СХЕМА.RU - Радиолюбительский портал » Схемы » Трансиверы » Основная плата современного трансивера прямого преобразования US5MSQ

Основная плата современного трансивера прямого преобразования US5MSQ

12-12-2012, 15:10 От: admin Посмотрели: 5399
Трансиверы прямого преобразования (ТПП) отличаются простотой конструкции при достаточно хороших параметрах и издавна привлекали внимание радиолюбителей. В немалой степени этому способствовали статьи и книги известного конструктора и популяризатора техники прямого преобразования В.Т. Полякова RA3AAE[1-9 ] , особенно [10 ], ставшая настольной книгой и учебником для целых поколений радиолюбителей.

Ранее журнал Радио уже публиковал несколько удачных конструкций однодиапазонных ТПП с фазовым подавлением зеркальной боковой полосы [11,12 ], построенных по традиционной, ставшей уже классической, схемотехнике на основе LC низкочастотных фазовращателей (НЧФВ). Основными недостатками подобных решений можно отнести однодиапазонность, невысокое, по сегодняшним меркам, подавление зеркальной боковой полосы, трудоемкость намотки многовитковых катушек и настройки НЧФВ, подверженность магнитным наводкам , что представляло определенные трудности при повторении конструкции радиолюбителями, особенно начинающими. Особо хочется отметить ТПП на 160м [13 ], в котором ценой определенных компромиссов автору удалось убрать трудоемкие элементы и создать легко повторяемую конструкцию, что в немалой степени способствовало приобщению к радиолюбительской связи на КВ сотен начинающих радиолюбителей.

Благодаря появлению в широкой продаже новых быстродействующих цифровых микросхем и качественных малошумящих ОУ появилась возможность реализовать новый подход в построении однополосных ТПП, используя в качестве смесителя цифровые коммутаторы и применив в остальной схеме хорошо отработанную схемотехнику функциональных узлов на ОУ.

Предлагаемый Вашему вниманию вариант основной платы ТПП является логическим продолжением и реализацией этого подхода в построении однополосных ТПП, подробного описанного в [14 ] . Автор ставил перед собой задачу сделать конструкцию на современной элементной базе, легко повторяемую в домашних условиях и не требующую каких либо сложных регулировочных и настроечных работ или парка измерительных приборов – достаточно обычного цифрового мультиметра, желательно с функцией измерения емкости. Для успешного повторения требуются только аккуратность и терпение. При применении исправных деталей требуемого номинала и отсутствии ошибок в монтаже основная плата ТПП запускается сразу, обеспечивая очень высокие параметры ,как минимум не хуже заявленных.

Основные параметры приемного тракта

  • Диапазоны рабочих частот, МГц - 1.8, 3.5, 7 и 14
  • Полоса пропускания приемного тракта
    (по уровню - 6дБ), Гц - 400-2500
  • Чувствительность приемного тракта со входа смесителя
    (полоса пропускания 2.1кГц, отношение С/Ш - 10дБ), мкВ, не хуже - 0,3*
  • Максимальный общий коэффициент усиления – 250тысяч
  • Напряжение собственных шумов на выходе УНЧ при максимальном Кус и подключенным на входе ТПП сопротивлением 50ом, не более, мВ - 25
  • Допустимый диапазон входных сигналов в полосе пропускания, дБ, не менее - 100
  • Динамический диапазон по перекрестной модуляции ( ДД2 ) при 30% АМ и расстройке 50кГц , не менее, дБ -
    • На диапазоне 160м – 116*
    • На диапазоне 80м – 110*
    • На диапазоне 40м – 106*
    • На диапазоне 20м – 106*
  • Избирательность по соседнему каналу
    (при расстройке от частоты несущей на -5,5 кГц + 3,0кГц), не менее, дБ – 80
  • Подавление зеркальной боковой полосы, не менее, дБ
    • На диапазоне 160м – 54*
    • На диапазоне 80м – 52*
    • На диапазоне 40м – 46*
    • На диапазоне 20м – 48*
  • Коэффициент прямоугольности сквозной АЧХ
    • (по уровням -6, -40дБ) - 1,4
    • (по уровням -6, -60дБ) - 3,2
    • (по уровням -6, -80дБ) - 4
  • диапазон регулировки АРУ при изменении выходного напряжения на 12 дБ не менее, дБ - 72 ( 4000 раз)
  • диапазон РРУ , не менее, дБ - 84 ( 16 000 раз)
  • Выходная мощность тракта НЧ на нагрузке 8 Ом , на менее, Вт 0,5
  • Ток, потребляемый от внешнего стабилизированного
  • источника питания 13.8В, не более, А - 0,3

 

Основные параметры передающего тракта

  • Напряжение на выходе (на нагрузке 50 Ом) в режиме CW, не менее, Вэфф — 0,7
  • подавление несущей частоты сигнала, дБ — не хуже 50*

* указанная цифра ограничена возможностями аппаратуры, примененной для измерений и, реально, может быть выше.

Для обеспечения хорошей повторяемости результатов, технологичности изготовления и высокой реальной избирательности при выборе схемы и конструкции описываемой здесь основной платы ТПП использованы следующие принципы и подходы

  1. Для получения большого динамического диапазона приемного тракта и эффективной работы АРУ оптимизировано покаскадное распределение коэффициентов усиление нерегулируемых каскадов и расширены допустимые уровни входных сигналов в полосе пропускания.
  2. Для получения высокой избирательности применен принцип последовательной селекции, когда кроме основного активного полосового фильтра фактически в каждом усилительном каскаде ограничивается полоса пропускания на уровне 300-3000Гц соответствующим выбором номиналов межкаскадных разделительных конденсаторов и в цепях ООС.
  3. Для подавления зеркальной боковой полосы используется метод, подробно описанный в [10] и основанный на применении многозвенного НЧ фазовращателя в 4хфазной системе сигналов, позволяющий относительно простыми средствами, несмотря на повышенное количество элементов, получить хорошее подавление и высокую температурную и временную стабильность параметров. Для получения 4хфазной системы сигналов применяется цифровой фазовращатель, что существенно упрощает создание многодиапазонных конструкций.
  4. За счет того, что во всех критичных ( из-за больших конструктивных размеров и малых уровней сигнала) узлах ( смеситель-детектор, предварительный УНЧ, низкочастотный фазовращатель – полифайзер) применено дифференциальное усиление сигналов, конструкция обладает хорошей помехоустойчивостью , в том числе к наводкам от электросети.
  5. Для уменьшения общего числа деталей трансивера и ,соответственно, размеров основной платы структурная схема ТПП выбрана такой, что наиболее сложные и громозкие узлы ( восьмизвенный НЧ ФВ и основной ФСС) используются как на приме, так и на передачу сигналов.
  6. Применяется электронная коммутация всех режимов работы трансивера.
  7. Одноплатность конструкции, что позволяет исключить возможность ошибок при монтаже деталей и узлов, а также обеспечивает оптимальную, на взгляд автора, компоновку и хорошую общую и взаимную экранировку основных фунциональных узлов. Применение печатной платы с односторонним расположением печатных проводников (вторая сторона выполняет функции общего провода – экрана) позволяет изготовить качественную плату в домашних условиях по так называемой "лазерно-утюжной" технологии.

Возможная функциональная схема ТПП приведена на рис.1. Он состоит из пяти конструктивно законченных узлов. Узел А1 состоит из четырех диапазонного ,переключаемого реле, ФНЧ, и широкополосного усилителя мощности, в качестве которых можно применять любые известные, многократно описанные в радиолюбительской литературе конструкции, например [15 ]. Узел А3 содержит двухзвенный аттенюатор ( первое звено имеет затухание -10дБ, второе -20дБ, что позволяет при соответствующей коммутации получить четыре значения затухания 0,-10дБ,-20дБ,-30дБ и тем самым оптимально согласовать динамический диапазон приемного тракта ТПП с реальными уровнями входных антенных сигналов), полезный при работе на полноразмерную антенну, и четырехдиапазонный полосовой фильтр, в качестве которого можно применить любую из известных конструкций 50-омных трехконтурных ПДФ, также неоднократно описанных в радиолюбительской литературе. Узел А4 представляет собой гетеродин на основе одного, не переключаемого генератора на частоты 56-64МГц, перестраиваемого механически при помощи КПЕ или с электронной перестройкой частоты многооборотным резистором, и управляемого делителя частоты с переменным коэффициентом деления 1,2,4,8. Необходимую стабильность при помощи ЦАПЧ и цифровой отсчет частоты обеспечивает узел А2, выполненный на основе готовой цифровой шкалы «Макеевская» [15 ], которую можно приобрести во многих регионах Украины и России и здесь не описывается, как вариант для самостоятельного изготовления можно рекомендовать хорошо зарекомендовавшую себя разработку А.Денисова [16].

Основную обработку сигнала в режимах приема и передачи - его преобразование, подавление зеркальной боковой полосы и фильтрацию выполняет узел А5 – основная плата ТПП.

В режиме приема сигнал с выхода ПДФ поступает на смеситель-детектор U3, качестве которого применена половина быстродействующего сдвоенного четырехканального коммутатора FST3253 со средним временем переключения 3-4nS. Вторая половина этого коммутатора используется в качестве смесителя-модулятора U2 при работе на передачу.

Применение в качестве смесителя четырехканального коммутатора FST3253 позволило упростить схему, поскольку часть функций фазовращателя выполняет внутренняя логика управления коммутатора, на адресные входы которой поступают сигналы управления со счетчика на 4 (узел U4) . Переключение рабочей боковой полосы происходит при подаче со схемы управления сигнала USB/ULB за счет изменения очередности поступающих импульсов управления со счетчика на коммутатор. При этом частота гетеродина должна быть в четыре раза выше рабочей частоты. В результате, на выходе смесителя образуется четырехфазная система сигналов, которые, после предварительной фильтрации однозвенными ФНЧ Z3…Z6 и предварительного усиления дифференциальными усилителями А3 и А4, через замкнутые контакты электронного переключателя SA3.2… SA3.5 поступают на НЧ фазовращатель U6. К выходу последнего подключены дифференциальные усилители А5,А6, компенсирующие затухание сигналов в фазовращателе. Далее сигналы полезной боковой полосы, получившие нулевой фазовый сдвиг, складываются на сумматоре A10, а зеркальной боковой полосы, получившие фазовый сдвиг 180о, вычитаются и подавляются. К выходу сумматора через замкнутые контакты электронного переключателя SA3.6 подключен основной активный полосовой фильтр , представляющий собой последовательно включенные нормирующий усилитель А8, ФСС Z7, состоящий из ФВЧ третьего и ФНЧ шестого порядков и буферный усилитель с дифференциальным выходом А7.

Отфильтрованный полезный сигнал через замкнутые контакты электронного переключателя SA3.1 поступает на УНЧ, состоящий из управляемого напряжением усилителя A6 и оконечного УНЧ A5, к выходу которого подключен громкоговоритель BA1, детектора АРУ U5 и регуляторов усиления и громкости. ТПП переходит в режим передачи либо при нажатии на педаль, либо при нажатии на ключ.

В первом случае в схеме управления U7 формируется сигнал +TX, который переключает контакты электронного переключателя SA3 в противоположное положение , отключает смеситель-детектор U3 и активизирует смеситель-модулятор U2. Включен микрофонный тракт. Для повышения энергетической эффективности передатчика на 8-9дБ ( 6-8 раз по мощности) применяется сжатие динамического диапазона речевого сигнала при помощи фазового ограничителя последовательного действия [6,10 ], состоящего из усилителя-ограничителя А12, однозвенного фазовращателя U9 и подчисточного ограничителя U8. Далее сформированный сигнал через замкнутые контакты электронного переключателя SA4 и SA3.6 поступает на основной активный полосовой фильтр , представляющий собой последовательно включенные нормирующий усилитель А8, ФСС Z7, состоящий из ФВЧ третьего и ФНЧ шестого порядков и буферный усилитель с дифференциальным выходом А7. Отфильтрованный от остатков гармоник полезный сигнал с прямого и инверсного выходов ФСС через замкнутые контакты электронного переключателя SA3.2… SA3.2 поступает на объединенные попарно входы НЧ фазовращателя U6, что необходимо для правильной фазировки получающихся на выходе последнего модулирующих квадратурных сигналов. Эти сигналы проходят через дифференциальные усилители А5,А6, компенсирующие затухание сигналов в фазовращателе, и подаются на квадратурный смеситель-модулятор U2, на выходе которого сигналы полезной боковой полосы, получившие нулевой фазовый сдвиг, а зеркальной боковой полосы, получившие фазовый сдвиг 180о, вычитаются и подавляются.

Во втором случае, при нажатии на ключ, в схеме управления U7 формируется кроме "+TX" еще два сигнала - "+MIC off", отключающий микрофонный тракт и подключающий генератор телеграфного сигнала G2 путем переключения контактов электронного переключателя SA4 , и сигнал "+KEY" , непосредственно управляющий ключеванием этого генератора. Тональный телеграфный сигнал через нормальнозамкнутые контакты электронного переключателя SA4 и SA3.6 поступает на основной активный полосовой фильтр и проходит тот же путь, что и микрофонный.

Принципиальная схема узла А5 — основного тракта ТПП приведена на рис. 2. Как видно, некоторые узлы нам уже известны и подробно описаны в [ ], там же приведены некоторые особенности их работы и требования к деталям. Поэтому здесь их подробно описывать не будем.

В исходном положении , при не замкнутых на общий провод контактах Х13,Х15, тракт работает в режиме приема. Низкий уровень сигнала +TX поступает на вывод 1 DD2 и разрешает работу смесителя-детектора, при этом через инвертор DD1.1 74АС86 высокий уровень поступает на вывод 15 DD2 , запрещая работу смесителя-модулятора. При переходе в режим передачи сигнал +TX высокого уровня (примерно +8,0…8,5В) поступает через делитель на резисторах R2R3, согласующий уровни напряжения, на вывод 1 DD2 и запрещает работу смесителя-детектора, при этом через инвертор DD1.1 низкий уровень поступает на вывод 15 DD2, разрешая работу смесителя-модулятора.

Итак, в режиме приема сигнал с выхода ПДФ через цепь C4R7 поступает на четырехфазный ( квадратурный) смеситель DD2, выполненный на нижней половине четырехканального коммутатора FST3253( возможно применение СВТ3253 и других аналогов, выпускаемых разными производителями с немного видоизмененным названием). Для увеличения быстродействия коммутатор питается повышенным напряжением +6 В от стабилизатора VR1. Резистор R7 улучшает балансировку и выравнивает сопротивления открытых ключей (типовое примерно 4 Ома при технологическом разбросе ±10 %). На вход коммутатора через резистор R10 подано напряжение смещения с делителя R1R11, равное +3В, что обеспечивает работу смесителя на максимально линейном участке характеристики. Сигналы управления (гетеродинные) на коммутатор поступают с синхронного счетчика-делителя на 4, выполненного на D-триггерах микросхемы DD3 74АС74. Они имеют форму меандра с 90-градусным фазовым сдвигом. Окончательно их формирует внутренняя схема управления самого коммутатора так, что четыре ключа открываются поочередно. Для наглядности на рис. 2 напротив соответствующих выводов микросхемы DD1 указаны фазы выходного сигнала. Элементы DD1.2, DD1.3, включенные в цепях обратной связи синхронного счетчика, управляют очередностью поступления импульсов управления на коммутатор и предназначены для выбора рабочей боковой полосы. В исходном положении - это верхняя, а при замыкании контакта Х3 на общий провод выделяется нижняя.

К выходу каждого из четырех каналов квадратурного детектора подключены конденсаторы нагрузки (С21С28 , С22С29 и т.д.), ограничивающие полосу пропускания детектора на уровне примерно 3000Гц.

Как я уже отмечал в выше упомянутой статье, динамический диапазон смесителей , выполненных на основе современных быстродействующих коммутаторов (74НС405х, FST3253 ) ограничен не смесителем, а предварительным УНЧ сверху за счет прямого детектирования АМ помех в нем, а снизу его шумами. ДД2 может быть улучшен еще на 10...20 дБ установкой дополнительных ФНЧ после смесителя. Эта идея и реализована в ТПП установкой однозвенных ФНЧ (R30C34, R31C35 и т.д.) с частотой среза примерно 6кГц. В данном схемном решении применение на входе предварительного УНЧ резистивных фильтров не примело к сколько-нибудь заметному ухудшению чувствительности ( по крайней мере мне не удалось это зафиксировать инструментально), но самым положительным образом сказалось на улучшении общей или, если угодно, реальной ,избирательности.

С одной стороны, это обеспечивает хорошее подавление внеполосных помех, с другой — вносит заметный дополнительный фазовый сдвиг в полезный сигнал, поэтому соответствующие резисторы и конденсаторы во всех четырех каналах должны быть термостабильны и подобраны по емкости с точностью не хуже 0,2% (здесь и далее подразумевается точность подбора элементов четырех каналов между собой, абсолютное значение может иметь разброс до 5 %).

ОУ DA3, DA4 NE5532, включенные по схеме дифференциального измерительного усилителя [17, 18], улучшают симметрию сигналов и подавляют синфазные помехи (продукты детектирования АМ, наводки с частотой сети и пр.) пропорционально Кус=19 раз. Такое предварительное усиление оптимально, на взгляд автора, для того, чтобы обеспечить высокую чувствительность и скомпенсировать потери в НЧ фазовращателе в режиме приема, не ухудшая при этом допустимый диапазон входных сигналов в полосе пропускания. Резисторы в цепях обратной связи R45,R46,R49—R52 необходимо подобрать с точностью не хуже 0,5%.

Так как НЧ ФВ используется при работе как на прием, так и на передачу, для переключения его входов применена электронные ключи DD4,DD5 HCF4066 ( можно заменить на аналогичные из серии CD4000 или отечественные 1561КТ3). Выходы дифференциального предварительного усилителя через открытые в режиме приема электронные ключи переключателя DD4 ( при этом сигнал управления +ТХ имеет низкий уровень и электронные ключи DD5 закрыты) подключены к четырехфазному восьмизвенному низкочастотному RC фазовращателю на элементах R69—R126 и C57—C109 [10]. При переходе в режим передачи высокий уровень ( примерно +8…8,5В) сигнала +TX открывает электронные ключи переключателя DD5, подключая входы НЧ ФВ к противофазным выходам ФСС (выводы 7 DA5.1 и DA2.2). При этом транзистор VT1, инвертирующий сигнал управления +TX в низкий уровень ( примерно +0…0,5В), закрывает электронные ключи переключателя DD4 , отключая тем самым предварительные усилители от НЧ ФВ и, соотвественно, от тракта передачи.

Такой НЧ ФВ, несмотря на повышенное число элементов, прост по конструкции. Благодаря взаимной компенсации фазовых и амплитудных дисбалансов отдельных цепочек в нем можно использовать элементы с допуском ±5% (разумеется, точность подбора четверок элементов должна быть не хуже 0,5%) при сохранении высокой точности фазового сдвига. Для облегчения подбора элементов был выбран вариант НЧ ФВ на одинаковых конденсаторах. Такой вариант по сравнению с примененным в [14 ] имеет несколько большее затухание, что легко компенсируется увеличением усиления предварительного каскада. Само значение емкости может быть и другим – оптимальные значения лежат в диапазоне 10-33нФ – при большей емкости возможна перегрузка предУНЧ, а при меньшей – цепи НЧ ФВ получаются высокоомные и увеличивается опасность помех и наводок. Варианты возможных значений резисторов в зависимости от выбранной емкости НЧ ФВ приведены в табл.1.

Таблица 1.


R66-69

R75-78

R82-86

R91-94

R99-102

R108-111

R115-118

R123-126

10нФ

4,7к

6,8к

10к

13к

20к

27к

43к

56к

15нФ

3,3к

4,3к

6,2к

9,1к

13к

20к

30к

39к

22нФ

2,2к

4,3к

6,2к

9,1к

13к

20к

27к

33нФ

1,5к

3,9к

6,2к

9,1к

13к

20к

С выхода НЧ ФВ сигналы поступают на ОУ DA7, DA8, тоже включенные по схеме дифференциального измерительного усилителя, что дополнительно улучшают симметрию сигналов и подавляют синфазные помехи (продукты детектирования АМ, наводки с частотой сети и пр.) пропорционально Кус=7раз. Такое усиление достаточно, на взгляд автора, для того, чтобы скомпенсировать потери в НЧ ФВ в режиме передачи. Резисторы в цепях обратной связи R130—R135 также необходимо подобрать с точностью не хуже 0,5%. Так как в режиме передачи выходы этого дифференциального каскада подключаются к низкоомной нагрузке – модулятору ( при приеме он отключен), то выходы ОУ DA7, DA8 умощнены парами комплементарных транзисторов VT8VT9, VT10VT11 и т.д.(подойдут любые исправные , например КТ315,361 или КС547,557 ) . Более оптимальным было бы применение качественных ОУ средней мощности, но в наших краях они недоступны и, как показал опыт ,примененное решение работает качественно и надежно.

Далее четырехфазный сигнал поступает на входы классического сумматора на ОУ DA9.1, где благодаря полученным фазовым сдвигам сигналы нижней боковой полосы складываются и усиливаются, а верхней — вычитаются и подавляются. Сигнал с выхода сумматора через пассивный полосовой фильтр R160C127R161C128 поступает на первый ключ (выводы 1-2) электронного переключателя DD6 HCF4066( можно заменить на аналогичные из серии CD4000 или отечественные 1561КТ3), которым управляет второй ключ (выводы 8-9), включенный инвертором управляющего сигнала +ТХ. В режиме приема сигнал +ТХ имеет низкий уровень, поэтому первый ключ открыт и полезный сигнал беспрепятственно поступает на вход нормирующего усилителя DA6.2. У этого каскада главная задача – обеспечить оптимальные уровни сигнала как в приемном , так и передающем трактах ТПП. В режиме приема его Кус=R122/(R161+R160)= 1,3 выбран небольшим, что нужно для обеспечения максимального диапазона допустимых уровней сигнала в полосе пропускания. Конденсатор С105 ограничивает полосу пропускания этого каскада на уровне примерно 3кГц. При переходе в режим передачи высокий уровень ( примерно +8…8,5В) сигнала +TX закрывает первый ключ и открывает третий электронный ключ ( выводы3-4) переключателя DD6, тем самым отключая от нормирующего усилителя выход сумматора и подключая к нему параллельно соединенные выходы микрофонного и телеграфного тракта. Если активен микрофонный тракт ( это определяется управляющими сигналами MICoff и +KEY , но об этом ниже, при описании соотвествующих узлов), усиление нормирующего усилителя Кус= R122/R140, а для телеграфного тракта Кус= R122/R129. Это и позволяет при настройке установить подстроечными резисторами R129, R140 оптимальные уровни модулирующего сигнала раздельно для микрофонного и телеграфного трактов.

Далее, в режиме приема, сигнал поступает активный основной фильтр частоты сигнала ( ФСС), выполненный на трех поледовательно включенных звеньях 3-го порядка — одном ФВЧ с частотой среза 350 Гц на ОУ DA5.2 и двух ФНЧ с частотой среза 2900 Гц — на ОУ DA6.1 и DA5.1.

Для улучшения развязки и снижения помех по цепи питания каскады дифференциальных усилителей DA3, DA4, DA7, DA8 и остальной малосигнальной части тракта (сумматора , ФСС, МУО и пр.) питаются от отдельных интегральных стабилизаторов VR2,VR3. Делители напряжения питания R72R73, R86R119, R96R153 создает напряжение смещения для ОУ соответсвующих узлов при однополярном питании.

Отфильтрованный сигнал с выхода ФСС поступает через разделительную цепь R53C48 (однозвенный ФВЧ с частотой среза примерно 300Гц) на вход регулируемого усилительного каскад на ОУ DA2.1. Его усиление определяется отношением общего сопротивления параллельно включенных в цепи ООС резистора R29 и сопротивления канала полевого транзистора VT3 КП307Г (здесь подойдут любые транзисторы из серий КП302, КП303, КП307, имеющие напряжение отсечки не более 3,5 В при максимально большом начальном токе стока) к сопротивлению резистора R53. При изменении напряжения смещения на затворе VT3 от 0 до +4,5 В Кус изменяется от 40 до 0,002, т. е. от +32 до – 54 дБ, что обеспечивает эффективную автоматическую (АРУ) и ручную (РРУ) регулировку общего усиления приемника. На рис.3 приведен график зависимости напряжения на выходе УНЧ от напряжения на входе ДПФ авторского экземпляра ТПП, иллюстрирующий работу АРУ. Цепь R27R34С33 подает на затвор транзистора VT3 половину напряжения сигнала, что улучшает линейность регулировочной характеристики [17], в результате чего даже при входном сигнале 2 Вэфф (максимально возможный сигнал на выходе основного полосового фильтра) уровень нелинейных искажений не превышает 0,1%.

Параллельно выводам сток, истока транзистора VT3 подключен электронный ключ VT2 на транзисторе КП307Г ( возможные замены такие же, как для VT3). При переходе в режим передачи сигнал +TX высокого уровня (примерно +8,0…8,5В) поступает через делитель на резисторах R28R37, снижающий уровень напряжения на затворе VT2 до +4,3…4,5В, что приводит к его полному открыванию. Малое сопротивление канала ( примерно 50-80ом) открытого транзистора VT2 сильно шунтирует резистор R29 цепи ООС, что приводит к снижению Кус УНЧ примерно в 16-20тыс. Небольшой остаточный коэффициент передачи УНЧ .( Кус=0,1-0,15 раз) практически не мешает при работе микрофоном и позволяет получить негромкий, но отчетливый сигнал самоконтроля при работе телеграфом. Цепь D6R38C38 обеспечивает быстрое ( доли мСек) открывание ключа VT2 при переходе на передачу и его медленное (примерно 50мСек, определяется постоянной времени R38C38) закрывание при переходена прием, что исключает появление громких щелчков в телефонах при коммутации режимов работы.

Сигнал с выхода ОУ DA2.1 поступает через однозвенный ФНЧ R23C16 на вход оконечного УНЧ DA1 LM386N с Кус=80 и далее, с выхода DA1 на выход платы к регулятору громкости и через цепочку R16R17С14 поступает на детектор АРУ, выполненный на диодах VD1—VD5 КД522(можно применять любые кремниевые КД510,КД521,1N4148 и т.п.)и имеющий две цепи управления — инерционную с конденсатором С26 и быстродействующую с конденсатором С19, позволяющую улучшить работу АРУ в условиях импульсных помех. Общая точка соединения элементов детектора АРУ подключена к делителю R19R20R36,0R2, создающему начальное напряжение смещения полевого транзистора. Подстроечным резистором R19 его устанавливают оптимальным для конкретного экземпляра транзистора и при необходимости корректируют общее усиление приемника. Резистором 0R2 (он вне узла А5) оперативно регулируют общее усиление при прослушивании эфира. Фактически эта регулировка эквивалентна изменению усиления по ВЧ или ПЧ в супергетеродинах.

Микрофонный усилитель с фазовым ограничителем последовательного типа (МУО) выполнен на ОУ DA10 NE5532, рассчитанный на применение электретного микрофона. Питание +9В подается через цепочку R165, C133, R166. Резистор R165 определяет ток ( в данном случае примерно 0,75мА, что подходит для многих типов компьютерных гарнитур и при необходимости может быть скорретирован ), и соотвественно, режим работы микрофона. Конденсаторы С74, С129 служат для защиты от ВЧ помех. Сигнал с микрофона поступает на вход усилителя-ограничителя ( выв.3 DA10.1)через пассивный ФВЧ C134,R163,R156 с частотой среза примерно 5,5кГц, обеспечивающий подъем ВЧ составляющих спектра порядка 6дБ/октаву , что заметно улучшает качество и разборчивость сформированного сигнала . Применение такой пассивной корректирующей цепи приводит к ослаблению сигнала микрофона( примерно на 14дБ на частоте 1 кГц), но с учетом того, что электретные микрофоны выдают ны выходе сигнал высокого уровня ( в среднем -5-15мВ и до 50-70мВ амплитуды в режиме громкого"А"), позволяет существенно упростить схему без потери качества сигнала. Кус усилителя-ограничителя DA10.1 определяется соотношением резисторов R152, R162 и в данном случае равен примерно 1000, что с учетом ослаления коректирующей цепью в 5 раз ( примерно на 14дБ на частоте 1 кГц, для которой ведем расчет) дает общий Кус =200. Порог ограничения диодов D19,20 (можно применять любые кремниевые КД522,КД521,1N4148 и т.п.) примерно 600мВ, следовательно начало ограничения для сигнала микрофона примерно 3мВ. Если при испытаниях с конкретным микрофоном Вам покажется, что такое усиление чрезмерно, это можно легко скорректировать пропорциональным увеличением резистора R162. Я же после испытаний этого МУО пришел к выводу, что такое усиление оптимально, т.к. позволит работать со многими типами микрофонов без дополнительной подстройки. При желании можно ввести оперативную регулировку уровня клиппирования в диапазоне 0-30дБ, для чего последовательно с R162 нужно поставить переменный резистор 1-2,2кОм, желательно с логарифмической характеристикой, который можно вывести на переднюю панель.

Схема входных цепей МУО позволяет при необходимости легко производить довольно большую и гибкую коррекцию АЧХ и варьировать предыскажения, что может потребоваться при оптимизации качества формируемого звука в зависимости от характеристик конкретного микрофона и тембра голоса оператора. Например, при низком, глухом тембре голоса можно выбрать R162=6,8ома и C132=22мкФ, что обеспечит примерно с частоты 1000Гц дополнительный подъем звуковых частот. А если при этом поставить конденсатор С129=47нФ, который совместно с R163=1кОм образует ФНЧ с частотой среза примерно 3кГц. Результирующая АЧХ входной цепи получит заметно выраженную резонансную форму с пиком на частотах примерно 2,5-2,7кГц, что положительно скажется на разборчивости сигнала.
Ограниченный практически до прямоугольного сигнал поступает на однозвенный фазовращатель, выполненный на ОУ DA10.2. Собственная частота фазосдвигающей цепи R145,C115 выбрана примерно 400Гц - как показал эксперимент, это обеспечивает несколько лучшие результаты, чем рекомендуемые обычно 500-600Гц. при этом фазовым способом эффективно подавляются гармоники ограниченных сигналов в диапазоне частот от 500 до 1000гц, а выше 1000Гц не менее эффективно подавляет гармоники основной ФСС. Для правильной работы фазовращателя резисторы R142, R144 должны иметь одинаковые значения (желательно не хуже +-1%), само значение некритично и может быть в диапазоне 3,3-100кОм. При прохождении через фазовращатель ограниченного НЧ сигнала гармоники получают фазовый сдвиг около 70-100град. относительно основной частоты. Форма прямоугольного сигнала при этом сильно искажается и гармоники, ранее формировавшие крутые фронты, теперь образуют выбросы около вершин синусоидального напряжения основной частоты. Эти выбросы срезаются вторым ограничителем, выполненным на диодах D17,D18.[6,10]. Здесь хочу обратить внимание коллег на очень важный момент, на котором и сам споткнулся на первых испытаниях – эффективность или ,если угодно, качество работы такого МУО, состоящего из двух ( иногда и более) последовательных ограничителей, очень сильно зависит от степени (жесткости) ограничения первого и сопряжения уровней ограничения первого и второго ограничителя. Причем, чем сильнее ограничиваем сигнал, тем больше проявляется эффект фазового подавления гармоник. Это хорошо подтверждается результами экспериментов, приведенных на рис. 4 – при ограничении до 30-40дБ уровень нелинейных искажений на частотах 500-900Гц практически один и тот же и не превышает 8,5%. Лучшие результаты получаются , если уровень второго ограничителя равен 0,5-0,7 уровня первого, поэтому я применил во втором диоды КД514. Вполне допустима замена на КД522, 1N4148– измерения показали, что нелинейные искажения немного поднялись – примерно до 11-12%, но сигнал звучит вполне прилично.

Электронный ключи на транзисторе VT16 КП307Г ( возможные замены такие же, как для VT2, VT3), шунтирующий цепь ООС ОУ DA10.2 и четвертый элемент ( выводы 10-11) коммутатора DD6, замыкающий на общий провод выход МУО, служат для отключения микрофонного тракта в режимах работы на прием или телеграфом, для чего применяется сигнал управления высокого уровня (напряжение примерно +8,0…8,5В) +MICoff . Такое двухступенчатое, или двухключевое, управление обеспечивает надежное отключение микрофона и полностью исключает появление помех от него в режимах приема и работы телеграфом.

Генератор телеграфного сигнала выпонен на ОУ DA9.2 по схеме с мостом Вина R98R107C87C95 в цепи положительной ОС. Частота генерации определяется по формуле f=0,159/R98C87, в данном случае примерно равна 1000Гц и при необходимости может быть изменена. При указанном значении частоты основной ФСС эффективно подавляет гармоники, в результате на выходе ТПП получается кристально чистый тональный сигнал. Жесткая стабилизация амплитуды генерируемых колебаний осуществляется с помощью встречно-параллельно включенных диодов D14,D15 (можно применять любые кремниевые КД522,КД521,1N4148 и т.п.) на уровне примерно 0,25Вэфф. Далее сигнал генератора через однозвенный ФНЧ, понижающий уровень гармоник, поступает на электронный ключ VT7 КП307Г ( возможные замены такие же, как для VT2, VT3), который непосредственно осуществляет манипуляцию телеграфного сигнала при поступлении в цепь затвора управляющего сигнала высокого уровня (примерно +8,0…8,8В) +KEY. Этот сигнал поступает через делитель на резисторах R114R121, снижающий уровень напряжения до +4,3…4,5В на затворе VT7. Цепь D16R120R128C110 предназначена для формирования из прямоугольного сигнала +KEY трапецеидального сигнала управления в цепи затвора с длительностью фронта примерно 15мСек и спада примерно 20мСек. Такие значения оптимальны, на взгляд автора, для средних скоростей передачи 90-120 знаков в минуту. Если Вы любите работать с большей скоростью, емкость С110 целесообразно выбрать равной 47нФ. При этом длительность фронта и спада сформированной телеграфной посылки составят примерно 7 и 10мСек, что соотвествует традиционно рекомендуемым значениям в отечественной литературе. Благодаря квадратичной ВАХ полевого транзистора форма огибающей сформированных импульсов становится близкой к оптимальной, колокообразной, что обеспечивает узкий спектр излучения телеграфной передачи, разумеется при условии, что каскады УМ имеют достаточно линейную амплитудную характеристику. В неактивном режиме ( управляющие сигналы +MICoff или +ТХ низкого уровня) работа задающего генератора блокируется током, протекающим через цепочку D8D9R61 D15. Малое дифференциальное сопротивление диода D15, открытого протекающим током, шунтирует резистор R106 цепи ООС, что исключает возможность генерации. Постоянное напряжение с выхода генератора ( выв.1 DA9.2)примерно +5В поступает на исток VT7, а на затворе у него Низкий уровень сигнала +KEY поэтому он закрыт. Такое двухступенчатое управление обеспечивает надежное отключение телеграфного генератора и полностью исключает появление помех от него в режимах приема и работы микрофоном.

Перевод трансивера в режим передачи микрофоном или телеграфом производится специальной схемой управления , выполненной на четырех двухвходовых триггерах Шмидта микросхемы DD7 HCF4093 ( можно применить К1561ТЛ1), формирующей необходимые сигналы управления. В исходном состоянии, режим прием - пока не нажаты ключ или педаль , на выводах 3,10 DD7 (сигналы +KEY. +TX) низкое напряжение (примерно +0,3…0,8В), а на выводе 11 DD7 (сигнал +MICoff) высокое напряжение (примерно +8,0…8,8В).

При нажатии на педаль или каким-либо другим способом замыкании вывода Х15 основной платы на общий провод на выводе 10,12 DD7 одновременно формируются высокий уровень сигнала управления +ТХ ,переключающий трансивер в режим передачи, и низкий уровень сигнала управления +MICoff, разрешающий работу микрофонного тракта и блокирующий телеграфный генератор. Если при нажатой педали будет нажат ключ ( вывод Х13 основной платы замкнут на общий провод), высокий уровень сигнала управления +ТХ ,переключающий трансивер в режим передачи, сохранится, а на выводе 11 DD7 (сигнал +MICoff) появится высокий уровень напряжение, разрешающий работу телеграфного генератори и блокирующий микрофонныйо тракт. Одновременно на выводе 3 DD7 формируются высокий уровень сигнала управления +KEY, формирующий телеграфную посылку.

Если работать ключом, не нажимая педаль, появляется возможность прослушивать эфир в паузах между телеграфными посылками (так называемый режим "полного полудуплекса" - QSK). При первом нажатии на ключ напряжение высокого уровня на выводе 3 DD7, формирующее высокий уровень сигнала управления +KEY, быстро (доли мСек) заряжает через резистор R48 конденсаторС46. Высокий уровень напряжения на этом конденсаторе приводит к поялению на выводе 4 DD7 напряжения низкого уровня, которое инициирует формирование логическими элементами DD7.3, DD7.4 высокого уровеня сигнала управления +ТХ и +MICoff. Время удержания трансивера в режиме передачи после отпускания ключа примерно 0,1сек и определяется постоянной времени цепи R44C46. Если цепи коммутации внешних устройств ( например лампового Ума с релейной коммутацией) не выдерживают такой "скорострельности", время удержания можно увеличить, пропорционально увеличивая значение резистора R44, например, если выбрать 1Мом, то время удержания составит примерно 1 сек.

На транзисторах VT4,VT5,VT6 выполнен ключевой усилитель-формирователь сигналов управления +13,8RX и +13,8TX для переключения внешних узлов (ПДФ, УМ, ФНЧ, аттенюатора и пр.). Мощность транзисторов VT5,VT6 определяет допустимую нагрузку. При указанных КТ814 (возможна замена на КТ816 с В>50) допустима нагрузка до 0,5А. Если ток нагрузки не превышает 0,25А, то с успехом можно поставить КТ208,КТ209,КТ502 с любым буквенным индексом.

Требования к деталям, возможным заменам и их подбору, если это необходимо, изложены в тексте по ходу описания соотвествующих узлов как рассматриваемого здесь основного тракта трансивера , так и в тексте описания приемника [14], с которым настоятельно рекомендуем ознакомиться..

Большинство деталей ТПП расположены на печатной плате ( рис.5) из двустороннего фольгированного стеклотекстолита. Верхняя сторона служит общим проводом и экраном. Отверстия вокруг выводов деталей, не соединенных с общим проводом, следует раззенковать сверлом диаметром 2,5-3,5мм. Выводы деталей, соединенных с общим проводом, отмечены крестиком. Общий провод силовой части УНЧ (выв.4 DA1) соединяется с верхней стороной общего провода только в одной точке – контакты Х10,Х22, которые пропаиваются с двух сторон. Сюда же подводится общий провод от блока питания. В виду высокой плотности расположения деталей, монтаж рекомендуется делать в следующей последовательности: сначала на плате устанавливаются все прополочные перемычки, выполненные из тонкого монтажного изолированного провода; затем монтируются пассивные и активные элементы, имеющие выводы, припаиваемые к общему проводу и только потом остальные компоненты.

Перед подачей на плату напряжения питания, еще раз внимательно проверьте монтаж. Если все сделано без ошибок и из исправных деталей, основная плата запускается сразу. После подачи напряжения питания ток потребления в режиме приема ( без сигнала ГПД, ключ и педаль в разомкнутом положении) должен быть близок к 100мА, из динамика должен быть слышен негромкий и равномерный шум. Полезно проверить режимы работы каскадов по постоянному току – на выходе всех ОУ должно быть напряжение близкое к +4,5В, на выводах логичеких элементов и ключей должны быть уровни управляющих напряжений, соответствующие описанию логики работы этих узлов.

Первый этап в налаживании— установка порога АРУ приемного тракта. Для этого движок резистора 0R1 Громкость устанавливают в верхнее по схеме положение,а движки резистора 0R2 Усиление и подстроечного резистора R19 (см. рис. 2) устанавливают в левое по схеме положение. На вход приемника подключите резистор 50ом. Подключите ГПД. К выходу ( выводы Х9, Х10 ) приемника подключают динамик или телефоны, при желании можно подключить осцилограф или авометр в режиме измерения переменного напряжения. Перемещением движка подстроечного резистора R19 найдите положение , при котором шум начнет уменьшаться, и от этого положения переместите движок немного в обратном направлении. Это и будет оптимальная настройка порога АРУ.

Настройку передающего тракта можно сделать в два этапа. Сначала, подключив осцилограф или мультиметр в режиме измерения переменного напряжения к минусовому выводу одного из электролитов (С117,С120,С126 или С131), замыкаем контакты ключа и переводим ТПП в режим передачи телеграфного сигнала. Подстроечным резистором R129 выставляем уровень модулирующего сигнала примерно 1,7Вэфф ( амплитуда 2,3В ), При этом в динамике должен быть отчетливо должен прослушиваться сигнал самоконтроля. Подключаем микрофон и нажимаем педаль. В режиме громкого "А" вращением подстроечного резистора R140 устанавливаем уровень модулирующего сигнала около 1,1Вэфф ( амплитуда примерно 2,2В ). Предварительная настройка передающего тракта закончена.

Окончательно выставлять уровни модуляции следует, прослушивая свой сигнал на контрольном приемнике. Здесь уместно напомнить, что в отличие от трансиверов с традиционным фильтровым способом формирования однополосного сигнала, в которых после модулятора стоит узкополосных фильтр, эффективно подавляющий все внеполосные излучения, в том числе и паразитные продукты преобразования, возникающие из-за перегрузки модулятора, в ТПП перегрузка модулятора приводит к недопустимому расширению спектра излучения передачика, причем в пределе ( при очень больших перегрузках) ограниченного только диапазонным полосовым фильтром. Иными словами, неправильно выбранный уровень модулирующего сигнала может доставить немало неприятностей соседям по диапазону. Поэтому для окончательной установки уровней модулирующих сигналов рекомендуется следующий метод. Установите в контрольном приемнике максимально узкую полосу приема и настройте его немного выше (ниже) от частоты работы ТПП. Увеличиваем уровень модуляции перемещением движка подстроечного резистора R129 (R140) и находим положение , при котором начнут появляться признаки "сплеттеров" , и от этого положения переместите движок немного в обратном направлении. Это и будет оптимальная настройка.

На рис. 6 приведена схема распределения коэффициентов передачи, диаграмма покаскадных уровней сигналов приемного и передающего трактов, которая поможет лучше понять принцип работы ТПП и при необходимости тщательнее его настроить.

Литература

  1. Поляков В. Приемник прямого преобразования на 28Мгц. — Радио, 1973, №7, с.20.
  2. Поляков В. SSB приемник прямого преобразования. — Радио, 1974, №10, с.20.
  3. Поляков В.Т. Однополосный модулятор-демодулятор. — Радиотехника, т.29, 1974, №10.
  4. Поляков В. Смеситель приемника прямого преобразования. — Радио, 1976, №12, с.18.
  5. Поляков В. Приемник прямого преобразования. — Радио, 1977, №11, с.24.
  6. Поляков В.Фазовые ограничители речевых сигналов. — Радио, 1980, №3, с.22
  7. Поляков В., Степанов Б. Смеситель гетеродинного приемника. — Радио, 1983, №4, с.19-20
  8. Поляков В. Приемники прямого преобразования. ― М.: ДОСААФ, 1981
  9. Поляков В. Трансиверы прямого преобразования. ― М.: ДОСААФ, 1984
  10. Поляков В. Радиолюбителям о технике прямого преобразования. ― М.: Патриот, 1990.
  11. Пьяных Ю. Трансивер прямого преобразования. — Радио, 1979, №7, с.14
  12. Лутс Э. Трансивер прямого преобразования на 28Мгц. — Радио, 1988, №1, с.16
  13. Поляков В. Трансивер прямого преобразования на 160м. — Радио, 1982, №10, с.49-50, №11,с.50-53
  14. Беленецкий С. Однополосный гетеродинный приемник с большим динамическим диапазоном. — Радио, 2005г. №10, с.61-64, №11, с.68-71.
  15. Абрамов В. (UX5PS), Тележников C. (RV3YF). Коротковолновый трансивер "Дружба-М”. — http://www.cqham.ru/druzba-m.htm.
  16. Денисов А. Цифровая шкала-частотомер с ЖК индикатором и автоподстройкой частоты. — http://ra3rbe.qrz.ru/scalafc.htm.
  17. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. ― М.: Мир, 1982.
  18. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники, т. 1. ― М.: Мир, 1983.

Что изменилось в трансивере после опубликовании его в Журнале "РАДИО" № 9,11 2006г.

Изменений немного. Если есть возможность, вместо пар конденсаторов (керамики С21+ пленочных С28) лучше поставить импортные МКТ,МКР величиной 0,1мкФ в каждый канал, естественно подобранные с точностью не хуже 0,2%( как показал эксперимент точность этой четверки напрямую определяет качество подавления боковой, т.к если их убрать (уменьшить до 3,3-4,7нФ), подавление на НЧ диапазонах возрастает до 60-63дБ!!!, но они к сожалению нужны, иначе падает устойчивость к АМ помехам), что позволило немного улучшить подавление зеркальной боковой на 7Мгц и 14Мгц.

также немного оптимизированы цепи АРУ ( это уже отражено в схеме ТПП (рис.2) версии 11.0), теперь нет ни каких хлопков при резких и громких сигналах, работает мягко и незаметно, и при этом хорошо, практически полностью давит импульсные помехи. изменения печатной платы минимальные, если плата ( Для чертежа печатки , выложенном на стр.23 и 78 форума по современному ТПП) уже готова - замкнуть перемычкой R167 и пренести подключение верхней ножки конденсатора С19, подкорректировав дорожки резаком. Я поступил проще - жалко было резать дорожки - припаял указанный кондер со стороны печатных проводников. Если плата еще не готовилась , то при изготовлении лучше воспользоваться уже исправленным чертежом (это уже отражено в чертеже печатной платы рис.5 версии 8.0). В этом варианте я также немного изменил разводку земли в районе LM386. Поэтому "земляной" вывод С16 надо пропаять с 2х сторон.


Скачать полный комплект документации Вы не можете скачивать файлы с нашего сервера


Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться, либо войти на сайт под своим именем.

Обсудить на форуме


На момент добавления Основная плата современного трансивера прямого преобразования US5MSQ все ссылки были рабочие.
Все публикации статей, книг и журналов, представлены на этом сайте, исключительно для ознакомления,
авторские права на эти публикации принадлежат авторам статей, книг и издательствам журналов!
Подробно тут | Жалоба

Добавление комментария

Ваше имя:*
E-Mail:*
Текст:
Вопрос:
Решите уравнения x+2x=789
Ответ:*
Введите два слова, показанных на изображении:



как оформить букет http://flori.in.ua/goroda.html лучший подарок
Опрос

Ваши предпочтения в TRX


Одинарное преобразование
Двойное преобразование
Прямое преобразование
SDR
Другое
Мне всё равно

Популярные новости
Календарь новостей
«    Сентябрь 2017    »
ПнВтСрЧтПтСбВс
 123
45678910
11121314151617
18192021222324
252627282930