Радиовещательный АМ передатчик средневолнового диапазона. 

   Целью создания данной конструкции явилось желание сделать не супер мощный аппарат от которого тухнут все телевизоры в округе, а ностальгическая попытка воссоздать, по крайней мере для себя, дух того времени, когда мы были молоды. Когда мозги и руки чесались и тянулись к познанию чего-то неведомого, а порой и запретного. Также данный проект был реализован в рамках ПЕРВГО ВСЕРОССИЙСКОГО КОНКУРСА по конструированию любительских средневолновых АМ радиопередатчиков . Хотя сделаный мной, примерно в 1967 году, первый хулиганский передатчик вовсе не был “ТРЕХТОЧКОЙ НА 6П3” , а имел целых 2 каскада.  Все равно на выходе была она, любимая . Это потому что был радиоприемник “БАЛТИКА” и 6П3С была в нем королевой. У отца  в запасе всегда  было некоторое количество запасных ламп, мало-ли чего. Вынул-вставил, делов то. Вот и модулятор тоже был, аж на двух  6П3С, двухтактный назывался. А модуляционный трансформатор был немецкий от какого-то трофейного аппарата, какого точно, не знаю. Помню что был на нем шильдик с орлом и свастикой, и год выпуска стоял  аж  1939 .

  И спросил я себя : “А какая выходная мощность могла быть у такого аппарата ? ”  Ну думаю, ватт так примерно 10. Это максимум.

  Хотя 6П3С и сейчас найти не проблема, но зато с годами появилась проблема общения с высоким напряжением.  Да, еще проблема с доставанием всяких там высоковольтных элементов. Конденсаторов например. Коих много может понадобиться. Дорогие наверное они сейчас. Это Вам не то что раньше. Кто-нибудь тогда думал о каких то там боковых составляющих или внеполосных излучениях?

   Нет. Мы пойдем другим путем. И путь этот привел примерно вот куда. 

                                         Технические данные АМ передатчика:

Диапазон рабочих частот………………………………………………………………………………………………….   1449 – 1602кГц

Сетка частот…………………………………………………………………………………………………………………   9кГц

Стабильность частоты за 24 часа после 30 минутного прогрева…………………………………………………….. .   менее ±2 Гц

Точность начальной установки частоты…………………………………………………………………………………..    менее ±2 Гц

Вид излучения ………………………………………………………………………………………………………………….16K0А3EGN

Выходная мощность в отсутствии модуляции  …………………………………………………………………………....   не менее 10 Вт

Подавление внеполосных излучений** ……………………………………………………………………………………… не менее 60 дБ**

Подавление боковых составляющих на частотах ±9 и 18кГц……………………………………………………………...  не менее 46дБ

Полоса модулирующих частот по уровню минус 3 дБ*……………………………………………………………………... 50-8000 Гц*

Максимальная глубина модуляции при Кни = 2,5% ……………………………………………………………………….. .не менее 70%

Входное сопротивление модулирующего входа (моно) …………………………………………………………………….. 620 Ом

Уровень модулирующего НЧ сигнала (моно) при максимальной глубине модуляции ………………………………….. 0 дБ  (0,775 В)

Наличие встроенного сумматора стереоканалов …………………………………………………………………………….. есть

Возможность работы на коаксиальный кабель 75 Ω ………………………………………………………………………..  есть

Возможность согласования выхода при активной нагрузке в пределах  20 – 600 Ом  …………………………………… есть

Возможность согласования выхода при реактивности нагрузки ………….. ……………………………………………… есть

Наличие индикатора тока антенны ……………………………………………………………………………………..……. есть

Наличие клеммы заземления ………………………………………………………………………………………………….. есть

Евророзетка с 3-м выводом на заземление …………………………………………………………………………………… есть

Сетевой фильтр …………………………………………………………………………………………………………………. есть

Режим непрерывной работы на передачу при максимальных: мощности и глубине модуляции (синусный режим) …   более 8 часов

Норма на использование предельно допустимых эксплуатационных значений параметров радиокомпонентов ………  менее 80%

Габариты корпуса ……………………………………………………………………………………………………………….. 105x170x340 мм

Вес ...................................................................................................................................................................................................  3,7 кГ

__________________________________________________________________________________________________________________

*   На частоте 7,6 кГц неравномерность выходит за указаные пределы, на слух не влияющая на качество передачи. См. описание.

**  Измерения  проводились с помощью селективного вольтметра, на выходе фильтра гармоник, на нагрузке 50 Ом, минуя антенное согласующее устройство (АСУ).

                                                                              ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ.

   Передатчик собран в корпусе от отслужившего свой срок блока безперебойного питания. Корпус механически немного доработан, с тем чтобы в нем можно было разместить и закрепить несколько плат и блок питания. В “родной” передней панели были вырезаны отверстия под кнопки и окно для дисплея.

   На дисплей выводится  информация о текущей частоте передачи, шкала среднего уровня модуляции, положение “движка” регулятора чувствительности входного сигнала и др.

  Четыре кнопки предназначены для управления режимами работы передатчика. В исходном состоянии возможна регулировка уровня входного сигнала кнопками <БОЛЬШЕ>, <МЕНЬШЕ> . Кнопка   <ВКЛ/ВЫКЛ>  используется для включения-выключения передатчика. Кнопки  <РЕЖИМ>, <ВКЛ/ВЫКЛ>  используются для входа и установки  сервисных режимов. На данный момент имеются 2 сервисных режима. Режим смены рабочей частоты и режим согласования выходного усилителя с антенной. Вход в режим установки рабочей частоты, автоматически выключает режим ПЕРЕДАЧА, если он был включен. Вход в режим согласования с антенной  автоматически включает режим ПЕРЕДАЧА. Кнопкой   <ВКЛ/ВЫКЛ>  ПЕРЕДАЧУ  можно выключить. Настройка ведется при нажатии и удержании в нажатом положении кнопок <БОЛЬШЕ>, <МЕНЬШЕ> . Происходит автоматический перебор вариантов подключения L и C элементов согласующего устройства. В этом режиме на дисплее отражается уровень прямой волны и уровень отраженной волны. По достижении наименьшего значения отраженной волны, удерживаемую кнопку следует отпустить.

После настройки антенны нажав кнопку <РЕЖИМ>, выходим в исходное состояние. Все настройки сохраняются в памяти микроконтроллера и при повторном включении в сеть, восстанавливаются. 

   В качестве блока питания использован блок фирмы  Mean Well Enterprises, RS-100-24. Мощность блока 100 Ватт, максимальный рабочий ток 4,5 А. Блок имеет небольшие вес и габариты, хороший КПД, работает в широком диапазоне входных напряжений. Выходное напряжение 24В хорошо стабилизировано.

    На левой боковой стенке корпуса передатчика, имеются отверстия предназначеные для принудительной вентиляции внутреннего пространства. Группа отверстий расположеных ближе к лицевой панели предназначены для засасывания воздуха и охлаждения усилителя мощности. Ближе к задней стенке, для его выброса. Тот и другой процессы осуществляются вентиляторами, работающими в противоположных направлениях. Все вентилятоы питаются напряжением 12 Вольт. Всего вентиляторов 3 шт. Вентилятор работающий на выброс закреплен на внутренней стороне боковой стенки, на расстоянии от нее равном 8 мм.   

    1-я основная плата.

На ней расположен модулятор, задающий генератор с схемой фазовой автоподстройки частоты, схема микроконтроллерного управления, 2 импульсных стабилизатора напряжения  на 5 и 12 В, измеритель уровня модуляции, блок опорного генератора, выходной фильтр модулятора.  

        Модулятор. Схема SPL   JPG .

   Состоит из следующих каскадов:

  Два входных каскада. Работают параллельно и предназначены для работы от источника стереосигнала. Каждый из каскадов может также использоваться по отдельности. Коэффициент передачи каждого равен 1. На входе каждого из каналов стоят фильтры C1,L1,C7 и C2,L2,C8, предотвращающие проникновение ВЧ сигнала на модулятор.

 Далее следует регулятор уровня НЧ сигнала, он же сумматор. Позволяет регулировать чувствительность сразу 2-х каналов в пределах ±6дБ .

  В качестве регулятора используется электронный потенциометр DA4, AD8400. Такой регулятор, в отличии от механического, повышает надежность и избавляет от появления различного рода шорохов, тресков и пр.

  Следующий каскад на малошумящем ОУ DA5.1 компенсирует ослабление входного сигнала на электронном регуляторе-сумматоре.

   Далее НЧ сигнал проходит через 5 каскадный фильтр Чебышева 10-го порядка, каскады на DA5.2, DA7, DA8. После фильтра сигналы с частотой 9 кГц  подавлены на  30дБ , 10 кГц  около – 47дБ , 11 кГц  около – 58дБ , 12 кГц  около – 70дБ , 18 кГц  около – 110дБ (расчетное значение, реально измерить нет возможности) .

  Согласно техническим требованиям сигнал с частотой 9 кГц должен быть подавлен не менее чем на 46 дБ. Поэтому после основного фильтра стоит Notch фильтр (DA6), подавляющий сигнал с частотой 9 кГц еще примерно на 18-20 дБ.

   Коэффициент передачи блока фильтров равен 1. Применение типа основного фильтра (Чебышев) основано на том, что этот тип фильтра имеет максимальную крутизну ската за пределами полосы пропускания. Имеется и негативная сторона у этого типа фильтра. Это появление волнообразности АЧХ, в данном случае на частотах  более 1 кГц. Неравномерность передаточной характеристики НЧ канала следующая:

 50 Гц      0,00 дБ                   1 кГц  + 1,0 дБ                       

100 Гц  + 0,02 дБ                   2 кГц  + 0,7 дБ       

200 Гц  + 0,05 дБ                   3 кГц  + 0,5 дБ       

300 Гц  + 0,15 дБ                   4 кГц  -  0,5 дБ     

400 Гц  + 0,2 дБ                     5 кГц  - 1,5 дБ 

500 Гц  + 0,3 дБ                     6 кГц  + 0,4 дБ        

600 Гц  + 0,5 дБ                    7 кГц  + 1,4 дБ                            

700 Гц  + 0,6 дБ                    7,6 кГц + 4,7 дБ     

800 Гц  + 0,8 дБ                    8 кГц    + 0,5 дБ 

900 Гц  + 0,9 дБ                    9 кГц    - 49 дБ .

   Данные характеристики получены с применением R и C элементов фильтра без предварительного подбора. Использовались элементы с допуском номиналов по точности  ± 5%. При использовании элементов фильтра с более жесткими допусками ± 1%, волнообразность, согласно расчетным данным, не должна превысить 2-3 дБ.  

После блока фильтров стоит основной усилитель НЧ сигнала  DA9.  Микросхема TDA2030 хорошо зарекомендовала себя в работе по части надежности, выживаемости в стрессовых ситуациях. Она  имеет малые нелинейные искажения, а также доступную цену.

   Уменьшению нелинейных искажений, в данном случае, способствует также работа на небольшую нагрузку, около 200 Ом.

  Ввиду того что собственно модулятор, VT5,R38,  питается от выходного сигнала НЧ усилителя, и не вносит искажений , начало ограничения этого сигнала  означает достижение 100%  модуляции. В связи с этим,  нет необходимости вводить автоматическую регулировку ограничения сигнала  на выходе усилителя ВЧ  мощности. Достаточно контролировать уровень НЧ сигнала на выходе микросхемы  TDA2030. Это справедливо только при наличии запаса по линейности  ВЧ усилителя мощности.

   Зависимость уровня нелинейных искажений передатчика, при работе на активную нагрузку 50 Ом и максимальном согласовании с ней, измереная прибором СК3-45 (измеритель модуляции вычислительный) при уровне модуляции:

   50%   -   0,5%

   60%   -   0,7%

   70%   -   1,1%

   80%   -   1,5%

   90%   -   2,1%

   95%   -   2,5%

    При замерах в качестве источника сигнала использовался генератор Г3-102.

    Данная нелинейность обусловлена исключительно работой УНЧ тракта и выходного ВЧ усилителя мощности.

   Уровень выходного НЧ сигнала подаваемого на модулятор измеряется узлом на диодах VD7,VD8. VT8 – эмиттерный повторитель. Сигнал с него преобразуется микроконтроллером DD5 в цифровой вид и выводится на шкалу дисплея в виде горизонтальной шкалы. По мере увеличения сигнала горизонтальный столбик увеличивается в размерах и таким образом происходит заполнение всей шкалы. На шкале дисплея отмечена граница. Переход за эту границу означает превышение 70% уровня модуляции.

   В небольших пределах (согласно тех.задания ±6дБ ) усиление всего НЧ тракта можно регулировать кнопками <БОЛЬШЕ> <МЕНЬШЕ> с передней панели передатчика.

   Задающий генератор на транзисторах VT1,VT2,  работает на частотах в диапазоне 23,184 – 25,632 мГц . Для стабилизации частоты используется система ФАПЧ на микросхеме DD3.

В качестве опорного используется самодельный термостатированый генератор (ОГ).Рабочая частота генератора стабилизирована  обычным китайским кварцевым резонатором (на 10мГц) и равна 9999кГц. Температура внутри корпуса генератора поддерживается на уровне 60±3°С. 

Контроль за рабочей частотой и управление подогревом ведет отдельный микроконтроллер с датчиком температуры, расположеным между ножками кварца.  В качестве нагревательных элементов используются мощные выводные резисторы и микросхема стабилизатора питания ОГ, MC7805 . Стабильность частоты генератора в течение 8 часовой работы не превышает  ±10Гц. Это означает, что для частоты 1500кГц уход составит меньше ±2 Гц. На плате модулятора имеются 2 кнопки, позволяющие  точно выставить частоту опорного генератора. Доступ к этим кнопкам возможен только при снятом кожухе передатчика.

Опорный генератор электрически соединяется с основной платой с помощью разъёма. 

Механически  соединяется с помощью “лапок” припаяных к внутренней стороне корпуса-экрана термостата.  Схема SPL  JPG .

    Микроконтроллер DD5 управляет всеми режимами работы передатчика. Выдает на схему ФАПЧ команды установки частоты задающего генератора (цепи D7, Clk, En). Всего в диапазоне 1449-1602 кГц  18 рабочих частот, шаг 9 кГц. Информация об установленной частоте автоматически записывается в EEPROM микроконтроллера и при повторном включении установка ее не требуется. Также постоянно ведется контроль за состоянием режима нормальной работы  ФАПЧ (цепь LD). В случае аварийного выхода системы из режима синхронизма, микроконтроллер выключает модулятор и оконечный усилитель мощности. После этого пытается вновь запустить систему ФАПЧ, путем повторного перепрограммирования DD3. Ответ системы ФАПЧ о том что она вышла в штатный режим работы (LD=1) ,  разрешает вновь включить модулятор и оконечный усилитель мощности.

   Частота сигнала  задающего генератора с помощью элементов схемы DD1,DD2,DD4 делится на 16.

Напряжение питания  микросхем делителя частоты DD1,DD2 – 5 вольт, DD4 - 12 вольт. Примерно такой же уровень имеет и сигнал в виде меандра на  выводе 13/DD4. Транзисторы VT11, VT12 служат для преобразования и согласования различных логических уровней для DD2,DD4 и DD5. Соответствующий уровень напряжения  на выводе 8/DD4 позволяет включать и выключать передатчик.

  Модулятор АМ сигнала, на транзисторе VT5, работает в ключевом режиме. Для уменьшения нагрузки на вывод 13/DD4 (большая емкость затвора  VT5) и уменьшения искажения меандра на его выходе, используется буферный каскад VT3,VT4. Крутые фронты и относительно большое (примерно 11 вольт) напряжение управления транзистором VT5, необходимо для  быстрого надежного “ключевания”, и работы модулятора с малыми нелинейными искажениями. К верхнему выводу (по схеме) резистора R41 подводится напряжение модуляции. Цепь модуляции образована  сопротивлением последовательно включеного резистора R41 и сопротивлением канала VT5. На стоке VT5 присутствует промодулированый АМ сигнал. Благодаря отсутствию в цепи модуляции нелинейных элементов получаем минимально искаженный АМ сигнал.

Выход модулятора также развязан, от последующего каскада, комплементарным эмиттерным повторителем VT6,VT7.

   Поскольку ВЧ сигнал на выходе модулятора имеет форму меандра, его необходимо отфильтровать. Основной фильтрации с помощью полосового фильтра L7,C44,L8,C45,L9,C49 подвергаются нечетные гармоники, т.к. в меандре четные гармоники отсутствуют. Центральная частота настройки фильтра 1525 кГц. Полоса пропускания  500кГц. Входное и выходное сопротивления фильтра 50 Ом. Потери в фильтре около 1,3 дБ. Затухание на частоте 3,0 мГц около 38 дБ. Затухание на частоте 4,5 мГц больше 50 дБ.

  В целях уменьшения  рассеивания тепловой энергии , применены импульсные стабилизаторы напряжений +5 и +12 Вольт, DA1, DA3.

        2-я  плата.   Выходной усилитель мощности. Однокаскадный, собран по двухтактной схеме. Схема SPL  JPG  .

   Подобного рода  схемы широко известны. И не требуют особых пояснений.   Транзисторы IRF840А выбраны исходя из их доступности, низкой цены, а также из-за того, что сопротивление канала, в открытом состоянии, у них довольно большое. Это объяснение на первый взгляд может показаться странным, но из линейки доступных IRF’ов они оказались лучшими, для данного применения. Прежде всего речь идет о температурной стабильности установленного тока покоя. Он выставляется подстроечными резисторами для каждого из транзисторов отдельно и равен   0,6 А. Дополнительных схем стабилизации этого тока не требуется. Установленый ток покоя довольно стабилен при разогреве транзисторов до температуры примерно 100°С (капля воды на его фланце закипает).

   Также, ввиду того, что усилитель должен работать в линейном режиме и не должен заходить в зону ограничения сигнала, требование минимального сопротивления канала теряет всякий смысл. 

   Транзисторы  IRF840А  установлены каждый на своем отдельном радиаторе, размером 50х50х17 мм. Каждый радиатор в свою очередь снабжен вентилятором, размером 50х50х15 мм. Для питания  вентиляторов и цепей смещения выходных транзисторов служит импульсный стабилизатор напряжения  на 12 Вольт.     

   Для уменьшения лишнего усиления, повышения линейности, а также приведения входного сопротивления усилителя к 50 Ом, используется цепь отрицательной обратной связи. Элементами этой ООС являются R8, C9,  R10, C8.

  Выходной трансформатор T2  согласует выход усилителя  с фильтром расположеным на 3-й плате.  

       3-я  плата.   Фильтр гармоник. Устройство согласования.  Схема SPL  JPG .

   В качестве фильтра гармоник используется фильтр нижних частот Кауэра, 7-го порядка. Фильтр расчитан на работу в цепи 50 Ом. Частота среза фильтра 2 мГц. Частоты подавления, от входа к выходу 7,46 мГц, 3,57мГц, 4,32мГц. Потери в фильтре в диапазоне рабочих частот не более 0,5 дБ.

Катушки фильтра намотаны на каркасах диаметром 16 мм. Каркасы выточены из стеклотекстолита.

В виду того, что двухтактный каскад не генерирует 2-й гармоники, был сделан акцент на подавление гармоник с 3-й и выше.

 Частотная характеристика фильтра.

   Измеритель КСВ включен между  фильтром и устройством согласования с антенной.

   Измеритель, также как и устройство согласования антенны (АСУ) собраны по ставшими уже классическими схемам. Катушка АСУ состоит из 6-ти секций. Все секции намотаны на одном каркасе. В качестве каркаса  используется корпус пластмассового  шприца, диаметром 24 мм.  Процесс согласования   запускают кнопки на передней панели передатчика. Управляет процессом микроконтроллер АСУ, DD1. Происходит перебор вариантов включения LC цепи, а также их номиналов. Передача, прием команд и данных  между двумя микроконтроллерами ведется по однопроводной линии связи. По достижении минимально возможного значения КСВ, процесс согласования заканчивается . Значение величины КСВ выводится на дисплей.  Все необходимые данные согласования сохраняются в памяти микроконтроллера. При последующем включении будет установлен последний записаный вариант.

  Таким образом удается согласовать выход передатчика с активной нагрузкой*** в диапазоне 40-600 Ом при КСВ = 1. Наихудший КСВ = 1,3 получается при работе на  нагрузку 20 Ом.   

   В виду того, что в фильтре гармоник и в устройстве согласования, емкости конденсаторов не “влезают” в стандартный ряд номиналов, а также максимальное рабочее напряжение чип конденсаторов типоразмера 0805 равно 50 В, и недостаточно для создания “запаса прочности”,  использовано их последовательно – параллельное  включение. Каждый конденсатор в фильтре образован параллельным включением  двух конденсаторов, которые в свою очередь образованы последовательным включением также двух или нескольких конденсаторов соответствующей емкости, одного номинала. 

 В согласующем устройстве ВЧ напряжение на конденсаторах может быть больше чем в фильтре, поэтому количество последовательно включенных в батарею конденсаторов, равно 5.

 Согласующее устройство  дополнительно увеличивает подавление гармонических составляющих на выходе передатчика.

   2-х сторонние печатные платы ,были изготовлены на фирме РЕЗОНИТ . Всего 4 платы , модулятор, усилитель мощности, АСУ, ОГ. Платы были спроектированы и разведены с помощью программы PCAD 4.5 . Для экономии средств покрытие “зеленкой” не использовалось. Для защиты от влаги, платы покрыты лаком.

  Схемы вычерчивались программой sPLAN 6.0 и преобразованы в формат JPG ей же. Эта программа отказалась преобразовывать схему платы модулятора из своего родного формата SPL в JPG. Поэтому пришлось немного пошаманить. В результате, качество графики этой схемы немного пострадало.

   Плата кнопок вырезана из куска макетной платы с уже готовыми отверстиями и металлизацией.

   Дисплей  прикручен за имеющиеся у него уши к шасси, винтами М2,5. К его контактам припаян 20-ти проводный шлейф, с разъемом на конце.

К данному писанию прикладываю схемы как в JPG так и в SPL.

  Так же доступна версия видеоотчета, о проделаной работе. Ввиду большого объема эта версия здесь не представлена. Скачать ее можно по адресу http://files.mail.ru/GLS1CB  .

Вся представленая на конкурс информация в одном файле не поместилась и находится  здесь1 ,  здесь2 ,  здесь3  и  здесь4  . 

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 *** - В связи с запретом выхода в эфир, а также отсутствием реальной антенны, работа на другие виды нагрузки не проверялась.

  На главную страницу.

Радиовещательный АМ передатчик средневолнового диапазона. 

Яндекс.Словари