Пока стоит жара, паять в моей комнатке под крышей невозможно, решил уровнем ниже (на 1 этаже), написать небольшую статью об очень известном в узких кругах любителей телеграфа наборе для самостоятельной сборке "Elecraft K1". Мануал и много чего еще об этом трансивере - на сайте компании.
Elecraft K1 - это QRP-трансивер, на передачу только телеграфный, который выпускался компанией Elecraft, основанной американскими радиолюбителями Уэйном Бердиком (Wayne Burdick) и Эриком Шварцем (Erick Swartz, WA6HHQ).
Elecraft K1 является упрощенной версией его старшего брата К2 и начал выпускаться после него. К1 - двух- или четырехдиапазонный (3.5 / 7.0 / 10.1 / 14.0 / 18.05 / 21.0 MHz) трансивер с одним преобразованием частоты (ПЧ = 4,915 МГц ), чувствительностью 0,15 мкВ и выходной мощностью 5 Вт.
С одной стороны - это очень простой по схеме аппарат, если отбросить цифровую часть с микроконтроллером, а с другой - он имеет неплохие параметры и очень удобен для работы в поле. У него есть цифровой измеритель частоты, кварцевый фильтр с изменяемой полосой пропускания, АРУ, защиту выходных транзисторов от высокого КСВ, встроенный телеграфный ключ.
Пришлось чем-то и пожертвовать: индикатор частоты трехзначный, невысокий динамический диапазон, да и стабильность гетеродина тоже не цифровая.
Посмотрим на немного упрощенную блок-схему трансивера.
Красными стрелками я отметил путь сигнала при передаче, синими - при приеме. Что мне нравиться, так это то, что тракты приема и передачи практически раздельные. Общими узлами являются диапазонный ФНЧ и диапазонные полосовые фильтры. Даже смесители и кварцевые генераторы тракта TX и RX являются раздельными.
При приеме сигнал из антенны проходит через диапазонный ФНЧ Z1, затем через диапазонный полосовой фильтр Z2 попадает на отключаемый аттенюатор или обходит его и подается на вход первого смесителя U2, на который подается и сигнал гетеродина. Оба смесителя активные, каждый из них дает усиление примерно 17 дБ. Получившийся сигнал ПЧ (4,915 МГц) проходит через 4-х кристальный кварцевый фильтр и попадает на вход второго смесителя (демодулятора) U3. С его выхода низкочастотный сигнал подается на предварительный УНЧ A4, а затем на УМЗЧ A5, который может работать как на наушники так и на громкоговоритель.
С выхода предварительного УНЧ низкочастотный сигнал подаётся на вход детектора системы АРУ U4, а с ее выхода на регулирующий транзистор, который регулирует напряжение на входе первого и второго смесителей.
В режиме передачи сигнал от генератора плавного диапазона смешивается в смесителе U1 с сигналом кварцевого генератора. Получившийся сигнал усиливается усилителем А3. Затем он проходит через диапазонный полосовой фильтр Z2, усиливается драйвером А2, а затем усилителем мощности А1 Полученный сигнал проходит через ФНЧ, который срезает гармоники.
Гетеродин смесительного типа. Генератор плавного диапазона собран по схеме ёмкостной трехточки. Его сигнал в диапазоне от 2930 До 3.080 кГц смешивается с сигналом кварцевого генератора подставки. Результирующий сигнал проходит через фильтр Z3.
Давайте теперь рассмотрим схемотехнику некоторых узлов.
Посте отключаемого аттенюатора, на входе первого смесителя установлен повышающий трансформатор Т1. Первый смеситель приемного тракта выполнен на микросхеме SA602. Это микросхема включает в себя активный балансный смеситель и транзистор для построения генератора (в данном смесителе не используется). Зато используется внутренний резистор нагрузки, с которого сигнал через конденсатор С22 подается на вход эмиттерного повторителя на транзисторе Q2, который согласует выходное сопротивление смесителя с входным сопротивлением кварцевого фильтра.
Одной из фишек данного трансивера является кварцевый фильтр с изменяемой полосой пропускания от 200 до 800 Гц. Напомню, что К1 - сугубо телеграфная конструкция, поэтому и полоса такая. Получению такой полосы способствует относительно низкая промежуточная частота. Полоса фильтра меняется при изменении емкости варикапов. Это мои любимые 1SV149. Они отличаются большим перекрытием по емкости: от примерно 25 пФ до 470 пФ при изменении управляющего напряжения от 1 до 8 В! Практически как КПЕ от лампового приемника. Добротность на частоте 1 МГц - 200 (при напряжении 1В), а при напряжении 8В добротность возрастает до 2500. Еще одной особенностью является то, что управление полосой пропускания осуществляется кнопкой, подключенной к микроконтроллеру PIC16C77. Управляющее напряжение, подающееся на варикапы, формируется микросхемой ЦАП типа MAX518. В Ардуино уже есть внутренний ЦАП, так что его использование будет проще.
Выход кварцевого фильтра подключен нагружен на первичную обмотку повышающего трансформатора Т2, аналогичного Т1. Во втором смесителе SA602 используется по полной: на ней собран и опорный кварцевый генератор. Кроме того, в этом случае используется симметричный выход смесителя.
Как видим, кроме смесителей в высокочастотной части приемного тракта никаких усилителей нет, если не считать усилителя тока на Q3. Прикинем усиление этой части приемного тракта по напряжению. Преобразователи дают усиление по 14 дБ (+14 х 2 = +28 дБ), примерно такое же усиление по напряжению дают повышающие трансформаторы, итого +56 дБ. ФНЧ и полосовой фильтр дают ослабление примерно по 3 дБ (итого -6 дБ), кварцевый фильтр ослабляет сигнал на 7 дБ, всего ослабление -13 дБ. Складываем усиление и ослабление: +56 - 13 = +43 дБ или в 140 раз. А это значит, что если на входе будет сигнал в 1 мкВ, то на выходе - 150 мкВ, а уж дальше работает УНЧ. Все очень хитро придумано.
Недостатком этого участка приемного тракта является невозможность глубокой регулировки усиления - нечего регулировать :) кроме смесителей. А в них можно только изменять напряжение на выводе 2: с его уменьшением (по умолчанию оно равно 1,2 В) падает и усиление смесителя. диапазон регулирования не более 20 дБ, а для двух смесителей - не более 40 дБ. При этом происходит перекос плеч смесителя, т.е ухудшается его балансировка. В общем, решение спорное, но на безрыбье ....... .
Далее о ГПД.
Перестраиваемый генератор собран на полевом транзисторе по схеме емкостной трехточки. Стабильность частоты обеспечивается его конструктивными особенностями и жесткой стабилизации напряжения питания. Используемая катушка индуктивности имеет низкий температурный коэффициент, а подстройка генератора на нужный диапазон проводится изменением индуктивности катушки, а не подстроечными конденсаторами которые склонны к дрейфу. Проводился и подбор ТКЕ конденсаторов.
Стабилизатор U5 представляет собой 8-вольтовый интегральный стабилизатор с малым падением напряжения, напряжение питания K1 может падать примерно до 8,5 В, не влияя на частоту VFO. U6 — это 6,0-вольтовый стабилизатор с очень жестким допуском 2,5%. Это напряжение используется и для управления варикапом D3 с помощью 10-ти оборотного резистора. Вот уж не ожижал такого! При изменении напряжения на варикапе D4 MV209 осуществляется сдвиг частоты RX/TX (RIT), величина сдвига может регулироваться.
Сигнал для частотомера, собранного на микроконтроллере, снимается с генератора через буферный усилитель на транзисторе Q9 структуры p-n-p.
Элементы R5 и С42 образуют простейший ФНЧ, уменьшающий содержание гармоник. Через разъем J5 к смесителю подключается плата, на которой установлен кварцевый резонатор соответствующего диапазона и нагрузка смесителя - полосовой фильтр частоты гетеродина. На плате могут быть установлено один, два или четыре таких комплекта.
Вот схема такой платы в двухдиапазонном варианте:
Вот как это выглядит в натуре:
Меня заинтересовала конструкция повышающих трансформаторов. Они намотаны на ферритовых кольцах серого цвета с проницаемостью 850 типа FT37-43 с размерами 9,50 × 4,75 × 3,30 мм.Вот схема намотки:
Вначале наматывают 20 витков вторичной обмотки, а затем, поверх ее в центральной части, наматывают 4 (Т1) или 5 (Т2) витков первичной обмотки.
Еще мне очень понравилось, что переключения производятся с помощью поляризованных реле, которые потребляют ток только в момент переключения, что очень здорово снижает энергопотребление.
Вообще в этом маленьком и достаточно простом аппарате заложено много интересных идей, которые можно использовать и развивать.
Всем здоровья и успехов!
