Радиомикрофон с генератором работающим по принципу емкостной трехточки

Особенность данного передатчика — размещение колебательного контура в базовой цепи генератора, работающего по принципу «емкостной трехточки» с использованием частотной модуляции.

Схема передатчика

В состав схемы радиопередатчика входят два блока: низкочастотный и высокочастотный. Применение в конструкции микрофонного усилителя, использование высокочувствительного микрофона (типа МКЭ-3, МД-27) и оптимальный выбор режима работы транзистора VT2 позволяют достичь требуемого значения глубины модуляции.

Рис. 1. Радиомикрофон в диапазоне 88—108 МГц.

Схема обладает определенной универсальностью и может быть адаптирована в зависимости от требуемой конструкции и области применения. Наличие регулятора глубины модуляции позволяет использовать передатчик для разных целей:

• как радиомикрофон для передачи речи;
• для подключения к различным источникам звука (телевизору, проигрывателю, магнитофону и т. д.) с целью ретрансляции их звукового сигнала на любой УКВ ЧМ радиоприемник.

Дальность действия радиомикрофона в зависимости от конструкции передающей и приемной антенн и класса радиоприемника может составить в помещении с железобетонными стенами несколько десятков метров, а при прямой видимости — не менее 0,5—0,6 км.

Микрофонный усилитель, построенный на одном транзисторе по схеме с общим эмиттером, предназначен для повышения чувствительности модулятора.

В качестве VT1 желательно использовать малошумящий транзистор типа КТ3102. В коллекторную цепь транзистора включено сопротивление нагрузки R4. Напряжение смещения на базе VT1 определяется резисторами R2 и R3.

Переменное сопротивление R5 регулирует глубину модуляции несущей частоты. Входное сопротивление микрофонного усилителя составляет порядка 300 Ом, поэтому в нем можно использовать практически любой низкоомный микрофон, однако для уменьшения габаритов конструкции предпочтение следует отдать миниатюрному МКЭ-3, МД-201 и им подобным.

Сигнал с коллекторной нагрузки транзисторов VT1 через регулятор R5 поступает в цепь низкочастотных предискаже-ний R6C9. Она нужна для повышения помехозащищенности тракта передачи звука путём подъема уровня ВЧ составляющих звукового сигнала в передатчике и обратного действия, т. е. срезания ВЧ в радиоприемном устройстве.

Примечание: при использовании в системе связи отечественного радиоприемника постоянная времени для линейности АЧХ всего тракта должна составлять 50 мкс, а для импортного — 75 мкс. В последнем случае величины R6 и С9 составят 5,1 кОм и 0,015 мкФ, соответственно.

Для повышения качества звучания в области верхних частот (субъективного восприятия) можно применить и более высокое значение времени коррекции. Однако при значительном завышении данных номиналов происходит не только резкое подчеркивание высоких частот в принимаемом сигнале, но и вырастает уровень шума. Отсутствие RC-цепи в передающем устройстве приведет к «глухому» звучанию приемника.

В качестве цепи НЧ предискажений можно применить простейший регулятор тембра. Этот регулятор позволяет изменять соотношение НЧ 100 Гц и ВЧ 10 кГц приблизительно на 15 дБ относительно друг друга.

Требуемая величина максимальной девиации несущей частоты 50 кГц (для отечественного стандарта, и 75 кГц для западного) получается при изменении напряжения звуковой частоты на базе транзистора VT2, приблизительно равном 10—100 мВ.

При больших величинах возможно появление искажений звука в виде хрипа (из-за нелинейности модуляционной характеристики или перегрузки входных каскадов УНЧ радиоприемника) и возникновение паразитной амплитудной модуляции.

В автогенераторах подобного типа ЧМ чаще всего основываются на изменении параметров колебательного контура или изменении потенциалов выводов генерирующего элемента.

В данном случае применяется второй вид ЧМ, т. к. управляющее напряжение приложено к базе транзистора VT2, изменяя тем самым напряжение смещения на переходе база-эмиттер, и, соответственно, емкость цепи Б-3, которая является составной частью колебательного контура! генератора.

Данный контур включает в себя также катушку индуктивности L3, расположенную по ВЧ между базой и массой, и конденсаторы С13—С15. Конденсатор С15 включен в цепь обратной связи емкостной «трехточки», являясь одним, из плеч делителя Сб —С15, с которого снимается напряжение ОС. Емкость С15 позволяет регулировать уровень возбуждения и должна составлять примерно 5—8 пФ.

Для установки оптимального режима работы генератора и получения Максимально возможной мощности необходимо правильно выбрать генерирующий элемент. При этом надо учитывать, что его верхняя граничная частота должна не менее чем в 5—6 раз превышать рабочую частоту передатчика. Этому требованию наиболее полно удовлетворяют транзисторы типа КТ355А, КТ372А-В, КТ326, КТ363А, Б. Хотя можно использовать и более распространенные — КТ315, КТ339 и др.

Применение транзисторов структуры n-p-n более желательно, т. к. они обладают лучшей температурной стабильностью.

В генераторе необходимо исключить возможность появления сильной ПАМ. Ослабить ее можно правильным подбором рабочей точки генератора, зависящей от сопротивлений R7—R9.

Резисторы R7 и R8 зашунтированы по ВЧ конденсаторами С10 и С11. Величина сопротивления в цепи эмиттера составляет примерно 68—100 Ом, поэтому во избежание его влияния на колебательный контур, которое может вызвать чрезмерное расширение полосы частот резонансной кривой, последовательно с R9 включен дроссель L5, блокирующий прохождение токов ВЧ.

Раньше существовал специально выделенный для радиомикрофонов диапазон частот 57,5—58,5 МГц. Но в данной конструкции частота генерации передатчика находится в пределах 70—73 МГц, что позволяет использовать в качестве приемного устройства практически любой промышленный радиоприемник с отечественным УКВ диапазоном.

Так поступают и за рубежом при производстве бытовых маломощных радиомикрофонов и средств радиоохран-ной сигнализации.

Например, частота настройки японского радиомикрофона «Огіоп» равна 100 МГц и может перестраиваться в пределах 8 МГц (японо-американский широковещательный диапазон FM—88... 108 МГц).

Чтобы избежать возможных помех радиовещательным станциям и, наоборот, помех с их стороны, необходимо выбрать свободный участок УКВ диапазона. При этом смещение частоты радиомикрофона от ближайшей радиостанции должно быть не менее 250 кГц. Можно перевести работу передатчика на второй радиовещательный диапазон УКВ 100—108 МГц.

Дроссели L1 и L2 индуктивностью 5—20 мкГн, резистор R1 и конденсаторы C1, С7 служат для развязки каскадов РМ по НЧ и ВЧ.

При напряжении питания 9 В потребляемый радиомикрофоном ток составляет около 20 мА, а мощность излучения при правильном согласовании с антенным контуром равна 5 мВт.

Данная схема без существенных переделок может работать на частотах до 120—150 МГц. При этом потребуется изменить лишь параметры колебательного контура.

Питание схемы

При определенных изменениях в номиналах некоторых резисторов и конденсаторов радиомикрофон может сохранять работоспособность при напряжении питания от 1,5 до 25 В.

Для питания, в зависимости от конкретного применения, можно использовать различные источники напряжения, например, батарею типа «Корунд» или «Крона», аккумулятор 7Д-0Д. сетевые блоки питания должны иметь низкий уровень пульсаций выпрямленного напряжения (не более 10—20 мВ)

Детали и монтаж

Радиомикрофон монтируется на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1—1,5 мм. При проектировании печатной платы и монтаже надо стремиться к тому, чтобы в схеме было как можно меньше нежелательных обратных связей, возникающих, в основном, из-за различных паразитных емкостей.

Для этого длина выводов деталей и печатных дорожек должна быть минимальной, не следует делать печатные дорожки слишком широкими. Особенно это касается дорожек и выводов, примыкающих к базе и эмиттеру генерирующего транзистора. Каскады радиомикрофона удобнее всего располагать в линейку.

Связь колебательного контура с антенной — индуктивная. Но антенну можно также присоединить непосредственно к катушке колебательного контура L3 — ко второму (со стороны массы) витку через конденсатор емкостью 1—2 пФ.

При этом длину антенны желательно уменьшить до 60—80 см во избежание внесения паразитной емкости в задающий контур и ухода в сторону частоты генерации. Для устранения микрофонного эффекта катушки L3 и L4 необходимо жестко закрепить на плате и после настройки залить парафином, эпоксидной смолой или закрепить клеем БФ2.

С целью снижения размеров конструкции и уменьшения паразитных емкостей следует использовать малогабаритные детали. Для сопротивлений подойдут резисторы типа ВС-0,25, (0)МЛТ-0,125.

Переменные сопротивления — типа СПЗ-1, СПЗ-19, СПЗ-22А, СПЗ-38.

Необходимо особо остановиться на подборе конденсаторов, т. к. от них зависят многие параметры. В частотнозадающих цепях лучше всего использовать керамические конденсаторы типа КДУ, КД1 (корпус серого или голубого цвета), К10-17, К10-38, К26-1 с ТКЕ ПЗЗ, МПО или МЗЗ. В блокировочных цепях можно ставить К10У-5, К10-7В, К22У-1, К22-5, КМ-5.

Из подстроечных годятся КТ4-23, КПК-(М)Т, КПК-МН, На месте оксидных конденсаторов подойдут К50-16, К50-35, К50-38. Для изготовления контурных катушек L3 и L4 желательно применить посеребренный провод диаметром 1—2 мм.

Катушки бескаркасные с внутренним диаметром — 10 мм. Первая содержит 5, а вторая — 3 витка провода диаметром 1,5, индуктивностью L3=0,25 мкГн (для диапазона на 100— 108 МГц — 4 и 2 витка соответственно, индуктивностью L3=0,19 мкГн).

При установке катушек L3 и L4 на плату следует иметь в виду, что расстояние между их центрами должно составлять примерно 8 мм.

В качестве антенны используется укороченный асимметричный диполь — четвертьволновый отрезок толстого многожильного провода длиной 80—100 см или подходящая телескопическая антенна (можно меньшей длины).

Индуктивность блокировочных дросселей L1 — L3 примерно равна 5—20 мкГц. Тип — Д(М)-1,2, ДПМ-0,1. Можно применить самодельные дроссели, намотав на корпусе резистора МЛТ-0,25 сопротивлением не менее 500 кОм 40—50 витков провода ПЭВ-0,1, уложенных в один ряд. Гнездо XSS1 — типа ГК2. Катушка 3L1 содержит 500 витков провода ПЭВ-0,1 на пермаллоевом кольце.

Немного о налаживании

Правильно собранная схема начинает работать сразу. О наличии генерации можно убедиться по изменению потребляемого тока при закорачивании на массу базы транзистора VT2 конденсатором емкостью порядка 0,01 мкФ.

Дальнейшая регулировка заключается в подборе рабочей точки транзистора VT2. При принудительном срыве генерации напряжение между базой и эмиттером VT2 должно быть около 0,66 В.

Неустойчивость генерации при выходе генерирующего элемента из рабочего режима можно заметить по шумам, хрипам и резким изменениям звукового тона. Далее путем растяжения или сжатия витков катушки L3 необходимо подогнать частоту генератора под требуемое значение, которое должно выставляться при среднем положении ротора конденсатора С14.

При этом можно воспользоваться радиоприемником со шкалой принимаемых частот и индикатором уровня принимаемого сигнала, который пригодится при дальнейшей настройке. Для контроля настройки и качества модуляции на линейный вход радиомикрофона подается звуковой сигнал напряжением 0,2 В и частотой 1 кГц.

Точное значение частоты автогенератора подбирается вращением сердечника конденсатора С14 диэлектрической (пластмассовой) отверткой.

При необходимости дальнейшей настройки следует помнить, что при несоответствии верхней границы диапазона регулировка производится подстроечным конденсатором, а нижней — изменением расстояния между витками катушки колебательного контура.

При налаживании необходимо, учитывать, что от конденсаторов С13—С15 зависит частота генерации и девиация несущей (чувствительность модулятора по НЧ), С15 влияет на уровень возбуждения генератора.

В заключение подстроечным конденсатором С12 необходимо настроить антенный контур L4C12 в резонанс с частотой передатчика и подобрать связь между катушками L3 и L4 по максимальной отдаваемой мощности.

Контроль настройки при этом ведется при помощи ВЧ вольтметра или индикатора уровня принимаемого сигнала.

Особое внимание уделите уменьшению гармоник в выходном радиосигнале и не допускать эксплуатации радиомикрофона при значительном их уровне.

Устройство не должно создавать помех на частотах близлежащего диапазона. При Fген, лежащей в диапазоне 66—73 МГц, можно проверить уровень третьей гармоники по помехам на 9—11 каналах телевизионного приемника. По этим же телеканалам можно проверить уровень второй гармоники диапазона 100—108 МГц.

Налаживать следует таким образом, чтобы гармоники не создавали каких-либо значительных помех на указанных частотах, помня о том, что они, как и ПАМ, во многом зависят от режима работы автогенератора.

Настройка микрофонного усилителя сводится:

• к подбору рабочего режима транзистора VT1 при помощи резисторов R2 и R3, определяющих напряжение смещения на базе VT1;
• установлению коэффициента усиления не менее 50 (при этом может потребоваться изменить сопротивление коллекторной нагрузки резистора R4).

При подаче на базу VT1 напряжения 2 мВ частотой 1 кГц переменное напряжение на коллекторе должно быть не менее 100 мВ. Уровень усиления можно контролировать, подключив на выход В микрофонного усилителя телефонный капсюль типа ТМ-4.

Используя данный передатчик, можно изготовить переговорное устройство с симплексной связью. Симплексной называется такая связь, при которой передача и прием ведутся поочередно: сначала одна радиостанция только передает, а другая только принимает, затем наоборот.

Литература: Корякин-Черняк С. Л. Как собрать шпионские штучки своими руками.