Малогабаритная радиостанция с CLC модуляцией

«РВП-95»
Портативная радиостанция, представленная в этой статье, предназначена для проведения радиосвязей на диапазоне 28 МГц с амплитудной модуляцией.
Технические данные:
- выходная мощность на передачу около 400мВт,
- вид модуляции – амплитудная CLC,
- частота тонального вызова – 400 Гц,
- чувствительность приёмника – 1 мкВ,
- полоса пропускания – 16 кГц на уровне 0,7,
- избирательность – ослабление при расстройке +/- 40 кГц – около 40 дб,
- выходная мощность УНЧ – 70 мВт,
- напряжение питания радиостанции – 12 вольт.
Принципиальная электрическая схема радиостанции показана на рисунке 1. С целью получения экономии энергии источника питания при работе на передачу применена амплитудная модуляция CLC. При этой модуляции в эфир в режиме молчания (тангента S1 нажата) излучается 30 процентов от полной мощности, а при наличии сигнала модуляции мощность возрастает по огибающей этого сигнала до 100 процентов. В результате происходит экономия электроэнергии, а также увеличивается глубина модуляции, повышается разборчивость сигнала. По энергетическим показателям CLC модуляция приближается к однополосной с не полностью подавленной несущей.
С целью уменьшения габаритов радиостанции часть её каскадов работает как на приём, так и на передачу. К ним относятся: задающий кварцевый генератор (VT3), двунаправленный низкочастотный усилительно-ганераторный каскад (VT9, VT10), амплитудный детектор, выполненный по схеме с удвоением напряжения (VD7, VD8, VD9), входной двойной П-контур L1, L2, C2, C3, C4.
Приёмная часть радиостанции выполнена по супергетеродинной схеме с одним преобразованием частоты. Частота ПЧ равна 5,0 МГц.
В режиме приёма радиостанция работает следующим образом: сигнал с частотой 29,5 МГц с телескопической антенны «А» через удлиняющую катушку L14 поступает на входной двойной П-контур L1, L2, C2, C3, C4, выполняющий функцию согласователя сопротивлений. С П-контура через открытый диод VD6, из-за подачи положительного напряжения через дроссель L9 (VD1 в этом случае заперт), сигнал радиочастоты поступает на параллельный контур L8, C17 и далее на затвор полевого транзистора VT4, на котором собран усилитель радиочастоты. За счет высокого входного сопротивления и небольшой входной ёмкости транзистора VT4, контур L8, C17 обладает высокой добротностью (контур почти не шунтируется смежными цепями), поэтому его амплитудно-частотная характеристика весьма узкополосна, что положительно сказывается на селекции входного сигнала (улучшается избирательность по соседнему и зеркальному каналам). В качестве нагрузки этого каскада включена катушка L10, индуктивно связанная с контуром L11, C22. С этого контура сигнал радиочастоты через С23 поступает на первый затвор транзистора VT5 (КП350Б), на котором собран смеситель приёмника. На второй затвор транзистора VT5 подаётся сигнал гетеродина, реализованного на транзисторе VT3. Этот генератор является общим и для приёмника и для передатчика. Частота генератора стабилизирована кварцем ZQ2 (8,166 МГц), работающем на третьей механической гармонике 24,5 МГц. В режиме приёма напряжение питания подаётся на анод диода VD4, он открывается, подключая катушку L7 к коллектору транзистора VT3. Настройка контура L7, C12 обеспечивает благоприятные условия для возбуждения только одного кварца ZQ2. Диод VD3 в этом случае заперт, в результате катушка L6 отключена и поэтому условия для возбуждения кварца ZQ1 отсутствуют. Делитель напряжения R10, R11 является общим для каскадов, выполненных на транзисторах VT2 и VT5. При работе радиостанции на приём, к нему подключается резистор R35 для перевода смесителя приёмника (VT5) в наивыгоднейший режим смешивания. Частота ПЧ 5 МГц выделяется на контуре L12, C24, включенном в стоковую цепь транзистора VT5, дополнительно отфильтровывается контуром L13, C28 и с части витков катушки L13 через С29 подаётся на трёхкаскадный усилитель ПЧ VT6, VT7, VT8, обладающий хорошей устойчивостью, высокой динамикой и большим коэффициентом усиления (6000). Это так называемая схема ПБС – последовательно-балансная транзисторная структура, особенностью которой является наличие гальванической связи между собой всех входящих в усилитель транзисторов, что обеспечивает автоматический возврат режимов всех транзисторов к первоначальной установке при случайном изменении параметра каждого (любого) отдельного транзистора, например, изменение тока покоя при прогреве деталей (прототип - разработка Геннадия Фёдоровича Прищепова). Режимы этого усилителя при изменении амплитуды входного сигнала так же автоматически подстраиваются до исходных установочных параметров, что позволило отказаться от системы АРУ. С выхода усилителя (коллектор VT7) сигнал ПЧ (5 МГц) через С30 подаётся на амплитудный детектор VD7, VD8, выполненный по схеме удвоения напряжения. Диод VD9 при этом заперт положительным напряжением, снятым с делителя R10, R11, R35 и поданным через резистор R9 на катод этого диода. Подключение дополнительного резистора R35 к делителю R10, R11 в режиме приёма приводит к повышению положительного напряжения на катоде диода VD9 по сравнению с режимом передачи, что способствует его более полному запиранию. Выделенный амплитудным детектором сигнал звуковой частоты подаётся на нагрузку R27, определяющую выходное сопротивление детектора и затем отфильтровывается фильтром низкой частоты C32, R34, C33 (диоды VD12, VD13 в режиме приёма заперты положительным напряжением, поданным с переключателя S1.1 через диод VD11 и обмотку I Тр1, диод VD12 тоже заперт через R34 и сопротивление утечки германиевого диода VD14). С фильтра НЧ сигнал звуковой частоты поступает на переменный резистор R29, с помощью которого регулируется громкость, и далее через С35 на базу составного транзистора VT9, VT10 усилителя низкой частоты. Транзисторы включены по схеме с общим эмиттером. Нагрузкой УНЧ является выходной согласующий трансформатор, к выходной обмотке III которого подключена динамическая головка Гр1. Применение в УНЧ всего двух транзисторов, при большом коэффициенте усиления по ПЧ (примерно 6000) и наличии выходного согласующего трансформатора Т1, позволяет получить выходную мощность на громкоговорителе около 70 мВт, что вполне достаточно для работы портативной радиостанции.
Передающая часть радиостанции представлена микрофоном, в качестве которого используется громкоговоритель Гр1, модулятором, в качестве которого используется УНЧ приёмной части, но при этом составной транзистор VT9, VT10 включается посредством соответствующей коммутации диодами по схеме с общей базой, кварцевым генератором VT3, усилителем-модулятором VT2 и усилителем мощности VT1. Включение транзисторов VT9, VT10 по схеме с общей базой хорошо согласуется с низким сопротивлением динамической головки и высоким входным сопротивлением затворных цепей модуляционного полевого транзистора VT2. С помощью переключателя S3 в положении «тон» модулятор начинает генерировать тональный сигнал частотой 400 герц.
Передатчик представлен также детектором CLC – VD7, VD8, VD9, и как сказано выше - задающим кварцевым генератором VT3, предварительным усилителем-модулятором VT2, усилителем мощности радиочастоты VT1, выходным двойным П-контуром L1, L2, C2, C3, C4.
Работа передатчика заключается в следующем: при включении передатчика тумблером S1 в положение Тх, открываются диоды VD10, VD12, VD14 и запираются диоды VD15, VD13, VD11. Усилитель НЧ начинает работать в обратном направлении. Транзисторы VT9, VT10 в этом случае оказываются включенными по схеме с общей базой. Сигнал низкой частоты, снятый с динамической головки Гр1 подаётся в эмиттерную цепь транзистора VT10 через обмотки III и II согласующего трансформатора Тр1. Резистор R34, включенный в коллекторные цепи транзисторов VT9, VT10, является нагрузкой модуляционного усилителя. С коллектора этих транзисторов сигнал поступает одновременно на второй затвор усилителя-модулятора VT2 (с С38) и через детектор CLC – сигнала (с С37) на первый затвор VT2. Детектор CLC сигнала выполнен по схеме удвоения. В качестве одного диода работают VD7, VD8 (германиевые) вместе, и в качестве второго диода работает один VD9 (кремниевый). Детектор CLC вырабатывает управляющее напряжение, с помощью которого регулируется коэффициент усиления каскада VT2 в зависимости от уровня НЧ сигнала. Одновременно с управляющим сигналом CLC на первый затвор транзистора VT2 подаётся сигнал радиочастоты, вырабатываемый кварцевым генератором VT3. В режиме Тх диод VD4 закрыт, диод VD3 открыт, в результате катушка L6 подключена к коллектору транзистора VT3. Настройка контура L6, C12 создаёт благоприятные условия для возбуждения только кварца передатчика ZQ1 (f = 9,83 МГц), который работает на третьей механической гармонике 29,5 МГЦ (в данном случае при такой схеме построения гетеродина возбуждение этого кварца на основной частоте невозможно).. Сигнал радиочастоты усиливается каскадом на транзисторе VT2 до уровня определяемого мгновенной составляющей величины управляющего CLC напряжения и модулируется по амплитуде НЧ сигналом.
Усиленный сигнал выделяется на контуре L5, C6 включенном в стоковую цепь транзистора VT2. С этого контура через катушку связи L4 сигнал радиочастоты поступает на базу транзистора VT1 усилителя мощности. С коллектора VT1 сигнал РЧ через открытый в режиме Тх диод VD1, (VD6 в этом случае заперт) и двойной П-контур L1, L2, Cпадает в антенну «А». При переключении тумблера S3 в положение «Тон» (в режиме передачи) обмотки I и II трансформатора оказываются включенными так, что в УНЧ образуется критическая положительная обратная связь, в результате чего усилитель начинает генерировать тональный сигнал частотой 400 герц.
Основная часть радиодеталей радиостанции установлена на печатной плате. Печатная плата и вид на монтаж деталей на ней показаны на рисунках 2 и 3. Она выполнена из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Печатная плата односторонняя, однако, фольга с обратной стороны не снята, а вокруг отверстий выбрана в виде окружностей диаметром 3 мм. Медные токовые дорожки и экранные поверхности на противоположной стороне печатной платы сразу же после травления покрыты легкоплавким припоем.
Корпус радиостанции выполнен из листового дюралюминия толщиной 1,5 мм и имеет размеры 115х77 мм, не считая аккумуляторного отсека (аккумулятор вставляется в специальную нишу в нижней части корпуса радиостанции, часть его выступает наружу – см. рис. 4 и 5). Каскады радиостанции экранированы латунными перегородками толщиной 1 мм и высотой 24 мм, которые припаяны торцами к экранным медным поверхностям (к фольге) верхней (со стороны установки радиодеталей) стороны печатной платы (смотрите фотографии). В качестве источника питания применена аккумуляторная батарея от радиостанции «Транспорт» 10КВМ-0,5-12 или 10Д-0,55С. Внутренне устройство радиостанции и её внешний вид показаны на рисунках 4 и 5. Эскиз антенны показан на рисунке 6.
В радиостанции использована телескопическая антенна длиной 900 мм в развёрнутом положении и 153 мм в свёрнутом (длина самого толстого колена – 140 мм), толщина (диаметр) 10 мм. В качестве основания антенны использована ручка от 45-ваттного паяльника, на которой намотана удлиняющая катушка. Диаметр этой катушки 22 мм, количество витков 9, провод ПЭЛ-0,65, намотка выполнена виток к витку.
Телескопическая антенна взята от малогабаритного бытового радиоприёмника. Она вставлена в основание, в качестве которого использована ручка (выполнена из термостойкой пластмассы – типа эбонит) от паяльника ЭПСН ГОСТ 7219-83 40 Вт 220В. При установке телескопической антенны в ручку паяльника, из антенны удаляют (с помощью разогретого паяльника) ограничительный штифт. Затем вставляют её в ручку от паяльника (со стороны ввода провода 220 вольт), и фиксируют самодельным штифтом (посеребренная медная проволока диаметром 2 мм), пропустив его через отверстия, предварительно просверленные в ручке паяльника, концы штифта при этом должны выступать наружу на 2…3 мм. Если телескопическая антенна не проходит в отверстие ручки паяльника (такое наблюдается на некоторых экземплярах – диаметр телескопических антенн иногда колеблется в пределах 9…10 мм), то его следует слегка расшарить со стороны, где был ввод силового провода паяльника (там, обычно, имеется небольшое сужение отверстия – наплыв, толщиной 0,5…1 мм. Вот его то и надо сточить – он небольшой по длине – 1..2 см). Штифт в антенне фиксируют припоем, используя разогретый паяльник (место паяния хоть и находится внутри ручки паяльника, но очень близко к его выходу, поэтому пайка штифта не представляет особой трудности). Один конец удлиняющей катушки L14 припаиваю к одному из концов штифта, другой – к контакту (пластинчатый вывод под болтик М3), имеющему гальваническое соединение с латунной втулкой (своеобразный болт, крепления антенны к антенному ВЧ разъёму радиостанции), вставленной внутрь втулки паяльника (после установки телескопической антенны в ручку и пайки штифта). Эта втулка закреплена в ручке паяльника тремя болтами М3. В ней проделано осевое отверстие в котором закреплён латунный болт с резьбой М4. С помощью этого болта антенна крепится к разъёму XS1.1.
Втулка может быть выполнена и суцельной в виде цилиндра, высотой 1 см, и диаметром, равным диаметру внутреннего отверстия ручки паяльника, по центру она должна иметь осевой отросток-поводок под болт с резьбой М4. В качестве такой втулки (ещё один вариант!) я использовал корпус мощного диода иностранного производства. Для этого пришлось слегка подпилить грани его корпуса для придания цилиндрической поверхности, ибо он слегка не входил в ручку паяльника, и нарезать в его цилиндрической поверхности 3 резьбовых отверстия М3 – через каждые 120 градусов.
На верхнем торце радиостанции установлен дополнительный разъём XS1.2 для подключения внешней стационарной антенны. Здесь же установлен и разъём XS2 – для подключения дополнительного внешнего источника питания.
В радиостанции РВП-95 применены малогабаритные радиодетали. Конденсаторы КМ, резисторы МЛТ-0,125. Транзисторы КТ315Г можно заменить на КТ342В, КТ606Б на КТ904Б. В качестве S2 применён микротумблер МТ-1, S1 – КМ1-1, в качестве R29 – СП-0,4, громкоговоритель 0,1ГД6.
Намоточные данные контуров, дросселей, и трансформаторов показаны в таблице 1. Дроссель L3 стандартный, но он может быть изготовлен и самостоятельно. Для его изготовления следует на резисторе МЛТ-0,25 сопротивлением не менее 1 мОм намотать 100 витков провода (внавал) ПЭВ-1-0,1.
Настройку радиостанции начинают с проверки отсутствия короткого замыкания по цепям питания. При отсутствии такового (а при наличии – после обнаружения причины и её устранения) подают на схему питание. Непосредственно настройку схемы начинают с усилителя низкой частоты в режиме приёма. Ток покоя транзисторов VT9, VT10 устанавливают подбором номинала резистора R30 в пределах 12…18 мА. Подбором сопротивления этого резистора следует установить компромисс по следующим параметрам: максимальный коэффициент усиления, минимальный потребляемый ток, минимальные искажения на выходе.
В режиме «передача-тон» резистором R31 подбирают (в небольших пределах) частоту тонального сигнала (400 Гц). Ток покоя усилителя промежуточной частоты VT6, VT7, VT8 (в эмиттере VT6) устанавливают подбором номинала резистора R22 в пределах 0,5 мА (при отсутствии сигнала на входе). Ток покоя всех трёх транзисторов устанавливается автоматически после подбора номинала одного резистора R22. Режим работы транзистора VT5 в режиме приёма устанавливают подбором номинала резистора R35 до получения напряжения +3,5 вольта на втором затворе. Далее для настройки используют ГСС. Сигнал частотой 5 МГц подают на первый затвор VT5 через конденсатор ёмкостью 5 пФ (U=20мкВ, модулирован по амплитуде тональным сигналом 1 кГц) и, вращая сердечники катушек L12, L13, добиваются максимума сигнала на выходе УНЧ. Настройку кварцевого генератора производят вращением сердечника катушек L6 и L7 до получения на его выходе частот 29,5 МГц в режиме передачи и 24,5 МГц в режиме приёма. Генерация не должна срываться при переходе радиостанции из режима приёма в режим передачи и обратно, в противном случае следует подобрать С12.
Затем на антенный вход (совместно с подключенной телескопической антенной) подают с ГСС сигнал частотой 29,5 МГц (U=1мкВ) и подстройкой сердечников катушек L1, L2, L8, L11 добиваются максимума сигнала на выходе УНЧ.
В режиме передачи настраивают L5 путём вращения её сердечника до получения максимума сигнала в антенне. При недостаточной мощности на выходе может понадобиться небольшая подстройка L1 и L2 , соблюдая компромисс между чувствительностью приёмника и выходной мощностью передатчика, а также можно попробовать подобрать количество витков удлиняющей катушки антенны (L14). При настройке передатчика контроль ведут с помощью приёмника второй радиостанции, встав тестером (в режиме измерения постоянных напряжений) на катод диода VD8 (второй провод – на корпус). Настройку передатчика можно вести и используя простейший антенный индикатор [1].
Таблица №1
Намоточные данные контуров, дросселей и трансформатора малогабаритной радиостанции с CLC модуляцией «РВП-95»
№ по схеме Количество витков Марка и диаметр провода в мм Каркас Сердечник Примечание
1 2 3 4 5 6
L1 8 ПЭЛ-0,8 5,5 мм Диаметр 4мм, длина 12мм, феррит марки 100НН Виток к витку
L2 8 ПЭЛ-0,8 5,5 мм Диаметр 4мм, длина 12мм, феррит марки 100НН Виток к витку
L3 ДМ-0,4 Дроссель 20 мкГн
L4 2 ПЭЛШО -0,25 5,5 мм Поверх L5
L5 6 ПЭЛ-0,44 5,5 мм От СБ9А Виток к витку, отвод от 2-го витка снизу
L6 12 ПЭЛ-0,24 5,5 мм От СБ9А Виток к витку
L7 24 ПЭЛ-0,24 5,5 мм От СБ9А Виток к витку
L8 8 ПЭЛ-0,44 5,5 мм От СБ9А Виток к витку
L9 160 ПЭЛ-0,08 На резисторе МЛТ-0,25
1мОм Внавал
L10 2 ПЭЛШО-0,25 5,5 мм Поверх L11
L11 8 ПЭЛ-0,44 5,5 мм От СБ9А Виток к витку
L12 31 ПЭЛ-0,31 5,5 мм От СБ9А Внавал, отвод от 10-го витка снизу
L13 31 ПЭЛ-0,31 5,5 мм От СБ9А Внавал, отвод от 5-го витка снизу
L14 9 ПЭЛ-0,65 22 мм Ручка от паяльника ЭПСН ГОСТ 7219 83 40 220в Виток к витку
L15 100 ПЭЛ-0,1 На резисторе
МЛТ-0,25
1мОм Внавал
Тр1 - I 1600 ПЭВ-2-0,1 Выходной трансформатор от радиоприёмника «Селга-405» ША5х6,3.
Пермаллой марки 50НН типа Ш5, толщина набора 6мм Сопротивление обмотки:
R=140 Ом
Тр1 - II 160 ПЭВ-2-0,12 -//- -//- R=18 Ом
Тр1 - III 100 ПЭВ-2-0,21 -//- -//- R=10 Ом
Литература
1. Н.Чухиль. Радиостанция в школьном пенале. Радиолюбитель, 1992г - №8, с. 17.
05.04.2012г. Рубцов В.П. UN7BV. Астана, Казахстан.