на оправке диаметром 6 мм.
Чертежи печатных плат приведены на рис.6-8, распожение элементов на платах –на рис.9-11.
Таблица 2
| Диапазон (мГц) |
5С14, 5С22 ПФ |
5С18 пФ |
5L2, 5L6 (n) |
| 1,8 | 4700 | 10000 | 8 |
| Диапазон (мГц) |
5С15, 5С23 ПФ |
5С19 пФ |
5L3, 5L7 (n) |
| 3,5 | 2200 | 4700 | 6 |
| Диапазон (мГц) |
5С16, 5С24 пФ |
5С20 пФ |
5L4, 5L8 (n) |
| 7 | 1000 | 2200 | 4 |
| Диапазон (мГц) |
5С14, 5С22 пФ |
5С18 пФ |
5L5, 5L9 (n) |
| 14 | 560 | 1000 | 12 |
Настройка.
Настройка основной платы трансивера выполняется по методике, описанной в [3].
Дополнительно необходимо настроить фильтр-пробку. Для этого на вход основной платы (контакт 3) подают сигнал высокочастотного генератора уровнем около 100 мкВ и частотой, которая попадает в полосу пропускания тракта ПЧ – близкой к 8867 кГц.
Подстройкой сердечника катушки 1L’ добиваются минимальной громкости сигнала на выходе тракта звуковой частоты.
Настройка ДПФ.
Диапазонные полосовые фильтры приёмника и передатчика очень удобно настраивать отдельно с помощью измерителя АЧХ, до получения характерной «двугорбой» характеристики. При отсутствии такого прибора для настройки можно воспользоваться высокочастотным генератором и милливольтметром (или осциллографом). Перестраивая генератор по частоте, снимают АЧХ каждого ДПФ, при необходимости её корректируют вращением сердечников катушек.
В крайнем случае, настройку ДПФ приёмника можно произвести в собранной конструкции трансивера по громкости принимаемых сигналов любительских станций, ДПФ передатчика — по максимуму выходной мощности в рабочей полосе частот на каждом из диапазонов.
Настройка ГПД.
Настройка ГПД производится следующим образом. Подав на него напряжение питания, переводят переключатель диапазонов трансивера S2 в положение «7МГц». При полностью введённом роторе КПЕ С1 устанавливают нижний предел генерируемой частоты (см. таблицу 3) подстройкой сердечника 4L1. После этого ротор КПЕ полностью выводят и вновь производят замер частоты. Если диапазон перестройки окажется завышенным, ёмкость конденсатора С2 следует уменьшить, в противном случае – увеличить. После коррекции величины С2 повторяют операцию проверки пределов изменения частоты. Следующий этап – проверка пределов перестройки в диапазоне 1.8 МГц. Переключатель диапазонов устанавливают в соответствующее положение . При полностью введённом роторе конденсатора С1 подстройкой 4С6 (а, возможно, и подбором 4С5) устанавливают нижний предел генерируемой частоты, затем ротор полностью выводят и проверяют верхний предел. Если диапазон перестройки ГПД окажется меньше необходимого, нужно увеличить номинал конденсатора С2, повторить настройку ГПД в диапазоне 7МГц, затем вновь вернуться к настройке на 1.8 МГц. После этого переключатель S2 устанавливают в положение «3.5 МГц» и настраивают нижний предел генерируемой частоты подстройкой 4С8. Диапазон перестройки при этом выдерживается автоматически. Из-за того, что смена диапазонов 1.8, 3.5 мГц производится с помощью дополнительных конденсаторов, при установке необходимого предела перестройки на самом нижнем диапазоне предел перестройки на остальных диапазонах получается с запасом.
В диапазоне 14МГц при полностью введённом роторе С1 подстройкой сердечника 4L2
устанавливают нижний предел генерируемой частоты. Диапазон перестройки ГПД в этом случае определяется величиной конденсатора С3.
Подбором величины резистора 4R14 устанавливают выходной уровень ГПД на контактах ВЫХ1 и ВЫХ2 в пределах 100-300 мВ.
Таблица 3
| Диапазон, мГц |
Границы диапазона, кГц |
Границы перестройки ГПД, кГц |
| 1,8 | 1800 – 2000 | 10667 — 10867 |
| 3,5 | 3500 – 3750 | 12367 — 12617 |
| 7 | 7000-7100 | 15867 — 15967 |
| 14 | 14000-14350 | 5133 — 5483 |
Настройка блока УМ.
Перед подключением блока УМ желательно с помощью измерителя АЧХ либо комплекта высокочастотный генератор – милливольтметр проверить характеристику полосовых фильтров. При необходимости подбирают количество витков индуктивностей фильтра.
Затем проверяют ток покоя оконечного транзистора УМ. Для этого отпаивают один конец дросселя 5L1, в разрыв цепи включают амперметр. Без подачи высокочастотного сигнала на вход блока переводят трансивер в режим передачи. Ток покоя транзистора 5VT3 должен быть в пределах 0,3-0,4 А. Если ток значительно занижен, необходимо подобрать диод 5VD1 и установить экземпляр с большим падением напряжения. Если же ток покоя завышен, его можно уменьшить, подключив параллельно диоду 5VD1шунтирующий резистор сопротивлением 100-470 Ом.
После этого к антенному гнезду трансивера подключают согласованную нагрузку сопротивлением 50 Ом. Её можно изготовить из шести резисторов МЛТ-2 сопротивлением 300 Ом, включенных параллельно. На микрофонный вход трансивера подают сигнал генератора звуковой частоты частотой 1000Гц и амплитудой 10 мВ. В режиме передачи на согласованной нагрузке с помощью высокочастотного милливольтметра измеряют амплитуду сигнала.
На любом из диапазонов она должна быть не менее 15 В.
Заключительная операция настройки – подбор сопротивления 5R15 c тем, чтобы при пиках сигнала стрелка индикатора не выходила за пределы шкалы.
Конструкция и размещение узлов.
Узлы ДПФ, ГПД и УМ выполнены на платах из двухстороннего текстолита, слой металлизации со стороны деталей служит экраном. Вокруг выводов, не соединённых с экраном, проводящий слой удаляется. Чертежи печатных плат представлены на рис.6 – 8, расположение элементов – на рис.9-11.
Трансивер собран в корпусе, разделённом на три отсека. В верхнем отсеке размещены ГПД и цифровая шкала, в нижнем — основная плата и блоки ДПФ. Блок УМ размещён в заднем отсеке, плата прикреплена к задней стенке трансивера. Транзистор выходного каскада устанавливается через изолирующую прокладку.
Рис.12. Трансивер. Эскиз конструкции. (Щелкните мышкой для получения большего изображения)
Для индикации частоты в трансивере автор применил цифровую шкалу А. Денисова [1].
Переключение режимов «+ПЧ» и «-ПЧ» производится свободной группой контактов переключателя диапазонов S2.
Данный трансивер можно использовать и на самых высокочастотных диапазонах 21, 24 и 28 мГц. В этом случае в приёмный тракт целесообразно ввести дополнительный отключаемый УВЧ, что несколько усложнит конструкцию трансивера (придётся также увеличить количество диапазонов ГПД и ФНЧ усилителя мощности)
Литература.
- Денисов А.. Частотомер на микроконтроллере PIC16F84. Радиохобби, 2000г., №1, с42-43.
- Степанов Б., Шульгин Г.. Семидиапазонный КВ приёмник. Радио, 1985г.,№6 с 17-21.
- Трансивер
«Аматор-160».
А. Темерев ( UR5VUL), Украина.
г. Светловодск, Кировоградской обл.
e-mail to: temer (at) 360.com.ua
