Маломощный ЧМ-передатчик (подробное описание)
Проведя достаточно большое количество экспериментов с маломощными ЧМ-передатчиками, вниманию радиолюбителей можно предложить практическую конструкцию передатчика, работающего в FM-диапазоне.
Данный передатчик имеет достаточно хорошие технические характеристики и, несмотря на простоту, может удовлетворить потребности как начинающих, так и опытных радиолюбителей. Устройство используется совместно с любым источником аудиосигнала, например линейным выходом магнитофона или высококачественным микрофоном.
Так как передатчик работает на участке вещания FM-радиостанций, то для исключения помех следует особо тщательно выбирать рабочую частоту. Она должна находиться как можно дальше по частоте от соседних радиовещательных станций.
Принципиальная схема
Принципиальная электрическая схема передатчика приведена на рис. 1. На транзисторе ѴТ1 типа ВС549 собран задающий генератор, частота которого устанавливается подстроенным конденсатором С5.
Для настройки передатчика следует включить бытовой радиоприемник в FM-ди-апазоне и, выключив бесшумную настройку, установить частоту, свободную от сигналов вещательных станций.
При этом в динамике должен быть слышен шум эфира. Далее тщательной подстройкой емкости конденсатора С5 добиваются пропадания шума в динамике приемника.
При этом рабочая частота передатчика будет соответствовать частоте настройки приемника. Так как на данных частотах сказывается влияние металлических предметов (отвертки) на рабочую частоту, то после каждого поворота ротора конденсатора С5 необходимо контролировать передачу внешним радиоприемником.
При сборке схемы следует также убедиться, что ротор С5 соединен с шиной питания +9 В. При этом влияние отвертки на генерируемую частоту будет минимальным. Еще лучше использовать для подстройки емкости С5 самодельную диэлектрическую отвертку, изготовленную из стеклотекстолита с удаленной фольгой.
Рис. 1. Схема простого УКВ ЧМ передатчика с усилителем мощности ВЧ.
Конденсатор СЗ является блокировочным. При этом его емкость выбрана исходя из условия обеспечения моночастотного возбуждения генератора.
Данный конденсатор должен быть высококачественным керамическим, с наименьшей длиной выводов. Этот же конденсатор вместе с резистором R1 образует фильтр нижних частот, ограничивающий полосу частот входного аудиосигнала и, соответственно, ширину спектра ВЧ-сиг-нала передатчика значением 15 кГц.
Все конденсаторы, использующиеся в схеме, должны быть керамическими (за исключением С1). Конденсаторы С4 и С8 должны быть с ТКЕ N750, другие - с ТКЕ NP0.
Принцип работы передатчика
На транзисторе ѴТ1 собран генератор ВЧ по схеме Колпитца. Частота генерации определяется резонансным контуром L1, С4, С5. Высокочастотный сигнал снимается с эмиттера ѴТ1 и поступает на буферный усилитель на транзисторе ѴТ2.
Главная задача буферного каскада заключается в ослаблении влияния антенны передатчика на частоту задающего генератора. Вдобавок к этому буферный каскад дополнительно усиливает полезный сигнал, что приводит к увеличению радиуса действия передатчика.
Коллекторной нагрузкой ѴТ2 является резонансный контур L2, С8, настроенный на рабочую частоту. Конденсатор С10-блокировочный, не пропускающий постоянную составляющую выходного сигнала в антенну.
Сигнал звуковой частоты, являющийся модулирующим, подается на базу транзистора ѴТ1, заставляя пропорционально изменяться протекающий через ѴТ1 коллекторный ток. Изменение коллекторного тока под воздействием аудиосигнала приводи г к изменению генерируемой частоты.
Таким образом, на выходе передатчика формируется модулированный по частоте высокочастотный сигнал. Уровень входного аудиосигнала должен составлять приблизительно 100 мВ.
При указанной на схеме емкости конденсатора С1 полоса частот аудиосигнала снизу ограничивается значением 50 Гц. Для уменьшения нижней частоты модулирующего сиг нала до 15 Гц емкость конденсатора С1 следует увеличить до 1 мкФ.
Данный конденсатор может быть как полиэфирным, так и электролитическим. При использовании электролитического полярного конденсатора его положительный вывод должен быть соединен с резистором R1.
Катушки индуктивности
Обе катушки индуктивности L1, L2 содержат по 10 витков (фактически по 9,5) эмалированного медного провода диаметром 1 мм, намотанного на оправке диаметром 3 мм. После намотки оправка вынимается из катушки.
Эмаль с концов катушек должна быть тщательно удалена, а выводы залужены. На рис. 2 приведена конструкция L1, L2. Обе катушки должны быть установлены горизонтально на расстоянии 2 мм от печатной платы.
Рис. 2. Конструкция L1, L2.
Изготовление катушек индуктивности должно быть выполнено строго по описанию, так как от них зависит рабочая частота передатчика. Приблизительное значение индуктивности L1, L2 составляет около 130 мкГн. Данное значение получено при использовании формулы:
где L - индуктивность катушки, мкГн; N-число витков; r-средний радиус катушки, мм; I-длинна катушки, мм.
Корректоры сигнала
Как правило, в промышленных ЧМ-передатчиках низкочастотный сигнал подвергают искажениям, которые устраняются соответственными цепями в приемном устройстве.
Существует два стандарта - большинство станций в мире используют постоянную времени, равную 50 мкс. В США вещательные УКВ-передатчики имеют постоянную времени цепи предыскажений, равную 75 мкс. Цель, которую хотят достичь при внесении искажений, - снижение уровня шума при приеме полезного сигнала.
В простой конструкции передатчика введение дополнительных корректирующих цепочек в ВЧ-тракте резко усложнило бы схему, поэтому в данном передатчике они отсутствуют.
Для улучшения качества передаваемого ЧМ-сигнала можно воспользоваться двумя схемами предусилителей-корректоров НЧ - микрофонного и линейного (рис. 3, рис. 4).
Рис. 3. Схема микрофонного предусилителя.
Рис. 4. Схема линейного предусилителя.
Используемый в схеме операционный усилитель позволяет получить гораздо меньший коэффициент гармоник по сравнению с транзисторным каскадом.
При этом выходное сопротивление ОУ имеет небольшое значение, позволяющее уменьшить уровень помех и увеличить стабильность частоты передатчика.
При использовании вместе с микрофонным усилителем динамического микрофона резистор R1 в схему устанавливать не нужно, так как он необходим только для питания конденсаторного микрофона. Коэффициент усиления устанавливается резистором R5 исходя из критерия минимальных искажений выходного сигнала.
Его значение зависит от конкретного типа используемого микрофона. Все блокировочные конденсаторы емкостью 0,1 мкФ должны быть керамическими.
Микрофонный усилитель имеет максимальный коэффициент передачи около 22, а линейный предусилитель - около 1. Таким образом, чувствительность с микрофонного входа составляет 5 мВ, а с линейного -100 мВ.
Емкость конденсатора С5 (С4 - для линейного усилителя) выбирается в зависимости от того, где будет использоваться передатчик. Для США данный конденсатор будет иметь емкость 15 нФ (6,8 нФ).
Следует отметить, что сформированный таким образом низкочастотный сигнал не вполне точно соответствует стандарту, однако для любительских целей это не принципиально.
При сборке устройства желательно обеспечить экранирование каскадов высокочастотной части передатчика от низкочастотного предусилителя (микрофонного или линейного). При изготовлении печатной платы необходимо использовать как можно большую поверхность платы в качестве общей шины. Для настройки ВЧ-части передатчика желательно иметь в своем распоряжении частотомер и осциллограф.
Автор статьи - Р. Эллиот. Статья опубликована в РЛ, №3,2003 г.