N A D A J N I K
KAEFELEK
Płytka nadawcza zawiera bloki : Gen. fali nośnej , Wzmacniacz-limiter mikrofonowy, Modulator DSB, Gen sin.700Hz CW, ALC , Wzmacniacz w.cz. z końcówką mocy , układy realizujące przełączanie nap. zasilania, moduł kluczowania CW / BK .
zdjęcie płytki prototypowej
nadajnik kaefelek prototyp
schemat całej płytki prototyp
schnad
schemat nadajnika kaefelek pdf
Po kolei postaram się opisać działanie każdego modułu

 Generator fali nośnej

Beat Frequency Oscillator (BFO, generator zdudnieniowy) – generator drgań o regulowanej częstotliwości wykorzystywany w technice radiowej (głównie w krótkofalarstwie) do emisji telegraficznej (CW) i jednowstęgowej (SSB). wikipedia

gfn
Generator częstotliwości służy wytworzenia do tzw. fali nośnej potrzebnej przy demodulowaniu w torze odbiorczym oraz wytworzeniu sygnału nadawczego DSB - zawierającego dwie wstęgi boczne z wytłumioną falą nośną. Rezonator kwarcowy z tranzystorem działa w  układzie colpittsa. Częstotliwość dla LSB wynosi około 9.996,700 Hz uzyskiwana z kwarcu 10MHZ poprzez dławik 4,7uH oraz trymer. Dla emisji CW  dołączany jest kolejny trymer obniżając ją o około 200 Hz. Punkty pracy zostały tak dobrane aby uzyskać możliwie czysty sygnał wyjściowy. Rozbudowana separacja ma na celu zniwelowanie efektu dewiacji częstotliwości pod wpływem zmian obciążenia. Przełącznik diodowy przełącza sygnał dla toru odbiorczego i nadawczego powodując zmniejszenie przenikania fali nośnej tam gdzie jej nie potrzeba. Duża ilość dławików w zasilaniu , specjalne umiejscowienie i odpowiednio zaprojektowany fragment płytki ma na celu również zmniejszenie przenikania sygnału który w torze odbiorczym zakłóca pracę automatyki i przenika do wzmacniaczy pośredniej a w torze nadawczym mógłby przenikać po za modulator powodując zwiększenie poziomu fali nośnej w sygnale nadawczym .

Wzmacniacz mikrofonowy z kompresorem limiterem  i filtrem pasmowym

wzmomprmic

Wzmacniacz służy do wzmocnienia sygnału z mikrofonu pojemnościowego, ograniczenia pasma i amplitudy przed podaniem go na modulator. Działanie ogranicznika zaczyna się dopiero od pewnego poziomu , nie zwiększa on wzmocnienia dla cichych sygnałów nie powodując efektu wzrostu szumów i innych zakłóceń w trakcie przerw między słowami. Po przekroczeniu głośności mowy detektor zaczyna podnosić napięcie na tranzystor regulacyjny i ogranicza amplitudę wyjściową układu. Mikrofon ma wewnątrz przetwornik ze wzmacniaczem i potrzeba go zasilać. Napięcie idzie przewodem sygnałowym więc wymaga  dobrego odkłócenia. Służy do tego układ RC 4,7k/10k 10uf 4,7k . Napięcie oscyluje w granicach 4-6 v w zależności od typu mikrofonu. Dalej sygnał poprzez filtr dolnoprzepustowy ograniczający dostęp w.cz. idzie na wejście nieodwracające wzmacniacza operacyjnego. Jego wzmocnienie jest regulowane fetem w sprzężeniu zwrotnym w zakresie 1-15. Odpowiednio dobrane kondensatory tworzą wstępny filtr pasmowy ograniczając pasmo dla dolnych i górnych częstotliwości m.cz. Odpowiedni patent z kondensatorem 100n  między sprzężeniem a bramką doskonale zmniejsza zniekształcenia powstające przy tym typie regulacji. Dalej sygnał idzie na następny wzmacniacz z filtrem 2go rzędu. Odpowiednie dobranie wartości elementów filtru było dość krytyczne ale opłacało się. Wzmocniony ok. 5 razy sygnał potrzebny jest do prostownika napięcia które steruje wzmocnieniem pierwszego stopnia. Dla modulatora takie napięcie było by za wysokie więc następuje jego ograniczenie dzielnikiem 10/2,2k. Można było brać sygnał po pierwszym stopniu i tak było pierwotnie ale dzięki filtrowi m.cz. w drugim stopniu mamy lepsze ukształtowanie charakterystyki częstotliwościowej. Stała czasowa automatyki jest na poziomie 5 sekund aby nie było szybkich reakcji na wzmocnienie a właściwie ograniczenie wzmocnienia. Jeszcze bardzo ważna uwaga, koniecznie należy zastosować kondensatory z dielektrykiem  c0g i tantalowe. Przy zamontowaniu zwykłej ceramiki nastąpił efekt bardzo dużego mikrofonowania , dotknięcie płytki a już jej ruszenie dawało straszny efekt trzasków itp. na wyjściu  nawet głośny dźwięk krzyk bez użycia mikrofonu był słyszalny na wyjściu. Odpowiedzialne za taki efekt były kondensatory ceramiczne smd pierwotnie zastosowane do układu . Poniżej charakterystyki pasma przenoszenia układu. Pierwsza to prototyp bez filtru górno zaporowego drugiego rzędu.
Druga to obecny schemat przy pełnym wzmocnieniu - dla małych sygnałów mikrofonu. Trzecia to już wykres z działającym limiterem na około 40% . Zmienia się wtedy charakterystyka przenoszenia pierwszego stopnia .
Jest to normalna praca przy nadawaniu. Tak uformowany sygnał doprowadzony jest do modulatora .

wzmmic

poniżej wykres nap.wyściowego  w zależności od nap. wejściowego z mikrofonu

wzmkopresor

Układ generatora  telegrafii z kluczowaniem sygnału i załączaniem nadajnika.

cwbkschemat

Trx przystosowany jest do kluczowania pojedynczym stykiem –czyli kluczem sztorcowym  lub zewnętrznym manipulatorem z elektroniką . Samemu nie jestem telegrafistą i normalnie bym się nie męczył z tą telegrafią hii ale przy takim projekcie nie mogło jej zabraknąć . Pośrednia zawiera  oddzielny filtr kwarcowy o szerokości 500-600hz więc nadajnik też musi mieć CW. Po przełączeniu radia na CW następuje załączenie wąskiego filtru w torze pośredniej , skrócenie czasu działania arw odb. W torze nadawczym następuje wyłączenie zasilania wzmacniacza mikrofonowego, załączenie  generatora 700hz oraz układu kluczowania m.cz i BK. Oczywiście najlepszym sposobem jest  kluczowanie  dodatkowego generatora kwarcowego fali nośnej dla CW. W tym  trx-ie nie zastosowałem tej metody głównie ze względu na ALC nadajnika ale to w dalszej części opisu. Zacznę od generatora przebiegu sinusoidalnego bo z nim był największy kłopot. Sygnał z gen. podawany jest na wejście modulatora nadajnika zamiast sygnału  mikrofonowego .  Najpierw wykonałem prosty na 1-2 tranzystorach układ z przesuwnikiem fazowym . Sygnał wyjściowy czysty ale amplituda bardzo kapryśna i bardzo mocno  zależna od temperatury otoczenia . Płytka nadajnika jak i całe radio będzie mieć sporą rozbieżność temp pewnie od 10-50st C więc nie dało się uzyskać stałego parametru 40 mv sk  na wejściu modulatora koniecznego do poprawnego wysterowania.  Próby kompensacji temperaturowej nie dały pożądanego efektu. Przyszła więc kolej na generator z mostkiem winea. Opisywany jako dobry układ dla przebiegów sinusoidalnych . Kłopotem jest to że po wzbudzeniu  trzeba ograniczyć amplitudę wyjściową bo przebieg jest obcięty zmieniając parametry  sprzężenia zwrotnego. Realizuje się to za pomocą mniej lub bardziej skomplikowanych układów począwszy od żarówki , a skończywszy na rozbudowanych detektorach i tranzystorach polowych . Ja skorzystałem z pomysłu us5msq. Po drobnych modyfikacjach uzyskałem  dobre rezultaty. W sprzężeniu dwie diody z odpowiednio dobranym rezystorem i na wyjściu około 1,1vpp. Amplituda w zależności od temperatury nie zmieniała się już tak mocno ale jednak malała po nagrzaniu –diody maję wtedy niższe napięcie przełączania. Mając do dyspozycji podwójny wzm. operacyjny dodałem 10k.omowy termistor obciążony pojemnością. Po dobraniu wartości C uzyskałem amplitudę wyjściową  dla 0-50st C w zakresie poniżej 5%. Układ termistora z kondensatorem tworzy filtr dolnoprzepustowy który przy okazji  zmniejsza zawartość  harmonicznych w wyjściowym sygnale ale nie zmienia stałej składowej DC która jest potrzebna do prawidłowego kluczowania fetami. Składowa stała jest często źródłem stuków przy kluczowaniu więc musi pozostać nie zmienna trakcie załączania obciążenia generatora . Samo kluczowanie nie jest takie proste, sygnał 700Hz musi być szybko i  czysto załączany i wyłączany. Wydawało by się że można by kluczować sam generator mcz ale niestety zanim on zaskoczy daje niższy sygnał i słychać wyraźnie jak on startuje .
Dlatego po kilku testach zastosowałem kluczowania z trxa us5msq. Fet na źródle ma nap. DC około 5v  a bramka jest na masie, taka różnica zapewnia zatkanie tranzystora (nie wolno drenu obciążać bez odcięcia DC tylko przez kondensator ) po ty kondensatorze nie dałem rady zmierzyć śladów amplitudy generatora. Za pe-erkiem ustalającym amplitudę mamy około 2 komowe obciążenie modulatorem i rez dzielnika z wzm. mic. Więc kilku lub kilkudziesięciu megaomowa oporność złącza feta  tworzy super tłumik. To samo tyczy się wyjścia na wzmacniacz głośnikowy dający monitor podsłuchu. Podanie napięcia około 3,5vdc  na bramkę zwiera złącze D-S do wartości kilkudziesięciu Ohm rezystory 10k w źródle zapobiegają nierównością parametrów załączania i nie trzeba bardzo dokładnie dobierać napięcia bramki do pełnego załączenia. Przekroczenie nap. pogarsza sygnał i zmieniało by składową stałą powodując stuki . W taki sposób na wyjściu  mamy  bardzo dobry sygnał taktowany kluczem . Z samego klucza mamy podawaną masę, jest ona wykorzystywana do kluczowania  mcz ale również do załączania nadajnika . Niestety nie mamy w trxie szybkich przełączników diodowych N/O tylko przekaźniki więc nie można realizować FULL BK . Masa z klucza zamienienia jest tranzystorem pnp na napięcie 10v w międzyczasie jest to filtrowane  aby zapobiec trzaskom styku. Napięcie to załącza wcześniej opisane fety przez dzielnik i podawane jest poprzez diodę  na wejście przerzutnika Schmitta . Również jest ładowany kondensator podtrzymujący nadawanie .
Przerzutnik zastosowałem po to aby nie było niekontrolowanych stanów nad/odb w zależności od parametrów użytych tranzystorów i temperatury. Za nim następuje kluczowanie PTT .  Układ musi być zasilany również w trakcie odbioru i pracy SSB po to aby fety były zatkane i nie przenosiły sygnału z mikrofonu do głośnika ( Wzm. mikrofonowy jest zasilany cały czas przy trybie ssb aby nie było stuku załączania przy nadawaniu ) Wtedy generacja 700hz musi być wyłączona – realizuje to tranzystor odłączający dolny rezystor  ustalający składową stałą  generatora i w ten sposób wzmacniacz operacyjny jest zatkany , dając na wyjściu około 8v DC.  Całość dopracowania pochłonęła sporo czasu ale dała dobry efekt . Teraz jak to się ma do sygnału w.cz.  Dla CW mamy inną częstotliwość gen BFO  dopasowaną do filtru kwarcowego cw i uzyskania najwyższego wzmocnienia w okolicach częstotliwości odbioru CW 500-800Hz. Jest ona odsunięta około 600 hz od częstotliwości środkowej  filtru kwarcowego. Dzięki temu przenika ona w bardzo nieznacznym stopniu i jest też stłumiona poprzez modulator . Poprawne ustawienie daje  wytłumienie tej nośnej blisko100db -nie było dobrze jak zmierzyć. Po podaniu sygnału telegraficznego m.cz. na modulator otrzymujemy dwie wstęgi odsunięte od siebie tylko 1400 Hz . podanie takiego sygnału na szeroki  filtr ssb dawało by efekt nadawania dwóch tonów na paśmie . Na szczęście mamy filtr telegraficzny o parametrach które tłumią bliską i  niepożądaną wstęgę nadawczą  tak skutecznie że słuchając na odbiorniku obok mam tylko jeden czysty ton i kręcąc VFO nie mam żadnych innych prążków w sąsiedztwie. To chyba tyle o tym na pozór prostym układzie. Poniżej filmik z prób telegraficznych – lekki stuk to miękkie zasilanie Wzm głośnikowego , ale już usunięty.  Żółty przebieg to bramka  a niebieski to wyjście mcz na PRku.  kluczowanie oscyloskop

Modulator DSB

 Przejdźmy teraz do opisu toru formowania sygnału ssb Sygnał zgeneratora fali nośnej doprowadzony jest do modulatora realizowanego  na mieszaczu ne602 opartego o  komórkę gilberta ( układ dwóch par różnicowych ).  Doprowadzamy tam również sygnał modulujący m.cz. . W efekcie zmieszania uzyskujemy na wyjściu dwie wstęgi  boczne z dobrze wytłumiona falą nośna . Tą teorię zna większość radiowców . Ponieważ jak zwykle ważne są szczegóły to zależało mi na uzyskaniu możliwie najlepszych parametrów pracy układu. Poziomy sygnałów wejściowych sk. to 100mv FN  i do 40 mV m.cz. Nie przekraczanie tych wartości daje bardzo dobry efekt. Również usytuowanie modulatora z dala od BFO ma znaczenie, dzięki temu wytłumienie fali nośnej z samego mieszacza jest na poziomie -60db. Resztę wytłumia filtr kwarcowy. Ważna rzecz - dołączając zewnętrzny sygnał z generatora zostawmy nogę 7mą w spokoju. Ja ją nawet urywam. Często widzę że podłącza się do niej kondensator łączący z masą podnosząc znacznie wzmocnienie wewnętrznego wzmacniacza. Efektem jest przesterowanie które daje gorsze wytłumienie fali nośnej . Za modulatorem znajduje się wzmacniacz wąskopasmowy z regulowanym wzmocnieniem z którego sygnał biegnie do filtru kwarcowego na płytce odbiornika. Mechaniczne odseparowanie tych elementów daje też poprawę działania całego toru formowania – sygnał nie przenika innymi ścieżkami do mieszacza nie będąc odfiltrowany. Regulacja wzmocnienia w tym miejscu nie była przypadkowa . Wcześniej projektowane wzmacniacze podczas chęci regulacji napięciem stałym miały zmienne parametry takie jak oporność wejścia, odporność na przesterowanie, zmiana zawartości harmonicznych i oporność wyjściowa. Dlatego nie chciałem stosować takiego rozwiązania w torze wzmacniaczy wcz sygnału wyjściowego nadajnika . Dzięki usytuowaniu go po modulatorze dostaje on sygnał o podobnej wartości i częstotliwośći jest. Jakiekolwiek nie pożądane produkty zostają całkowicie stłumione przez filtry kwarcowe znajdujące się za nim. Układ kaskody feta i tranzystora bipolarnego dał super efekt. Duża oporność wejściowa pozwoliła zastosować obwód wejściowy LC dzięki któremu sygnał jest wstępnie filtrowany a sam wzm. nie wydaje widocznych chronicznych. Rezystor w kolektorze daje stałą oporność wyjściową potrzebną dla prawidłowej pracy filtra kwarcowego. Mały prąd sterownia, przyjazny zakres napięcia i wzmocnienie napięciowe x3 przy napięciu sterowania T18 -3,8v dały pożądany efekt. Zmniejszając napięcie mogę uzyskać kilkudziesięcio decybelowe tłumienie bez utraty liniowości wzmacniacza. Do niego będzie doprowadzony poziom z ALC .

Tor wzmacniaczy w.cz. sygnału nadawczego 80 i 40m

Po wymieszaniu wcześniejszego sygnału ssb z częstotliwością heterodyny w mieszaczu, odfiltrowaniu poprzez filtry pasmowe otrzymuję użyteczny sygnał nadawczy który można już transmitować. Jego poziom do 400mV sk nie zapewnił by dalekiego zasięgu . Ponieważ filtry pasmowe zaprojektowane są dla oporności 50 omów wzmacniacz musiał jej odpowiadać . Pojemność tranzystorów, parametry odbicia itp. zmieniają dość mocno parametry wejścia  w zakresie 1-30MHz. Na nasze szczęście TRX jest tylko dla zakresu 3,5-7 więc nie dawały mi się one we znaki . Wzmacniacz na tranzystorach t22 i 23 zapewnia wzmocnienie 4 razy. Sprzężenie zwrotne jest tak wykonane aby zapewnić wysoką liniowośc. Nie potrzeba dobierać punktów pracy.  Rezystory na wejściu dają  poprawne obiążenie dla BPF. Na jego wyjściu mam poziom skuteczny do 1,5V. Oporność wyjściowa nie jest wystarczająco niska do wysterowania Drivera więc zostaje obniżona transformatorem 5/3 zwoje. Powoduje to 3krotny  spadek napięcia ale daje 3krotne zwiększenie prądu. Na bazie T26 mam do 500mv sk. wcz. Takie wysterowanie dla 2sc2314 z małą wartością rezystancji emitera  daje jego pełne wysterowanie a nawet przesterowanie. Mam spory zapas i mogę go sterować niższym poziomem. Dodanie kondensatorów 470p na wyjściu t23 i 1nf w bazie t26 powoduje zwiększenie wzmocnienia - z transformatorem obniżającym tworzy się układ LC o małej dobroci – powoduje to również zmniejszenie wzmocnienia powyżej 10 MHz co daje niższy poziom harmonicznych. Wzmocnienie z driverem jest równe w paśmie 2-10MHz. Driver pracuje w klasie A z prądem zależnym od napięcia zasilania trxa  200-250 mA. Oddaje on już pokaźną moc ponad 0,5 wata i wymaga chłodzenia. Taka moc z zapasem steruje końcówkę mocy. Zastosowanie aż 4 tranzystorów RD16hhf1 miało na celu nie tylko uzyskanie godnej mocy, ale również ograniczyć możliwość ich uszkodzenia. Przełożenie 1:2  transformatora wyjściowego przy nap. Zasilania 11-14v może oddać 12-20 wat na 50 omach w układzie przeciwsobnym dwu tranzystorowym. Zrównoleglenie w każdej gałęzi powoduje rozkład prądów na dwa i uzyskanie mniejszej oporności złącza przy pełnym wysterowaniu. Wcześniej nie budowałem końcówki na fetach, ale łatwość sterowania, mała zależność od temperatury, cena działających egzemplarzy ( na dzisiaj około15zł/szt ), minus na obudowie dzięki któremu można przykręcić go prosto na radiator skłoniła mnie do testów takiego układu. Konstrukcja jest ogólnie znana ale nie każda chce działać poprawnie. Trzeba bardzo uważać przy lutowaniu bramki. Mimo że jest to tranzystor mocy  udało mi się uszkodzić 2 sztuki. Świadczy to o niskim napięciu przebicia . Należy zwrócić uwagę na elektrostatykę. Najlepiej wcześniej wstawić rezystory obciążające bramkę do masy dzięki którym statyka nie będzie już taka groźna. Drugim elementem który może nas zaskoczyć są wzbudzenia na częstotliwościach UKF-owych. Koniecznie trzeba zastosować kilku omowe rezystory nisko-indukcyjne lub smd przy samych bramkach. Ścieżka o długości 15mm może już powodować kłopoty. Zasilanie poprzez dodatkowy dławik bifilarny daje gwarancję że rdzeń wyjściowy nie będzie się nasycał od prądu stałego. Dodatkowo jeśli jego uzwojenie pierwotne nie będzie w środku umasione dla w.cz. to układ będzie się lepiej równoważył. Indukcyjne sprzężenie zwrotne zbierające sygnał z transformatora zasilającego podawane w przeciwfazie na bramki zmniejsza poziom harmonicznych i przeciwdzaiła wzbudzeniom. Prąd spoczynkowy ustawiłem po 150mA/tranzystor przy 20stC. Podgrzanie radiatora suszarką do temperatury bliskiej 70stC zwiekszyło prąd spoczynkowy do nie całych 200mA , wartośc do przyjęcia dlatego nie zastosowłem kompensacji temperatury dla biasu. Testy z czterema tranzystorami zaowocowały mocą 25 wat w paśmie KF. Dodanie sporej pojemności (1,5nf) równoległej do uzwojenia spowodowało efekt pracy rezonansowej i dla naszych pasm pozwoliło uzyskać ponad 30 wat. Oczywiście ograniczyło moc powyżej 10 MHz ale ograniczyło też poziom widocznych harmonicznych . Jeśli już o nich mowa to bez filtrów LPF sama końcówka na pełnej mocy emituje około -45 db drugiej -35 db trzeciej i ślady piątej harmonicznej. Po filtrach nie mam już czym zmierzyć tych poziomów są poniżej 60 db.
Na tyle pozwala analiza widma w moim oscyloskopie cyfrowym.

ALC

Układ kontroli mocy wyjściowej daje komfort trzymania zadanego poziomu w całym paśmie, nie zależnie od tłumienia w danej części filtrów pasmowych i samego pasma pracy. Pod warunkiem że mamy zapas mocy i wysterowania -czytaj (nie są wyduszone na siłę parametry wzmocnienia). W tym trxie czyta on poziom napięcia w.cz. na dzielniku po końcówce mocy oraz napięcie zasilania transceivera . Właśnie napięcie zasilania jest czynnikiem który bezpośrednio wpływa na moc możliwą do oddania. Przy niskim napięciu pracy na akumulatorze możemy mieć nawet poniżej 11 Volt na radiu . Straty na kablu , wtyczce itp. plus obciążony akumulator. Dla takiej wartości normalny układ alc ustawiony np. na 20wat wyjścia podciągał by wzmocnienie regulowanego wcześniej opisywanego wzmacniacza, a po nim na siłę wymuszał uzyskanie takiej mocy. Niestety przy takim napięciu nie jest możliwe już jej uzyskanie. Dlatego też napięcie odniesienia jest zależne od nap. zasilania i przy jego spadku wysterowanie jest również ograniczone. Przy 10,5V zasilania mam 12 wat out. podniesienie zasilania do wartości 14,2V zwiększa możliwości mocy końcówki i drivera, a odniesienie alc ustawia parametr na moc 30 wat, dając większe możliwości pracy przy wyższym zasilaniu sieciowym.
 To na tyle o części nadawczej. Jej opis stał się długi ale mam nadzieję że po przeczytaniu zostanie światełko w tunelu i wasze trxy będą rozbrzmiewać w eterze.

Paweł Bożenda sp2fp 2016


powrót na stronę główną