Портативная радиостанция "28-RX/TX-m"

(В отличие от предыдущей схемы, эта выполнена с использованием микросхем, ну и схемные решения тоже другие - УПЧ используется и как микрофонный усилитель, и как тональный генератор).
Портативная радиостанция «28-RX/TX-m» предназначена для работы на диапазоне 28МГц, а также в СВ-диапазоне (27МГц) с ЧМ модуляцией.
Радиостанция представляет из себя полноценный приёмник с добавлением ВЧ каскада – усилителя мощности передатчика. Основная часть каскадов как для передатчика, так и для приёмника являются общими. Стабилизация частоты кварцевая. Радиостанция обеспечивает голосовую связь на удалении 3…5 км (в зависимости от местности и наличии строений на ней), а при применении стационарной антенны более 10 км. Ток потребления в режиме молчания около 100мА, в режиме приёма максимальной громкости 120мА, в режиме передачи 150мА. Применённый ЧМ-детектор способен принимать также АМ-модуляцию, а при подаче в затвор транзистора напряжения опорного генератора с частотой ПЧ 5МГц ещё и сигналы с SSB, CW - модуляциями. Питается радиостанция от батареи, состоящей из восьми пальчиковых элементов (1,5В), включенных последовательно, или от стационарного блока питания с выходным напряжением 12 вольт (разъём XS1).
Принципиальная электрическая схема радиостанции показана на рисунке №1. В качестве портативной антенны использована телескопическая антенна от карманного КВ-радиоприёмника с удлиняющей катушкой L1. Для подключения стационарной антенны радиостанция оснащена дополнительным ВЧ-разъёмом (XW1/1). В режиме приёма сигнал из антенного гнезда «XW1» через С1 и катушку связи L2 поступает на входной контур L3, C2, к которому подключен первый затвор полевого транзистора VT1. Высокое входное сопротивление МДП транзистора мало шунтирует входной контур, обеспечивая хорошую избирательность по соседнему каналу. На второй затвор этого транзистора подаётся напряжение с кварцевого гетеродина, выполненного на транзисторе VT8 по схеме, аналогичной ёмкостной трёхточке. В коллекторную цепь этого транзистора включен контур, настроенный на частоту 24,5091МГц. Используется третья гармоника кварца 8,1697МГц. Можно применить кварц (в режиме приёма) и на первую гармонику – 24,5091 (в режиме передачи при этом используется кварц частотой 9,836МГц – третья гармоника, либо основная – 29,508МГц). Наличие контура в коллекторной цепи транзистора способствует меньшему количеству гармоник в выходном сигнале даже при использовании кварца на основной частое, что даже на слух заметно как уменьшение шума на выходе приёмника. Для диапазона 28МГц в режиме передачи можно также использовать кварцы частотой 9,6…9,9МГц (для СВ-диапазона 8,983…9,285МГц) работающие на третьей гармонике или на основной 28,8…29,7МГц (для СВ – 26,975…27,855МГц), а в режиме приёма применимы кварцы на частоты меньшие на значение ПЧ-5МГц (а также кварцы, работающие на третьих механических гармониках). При отсутствии парных (с одинаковыми частотами) кварцев, радиостанции (пара) могут работать и с кварцами, обеспечивающими работу на разнесённых частотах. Кроме того, на приём необязательно применять кварцы на строго точные (определённые) частоты – в этом случае можно «сыграть» небольшой перестройкой частоты ПЧ.
В стоковую цепь транзистора смесителя (VT1) включен двухзвённый полосовой фильтр L5, C7; L6, С8, , посредством катушки связи L4, с целью согласовки сопротивлений и настроенный на частоту ПЧ 5МГц. Коэффициент преобразования смесителя около восьми.
С ФСС сигнал ПЧ поступает на вход 3 микросхемы DA1, на которой выполнен усилитель промежуточной частоты. Высокое входное сопротивление микросхемы (полевой транзистор на входе) мало шунтирует выход ФСС. По второму входу (вывод 2) микросхема охвачена частотно зависимыми отрицательными обратными связями – ВЧ - С13, R12, R11 и НЧ – С5, R10, R11. В режиме приёма микросхема работает в качестве УПЧ. Транзистор VT2 при этом отключает (подача положительного напряжения в цепь затвора через R7) С5, блокируя отрицательную обратную связь по низким частотам. Максимум усиления при этом приходится на высокие частоты (5МГц). Конденсатор С14 служит для частотной коррекции АЧХ усилителя по ВЧ.
В режиме передачи транзистор VT2 открывается (из-за снятия положительного напряжения с резистора R7 и подключения его к корпусу через отключенные от питания радиоэлементы приёмной части радиостанции). Регулировка глубины обратной отрицательной связи по НЧ при этом осуществляется подстроечным резистором R10. Одновременно с VT2 открывается и транзистор VT3 путём снятия положительного напряжения с его затвора (через R15), блокировавший в режиме приёма микрофонную цепь. В результате микрофон ВМ1 подключается к входу (3) микросхемы (катушка L6 для ЗЧ сигнала в этом случае не представляет существенного сопротивления). DA1 в этом случае работает в качестве микрофонного услителя низкой частоты. Каскад на микросхеме имеет и ещё одну частотно зависимую связь – положительную (цепочка C15, R14). При замыкании контактов SA2 усилитель начинает генерировать на частоте 1кГц, превращаясь в тональный генератор вызова.
В режиме приёма УПЧ охвачен системой АРУ, которая не работает в режиме передачи (из-за малой ёмкости конденсатора С20). Она состоит из выпрямителя сигнала ПЧ - VD3, VD4, выполненного по схеме удвоения напряжения и УПТ – усилителя постоянного тока (VT4). При увеличении входного сигнала он (усиленный) с выхода 6 микросхемы выпрямляется диодами VD3, VD4 и попадает на базу VT4, открывая транзистор. Транзистор открываясь, равномерно уменьшает постоянное напряжение сразу на обоих входах микросхемы (диоды VD1, VD2 служат для развязки входов), уменьшая, тем самым, коэффициент усиления микросхемы. В результате регулировка усиления происходит плавно и без искажений сигнала (симметрия входов не нарушается).
С выхода 6 микросхемы НЧ сигнал в режиме передачи через цепочку R16, C39, R43, отсекающую ВЧ сигнал, поступает на ЧМ-модулятор - варикап VD9. В режиме же приёма, сигнал ПЧ с выхода микросхемы поступает на ЧМ-детектор, выполненный на полевом транзисторе VT5. Сигнал ПЧ частотой 5 МГц подается одновременно на исток и затвор (через С22) транзистора, но на затворе он будет сдвинут по фазе от входного сигнала на 90 градусов из-за прохода через С22. Напряжение на контуре L7, C23 будет управлять проводимостью транзистора. Когда входной сигнал не модулирован по частоте, транзистор закрыт, и напряжение на выходе отсутствует. С изменением частоты входного сигнала в ту или другую сторону фазовый сдвиг между сигналами не будет равен 90 градусов и на выходе возникнет напряжение – будет выделяться модулирующий сигнал. Крутизна амплитудно-частотной характеристики ЧМ детектора зависит от добротности контура L7, C23. При шунтировании контура резистором она уменьшится. На стоке VT5 выделяется сигнал звуковой частоты, ВЧ составляющая при этом отсеивается фильтром L8, C24.
Транзистор VT5 входит как составная часть в каскад вместе транзистором VT5, выполненный по каскодной схеме, в которой оба транзистора включены с общим затвором. Собственно, этот каскад не только является детектором ЧМ сигнала, но ещё и предварительным усилителем низкой частоты. Коэффициент усиления этого каскада по напряжению не менее пятидесяти. Высокое выходное сопротивление этого каскада хорошо согласовывается с высоким входным усилением микросхемы DA2.
С предварительного УНЧ сигнал ЗЧ через резистор регулировки громкости R23 подаётся на основной УНЧ, выполненный на микросхеме DA2, а с её выхода на динамическую головку ВА1.
Кварцевый генератор, выполненный на транзисторе VT8 является общим как в режиме приёма, так и в режиме передачи. Переключаются только кварцы и нагрузочные контуры. Могут использоваться кварцы, как на основные частоты, так и на их третьи механические гармоники. Такое схемное решение генератора приводит к тому, что в процессе работы радиостанции радиоэлементы всё время находятся под напряжением, а, значит, разогреты. Это повышает стабильность частоты в обоих режимах (приём и передача), что немаловажно для портативной РСТ, эксплуатация которой производится в средах с различным температурным фоном и частой его сменой.
В режиме передачи с каскадов VT1, VT5, VT6, DA2 снимается питающее напряжение, а на каскад VT7 – подаётся. На этом каскаде реализован усилитель мощности передатчика. С коллектора этого транзистора усиленный ВЧ сигнал, промодулированный по частоте, через П-контур C35, L9, C34 подаётся в антенну. ЧМ модуляция осуществляется путём изменения ёмкости варикапа VD9 из-за воздействия на него напряжения звуковой частоты, поступающей с DA1. Диоды VD5…VD8, служат для коммутации контуров L11, C37; L13, C40 и кварцев ZQ1, ZQ2 в режимах приёма и передачи. Резистор R35 служит для разрядки конденсатора С16 при включении/выключении питания радиостанции (с целью обеспечения нормальной работы ЧМ-модулятора).
В радиостанции использованы широко распространённые радиодетали – резисторы МЛТ-0,25, МЛТ-0,125, СП4-1, конденсаторы КМ, КТ, К-50-6, К-50-35, СЕ-SE, КЕА-11, подстроечный КТ4-23, транзистор КП350Б заменим на КП306; КТ315 заменим на КТ316, КТ306, микросхема К174УН14 на TDA2003, динамик ВА1 мощностью 0,5W и сопротивлением катушки 4 Ом, микрофон ВМ1 – капсюль ДЕМШ-1А, выключатель SA3 типа МТ-1, кнопки КМ1-1 (SA2) и КМ1-2 (SA1). Телескопическая антенна взята от малогабаритного бытового радиоприёмника. Её толщина 10мм, длина в развёрнутом виде равна 90см. Она вставлена в основание, в качестве которого использована ручка от паяльника (неисправного!) ЭПСН ГОСТ 7219-84 40Вт 220В. Из антенны удаляют (с помощью разогретого паяльника – другого, исправного!) ограничительный штифт, затем вставляют её в ручку от паяльника (со стороны ввода провода 220В) и фиксируют самодельным штифтом (посеребренная проволока диаметром 2мм), пропустив его через отверстие, просверленное в ручке паяльника. Штифт в антенне фиксируют припоем, используя разогретый паяльник. Один конец удлиняющей катушки L1 припаивают к штифту, другой к контакту, имеющему гальваническое соединение с латунной втулкой (через болт), вставленной внутрь ручки паяльника (смотрите рис. №2). Эта втулка закреплена в ручке тремя болтами М-3. В ней проделано осевое резьбовое отверстие, в котором закреплён латунный болт с резьбой М-4. С помощью этого болта антенна крепится к разъёму XW1 (взят от старой портативной УКВ радиостанции). РСТ имеет дополнительный ВЧ разъём XW1/1 для подключения внешней стационарной антенны (применение такой антенны повышает дальность связи). Разъёмы XW1 и XW1/1 запараллелены (на схеме не показано). Дроссели L8, L10 можно изготовить самостоятельно, намотав на резисторе МЛТ-0,5 сопротивлением 1мОм 130 витков провода ПЭЛ-0,1 внавал. Намоточные данные катушек даны в таблице №1.
Таблица №1.
Намоточные данные катушек и дросселей портативной радиостанции "28-Rx/Tx-m".
Обозначение по схеме Число витков Марка и диаметр провода Каркас
(диаметр, длина) сердечник примечание
L1 9 ПЭЛ-0,65 22мм (ручка от паяльника) Виток к витку
L2 3 ПЭЛ-0,31 D-5мм, L-14мм Поверх L3
L3 9 ПЭЛ-0,31 D-5мм, L-14мм Резьбовой феррит 4х8мм Виток к витку
L4 10 ПЭЛ-0,24 D-5мм, L-14мм Поверх L5
L5 31 ПЭЛ-0,24 D-5мм, L-14мм Резьбовой феррит 4х8мм внавал
L6 31 ПЭЛ-0,24 D-5мм, L-14мм Резьбовой феррит 4х8мм внавал
L7 31 ПЭЛ-0,24 D-5мм, L-14мм Резьбовой феррит 4х8мм внавал
L8 дроссель ДМ-04 20мкГн
L9 9 ПЭВ-0,35 D-5мм, L-17мм Резьбовой феррит 4х8мм Виток к витку в алюминиевом экране
L10 дроссель ДМ-04 20мкГн
L11 10 ПЭЛ-0,31 D-5мм, L-14мм Бронза 4х8мм Виток к витку
L12 5 ПЭЛ-0,31 D-5мм, L-14мм Поверх L13
L13 7 ПЭЛ-0,31 D-5мм, L-14мм Бронза 4х8мм Виток к витку
Основная часть радиодеталей установлена на печатной плате (смотри рис. №3, №4), выполненной из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5мм. Печатная плата крепится при помощи пяти дюралюминиевых сухариков, в которых с этой целью нарезаны резьбовые отверстия М3. Корпус радиостанции изготовлен из двух боковых дюралюминиевых пластин (смотри рис. №5…7), толщиной 4мм, являющихся силовыми элементами каркаса, скрепленными между собой такой же толщины перегородкой, разделяющей его на основной отсек и отсек питания. В этих пластинах нарезаны резьбовые отверстия М-2,5. Боковые, верхняя и нижняя крышки, изготовленные тоже из дюралюминиевых пластин, толщиной 2мм (верхняя – 3мм), крепятся болтами М-2,5 к силовому каркасу. Такое техническое решение обеспечивает не только большую прочность корпуса, но и его малые габариты, он также не очень сложен при изготовлении (меньше трудозатраты, содержит меньше мелких, трудноизготавливаемых деталей). В передней крышке просверлены круглые отверстия диаметром 3мм, обеспечивающие нормальное прохождение звуковой волны от динамика и к микрофону, прикрытые сверху декоративной пластмассовой решеткой. Нижняя крышка (съёмная стенка отсека питания) вставляется в треугольные пазы, пропиленные в боковых силовых стенках каркаса. В отсеке питания установлен и разъём подвода стационарного питания XS1. На верхней стенке установлены разъёмы антенн, резистор регулировки громкости и тумблер включения питания. На правой боковой стенке каркаса установлены кнопки «Приём-передача» и «Тональный вызов». Микрофонный капсюль установлен на проволочных стойках (1,5мм), согнутых в виде буквы «Г» - при снятии верхней крышки микрофон остаётся на плате. Динамическая головка крепится непосредственно к верхней крышке посредством трёх скобок.
Настройка радиостанции начинается с проверки отсутствия короткого замыкания по цепям питания. При отсутствии такового, а при наличии – после устранения, на схему подают питание. Настройку начинают в режиме приёма с усилителя низкой частоты. На вход микросхемы подают сигнал звуковой частоты с генератора ЗЧ и прослушивают его качество в динамик. Подбором номинала резистора R27 добиваются достаточного коэффициента усиления. При обнаружении наличия признаков возбуждения на высокой частоте (наличие повышенного шума, наличие искажений, наличие побочных сигналов – свистов, завязок и прочее) подбирают величину ёмкости конденсатора С29 до устранения последних.
Далее приступают к настройке УПЧ. Движок подстроечного резистора R10 уводят влево по схеме. Конденсатор C14 устанавливают на середину величины перекрываемой ёмкости. На сток транзистора VT1 подают с ГСС сигнал частотой 5МГц модулированный по частоте (так как применённый детектор демоделирует и АМ сигналы, то на этом этапе настройки можно подавать и АМ модулированный сигнал. Путём подстройки сердечников катушек L5 и L6 добиваются максимума сигнала на выходе приёмника. Контроль можно вести и авометром в режиме измерения напряжения, установив щупы между корпусом и коллектором транзистора VT4 (по минимуму), либо между корпусом и базой этого транзистора (по максимуму). Включив в цепь эмиттера транзистора микроамперметр на 100мкА (естественно, последовательно), можно использовать данный каскад и как S-метр. При затруднении с настройкой L5, L6, следует настроить их по отдельности, отсоединив C6 – сначала L6 (подать сигнал частотой 5МГц непосредственно на эту катушку через конденсатор ёмкостью 5…10пф), и при необходимости, подобрать величину ёмкости С8, а затем установив на место С6, подстроить и L5 (подобрать С7). В заключение настройки УПЧ подстраивают конденсатор С14 по максимуму сигнала на выходе.
Далее настраивают сердечник катушки L11 по максимуму сигнала частотой 24,5091МГц (частота на выходе КГ в каждом конкретном случае зависит от частоты применённого кварца – в авторском варианте указаны частоты кварцев, взятых из промышленных портативных радиостанций). Контроль ведут осциллографом на втором затворе VT1 по максимуму сигнала (амплитуда около одного вольта). Частоту контролируют частотомером.
Затем на антенный вход радиостанции подают с ГСС ЧМ-модулированный сигнал частотой 29,508МГц и амплитудой сначала до одного вольта, а по мере настройки амплитуду постепенно уменьшают до 1мкВ и, подстраивая сердечник катушки L3, добиваются максимума сигнала либо на выходе УНЧ на слух, либо визуально по стрелке авометра, установленного на выводы VT4 как описано выше (не возбраняется вместо авометра использовать осциллограф).
Далее подстраивают сердечник катушки L7 по наилучшему качеству приёма на слух (при максимуме сигнала). Эту операцию более эффективно можно произвести при прослушивании сигнала с другой однотипной радиостанции, работающей в режиме передачи голосового сообщения.
В режим передачи радиостанцию переводят нажатием кнопки SA1. Подстраивая сначала сердечник катушки L13, а затем L9 добиваются максимума сигнала в антенне. Контроль удобно вести приёмником второй радиостанции (при свёрнутой антенне, удалив на метр-полтора от передатчика), авометром, установленным на выводы VT4 как описано выше. При необходимости можно подобрать величины ёмкостей конденсаторов С40 и С35, временно (на время настройки) заменив их конденсаторами переменной ёмкости (после настройки измерить полученные величины ёмкостей и заменить их постоянными конденсаторами такой же ёмкости). Подбором величины С33 можно максимально согласовать выходной П-контур с антенной по сопротивлению (этому же способствует и подбор ёмкости С34). Путём произношения слов перед микрофоном ВМ1 проверяют качество передачи речи на слух (прослушивая на другой радиостанции). Подстройкой движка резистора R10 добиваются достаточного уровня усиления микрофонного усиления по НЧ (при наличии искажений усиление можно уменьшить). Нажав кнопку SA2, проверяют работу генератора тонального вызова. Если генератор не возбуждается, то подстройкой R10 (в сторону увеличения коэффициента усиления – за счет ослабления ООС) добиваются его работы. Его частоту можно изменить подбором номиналов C15 и R14. В авторском варианте частота равнялась 1кГц. На этом настройку радиостанции можно считать законченной.
31.08.2011г. Рубцов В.П. UN7BV. Астана. Казахстан.