Плата полосовых диапазонных фильтров (ДПФ)

фото1 , фото2 , схема.

На плате ДПФов расположены широкополосный усилитель высокой частоты (VT1), первый каскад усилителя передатчика (VT2), аттенюатор, девять полосовых фильтров, которые включаются дешифратором DD1 управляемым двоично-десятичным кодом по шине D, поступающим от синтезатора частоты. В режиме приема, сигнал с антенного гнезда, которое коммутируется при помощи контактов реле, установленного на плате усилителя мощности (Кум.), поступает на контакты К4,К3 реле Р4,Р3. В случае надобности эти контакты подключают аттенюатор из резисторов R7,R8,R9 с затуханием 15-20Дб. Далее сигнал поступает на контакты К5 реле Р5, управляемого напряжением TХ и с них на полосовые фильтры.

Применены трехконтурные полосовики с индуктивной связью с нагрузкой и емкостной между катушками. Применение такого варианта вызвано по нескольким причинам:

  • На радиорынках есть достаточно удобные каркасы диаметром 6,5 мм (от последних советских телевизоров) с подстроечными сердечниками различной проницаемости,
  • Не требуется большое количество подстроечных конденсаторов, как в случае емкостной связи с нагрузкой (RA3AO),
  • Удобство разводки на печатной плате без длинных концов катушек (RА3AO),
  • Самое главное - антенна через катушку связи гальванически связана с корпусом, этот момент облегчает ситуацию с наводками статического электричества в антенне. В крайнем случае залипнут контакты реле от достаточно мощного разряда, но напряжение не попадет в радиочастотный тракт усиления и полупроводники останутся целыми.

Моточные данные катушек приведены в "таблице №1" ниже:

Описание процесса намотки катушек, а также некоторые технологические особенности процесса изготовления моточных узлов читайте здесь.

Шунтирование антенного гнезда разрядниками, дросселями, резисторами не давало положительного эффекта. Разрядники не имеют 100% надежности - это подтверждает опыт эксплуатации Р339А ("Катрана"), хотя там и установлен разрядник, полевые транзисторы смесителя приходилось неоднократно заменять после гроз, пока не был сделан антенный коммутатор. Дроссели обладают собственным реактивным сопротивлением, а резисторы активным, поэтому на них остается определённое напряжение, которого бывает достаточно для пробоя полупроводников, даже таких мощных как КП904, что неоднократно происходило в трансивере “Урал 84М”. Конечно, катушка связи тоже имеет реактивное сопротивление, но оно намного ниже чем у дросселя и к тому же имеем две заземленные катушки связи (L5,L1), прежде чем статика попадет в радиочастотный тракт и наведет там “свои порядки”. Реальные испытания трансиверов с такой версией построения полосовых фильтров показали, что можно без дополнительных мер предосторожности работать во время наводок статического электричества, конечно, если нет опасности прямого попадания молнии в антенну и в эфире среди разрядов еще кого-то можно разобрать. Количество витков катушек связи подобрано под входное сопротивление антенного входа 50 Ом и приведенными данными соотношения обмоток трансформатора Т1 на основной плате.

Хотя все полосовые фильтры разведены на печатной плате как трехконтурные, в реальной конструкции на WARC диапазонах используются двухконтурные полосовики (см. фото платы), что связано с узостью этих диапазонов. Если появится желание и здесь применять трехконтурные, данные L3,C10 можно приблизительно оценить, руководствуясь данными полосовиков соседних диапазонов.

АЧХ ДПФов - сделано на Х1-38 - измерялось: выход ИЧХ подан на вход ТРХ (как раз выходное сопротивление прибора 50Ом), головка ИЧХ подключена параллельно входу основной платы (или выходу платы ДПФ, что тоже самое).
Диапазон
160m
80m
40m
30m
20m
18m
15m
12m
10m

Переключение фильтров происходит при помощи реле РЭС49, РЭК23 паспорт 201,202 (сопротивление обмотки 270-300 Ом). Можно применять реле паспортов 001,423,428 с сопротивлением обмотки 1,7-1,9Ком. В этом случае реле включаются параллельно. Их предварительно нужно подобрать по надежному срабатыванию от 11-12В. Печатная плата разведена таким образом, что допускает оба варианта включения реле. Управление на переключение реле поступает от синтезатора по шине D, кодом, который дешифрируется микросхемой DD1. На входе микросхемы установлены RC фильтры (R16-R19,C29-C32), которые служат для устранения наводок от цифровой части синтезатора. В дешифраторе DD1 довольно мощные ключи с открытым коллектором, предельные значения одного ключа - рабочий ток до 80мА и напряжение питания нагрузки до 15В. Диоды VD1-VD9, а так же и VD11,VD10 служат для защиты ключей от бросков обратного напряжения возникающих при переключении реле. При управлении переключением реле от микропроцессора синтезатора появилась возможность работать на разнесенных диапазонах (CrossBand). Если не предполагается использование синтезатора в трансивере, микросхему DD1 можно исключить и переключать полосовые фильтры например автоматикой, используемой в TRX RA3AO или применить обычный переключатель на девять положений.

Далее отфильтрованный сигнал поступает на отключаемый широкополосный усилитель высокой частоты VT1. Применение УВЧ иногда требуется на высокочастотных диапазонах, подключается контактами К1,К2 реле Р1,Р2. Реле запитываются напряжением RX, поэтому при переходе на передачу УВЧ отключается. Это же каскад можно было задействовать и на передачу, но как было отмечено ранее - если упрощение конструкции приводит к ухудшению параметров трансивера - такое решение не используется. При наличии двух разных каскадов на прием и на передачу, можно оптимально подобрать характеристики, которые отличаются для приемника и передатчика. В качестве VT1, в зависимости от требуемой задачи, можно использовать любые высокочастотные, желательно малошумящие транзисторы. Если нужно сохранить максимальные цифры динамического диапазона, следует применять мощные транзисторы КТ610,КТ606,КТ939,КТ911 и им подобные. Если нужно обеспечить максимальную чувствительность - больше подойдут малошумящие КТ368, КТ399. Элементы отрицательной обратной связи определяют параметры каскада. Общий коэффициент усиления определяют R6,R3. Амплитудно-частотную характеристику R4,C7 и немного R2,C2. Приведены оптимальные значения для транзистора КТ368А, с максимальным подъемом усиления в районе 29 МГц. Усиление можно поднимать до 22Дб и вплоть до самовозбуждения, уменьшая значение R3 и увеличивая R2. Небольшая доработка от Андрея US4IWC – если требуется получить максимально возможную чувствительность на диапазоне 24-28Мгц параллельно цепочке R3,R4 с коллектора VT1 на корпус включаем последовательную цепь из катушки с конденсатором. Катушка – бескаркасная диаметр оправки 5мм 9 витков провода 0,4мм, конденсатор 91-100пф. Растягивая-сдвигая витки катушки настраиваем этот контур на требуемую частоту.

Реле Р1,Р2,Р3,Р4 управляются через порт контроллера синтезатора и дополнительные транзисторные ключи или логические элементы, умощняющие выходы порта К580ВВ55, которые установлены на плате индикации непосредственно возле кнопок (плата индикации-фальшпанель – см. фото платы) или плате контроллера (МС DD1 К155ЛН3 на плате контроллера). Здесь так же, как и в случае с переключением реле фильтров, если не будет применяться синтезатор, можно заимствовать автоматику TRX RA3AO или применить обычные тумблеры. Все реле следует проверить на надежность переключения напряжением 11-12В. Реле РЭС 55 лучше применять 12В паспорта (0102) с сопротивлением обмотки 390-430Ом, но с предварительной проверкой можно использовать и паспорта 001,002,0502 (сопротивление обмотки 1,7-2Ком).

В режиме передачи сигнал с основной платы через контакты К1,К2 поступает на фильтры. В зависимости от диапазона, отфильтрованный сигнал уровнем 80-120мВ поступает через контакты К5 на первый каскад передатчика VT2. Транзистор работает в классе А с током покоя 20мА. Схема этого каскада аналогична УВЧ. Трансформаторы Т1,Т2 наматываются одновременно двумя проводами без скрутки на ферритовых кольцах проницаемостью 600-1000. Кольца диаметром 7-10 мм, провод диаметром 0,15-0,18 мм. Достаточно 7-9 витков. Начало одной обмотки соединяется с концом второй. Не следует пытаться получить максимальный коэффициент усиления с первого каскада передатчика - в этом случае линейка ШПУ будет склонна к “возбуду”. Достаточно получить на выходе каскада VT2 амплитуду ВЧ сигнала в пределах 0,8-1,5В (эффективное значение в ненагруженном на ШПУ положении). Главное - обеспечить подъем на 29МГц, т.к. в последующих более мощных каскадах намного сложнее получить подъем усиления на высокочастотных диапазонах.

Затухание в полосовых фильтрах с ростом частоты падает, поэтому требуемые характеристики получаются довольно легко. Формировать АЧХ проще всего при помощи С15, общее усиление - R13. Усиленный сигнал с каскада VT2 поступает в линейку ШПУ, которая расположена на задней панели - радиаторе трансивера.

При настройке плата ДПФ "глюков" практически не даёт. Обратите внимание на тип применяемых сердечников в катушках. Мне попадались четыре типа. Три варианта длинных сердечников и один – короткий. Длинные сердечники имеют бОльшую проницаемость и подходят для полосовиков ниже 14 MHz. Применение коротких сердечников даёт бОльшую добротность на частотах выше 18MHz.

Китайские конденсаторы ёмкостью более 150пф для полосовиков не подходят. Например, при применении китайских кондёров в полосовике на 7MHz – затухание составило 8Db. Конденсаторы (круглые светло-коричневые дисковые) предназначенные для ВЧ целей и имеющие хорошую добротность имеют метку тёмной краской сверху конденсатора.

Пластмассовые КТ368 в УВЧ иногда возбуждаются – приходится занижать усиление или вводить дополнительные шунтирующие элементы, здесь неплохо работают пластмассовые КТ399А. Виктор UT2IV в УВЧ пытался применить вначале без изменения параметров режима каскада буржуинский BF96С – по шумовым параметрам он оказался хуже отечественного КТ399А. Но после тщательного анализа, чтения книжек Реда и последующей лабораторной работы по доводке-отладке режима остановился на BF96C – как более качественного на его взгляд в сравнении с наиболее лучшим из отечественных (на мой взгляд !) – КТ399А. Всё реле до запайки в плату следует проверить на надёжность срабатывания от 12V. В первом каскаде ШПУ практически одинаково работают КТ386, 399, 325 в пластмассе.

Иногда при включении УВЧ появляются еле заметные на слух “палки” от синтезатора при перестройке частоты на ВЧ диапазонах, они пропадают при остановке перестройки – нужно дополнительно шунтировать шнурок АМР электролитом на 100мкф. Кстати, если будет повторяться схема управления платой ДПФов от синтезатора на 89С52 (платы индикации “С клавой” и “фальшпанель”), то из-за “просачивания” напряжения +5В через обмотки реле Р1, Р2 (в выключенном режиме) немного подсвечивает светодиод, инициирующий включение АМР. Для того чтобы этого не происходило, последовательно в цепь АМР включен германиевый диод (он виден на фото платы рядом и перпендикулярно VD11).

Если захочется получить максимальное чутьё от УВЧ (но в этом случае TRX “запоёт голосами Америки” при включении УВЧ на 40м на хорошую полноразмерную антенну) – нужно с точки соединения эмиттера с верхним выводом R3 подсоединить на корпус конденсатор ёмкостью 1500-4700-6800пф. Чем больше ёмкость, тем ниже по частоте увеличивается усиление. При ёмкости менее 1200-1000пф УВЧ возбуждается (на КТ399А). В исходном варианте “резонанс” подобран на 30Мгц и УВЧ на 40м ещё не “поёт”, при добавлении конденсатора 1800пф в эту точку “резонанс” получается “размазанным” вплоть до 20м. Специально слово резонанс взял в кавычки, т.к. о таком понятии в этом каскаде не идёт разговор, а имеется в виду общая АЧХ УВЧ. При введении конденсатора можно получить не менее 2-ух баллов прибавки в чувствительности при включении УВЧ.

Цифры измерений Алексея RW4CT УВЧ и первого каскада ШПУ, расположенные на плате ДПФов: развертка 40Db на экран, шкала логарифмическая

Усилитель TX КТ355, Кус 55, Uвх 94мВ, R вх/вых 50Ом УВЧ КТ368Бм, Кус 200, Uвх 9мВ 1,8MHz -9.0Db 1,8MHz -9.0Db 14MHz -15.0Db 7MHz -11Db 41MHz -14Db 31MHz -19.9Db 14MHz -13Db 73MHz -14Db 109MHz -10.0Db 24MHz -14Db 107MHz -8.0Db 28MHz -15Db 182MHz -0.9Db