MiniYES Одноплатный тракт трансивера
Трансиверы и узлы 19:38 / 15.06.2008 27 029
Многие радиолюбители разных стран не оставляют попыток сделать малогабаритный относительно простой, легко повторяемый, что не мало важно, с хорошими параметрами на недефицитной элементной базе вседиапазонный трансивер. Это подтверждается обилием материалов по этой теме в периодической печати и Интернете.
Как эти параметры получить? Если учесть все ранее перечисленные требования, естественно это можно достигнуть в настоящий момент только по схеме супергетеродина с кварцевым фильтром (КФ). Популярное сейчас прямое преобразование не обеспечивает главного требования простоты при высоких основных параметрах аппарата. Простота и доступность элементной базы приводит к мысли использования в фильтре основной селекции (ФОС) конечно же, PAL-овских кварцев, а в тракте УПЧ “старую” и “добрую” 174ХА2 (аналог ТСА440, А240). Что только на этой микросхеме не делали. Ну, на самом деле грех не использовать заложенные в ней функции: это и УПЧ с АРУ, опорный генератор, балансный детектор и балансный модулятор с возможностью регулировки уровня DSB. Усиления микросхемы на частоте 8,86 МГц достаточно для построения тракта УПЧ с хорошей чувствительностью. Регулировочная характеристика АРУ в УПЧ обеспечивает отслеживание входных сигналов с уровнем до 59+60. Балансный детектор позволяет получить на выходе НЧ сигнал с малыми нелинейными искажениями. В тоже время балансный модулятор на выходе имеет качественно сформированный сигнал DSB достаточной амплитуды с хорошо подавленной несущей. Кварцевый опорный генератор легко возбуждается и также легко устанавливается его частота на скат АЧХ кварцевого фильтра . В итоге все узлы 174ХА2 вполне отвечают всем требованиям построения хорошего и простого TRX-а. А о доступности 174ХА2 вообще нет смысла говорить.
И так тракт УПЧ вырисовывается, единственно, что ему в этом виде не достает так это узла качественной АРУ, что вполне реализуемо. Для этого можно взять популярную сейчас TDA 2822, содержащую в себе два канала УНЧ. Один канал, естественно используем по прямому назначению, а другой в усилителе АРУ. И все – тракт УПЧ – УНЧ полностью готов. Теперь, чтобы обеспечить предельно достижимые для данной конструкции основные параметры, а именно: чувствительность и динамический диапазон, т.е. реальную избирательность, необходима хорошая высокочастотная часть. Здесь выбор не велик. Исходя из того, что трансивер должен иметь чувствительность порядка 0,1 мкВ и DD3 не менее 100 дБ, выбираем за основу проверенный вариант – это ВЧ блок трансивера “YES-2002”.Это несколько усложняет конструкцию на первый взгляд. Но мы же делаем для себя и делаем хороший аппарат. Поэтому сознательно идем на относительное схемное усложнение, но зато в замен получаем легко повторяемый с превосходными параметрами ВЧ узел. Еще нам необходимо иметь без релейную коммутацию режимов RX и TX. Готовый проверенный электронный коммутатор берем из другой конструкции “YES – 98”.
Небольшое лирическое отступление. Иногда спрашивают почему “YES”, а не что-то другое. “YES” - это не аббревиатура – это название английской музыкальной группы. С их творчеством я познакомился в 70-х годах, учась в институте г. Ленинграда. О, это ни с чем не сравнимая оригинальная прогрессивная музыка высокого интеллекта. Она будит, завораживает, заставляет думать, она соединяет ваш мозг с высшим разумом. Так вот “YES” это всегда что-то новое, необычное и оригинальное. Как говорит знакомый радиолюбитель, в схеме должен быть «изюм», чему я старался, по мере своих сил, следовать и соответствовать.
Но теперь вернемся к нашим…., простите – к трансиверу, который получил соответственно название “MiniYES”. Принципиальная схема трансивера приведена на рис.1. Наибольший интерес, как обычно, вызывает приемная часть. С нее и начнем.
Базовый ток через цепочку VD2 и R4 открывает VT2 и на шине +RX появляется +14 вольт, благодаря чему включаются каскады работающие на прием. Сигнал из антенны проходит через трехконтурный полосовой диапазонный фильтр (ДПФ). За основу взята схема RA3AO, с той лишь разницей, что контур подключаемый к плате включен полностью. Для оптимального согласования следующий каскад должен иметь высокое входное сопротивление. Этим свойством обладает истоковый повторитель, имеющий, как известно, 100 процентную обратную связь, что гарантирует хорошую линейность. Так сделано в смесителе “YES – 2002”, который подробно описан в (1). Но из опыта использования этого узла выяснилось, истоковый повторитель (там используется КП 903) склонен к самовозбуждению. Контур в затворе, индуктивность в истоке и плюс входная емкость, а это уже похоже на трехточку со всеми вытекающими последствиями. Поэтому этот каскад был заменен усилителем с ООС Х-типа с коэффициентом усиления равным единице. По Э. Т. Реду при КУС около единицы, эти усилители имеют точку IPJ3 около +40дбм и более, но при достаточно большом токе потребления. От КП903 пришлось отказаться в виду его дефицитности и необходимости иметь отрицательное напряжение для его закрытия на передачу.
Был выбран дешевый КП327. А для обеспечения тока 40 мА включены два транзистора параллельно. Этот каскад обладает очень малыми шумами, отличной линейностью и хорошей стабильностью.
Выходное сопротивление у этого усилителя небольшое, что и нужно для хорошего согласования собственно со смесителем, который точно соответствует “YES – 2002”(1). Усиленный VT3 по мощности сигнал поступает на симметрирующий и согласующий трансформатор TR2, обеспечивающий на выходе два противофазных симметричных относительно земли сигнала с трансформацией сопротивлений 1:4. Это необходимо для хорошего согласования TR2 со смесителем, выполненным на двухдырочном ферритовом сердечнике TR3. На противоположных сторонах сердечника, составленного из двух колец, намотаны обмотки, коммутируемые ключами DD1. Преобразованный сигнал снимается с обмотки связи, расположенной на общей центральной части. Этот смеситель является модернизацией двухбалансного Н-смесителя и обладает на сегодняшний момент лучшими характеристиками. Коммутатор DD1 имеет внутреннее устройство для управления ключами, благодаря чему нет необходимости использовать отдельный формирователь противофазных сигналов ГПД. Для раскачки DD1 используется VT5 KT368, которому необходимо для нормальной работы входное ВЧ напряжение около 1 вольта.
Следует заметить, что за счет трансформации сопротивлений в ДПФ и обратной трансформации (усиление по мощности) в VT3, коэффициент усиления цепи ДПФ-VT3 составляет около 18 дБ. Коэффициент передачи собственно смесителя около – 6 дБ (практически одинаковый во всем радиолюбительском диапазоне). В итоге весь узел (от входа ДПФ до выхода смесителя) имеет коэффициент усиления около 12 дБ. Согласование выхода смесителя с кварцевым фильтром обеспечивается выходным П – контуром (С18, L1, C19, C20) подстройкой элементов которого добиваются минимального уровня продукта интермодуляции.
Для обеспечения надлежащей избирательности по соседнему каналу применен 8 – кристальный фильтр рассчитанный по стандартной методике. Чтобы звучание трансивера удовлетворяло слух взыскательного радиолюбителя, полоса пропускания выбрана около 3 кГц.
Выход КФ согласован с помощью емкостного делителя реверсивного контура С21, С22, С23, L2. В режиме приема точка кт7 заземлена диодом VD6. Сигнал ПЧ с частотой 8,86 МГц передается через С25 на затвор истокового повторителя VT6, с помощью которого мощность сигнала без потерь передается на вход усилителя ПЧ(12н.) микросхемы DA1 174XА2. Усиленный сигнал ПЧ выделяется на контуре С57, С64, L3.
Здесь следует обратить внимание на существенный минус одноплатных трактов: наличие опорного генератора (ОГ) с достаточно большим ВЧ напряжением рядом с высокочувствительным УПЧ. В нашем случае еще хуже: УПЧ и ОГ находятся на одном кристалле МС DA1. Естественно от ОГ наводится ВЧ напряжение и выделяется оно на контуре С57, С64, L3, в худшем случае до 500 мВ. А это ведет к нестабильной работе УПЧ, повышенному шуму и “забитию” тракта ПЧ, что также не способствует нормальной работе АРУ.
С введением в ООС УПЧ конденсатора С61 удалось снизить наводки от ОГ до величины 50-100 мВ, что позволило тракту ПЧ заработать в приемлемом режиме. Для снижения отрицательных последствий наводок ОГ и шумов второй боковой, применен 3-х кристальный подчисточный КФ, на входе согласованный с помощью С57, С64, а на выходе – R39. С точки зрения оптимальной работы АРУ количество кристаллов надо сократить до двух. Но выбран компромиссный вариант–3 шт.
Отфильтрованный сигнал ПЧ подается на один из входов (1н. DA1) регулируемого дифусилителя ПЧ балансного детектора. Необходимый для работы детектора ОГ возбуждается на частоте кварца Q1 и устанавливается на скат КФ с помощью L4.
Продетектированный SSB сигнал выделяется на одном из дифвыходов (15н. DA1) балансного детектора. Далее НЧ сигнал подается одновременно на вход (16н. DA2) усилителя АРУ и через регулятор громкости на вход (1н. DA2) УНЧ. К выходу УНЧ подключается громкоговоритель или наушники.
С выхода усилителя АРУ (КУС около 100) НЧ сигнал подается на двухполупериодный выпрямитель C48, VD12, VD11, напряжение которого пропорциональное силе входного сигнала заряжает интегратор VT11,VT10, R46, R50 и C49. Благодаря большому входному сопротивлению составного каскада VT11, VT10 и также большому коэффициенту усиления емкость интегратора выбрана небольшой (всего 10 нФ), что с одной стороны позволяет ее быстро заряжать за доли м/сек, а с другой – постоянная времени разряда составляет около 5-7 сек. Для быстрого восстановления АРУ (за доли сек.) после выключения сигнала служат R43, R44, VD8, и VT9, который подключает R45, уменьшающий постоянную времени интегратора. Следует заметить, что изменяя величину R50 можно значительно менять режим пропорционального интегрирования. А это напрямую связано с реакцией АРУ на импульсные помехи и режим апериодического установления.
С эмиттерной нагрузки VT10 (R42) сигнал АРУ подается через R25, C33 на S-метр и в тоже время для регулировки усиления основного УПЧ (9н. DA1) и дополнительного УПЧ (3н. DA1) через делитель R40, R37. Для улучшения скоростных характеристик АРУ выбрана дополнительная точка регулирования сигнала УПЧ – это реверсивный контур C21, C22, C23, L2. Смысл воздействия заключается в шунтировании этого контура открывающимся диодом VD5 синфазно с напряжением АРУ, подаваемое на него через VT13. Глубина АРУ регулируется R34, время задержки восстановления – R43, калибровка S-метра – R25.
Теперь посмотрим как работает “MiniYES” в режиме передачи. Замыкая контакт педали включаем VT1 коммутатора и на шине +ТХ появляется +14 В, а на шине +RX – 0 В. При этом закрывается VT6, отключая вход УПЧ и закрывается VT3. Но в тоже время включается VT7 микрофонного усилителя, НЧ сигнал с которого подается на другой дифвхот (2н. DA1), зашунтированный по ВЧ С38, регулируемого предварительного усилителя балансного модулятора (БМ). Балансировка БМ осуществляется R29.
Сформированный DSB сигнал с другого дифвыхода (16н. DA1) БМ выделяется на контуре C21, C22, C23, L2, согласованным с основным КФ.
С выхода КФ SSB сигнал через согласующий П – контур C19,C20, L1, C18 подается на обмотку связи смесителя.
С выхода смесителя (КТ2) преобразованный диапазонный сигнал подается на усилитель VT4, после чего выделяется на контуре ДПФ. На 50 Омной нагрузке ДПФ мы имеем хорошо сформированный диапазонный сигнал не менее 0,3 вольта, достаточный для раскачки любого драйвера.
Следует заметить, что при приеме VT4 надежно закрыт истоковым напряжением +5 В и практически не влияет на параметры приемника. И еще, что немало важно, при переходе TRX-а с RX на TX контур ДПФ не расстраивается, сохраняя оптимальную настройку ДПФ.
Так же следует отметить, что в режиме TX к контуру C21, C22, C23, L2 подключается дополнительный подстроечный конденсатор C69, благодаря которому АЧХ КФ в режиме ТХ подстраиватся до оптимальной.
В режиме ТХ включается VT8 и шунтирует вход УНЧ, но если в коллекторную цепь VT8 включить небольшое сопротивление, то получится режим самопрослушивания. Чтобы не было помех со стороны УПЧ на БМ, контур C57, C64, L3 в режиме ТХ шунтируется диодом VD9.
Есть еще одна интересная особенность тракта передачи “MiniYES”. Дело в том, что и в режиме ТХ система АРУ продолжает работать. С выхода балансного детектора (15н. DA1) НЧ сигнал поступает в усилитель АРУ и в такт с сигналом микрофона отклоняется стрелка S-метра и напряжение АРУ воздействует на основной УПЧ, выходной контур которого зашунтирован VD9, и так же на дополнительный усилитель БМ (3н. DA1). Благодаря действию этой АРУ выходной DSB сигнал не превышает определенный уровень, который выставляется R53, и ни когда не входит в ограничение при любом уровне сигнала микрофона. Происходит своеобразное компрессирование или “накачка” сигнала, без искажения огибающей DSB, чего собственно и желает любой радиолюбитель. Подавая постоянное напряжение от 0 до 0,7 В на 3н. DA1 через цепочку R54, VD14 можно изменять выходную мощность TRX в несколько раз. К такому же эффекту приведет подача в эту точку сигнала рассогласования с антенной с КСВ – метра, что защитит от критических перегрузок выходной каскад TRX-а.
Одноплатный тракт выполнен на двухстороннем стеклотекстолите размером 140х88 мм. Верхняя сторона фольги используется как сплошной экран. Отверстия для деталей зенкуются. На рис.2 приведено расположение деталей, на рис.3 тоже самое, плюс соединяющие проводники – что бывает очень полезно во время настройки платы. На рис.4 показано расположение печатных проводников при использовании “лазерно-утюжной” технологии. Все микросхемы устанавливаются в панельки, но это не обязательно. Чтобы получить представление как это все выглядит в натуре, приведено фото платы предыдущей версии, которая незначительно отличается от описываемой.
Все катушки выполнены на стандартных каркасах ØК = 6,5 мм с экранами. Катушки L1, L2, L3 – содержат по 30 витков ПЭЛ-0,27 и имеют индуктивность 3-4 мкГн. Катушка L4 – содержит 60 витков – ПЭЛ-0,13 и имеет 10-15 мкГн.
Все трансформаторы выполнены на ферритовых кольцах 1000НН типа К7х4х2, склеенных по 2 штуки. Трансформатор TR3 состоит из двух таких колец, предварительно боковая поверхность у каждого кольца немного спилена надфилем, и в этих местах кольца склеены. TR1 намотан тремя слабо скрученными проводами и имеет 3х9 витков ПЭЛ-0,27. TR2 – имеет две обмотки по 2х8 витков ПЭЛ-0,27. TR3 –имеет две обмотки по 2х9 витков ПЭЛ-0,27 и одну обмотку связи с двумя витками МГТФ. Расположение и способ намотки TR2 и TR3 приведено на рис.5. Все дроссели типа DM. 8-ми кристальный КФ с обеих сторон закрыт крышками, припаянными к плате. Транзистор VT3 состоит из двух КП327, припаянных с разных сторон платы. Конденсатор C61 припаян на выводы DA1 платы.
Рис.5
Настройку следует начинать с проверки режимов по постоянному току. При аккуратной сборке плата подает признаки жизни уже при первом включении питания. Особо нетерпеливые могут послушать эфир сразу же подключив антенну, ГПД и динамик и подкрутив на слух контура. Но лучше всего сначала с помощью частотомера настроить ОГ на частоту нижнего ската АЧХ КФ, а потом настроить все контуры на максимальную чувствительность приемника. Здесь потребуется ГСС, подавая сигнал которого на вход приемника настраивают L1, L2, L3 на минимальную неравномерность сквозной АЧХ. В авторском варианте неравномерность в полосе от 200 до 2500 Гц получилась менее 1 дБ. Чувствительность со входа П – контура C18, L1, C20, C19 (точка соединения С18-L1) на частоте ПЧ составила около 0,3 мкВ при с/ш = 10 дБ. Для того чтобы быть уверенным в правильности сборки и функционирования ВЧ – блока надо проделать такой тест.
С ГСС-а на антенный вход ДПФ-а подаем 100 мВ диапазонного сигнала. При этом в КТ1 ВЧ напряжение должно быть около 0,8В, в КТ2 – около 1 В и КТ3 – около 2 вольта. ВЧ – напряжения ОГ указаны на схеме. Не лишним будет в режиме передачи проверить сквозную АЧХ тракта. В авторской конструкции, подав сигнал со звукового генератора на 2н. DA1 и изменяя частоту от 200 до 2500 Гц выходное напряжение ДПФ-а на 50 Ом изменялось не более 1 дБ. Также в режиме передачи при громком “a” перед микрофоном и выключенной АРУ ВЧ – напряжение в КТ7 должно быть 2-3В, в КТ3 – около 1 В, в КТ1 – 2-3 В и на антенном входе ДПФ-а на 50 Ом – 0,3 вольта. Регулировкой R29 осуществляют подавление несущей до -60 дБ. При настройке АРУ следует обращать внимание на детали со звездочкой. Их в некоторых пределах можно изменять. Если импульсные помехи не велики, то R50 можно исключить из схемы. Очень важен номинал С48. Он определяет какая порция энергии сигнала будет заряжать интегратор. Слишком большая емкость ведет к “захлопыванию” АРУ при больших скачкообразных сигналах. Слишком маленькая к увеличению времени заряда за несколько периодов сигнала, что снижает быстродействие АРУ. Старая истина: настройка АРУ – это всегда компромисс. К сожалению при АРУ по НЧ, зарядке интегратора за несколько периодов сигнала и плюс задержке в подчисточном КФ “идеальная” АРУ не получится. Слушая реальный эфир, подстройкой R34, R43 и подбором С48 добиваются оптимальной работы АРУ.
Для того чтобы измерить основные параметры сделанного аппарата, необходимы хорошие приборы. Прежде всего необходим прибор В. А. Скрыпника “Динамика” (2) или что-то подобное. Измеренная этим прибором чувствительность составила 0,1 мкВ, при соответствии с/ш = 10 дБ. (3,16 раза), что соответствует коэффициенту шума при полосе около 3 кГц менее 3 дБ и мощности сигнала –127 дбм (PJ3 ). Уровень мощности собственных шумов приемника приведенных ко входу будет ниже на 10 дБ и составит –137 дбм (РШ). Для определения уровня блокирования (“забития”) с прибора “Динамика” подавался двухтоновый сигнал. С помощью C1-75 наблюдалась огибающая сигнала на выходном П – контуре смесителя. Входной двухтоновый сигнал фиксировался на уровне, когда выходной сигнал становился на 3 дБ меньше ожидаемого при линейной зависимости, что хорошо заметно по “уплощению” вершины огибающей. Уровень одного тона оказался равен 0,25 В. Ввиду того, что огибающая изменяется от 0 до удвоенной амплитуды одного тона, принимаем уровень блокирования равным 0,5 В, что соответствует мощности +7 дбм. Это так называемая точка компрессии – КР. Динамический диапазон по блокированию DD1 составит:
DD1 = KP-PШ = +7-(-137) = 144 дБ
При подаче двухтонового сигнала при измерении продукта интермодуляции на уровне чувствительности зафиксирован входной сигнал одного тона величиной 22,4 мВ, что соответствует входной мощности тестирующего сигнала РТЕСТ = -20 дбм. По аттенюатору прибора “Динамика” значение DD3 = 107 дБ.
Значение теоретической координаты точки пересечения определяется по формуле:
Следовательно, DD3 составит:
что соответствует продукту интермодуляции на уровне шумов, а прибором “Динамика” для удобства измерений продукт интермодуляции DD3 меряется на уровне чувствительности. Поэтому к величине DD3, измеряемой прибором, надо добавить 6,7 дБ: 107+6,7 = 113,7 дБ – что соответствует расчетному значению DD3.
Не редко можно услышать сетование по поводу множества методик измерения реальной избирательности приемника DD3. Хочется внести ясность в этот вопрос. Методика всегда была и есть всего одна. Это два одинаковых мощных спектрально чистых сигнала разнесенных по частоте двух хорошо развязанных генераторов установленных в стороне полосы пропускания приемника на величину разности частот этих генераторов. Увеличиваем силу сигналов генераторов до момента появления продукта интермодуляции на уровне шумов приемника. И вся методика, одинаковая для всех: и для Э. Рэда, В. В. Дроздова, В. А. Скрыпника и для ARRL. Но условия измерения у всех могут отличаться. У В. А. Скрыпника продукт третьего порядка фиксируется на уровне чувствительности, т. е. на 10 дБ выше уровня шумов, это обусловлено тем, что фиксировать продукт на уровне шумов проблематично. Поэтому к величине получаемой на приборе “Динамика” всегда надо прибавлять 6,7 дБ, чтобы получить составимые цифры DD3.
К разным условиям измерений относится и величина разноса по частоте измерительных генераторов. Если нужно объективно оценить динамику входной части приемника (первого смесителя), то разнос по частоте генераторов можно устанавливать любой, начиная с 10-15 кГц и до 50-100 кГц. Это зависит от коэффициента прямоугольности и величине затухания за полосой пропускания используемого ФОС. Если получили величину DD3 на уровне 100 дБ при разносе всего в 5 кГц, то можете быть уверены – Вы обладатель супер аппарата с отличным ФОС.
Для получения сопоставимых цифр при различных измерениях DD3, необходимо учитывать и полосу пропускания конкретного приемника. Иначе результаты измерений, например, при полосе 500 Гц и 2,5 кГц могут отличаться на 10-15 дБ. При сравнительном анализе результатов измерений DD3 необходимо предварительно их привести к одной полосе пропускания, что легко пересчитывается. Вот только в таком виде можно объективно сравнивать различные аппараты.
Специально для скептиков проделали такой эксперимент. К настроенной плате, что представлена на фото, были подключены: ГПД, динамик, конденсаторный микрофон от сотового телефона (что попалось под руку), естественно питание и антенна (40 м треугольник). На 20 м как раз работала наша коллективка RK4HWW. Мы связались. Валерий Баранов – наш бессменный оператор и признанный ас эфира, повернув в мою сторону антенну (шесть элементов) дал оценку 59+10 дБ и очень хорошо отозвался о качестве моего сигнала. Далее, я его попросил включить максимально возможную мощность, а это около 1 kW и плюс 10 дБ усиления по мощности антенны, направленной в мою сторону (расстояние между нами менее 1 км). Практически получился тот же тест, что уже делали при настройке. Те же 100 мВ на входе ДПФ и около 1 В (КТ2) на входе смесителя. Трудновато пришлось АРУ справляться с таким сигналом. Качество приема было приличным. Правда в момент включения RK4HWW (а это перепад сигналов в 120 дБ) проходил заметный щелчок в динамике. Потом я попросил Валерия поработать в эфире, а сам на отстройках 20-30 кГц пытался принимать слабые станции. И станции хорошо были слышны, совершенно не забивались RK4HWW. Но естественно были слышны сплэттеры, и отмечалось увеличение шума при включении коллективки. Увеличение шума могло означать - или это было обратное преобразование шумов ГПД, или это спектр шумов FT-990, что осталось невыясненным. Вот такое испытание прошел “MiniYES” в реальном эфире.
В заключении хочется выразить большую благодарность Марату Хасановичу RX9WD (ex RA9WOD) за прекрасно выполненные графические материалы.
Литература:
1. Радиолюбитель. КВ и УКВ. №10 – 2003 г., ст. 24-26.
2. В. А. Скрыпник. Приборы для контроля и налаживания радиолюбительской литературы. 1990 г.
Г. Брагин, RZ4HK
г. Чапаевск
10.11.2006 г.
Источник: cqham.ru
Как эти параметры получить? Если учесть все ранее перечисленные требования, естественно это можно достигнуть в настоящий момент только по схеме супергетеродина с кварцевым фильтром (КФ). Популярное сейчас прямое преобразование не обеспечивает главного требования простоты при высоких основных параметрах аппарата. Простота и доступность элементной базы приводит к мысли использования в фильтре основной селекции (ФОС) конечно же, PAL-овских кварцев, а в тракте УПЧ “старую” и “добрую” 174ХА2 (аналог ТСА440, А240). Что только на этой микросхеме не делали. Ну, на самом деле грех не использовать заложенные в ней функции: это и УПЧ с АРУ, опорный генератор, балансный детектор и балансный модулятор с возможностью регулировки уровня DSB. Усиления микросхемы на частоте 8,86 МГц достаточно для построения тракта УПЧ с хорошей чувствительностью. Регулировочная характеристика АРУ в УПЧ обеспечивает отслеживание входных сигналов с уровнем до 59+60. Балансный детектор позволяет получить на выходе НЧ сигнал с малыми нелинейными искажениями. В тоже время балансный модулятор на выходе имеет качественно сформированный сигнал DSB достаточной амплитуды с хорошо подавленной несущей. Кварцевый опорный генератор легко возбуждается и также легко устанавливается его частота на скат АЧХ кварцевого фильтра . В итоге все узлы 174ХА2 вполне отвечают всем требованиям построения хорошего и простого TRX-а. А о доступности 174ХА2 вообще нет смысла говорить.
И так тракт УПЧ вырисовывается, единственно, что ему в этом виде не достает так это узла качественной АРУ, что вполне реализуемо. Для этого можно взять популярную сейчас TDA 2822, содержащую в себе два канала УНЧ. Один канал, естественно используем по прямому назначению, а другой в усилителе АРУ. И все – тракт УПЧ – УНЧ полностью готов. Теперь, чтобы обеспечить предельно достижимые для данной конструкции основные параметры, а именно: чувствительность и динамический диапазон, т.е. реальную избирательность, необходима хорошая высокочастотная часть. Здесь выбор не велик. Исходя из того, что трансивер должен иметь чувствительность порядка 0,1 мкВ и DD3 не менее 100 дБ, выбираем за основу проверенный вариант – это ВЧ блок трансивера “YES-2002”.Это несколько усложняет конструкцию на первый взгляд. Но мы же делаем для себя и делаем хороший аппарат. Поэтому сознательно идем на относительное схемное усложнение, но зато в замен получаем легко повторяемый с превосходными параметрами ВЧ узел. Еще нам необходимо иметь без релейную коммутацию режимов RX и TX. Готовый проверенный электронный коммутатор берем из другой конструкции “YES – 98”.
Небольшое лирическое отступление. Иногда спрашивают почему “YES”, а не что-то другое. “YES” - это не аббревиатура – это название английской музыкальной группы. С их творчеством я познакомился в 70-х годах, учась в институте г. Ленинграда. О, это ни с чем не сравнимая оригинальная прогрессивная музыка высокого интеллекта. Она будит, завораживает, заставляет думать, она соединяет ваш мозг с высшим разумом. Так вот “YES” это всегда что-то новое, необычное и оригинальное. Как говорит знакомый радиолюбитель, в схеме должен быть «изюм», чему я старался, по мере своих сил, следовать и соответствовать.
Но теперь вернемся к нашим…., простите – к трансиверу, который получил соответственно название “MiniYES”. Принципиальная схема трансивера приведена на рис.1. Наибольший интерес, как обычно, вызывает приемная часть. С нее и начнем.
Базовый ток через цепочку VD2 и R4 открывает VT2 и на шине +RX появляется +14 вольт, благодаря чему включаются каскады работающие на прием. Сигнал из антенны проходит через трехконтурный полосовой диапазонный фильтр (ДПФ). За основу взята схема RA3AO, с той лишь разницей, что контур подключаемый к плате включен полностью. Для оптимального согласования следующий каскад должен иметь высокое входное сопротивление. Этим свойством обладает истоковый повторитель, имеющий, как известно, 100 процентную обратную связь, что гарантирует хорошую линейность. Так сделано в смесителе “YES – 2002”, который подробно описан в (1). Но из опыта использования этого узла выяснилось, истоковый повторитель (там используется КП 903) склонен к самовозбуждению. Контур в затворе, индуктивность в истоке и плюс входная емкость, а это уже похоже на трехточку со всеми вытекающими последствиями. Поэтому этот каскад был заменен усилителем с ООС Х-типа с коэффициентом усиления равным единице. По Э. Т. Реду при КУС около единицы, эти усилители имеют точку IPJ3 около +40дбм и более, но при достаточно большом токе потребления. От КП903 пришлось отказаться в виду его дефицитности и необходимости иметь отрицательное напряжение для его закрытия на передачу.
Был выбран дешевый КП327. А для обеспечения тока 40 мА включены два транзистора параллельно. Этот каскад обладает очень малыми шумами, отличной линейностью и хорошей стабильностью.
Выходное сопротивление у этого усилителя небольшое, что и нужно для хорошего согласования собственно со смесителем, который точно соответствует “YES – 2002”(1). Усиленный VT3 по мощности сигнал поступает на симметрирующий и согласующий трансформатор TR2, обеспечивающий на выходе два противофазных симметричных относительно земли сигнала с трансформацией сопротивлений 1:4. Это необходимо для хорошего согласования TR2 со смесителем, выполненным на двухдырочном ферритовом сердечнике TR3. На противоположных сторонах сердечника, составленного из двух колец, намотаны обмотки, коммутируемые ключами DD1. Преобразованный сигнал снимается с обмотки связи, расположенной на общей центральной части. Этот смеситель является модернизацией двухбалансного Н-смесителя и обладает на сегодняшний момент лучшими характеристиками. Коммутатор DD1 имеет внутреннее устройство для управления ключами, благодаря чему нет необходимости использовать отдельный формирователь противофазных сигналов ГПД. Для раскачки DD1 используется VT5 KT368, которому необходимо для нормальной работы входное ВЧ напряжение около 1 вольта.
Следует заметить, что за счет трансформации сопротивлений в ДПФ и обратной трансформации (усиление по мощности) в VT3, коэффициент усиления цепи ДПФ-VT3 составляет около 18 дБ. Коэффициент передачи собственно смесителя около – 6 дБ (практически одинаковый во всем радиолюбительском диапазоне). В итоге весь узел (от входа ДПФ до выхода смесителя) имеет коэффициент усиления около 12 дБ. Согласование выхода смесителя с кварцевым фильтром обеспечивается выходным П – контуром (С18, L1, C19, C20) подстройкой элементов которого добиваются минимального уровня продукта интермодуляции.
Для обеспечения надлежащей избирательности по соседнему каналу применен 8 – кристальный фильтр рассчитанный по стандартной методике. Чтобы звучание трансивера удовлетворяло слух взыскательного радиолюбителя, полоса пропускания выбрана около 3 кГц.
Выход КФ согласован с помощью емкостного делителя реверсивного контура С21, С22, С23, L2. В режиме приема точка кт7 заземлена диодом VD6. Сигнал ПЧ с частотой 8,86 МГц передается через С25 на затвор истокового повторителя VT6, с помощью которого мощность сигнала без потерь передается на вход усилителя ПЧ(12н.) микросхемы DA1 174XА2. Усиленный сигнал ПЧ выделяется на контуре С57, С64, L3.
Здесь следует обратить внимание на существенный минус одноплатных трактов: наличие опорного генератора (ОГ) с достаточно большим ВЧ напряжением рядом с высокочувствительным УПЧ. В нашем случае еще хуже: УПЧ и ОГ находятся на одном кристалле МС DA1. Естественно от ОГ наводится ВЧ напряжение и выделяется оно на контуре С57, С64, L3, в худшем случае до 500 мВ. А это ведет к нестабильной работе УПЧ, повышенному шуму и “забитию” тракта ПЧ, что также не способствует нормальной работе АРУ.
С введением в ООС УПЧ конденсатора С61 удалось снизить наводки от ОГ до величины 50-100 мВ, что позволило тракту ПЧ заработать в приемлемом режиме. Для снижения отрицательных последствий наводок ОГ и шумов второй боковой, применен 3-х кристальный подчисточный КФ, на входе согласованный с помощью С57, С64, а на выходе – R39. С точки зрения оптимальной работы АРУ количество кристаллов надо сократить до двух. Но выбран компромиссный вариант–3 шт.
Отфильтрованный сигнал ПЧ подается на один из входов (1н. DA1) регулируемого дифусилителя ПЧ балансного детектора. Необходимый для работы детектора ОГ возбуждается на частоте кварца Q1 и устанавливается на скат КФ с помощью L4.
Продетектированный SSB сигнал выделяется на одном из дифвыходов (15н. DA1) балансного детектора. Далее НЧ сигнал подается одновременно на вход (16н. DA2) усилителя АРУ и через регулятор громкости на вход (1н. DA2) УНЧ. К выходу УНЧ подключается громкоговоритель или наушники.
С выхода усилителя АРУ (КУС около 100) НЧ сигнал подается на двухполупериодный выпрямитель C48, VD12, VD11, напряжение которого пропорциональное силе входного сигнала заряжает интегратор VT11,VT10, R46, R50 и C49. Благодаря большому входному сопротивлению составного каскада VT11, VT10 и также большому коэффициенту усиления емкость интегратора выбрана небольшой (всего 10 нФ), что с одной стороны позволяет ее быстро заряжать за доли м/сек, а с другой – постоянная времени разряда составляет около 5-7 сек. Для быстрого восстановления АРУ (за доли сек.) после выключения сигнала служат R43, R44, VD8, и VT9, который подключает R45, уменьшающий постоянную времени интегратора. Следует заметить, что изменяя величину R50 можно значительно менять режим пропорционального интегрирования. А это напрямую связано с реакцией АРУ на импульсные помехи и режим апериодического установления.
С эмиттерной нагрузки VT10 (R42) сигнал АРУ подается через R25, C33 на S-метр и в тоже время для регулировки усиления основного УПЧ (9н. DA1) и дополнительного УПЧ (3н. DA1) через делитель R40, R37. Для улучшения скоростных характеристик АРУ выбрана дополнительная точка регулирования сигнала УПЧ – это реверсивный контур C21, C22, C23, L2. Смысл воздействия заключается в шунтировании этого контура открывающимся диодом VD5 синфазно с напряжением АРУ, подаваемое на него через VT13. Глубина АРУ регулируется R34, время задержки восстановления – R43, калибровка S-метра – R25.
Теперь посмотрим как работает “MiniYES” в режиме передачи. Замыкая контакт педали включаем VT1 коммутатора и на шине +ТХ появляется +14 В, а на шине +RX – 0 В. При этом закрывается VT6, отключая вход УПЧ и закрывается VT3. Но в тоже время включается VT7 микрофонного усилителя, НЧ сигнал с которого подается на другой дифвхот (2н. DA1), зашунтированный по ВЧ С38, регулируемого предварительного усилителя балансного модулятора (БМ). Балансировка БМ осуществляется R29.
Сформированный DSB сигнал с другого дифвыхода (16н. DA1) БМ выделяется на контуре C21, C22, C23, L2, согласованным с основным КФ.
С выхода КФ SSB сигнал через согласующий П – контур C19,C20, L1, C18 подается на обмотку связи смесителя.
С выхода смесителя (КТ2) преобразованный диапазонный сигнал подается на усилитель VT4, после чего выделяется на контуре ДПФ. На 50 Омной нагрузке ДПФ мы имеем хорошо сформированный диапазонный сигнал не менее 0,3 вольта, достаточный для раскачки любого драйвера.
Следует заметить, что при приеме VT4 надежно закрыт истоковым напряжением +5 В и практически не влияет на параметры приемника. И еще, что немало важно, при переходе TRX-а с RX на TX контур ДПФ не расстраивается, сохраняя оптимальную настройку ДПФ.
Так же следует отметить, что в режиме TX к контуру C21, C22, C23, L2 подключается дополнительный подстроечный конденсатор C69, благодаря которому АЧХ КФ в режиме ТХ подстраиватся до оптимальной.
В режиме ТХ включается VT8 и шунтирует вход УНЧ, но если в коллекторную цепь VT8 включить небольшое сопротивление, то получится режим самопрослушивания. Чтобы не было помех со стороны УПЧ на БМ, контур C57, C64, L3 в режиме ТХ шунтируется диодом VD9.
Есть еще одна интересная особенность тракта передачи “MiniYES”. Дело в том, что и в режиме ТХ система АРУ продолжает работать. С выхода балансного детектора (15н. DA1) НЧ сигнал поступает в усилитель АРУ и в такт с сигналом микрофона отклоняется стрелка S-метра и напряжение АРУ воздействует на основной УПЧ, выходной контур которого зашунтирован VD9, и так же на дополнительный усилитель БМ (3н. DA1). Благодаря действию этой АРУ выходной DSB сигнал не превышает определенный уровень, который выставляется R53, и ни когда не входит в ограничение при любом уровне сигнала микрофона. Происходит своеобразное компрессирование или “накачка” сигнала, без искажения огибающей DSB, чего собственно и желает любой радиолюбитель. Подавая постоянное напряжение от 0 до 0,7 В на 3н. DA1 через цепочку R54, VD14 можно изменять выходную мощность TRX в несколько раз. К такому же эффекту приведет подача в эту точку сигнала рассогласования с антенной с КСВ – метра, что защитит от критических перегрузок выходной каскад TRX-а.
Одноплатный тракт выполнен на двухстороннем стеклотекстолите размером 140х88 мм. Верхняя сторона фольги используется как сплошной экран. Отверстия для деталей зенкуются. На рис.2 приведено расположение деталей, на рис.3 тоже самое, плюс соединяющие проводники – что бывает очень полезно во время настройки платы. На рис.4 показано расположение печатных проводников при использовании “лазерно-утюжной” технологии. Все микросхемы устанавливаются в панельки, но это не обязательно. Чтобы получить представление как это все выглядит в натуре, приведено фото платы предыдущей версии, которая незначительно отличается от описываемой.
Все катушки выполнены на стандартных каркасах ØК = 6,5 мм с экранами. Катушки L1, L2, L3 – содержат по 30 витков ПЭЛ-0,27 и имеют индуктивность 3-4 мкГн. Катушка L4 – содержит 60 витков – ПЭЛ-0,13 и имеет 10-15 мкГн.
Все трансформаторы выполнены на ферритовых кольцах 1000НН типа К7х4х2, склеенных по 2 штуки. Трансформатор TR3 состоит из двух таких колец, предварительно боковая поверхность у каждого кольца немного спилена надфилем, и в этих местах кольца склеены. TR1 намотан тремя слабо скрученными проводами и имеет 3х9 витков ПЭЛ-0,27. TR2 – имеет две обмотки по 2х8 витков ПЭЛ-0,27. TR3 –имеет две обмотки по 2х9 витков ПЭЛ-0,27 и одну обмотку связи с двумя витками МГТФ. Расположение и способ намотки TR2 и TR3 приведено на рис.5. Все дроссели типа DM. 8-ми кристальный КФ с обеих сторон закрыт крышками, припаянными к плате. Транзистор VT3 состоит из двух КП327, припаянных с разных сторон платы. Конденсатор C61 припаян на выводы DA1 платы.
Рис.5
Настройку следует начинать с проверки режимов по постоянному току. При аккуратной сборке плата подает признаки жизни уже при первом включении питания. Особо нетерпеливые могут послушать эфир сразу же подключив антенну, ГПД и динамик и подкрутив на слух контура. Но лучше всего сначала с помощью частотомера настроить ОГ на частоту нижнего ската АЧХ КФ, а потом настроить все контуры на максимальную чувствительность приемника. Здесь потребуется ГСС, подавая сигнал которого на вход приемника настраивают L1, L2, L3 на минимальную неравномерность сквозной АЧХ. В авторском варианте неравномерность в полосе от 200 до 2500 Гц получилась менее 1 дБ. Чувствительность со входа П – контура C18, L1, C20, C19 (точка соединения С18-L1) на частоте ПЧ составила около 0,3 мкВ при с/ш = 10 дБ. Для того чтобы быть уверенным в правильности сборки и функционирования ВЧ – блока надо проделать такой тест.
С ГСС-а на антенный вход ДПФ-а подаем 100 мВ диапазонного сигнала. При этом в КТ1 ВЧ напряжение должно быть около 0,8В, в КТ2 – около 1 В и КТ3 – около 2 вольта. ВЧ – напряжения ОГ указаны на схеме. Не лишним будет в режиме передачи проверить сквозную АЧХ тракта. В авторской конструкции, подав сигнал со звукового генератора на 2н. DA1 и изменяя частоту от 200 до 2500 Гц выходное напряжение ДПФ-а на 50 Ом изменялось не более 1 дБ. Также в режиме передачи при громком “a” перед микрофоном и выключенной АРУ ВЧ – напряжение в КТ7 должно быть 2-3В, в КТ3 – около 1 В, в КТ1 – 2-3 В и на антенном входе ДПФ-а на 50 Ом – 0,3 вольта. Регулировкой R29 осуществляют подавление несущей до -60 дБ. При настройке АРУ следует обращать внимание на детали со звездочкой. Их в некоторых пределах можно изменять. Если импульсные помехи не велики, то R50 можно исключить из схемы. Очень важен номинал С48. Он определяет какая порция энергии сигнала будет заряжать интегратор. Слишком большая емкость ведет к “захлопыванию” АРУ при больших скачкообразных сигналах. Слишком маленькая к увеличению времени заряда за несколько периодов сигнала, что снижает быстродействие АРУ. Старая истина: настройка АРУ – это всегда компромисс. К сожалению при АРУ по НЧ, зарядке интегратора за несколько периодов сигнала и плюс задержке в подчисточном КФ “идеальная” АРУ не получится. Слушая реальный эфир, подстройкой R34, R43 и подбором С48 добиваются оптимальной работы АРУ.
Для того чтобы измерить основные параметры сделанного аппарата, необходимы хорошие приборы. Прежде всего необходим прибор В. А. Скрыпника “Динамика” (2) или что-то подобное. Измеренная этим прибором чувствительность составила 0,1 мкВ, при соответствии с/ш = 10 дБ. (3,16 раза), что соответствует коэффициенту шума при полосе около 3 кГц менее 3 дБ и мощности сигнала –127 дбм (PJ3 ). Уровень мощности собственных шумов приемника приведенных ко входу будет ниже на 10 дБ и составит –137 дбм (РШ). Для определения уровня блокирования (“забития”) с прибора “Динамика” подавался двухтоновый сигнал. С помощью C1-75 наблюдалась огибающая сигнала на выходном П – контуре смесителя. Входной двухтоновый сигнал фиксировался на уровне, когда выходной сигнал становился на 3 дБ меньше ожидаемого при линейной зависимости, что хорошо заметно по “уплощению” вершины огибающей. Уровень одного тона оказался равен 0,25 В. Ввиду того, что огибающая изменяется от 0 до удвоенной амплитуды одного тона, принимаем уровень блокирования равным 0,5 В, что соответствует мощности +7 дбм. Это так называемая точка компрессии – КР. Динамический диапазон по блокированию DD1 составит:
DD1 = KP-PШ = +7-(-137) = 144 дБ
При подаче двухтонового сигнала при измерении продукта интермодуляции на уровне чувствительности зафиксирован входной сигнал одного тона величиной 22,4 мВ, что соответствует входной мощности тестирующего сигнала РТЕСТ = -20 дбм. По аттенюатору прибора “Динамика” значение DD3 = 107 дБ.
Значение теоретической координаты точки пересечения определяется по формуле:
Следовательно, DD3 составит:
что соответствует продукту интермодуляции на уровне шумов, а прибором “Динамика” для удобства измерений продукт интермодуляции DD3 меряется на уровне чувствительности. Поэтому к величине DD3, измеряемой прибором, надо добавить 6,7 дБ: 107+6,7 = 113,7 дБ – что соответствует расчетному значению DD3.
Не редко можно услышать сетование по поводу множества методик измерения реальной избирательности приемника DD3. Хочется внести ясность в этот вопрос. Методика всегда была и есть всего одна. Это два одинаковых мощных спектрально чистых сигнала разнесенных по частоте двух хорошо развязанных генераторов установленных в стороне полосы пропускания приемника на величину разности частот этих генераторов. Увеличиваем силу сигналов генераторов до момента появления продукта интермодуляции на уровне шумов приемника. И вся методика, одинаковая для всех: и для Э. Рэда, В. В. Дроздова, В. А. Скрыпника и для ARRL. Но условия измерения у всех могут отличаться. У В. А. Скрыпника продукт третьего порядка фиксируется на уровне чувствительности, т. е. на 10 дБ выше уровня шумов, это обусловлено тем, что фиксировать продукт на уровне шумов проблематично. Поэтому к величине получаемой на приборе “Динамика” всегда надо прибавлять 6,7 дБ, чтобы получить составимые цифры DD3.
К разным условиям измерений относится и величина разноса по частоте измерительных генераторов. Если нужно объективно оценить динамику входной части приемника (первого смесителя), то разнос по частоте генераторов можно устанавливать любой, начиная с 10-15 кГц и до 50-100 кГц. Это зависит от коэффициента прямоугольности и величине затухания за полосой пропускания используемого ФОС. Если получили величину DD3 на уровне 100 дБ при разносе всего в 5 кГц, то можете быть уверены – Вы обладатель супер аппарата с отличным ФОС.
Для получения сопоставимых цифр при различных измерениях DD3, необходимо учитывать и полосу пропускания конкретного приемника. Иначе результаты измерений, например, при полосе 500 Гц и 2,5 кГц могут отличаться на 10-15 дБ. При сравнительном анализе результатов измерений DD3 необходимо предварительно их привести к одной полосе пропускания, что легко пересчитывается. Вот только в таком виде можно объективно сравнивать различные аппараты.
Специально для скептиков проделали такой эксперимент. К настроенной плате, что представлена на фото, были подключены: ГПД, динамик, конденсаторный микрофон от сотового телефона (что попалось под руку), естественно питание и антенна (40 м треугольник). На 20 м как раз работала наша коллективка RK4HWW. Мы связались. Валерий Баранов – наш бессменный оператор и признанный ас эфира, повернув в мою сторону антенну (шесть элементов) дал оценку 59+10 дБ и очень хорошо отозвался о качестве моего сигнала. Далее, я его попросил включить максимально возможную мощность, а это около 1 kW и плюс 10 дБ усиления по мощности антенны, направленной в мою сторону (расстояние между нами менее 1 км). Практически получился тот же тест, что уже делали при настройке. Те же 100 мВ на входе ДПФ и около 1 В (КТ2) на входе смесителя. Трудновато пришлось АРУ справляться с таким сигналом. Качество приема было приличным. Правда в момент включения RK4HWW (а это перепад сигналов в 120 дБ) проходил заметный щелчок в динамике. Потом я попросил Валерия поработать в эфире, а сам на отстройках 20-30 кГц пытался принимать слабые станции. И станции хорошо были слышны, совершенно не забивались RK4HWW. Но естественно были слышны сплэттеры, и отмечалось увеличение шума при включении коллективки. Увеличение шума могло означать - или это было обратное преобразование шумов ГПД, или это спектр шумов FT-990, что осталось невыясненным. Вот такое испытание прошел “MiniYES” в реальном эфире.
В заключении хочется выразить большую благодарность Марату Хасановичу RX9WD (ex RA9WOD) за прекрасно выполненные графические материалы.
Литература:
1. Радиолюбитель. КВ и УКВ. №10 – 2003 г., ст. 24-26.
2. В. А. Скрыпник. Приборы для контроля и налаживания радиолюбительской литературы. 1990 г.
Г. Брагин, RZ4HK
г. Чапаевск
10.11.2006 г.
Источник: cqham.ru