Еще одна "полутеоретическая" статья. Хотя в конце мы вам предложим одну экспериментальную работу.
Где-то в конце 80-х журнал "Радио" опубликовал историю о том, как узники одного из фашистских концлагерей создали радиопередатчик. И кое-чего добились - американцы услышали их передачу (советские войска от этого лагеря были дальше) и даже выслали самолет-разведчик понаблюдать, что там делается.
Автору лично довелось в начале 90-х годов слышать передаваемое по радиолюбительскому эфиру обращение Верховного Совета Абхазии о событиях грузино-абхазской войны. Учитывая, что сегодня многим прогнившим режимам на всей планете очень понравилось блокировать как отдельные Интернет-ресурсы, так и весь Интернет в целом, никак нельзя исключить возможность того, что некоторые читатели могут оказаться в ситуации, когда обращение к аналоговому радиоэфиру станет жизненно необходимым. Чтобы ни одно преступление невозможно было совершить втихаря.
Мы уже рассказали о том, как построить простой АМ-передатчик из задающего генератора, усилительного каскада и работающего на этот каскад модулятора. Такого хватит на радиоуправление или радиопереговорное устройство, действующее максимум на сотню-другую метров. Но чтобы одолеть сотни и тысячи километров надо внедрить в конструкцию еще несколько технических решений.
Начнем с того, что мощный выходной каскад следует отделить от остальных узлов металлической экранирующей перегородкой, иначе мощнейшие наводки от него полностью парализуют работу всей схемы. Но полностью проблемы это не решит. Фактически в задающем генераторе окажутся две цепи обратной связи, обеспечивающих генерацию колебаний - его собственная и через наводки от мощного выхода передатчика. Соотношение между ними будет постоянно меняться и частота передачи будет "плавать". В лучшем случае это приведет к характерному "плачущему" сигналу, в худшем - частота совсем уйдет куда-то далеко.
Выход в том, чтобы задающий генератор работал не на излучаемой частоте. Большинство передатчиков представляют собой этакий супергетеродинный радиоприемник "задом наперед".
В них есть так называемый опорный генератор, частота которого неизменна и для большей стабильности задается не колебательным контуром, а кварцевым резонатором. На фиксированной частоте гораздо проще осуществить модуляцию сигнала, особенно сложную в формировании однополосную. Настройка передатчика на нужную волну производится с помощью второго генератора на перестраиваемом колебательном контуре. Поэтому он называется генератор плавного диапазона - ГПД. Эти сигналы смешиваются в смесителе, далее еще один колебательный контур выделяет уже рабочую частоту, равную сумме или же разности этих частот. Далее следует усиление мощности колебаний. Окончательную подчистку сигнала от всяких побочных составляющих производит выходной контур, обычно настраиваемый отдельной ручкой. Немного неудобно, но дело в том, что на его настройку влияет антенна, так что лучше иметь возможность отдельно настроить этот контур по наилучшей отдаче.
Если создается не просто передатчик, а полная радиостанция, то многие узлы работают и на прием, и на передачу. Так ГПД служит для настройки на требуемую частоту и приемника, и передатчика, а опорный генератор передатчика одновременно работает в смесительном детекторе приемника.
Если не ставится задача создать передатчик, устойчивый к факторам ядерного взрыва - радиации и электромагнитному импульсу, то все цепи формирования сигнала проще делать на транзисторах или микросхемах. А вот выходной каскад малоопытному радиолюбителю лучше сделать на радиолампе. Мощные транзисторные ВЧ каскады плохо согласуются друг с другом и антенной. Приходится ставить множество согласующих трансформаторов на кольцах из специальных высокочастотных ферритов, с кучей тонкостей в способах намотки и сложной настройкой. К тому же без специальных схем защиты транзисторный каскад может моментально вылететь от близкого удара молнии, от включения без подключенной антенны (или даже при подключении плохо согласованной антенны).
А нельзя ли сделать передатчик проще? - Можно. Итак, мы сказали, что в радиотехнике возможно суммирование частот двух колебаний. А не может ли одно колебание сложиться само с собой? - Может, особенно если его форма не чисто синусоидальная. О таком умножении частоты радиотехники говорят: "выделение второй гармоники". Просто-напросто поставьте в промежуточном каскаде колебательный контур, настроенный на частоту вдвое большую, чем у задающего генератора, и дальше пойдет уже удвоенная частота. Такие передатчики хорошо сочетаются с приемниками преобразования, ведь у многих из них частота гетеродина равна половине частоты принимаемого сигнала. Возможно сделать и утроение частоты. А вот с более высокими гармониками радиотехники обычно не работают, так как их уровень слишком невелик.
Ну и, конечно же, главный способ упростить передатчик (а заодно и выиграть в дальности связи!) - это освоить телеграф (азбуку Морзе). Ведь для этого достаточно только излучать "голую" несущую, тем или иным способом включаемую-выключаемую телеграфным ключом.
В сущности, это будет похоже на освоение иностранного языка, когда результат зависит не столько от огромных денег или сложного оборудования, сколько от вашего трудолюбия. Даже проще - не понадобятся порой довольно дорогие объемистые словари и пособия, да и объем всяких тонкостей куда поменьше, чем в английской грамматике. Твердо решивший освоить это дело человек без труда найдет в сети, в бумажной и в материальной форме:
- материалы о правильной постановке руки
- программы, формирующие телеграфный сигнал по набираемому на клавиатуре тексту. Это важно, поскольку они формируют правильные соотношения между элементами знаков и вы приучитесь к правильному их звучанию.
- программы-тренажеры по передаче случайных знаков или слов
- телеграфный ключ. Достаточно мастеровитые из читателей смогут сами собрать достаточно профессиональный ключ с винтовой регулировкой зазора (благо, что нарезание резьбы мы с вами уже освоили)
- какую-нибудь схему-пищалку около 1кГц к нему мы и сами спаяем.
- радиолюбительские, а также Q-коды, здорово сокращающие радиообмен. Так, начиная ответ на радиопередачу корреспондента и сообщая, что все нормально понял, радиолюбитель передает только OK или же только R. А заканчивая свою передачу и приглашая корреспондента к ответу - K или PSE K (от английского please - пожалуйста)
Но вернемся к технике. Остальные вопросы построения передатчиков разберем на этой конкретной схеме телеграфного передатчика на радиолюбительский диапазон 3,5 МГц.
На V1 собран задающий генератор. Как видите, схема вам незнакомая - у катушки индуктивности контура нет ни отводов, ни катушек связи. Обратная связь здесь осуществляется конденсаторами. Это - так называемая "емкостная трехточка", очень популярная.
Буферный каскад собран на V2. Он работает удвоителем частоты. Контур в коллекторной цепи этого транзистора настроен на рабочую частоту передатчика, а задающий генератор - на вдвое меньшую. Так устраняется влияние выхода на вход. Вы уже привыкли на примере микрофонных усилителей, что нагрузкой транзистора или лампы является резистор. Но в усилителях ВЧ или ПЧ радиоприемников и передатчиков чаще ею является колебательный контур или катушка индуктивности - дроссель. Обратите внимание на выходную лампу 6П15П.
Она обладает очень малой проходной емкостью, так что у вас не будет с ней проблем с самовозбуждением. Если только вы не наделаете глупостей при монтаже и не смонтируете входную (сеточную) часть каскада рядом с выходной (анодной). При этом она честно выдает свои паспортные 4,5 ватта выходной мощности. Много ли это? - Не очень. Но кое-что. Автор статьи на передатчике на такой лампе как-то провел связь между северо-восточным пригородом Москвы и пригородом Берлина на этом самом диапазоне 3,5 МГц, далеко не самом дальнобойном.
ОСТОРОЖНО! При любых работах даже на выключенном ламповом передатчике убедитесь, что конденсаторы анодного выпрямителя разряжены!
Нагрузкой выходного каскада является дроссель L3. Такие дроссели обычно наматываются на керамических или фторопластовых каркасах диаметром 10 - 25 мм и содержат 50 - 100 витков провода диаметром около 0,3 мм. Намотка - с так называемой "разрядкой", то есть витки "горячего" конца дросселя (соединенного с анодом лампы и находящегося под высокочастотным потенциалом) намотаны с некоторым шагом, а дальше идет уже сплошная намотка виток к витку.
Дело в том, что на низкочастотных диапазонах требуется большая индуктивность (много витков), а межвитковая емкость не имеет особого значения. А на высокочастотных достаточно небольшого числа витков, но межвитковая емкость крайне нежелательна, так как вызывает бесполезную утечку ВЧ-сигнала. Если вы сделаете даже "на глазок" такой дроссель, то он, скорее всего, подойдет для любого передатчика мощностью от единиц до сотни Вт на любом КВ-диапазоне.
Катушки выходных контуров любительских передатчиков наматываются на керамических или пластмассовых каркасах диаметром 20 - 40 мм проводом диаметром 0,4 - 1,5 мм. Чем мощнее передатчик и чем выше его рабочая частота, тем более толстый провод используется. Ориентировочное число витков - длина волны данного диапазона в метрах, уменьшенная раза в полтора.
- А нельзя ли в анодную цепь включить сразу колебательный контур, ведь тогда и дроссель станет ненужным? - Можно, и даже КПД получится немного выше. Но в этом случае корпус и ручка настройки переменного конденсатора контура С17 окажутся под высоким анодным напряжением относительно корпуса. А если оно еще и не совсем чистое, то этот узел станет источником наводок на остальной монтаж.
Предварительные каскады передатчика сделаны на распространенных транзисторах обратной проводимости, но схема вывернута так, чтобы она питалась отрицательным напряжением с плюсом на "земле". Делается это для того, чтобы этот же источник питания можно было по совместительству использовать для подачи отрицательного смещения на сетку выходной лампы. В данном передатчике оно берется с выхода 12 В стабилизатора на стабилитроне V3. Для более мощных ламп такого напряжения маловато, поэтому для отрицательного смещения обычно используют более высокое напряжение не на выходе, а на входе стабилизатора. Обязательно поставьте в эту цепь не постоянный резистор, а подстроечный, регулируемый отверткой, чтобы было удобно, регулируя напряжение смещения, установить требуемый анодный ток для разных ламп.
Большую мощность можно получить с помощью ламп, использовавшихся для выходных каскадов строчной развертки телевизоров. У них, правда, проходная емкость повыше, но анод выведен отдельно на контакт в верхней части баллона лампы. Так что если вы монтируете ламповую панельку на металлическом листе шасси, то входная и выходная цепи будут хорошо отделены друг от друга. На лампах 6П31С и 6П44С можно получить уже 10 Вт.
Лампа 6П36С еще мощнее, а с 6П45С от цветных телевизоров можно получить несколько десятков ватт. В качестве R10 часто ставят мощный
советский стабилитрон КС680 с напряжением стабилизации 180 В. Для вторых сеток упомянутых ламп оно хорошо подойдет. Благодаря этому в выходном сигнале будут меньше прослушиваться пульсации выпрямителя, и режим лампы станет стабильнее. Полярность и конструкция этого стабилитрона таковы, что его привинчивают к дюралевому шасси аппарата и вся его площадь при этом работает, как теплоотвод.
Можно использовать и специально созданные для передатчиков лампы, например, ГУ-50. Но им обычно нужны более высокие анодные и сеточные напряжения. Также предостерегу от попыток что-то паять на лампе ГУ-29, некогда достаточно распространенной - она слишком склонна к самовозбуждению.
Сколько-нибудь солидные передатчики и радиостанции переключаются между режимами приема и передачи с помощью реле. Ведь если ставить обычный переключатель, то тогда к нему пришлось бы тянуть провода от всех переключаемых цепей, даже от мощного выходного каскада, создавая взаимные наводки. Реле же может быть несколько, установленных вблизи коммутируемых цепей, а сделать фильтры, преграждающие путь ВЧ помехам в цепях управления реле будет нетрудно. Это позволит управлять передатчиком с помощью педали или какой-либо автоматики, а также одновременно управлять и мощным дополнительным усилителем мощности.
Разумеется (если речь не идет о каких-то чрезвычайных обстоятельствах) на выход в эфир требуется получение разрешения и радиолюбительского позывного. Это позволит быть полноправным участником радиолюбительского эфира, завоевывать дипломы, получать карточки-подтверждения радиосвязей, участвовать в соревнованиях.
Пара слов об антенне - для передатчика это куда важнее. Ее длина должна быть не менее четверти длины волны. Причем это не длина провода, а именно размер антенны. Свернув провод в более компактную спираль, вы можете даже неплохо согласовать его, но он все равно не сможет эффективно взаимодействовать с окружающим пространством. Мощность ВЧ колебаний не будет уходить в пространство, а выделится в виде тепла на выходной лампе или транзисторе, что может привести к выходу этих приборов из строя.
Но не огорчайтесь. Помимо упомянутого ночного диапазона 3,5 МГц с длиной волны около 80 метров, радиолюбителям выделен также более дальнобойный, более круглосуточный и менее требовательный к мощности передатчика диапазон 40 м, и еще более дальнобойный 20-метровый. А сейчас мы вам предложим провести следующий эксперимент. Возьмите вещательный приемник с КВ-диапазонами и найдите какую-нибудь радиостанцию. Определите по шкале приемника ее частоту и высчитайте длину волны. А затем достаточно длинным проводом с крокодилом на одном конце нарастите длину телескопической антенны приемника до резонансной, т.е. до четверти длины волны. Желательно, чтобы эта антенна была растянута в свободном пространстве, на расстоянии от заземленных предметов, например, труб водопровода. Думаем, что разница в уровне сигнала окажется поразительной. Несмотря даже на то, что согласующие цепи приемника рассчитаны на работу с коротким штырем.