Прежде всего хочу выразить особую благодарность и признательность одному из читателей статей на этом канале ‒ Петру, Радиолюбителю.
Без его всесторонней поддержки, полезных советов и терпеливого участия вряд ли этот материал вообще был бы написан.
Также хочу заранее предупредить уважаемых читателей: не стоит искать в данной статье каких-либо технических новшеств, изобретений или открытий. Схемы, рассмотренные здесь, широко известны и давно отработаны. А из уникального здесь, пожалуй, только личный опыт, полученный в процессе их сборки и настройки. Да ещё простая радость - она бесценна.
*****
Пытаясь получить как можно более лучшие характеристики от портативной радиостанции РК-Р01, собранной из радиоконструктора, я постепенно пришёл к мысли, что одними настройками здесь не обойтись.
Для превращения конструкции "игрушечной воки-токи" в стабильно и надёжно работающее устройство в исходную схему потребуется внести изменения.
Так, в общем-то, и планировал изначально ‒ используя радиоконструктор как базу-основу путём постепенных доработок отдельных узлов сделать из него настоящую носимую радиостанцию.
Основные задачи (или цели):
- повышение стабильности работы в режиме приёма-передачи
- отказ от необходимости постоянной донастройки
- повышение выходной мощности передатчика
- увеличение дальности связи
И начать доработки решил с генератора высокой частоты.
Уж очень хлопотно постоянно подкручивать сердечники катушек, настраивая частоту передатчика под 27 мГц, а частоту приёмника под передатчик.
При настройке также обнаружилась ещё одна, не очень приятная вещь ‒ частота задающего генератора передатчика (вероятно через индуктивную связь при плотном монтаже деталей на плате) зависела также и от мощности выходного каскада передатчика и наоборот. Настраиваешь частоту передатчика ‒ падает мощность выходного каскада, при повышении мощности ‒ уплывает частота.
Сам процесс настройки от этого становился, конечно, ещё более интересным и увлекательным. Но конечная цель ‒ получение готового, стабильно работающего устройства ‒ отодвигалась по времени всё дальше.
На принципиальной электрической схеме радиостанции цепи генератора высокой частоты передатчика выделены красным цветом.
Зеленым цветом отмечены цепи модулятора частоты.
Синим подсвечен стабилизатор напряжения питания генератора и фильтрующий конденсатор.
Генератор высокой частоты здесь выполнен по схеме Хартли, называемой ещё индуктивной трёхточкой.
Для повышения стабильности генератора разработчики иcпользовали полевой транзистор.
Для этой же цели в цепь подачи напряжения питания генератора включён стабилитрон VD2.
Частота генератора задаётся колебательным контуром, состоящим из ёмкости C23 и индуктивности c отводом L5.
Индуктивность же и является основной причиной нестабильности несущей частоты.
Модуляция несущей частоты в схеме производится путём изменения ёмкости варикапа VD3, управляемого сигналом с выхода микрофонного усилителя и подключённого к колебательному контуру генератора через конденсатор C22. От ёмкости конденсатора C22 также зависит и величина девиации частоты генератора.
Работа аналогичной схемы высокочастотного генератора ‒ индуктивной трёхточки на полевом транзисторе, рассматривается, в частности, на канале Старый радиолюбитель, в публикации "Гетеродины. Широкий выбор 2".
Как указано в данной статье, повысить стабильность частоты генератора позволяет изоляция катушки индуктивности от протекания через неё постоянного тока. Делается это с помощью включения последовательно с выводами катушки конденсаторов, проводящих только переменный ток.
Я попытался воспользоваться данной рекомендацией, но особого результата это не дало. Получилось добавить конденсатор в цепь отвода катушки. При подключении ещё одного конденсатора последовательно с катушкой генерация прекращалась. Возможно нужно было более тщательно подобрать величину его ёмкости.
Следующей попыткой получения более стабильной частоты генератора стало подключение к нему кварцевого резонатора. Несколько штук кварцевых резонаторов на частоты 27.0 мГц и 27.120 мГц у меня были припасены. Именно для доработки этой радиостанции. Покупал их на AliExpress, здесь и здесь.
Сначала подключал кварц с частотой 27.120 мГц по аналогии со схемой, описанной в статье "Радиостанции на основе TDA7021 и TDA7000. Часть 5".
Какой-то особой стабильности это не принесло, осциллограф, подключенный к выходу генератора высокой частоты (к выводу конденсатора C14, или к выходу антенны передатчика) упорно показывал значения 27.0‒27.1‒26.9‒27.2‒27.3 мГц, меняя их с периодичностью примерно раз в секунду.
Возникло подозрение, что на частоту генератора так влияет схема модуляции, но совсем отключив вывод C22 от генератора какого-то особого улучшения не заметил.
Также пробовал подключать кварцевый резонатор вместо конденсатора C22, последовательно с индуктивностью L5 и параллельно ей, ставить кварц в цепь отвода катушки, и подключать его между выводами транзистора. Изрезал печатные проводники на плате, допаивал дополнительные перемычки, обвесил плату дополнительными резисторами и конденсаторами, но итоговых результатов добился только двух: либо генератор вообще прекращал работать, либо работал так же нестабильно, не обращая внимания на вносимые изменения.
Комментарий от одного из читателей статей данного канала, Петра, Радиолюбителя, просто поинтересовавшегося, как обстоят дела с радиостанцией и прервавший это, такое занимательное времяпровождение был прочитан мною как нельзя вовремя.
Терпеливо выслушав подробный и несколько сумбурный мой отчёт о текущем состоянии дел, и дав несколько очень точных и весьма полезных советов по ходу обсуждения, Петр, Радиолюбитель предложил в итоге просто заменить схему индуктивной трёхточки на трёхточку ёмкостную, с кварцевой стабилизацией частоты, собранную на биполярном транзисторе. К предложению был приложен и эскиз схемы, заботливо нарисованный от руки на обычном листе бумаги.
Это был генератор по схеме Пирса. Здесь я просто перерисовал его в электронном редакторе схем.
Я не стал собирать эту схему на макетной плате или в виде "летучки". Нарисовал чертёж печатной платы, вытравил две платы на кусочках фольгированного стеклотекстолита и собрал генераторы, один за другим, сразу на них. В частности, чтобы проверить, поместится ли данная схема на ограниченном пространстве платы радиостанции.
Сама печатная плата занимает размер 19 х 28 мм.
Монтажная схема расположения деталей выглядит так.
Для изготовления печатной платы использовались кусочки двустороннего фольгированного стеклотекстолита.
Слой фольги со стороны выводных деталей не удалялся, был залужен, подключён к общему проводу по схеме и используется в качестве дополнительного экранирующего. Отверстия для выводных деталей при этом, во избежании замыкания, раззенкованы от фольги сверлом диаметром 5 мм.
При монтаже использовались SMD-резисторы типоразмера 1206, напаиваемые со стороны печатных проводников.
Остальные детали обычные, выводные.
Старинный советский транзистор КТ368БМ с интернет-магазина TIXER.RU.
Конденсаторы керамические. Частично приобретались здесь, набором, частично россыпью.
Индуктивность уже готовая, похожая на небольшой зелёный резистор. Из набора, также с AliExpress.
После пайки получилась вот такая готовая плата генератора несущей частоты.
Вид на плату со стороны печатных проводников.
На фото в большом разрешении на дорожках видны зазубрины. Это не есть хорошо. Появились из-за поспешности в установках настроек принтера при переносе изображения на фольгу в процессе ЛУТ.
После проверки работоспособности генератора платы были собраны в двух экземплярах, для каждой радиостанции из комплекта.
И я не ошибся собирая эту схему. Генератор заработал сразу. Даже номиналы деталей подбирать не пришлось.
Ровная правильная синусоида на выходе, стабильной частоты в 27.1 мГц и амплитудой до 2.3 вольт.
Сам тестовый стенд выглядит так.
(На этой картинке есть неправильность. Сможете определить, какая именно? Проверьте себя, прежде чем читать дальше).
Разгадка проста. Питание схемы осуществляется от трёх, последовательно соединённых литий-ионных аккумуляторов 18650.
Один из них, расположенный на фото слева, подключён к плате зарядного устройства TP4056.
Предполагалась, что при необходимости можно будет подзарядить только один элемент, после чего поменять расположение элементов в аккумуляторном отсеке.
А ошибка в том, что данные аккумуляторы не имеют платы защиты. И этот модуль зарядного устройства TP4056 схемы дополнительной защиты не имеет тоже.
При таком подключении есть риск перезаряда аккумулятора и вывода его из строя.
Поэтому так подключать нельзя.
А если по какой-то причине пришлось заряжать аккумуляторы без схемы защиты от перезаряда ‒ нужно постоянно вручную контролировать напряжение на заряжаемом элементе. И по достижении уровня напряжения значения в 4.2 вольта зарядное устройство нужно обязательно отключать.
Но гораздо правильнее и проще использовать для зарядки модуль зарядного устройство с установленной схемой защиты.
Он и по габаритам не сильно больше и стоит ненамного дороже. Либо использовать аккумуляторы с защитой.
Так как напряжение трёх, последовательно соединённых аккумуляторов, превышает 9 вольт, то излишек напряжения гасится несколькими диодами, включёнными напрямую и последовательно в цепи питания. Подробнее об использовании такого способа гашения напряжения можно почитать в этой истории из раньшего времени.
На следующем этапе испытаний подключил параллельно колебательному контуру L1C2 генератора старинный конденсатор переменной ёмкости.
Тестовый стенд при этом стал выглядеть так.
Меняя ёмкость подключённого конденсатора на экране осциллографа можно видеть и изменения сигнала на выходе генератора.
Для данной схемы (стабилизированной по частоте кварцем) изменение частоты происходит почти скачкообразно.
Так, например, выглядит выходной сигнал на второй (чётной) гармонике. При двукратном изменении частоты, кроме изменения его формы видно, что резко упала амплитуда.
А на третьей, нечётной гармонике форма сигнала восстановилась. Амплитуда, правда, уменьшилась ещё сильнее. Частота увеличилась в три раза.
Эксперименты с конденсатором переменной ёмкости были нужны мне, чтобы убедиться, что и в данной схеме в некоторых пределах частоту выходного сигнала можно изменять. А это, в свою очередь, необходимо для осуществления частотной модуляции.
Предполагал, что подав сигнал с выхода модулятора, от конденсатора C22 радиостанции, на коллектор или базу транзистора Q1 генератора удастся модулировать его частоту. Специально не стал выводить контакт разъёма на плате, рассчитывая просто подпаять проводок, к определённому опытным путём выводу радиодетали.
И здесь меня ждала неудача.
Мне так и не удалось получить на этой схеме частотно-модулированный сигнал.
Не принесла успеха и попытка объединения сигналов с выхода генератора и с выхода микрофонного усилителя и подача их на базу транзистора VT1 КТ3117А1 усилителя мощности, как было нарисовано на начальном эскизе. При включении передатчика в приёмнике второго экземпляра рации прекрасно прослушивалась несущая частота. Мощность передачи была такова, что при наложении пальца на выходной транзистор передатчика явно ощущался его нагрев. Однако при попытке произнесения слов в микрофон в приёмнике звук слышался еле-еле, с чудовищными искажениями и только на небольшом расстоянии приёмника от передатчика. Причём практически на всех частотах диапазона приёма.
Снова шерстя Интернет, сравнивая схемы найденных там радиостанций, я постепенно понял, что собрал данный генератор для использования в классической схеме амплитудной модуляции сигнала. Которая на частотно-модулированный приёмник, к сожалению, приниматься никак не может.
Для чего же я здесь пишу об этом? Чтобы порекомендовать вам прекрасную схему генератора несущей частоты для амплитудно-модулированных портативных радиостанций! Соберите её и вы не пожалеете!
А для меня задача стала только ещё интереснее. Ведь я слышал, как должна звучать несущая частота в данной радиостанции! И ещё вживую, а не только на умозрительных графиках и осциллограммах убедился в отличии амплитудной модуляции от частотной.
Петра, Радиолюбителя такая мелочь остановить тоже не смогла. Спустя недолгое время после выяснения текущей ситуации он прислал ещё один эскиз.
Чуть позднее я выяснил, что похожая схема применялась, в частности, вот в этой конструкции "Схема ЧМ передатчика на 27 мГц".
Кроме некоторых изменённых номиналов радиодеталей от первоначального эскиза схема отличалась всего лишь перенесённым на другое место конденсатором C4. Да ещё подключённой вместо него цепью модуляции, состоящей из кварцевого резонатора, и включённых последовательно с ним дросселя и варикапа.
Основа для опытов у меня уже была. Навесив на плату первоначально собранного старого генератора несколько дополнительных деталей и подобрав их номиналы я получил ещё одну, работающую схему генератора несущей частоты, теперь уже с возможностью модуляции по частоте.
Номиналы деталей подбирал по осциллограмме сигнала на выходе генератора, стараясь получить наибольшую его амплитуду.
Вот эта схема.
Цепи модулятора я оставил, почти как в базовой схеме радиоконструктора.
Только вместо одного варикапа КВ109А использовал два параллельно подключённых КВ121А.
Можно было оставить и КВ109А. Но у КВ121А больший интервал изменения ёмкости, а параллельное их включение этот параметр удваивает.
Что увеличивает девиацию частоты.
Также вместо стабилитрона с напряжением стабилизации 8.2 вольта (1N4738A) в данной схеме оставил исходные стабилитроны 1N4735A, как в радиоконструкторе, с напряжением стабилизации 6.2 вольта.
Кроме этого для увеличения девиации использовал параллельное включение кварцевых резонаторов (резонаторы желательно использовать из одной партии).
Такой способ называется "Super VXO". Здесь перевод статьи на русский: "Кварцевый супергенератор (Super VXO)".
Придумали его японские разработчики ещё в начале 80-х годов прошлого века, а прочитал я впервые об этом здесь: "Радиостанции на основе микросхем TDA7021 и TDA7000.pdf".
Подробнее о параллельном включении кварцевых резонаторов также можно прочитать здесь:
Или здесь: Эксперименты с "супер VXO".
Печатную плату пришлось разработать и изготовить заново.
По сравнению с предыдущей её размеры увеличились на пару миллиметров.
Теперь плата имеет размеры 21 х 29 мм.
Монтаж здесь более плотный.
Кроме самого генератора также на плате располагаются и цепи модуляции частоты.
Для сохранения компактности варикапы и колебательный контур L1C2 размещены на двух этажах.
Резисторы типоразмера 1206 размещены, как и прежде, на стороне печатных проводников.
Слой фольги со стороны расположения навесных деталей так же залужен и соединён с общим проводом, отверстия под детали раззенкованы.
Монтажная схема расположения деталей на плате.
Готовая плата генератора несущей частоты с цепями модуляции.
Вид на плату со стороны печатных проводников. Задание режима плотной печати в настройках принтера позволило получить более гладкие края дорожек.
Для доработок потребуются оба комплекта радиостанции. Поэтому удвоим результат.
На тестовом стенде, подбирая номиналы радиодеталей один за одним, удалось поднять амплитуду выходного напряжения с первоначальных 800 мВ до 2.7 вольт. Правда потом, из-за возможного возбуждения схемы при подключения к радиостанции уровень выходного сигнала генератора пришлось понизить до 2-х вольт. Это достигается уменьшением величины резистора R5 генератора, шунтирующего цепи модуляции.
Частота генератора, вероятно из-за двух параллельно подключённых кварцевых резонаторов немного снизилась, вместо 27.1 мГц составляет 27.0 мГц.
Общий вид тестового стенда генератора с частотной модуляцией.
Величину девиации частоты, пока, к сожалению, определить не смогу. Скорее всего (и это наугад!) она составляет до десятка или двух десятков килогерц, а мой осциллограф подсчет частоты ведёт в мегагерцах, округляя до одной цифры после запятой. В планах сборка частотомера для более точного определения значения частоты, но это дело будущего.
Показания осциллографа при испытаниях генератора несущей частоты с частотной модуляцией.
Заметил, что показания частоты на осциллографе также зависят от выбранного режима Время/Дел. Если осциллограмму растягивать по оси X значения частоты могут начать меняться. При сжатии осциллограммы они, наоборот, более стабильны. Вероятно это зависит и от алгоритма подсчёта частоты в прошивке моего осциллографа FNIRSI-1C15.
Хотелось бы обратить ваше внимание и на эту особенность и по возможности учитывать её при измерениях.
Быть может, и первоначальная схема индуктивной трёхточки ‒ генератора Хартли была не такой уж нестабильной.
Да, ещё. Если при сборке поначалу схема не заработает и генерация будет отсутствовать попробуйте временно замкнуть индуктивность L2, подключённую последовательно с кварцевым резонатором. А потом поставить-подобрать катушку с меньшей индуктивностью. Но исключать вообще или сильно снижать индуктивность катушки не стоит ‒ девиация частоты зависит и от неё.
Самое главное ‒ я пробовал установить данный блок генератора-модулятора в схему радиостанции РК-Р01. Он работает. Хороший сигнал, чистый звук, уверенный приём. Проверял в пределах квартиры (опять в пределах квартиры!). Всё почти как раньше. Только пропала необходимость постоянной донастройки частоты. Теперь за стабильность частоты передатчика отвечает кварц.
Подробно об этой и паре остальных (кустарных и на коленке) доработках радиоконструктора портативной радиостанции РК-Р01 читайте в одной из следующих статей.
04 июля 2021 года.
С уважением, Ваш @mp42b.
Предыдущие статьи по теме:
1. Повысить? Можно! Про преобразователь напряжения на микросхеме MC34063 из конструктора
3. Простая портативная КВ ЧМ радиостанция РК-Р01. Из радиоконструктора. От "РадиоКОТструктора". Часть 2. Первоисточники, антенна, электропитание
4. Простая портативная КВ ЧМ радиостанция РК-Р01. Из радиоконструктора. От "РадиоКОТструктора". Часть 3. Включение и настройка.
5. Простая портативная КВ ЧМ радиостанция РК-Р01. Из радиоконструктора. От "РадиоКОТструктора". Часть 4. Сборка конструкции.
<-- Предыдущая статья | Содержание 2019-2021 | Следующая статья -->
#простые вещи #mp42b #радиосвязь_mp42b