Основная плата трансивера

Повторены практически все конструкции аналогичных уз­лов, публикации которых встречались в доступной радиолюбительской ли­тературе – поэтому, появился “творческий зуд” создать “чего-нибудь”, собрав “до кучи” наиболее оптимальные варианты. Главные требования - максимально возможная простота без ухудшения параметров, отсутствие уникальных ра­диоэлементов, повторяемость, возможность изготовления в домашних ус­ловиях. За основу была взята схемотехника наиболее отработанных и непло­хих по характеристикам трансиверов RA3AO и Урал 84М.

Был выбран вариант “одноплатной” конструкции, как наиболее удобной с точки зрения изготовления печатных плат и простоты монтажа в трансивере, хотя такое построение и имеет недостатки при получении мак­симально возможной чувствительности и несовместимости некоторых уз­лов. Как показал опыт, после повторения более десятка таких плат, харак­теристики трансивера получаются довольно высокие. При применении опи­сываемого синтезатора двухсигнальная избирательность при подаче сигна­лов с разносом 8 кГц на диапазоне 40м -94-96дБ. Чувствительность без УВЧ не хуже 0,ЗмкВ. Измерения проводились у UT5TC при очередной моей поездке на хамфест в Харьков. Использовался прибор «Динамика» - это именно та авторская конструкция «измерителя динамики», которую В. Скрыпник привозил на выставку в Москву и при описании конструкции прибора приводил таблицу «намеренной динамики» трансиверов, которые экспонировались. Трансивер с такой основной платой и самодельным синтезатором, в той когорте лучших образцов советской любительской техники был бы далеко не последним. Следует отметить, что при изготовлении этого TRX не ста­вилась задача получения максимально достижимых “цифир”.

Небольшое лирическое отступление, возможно немного объясняющее позицию автора к построению радиолюбительского самодельного трансивера.

Несколько ра­нее проводил «обширные изыскания» в направлении получения макси­мально достижимого динамического диапазона приемника. В качестве гетеродина (для получения минимально возможного “шума”) были пере­пробованы более десятка вариантов от генераторов на полевых, биполярных транзисторах до нувисторов, от катушки с «воженным серебром» до коаксиалов и кварцев с «уводом», генерирующих как на основной частоте, так и на частотах более 200МГц с последующим делением. В итоге был создан некий «монстр» с чувствительностью порядка 0,2мкВ и двухсигнальной из­бирательностью –104дБ. С чувством глубокого удовлетворения в течение нескольких лет вращались ручки этого трансивера, но «подул ветер пере­мен» и настали новые времена. Начала появляться «буржуйская техника» и у советских радиолюбителей. Незамедлительно последовали споры – «что лучше, что хуже», с чаще всего встречающимся выводом – «за что боро­лись то»? После того, как удалось покрутить ручки некоторых экземпляр­чиков фирм ICOM, KENWOOD и YAESU, побывать на радиолюбительской выставке «там за бугром», немного «поковырять» эту технику - чувство глу­бокой удовлетворенности стало рассеиваться. Возникло два основных воп­роса - зачем советским радиолюбителям максимально достижимая динами­ка и кому выгодно, чтобы частота в трансивере постоянно «куда-то стреми­лась» и невозможно было спокойно работать цифровыми видами связи. И еще одна не совсем ясная ситуация - отсутствие популярности 50-100Вт транзисторных ШПУ, к которым уже давно пришли все фирмы, занимаю­щиеся выпуском подобной техники. У нас - или ламповый выходной каскад: соответственно - ручки постоянно крути-верти (в эфире по этому поводу постоянное длительное “А”, пока все стрелки не упрутся вправо), отсут­ствие режима “кроссбенд”, “сплит” или маломощный транзисторный ШПУ на транзисторах совсем не предназначенных для работы на частотах 1,5-30 МГц. Второй случай вынуждает работать с постоянно включенным (часто шумящим) дополнительным «громкоговорителем» (читай - ламповым УМом), а так как транзисторы в ШПУ чаще всего разработаны для работы на частотах более 50-100МГц, то окружающие телезрители нашего брата «сильно любят» и при каждой встрече «снимают шляпу». В итоге моё отношение ко всяким «супер-динамикам», «супер-малошумящим» ГПД с делениями и остальным «супер-пупер» растаяло и появилось стойкое убеждение в том, что в первую очередь трансивер должен быть удобным и стабильным в пользовании. И только потом следует вспоминать о «динамике».

Один из определяющих факторов при выборе схемотехники TRX - это повторяемость конструкции и доступность элементной базы. В предла­гаемом варианте основной платы отсутствуют какие-либо дефицитные или незаменимые элементы. Возможная чувствительность с входа платы, кото­рую можно достичь без тщательной отладки каждого каскада 0,2-0,3мкВ. Чувствительность, которую удалось получить при тщательном подборе эле­ментов и настройке не хуже 0,1мкВ. Данные здесь приблизительные, так как нет в распоряжении прецизионного прибора для измерения малых значений чувствительности. Измерения проводились с помощью калиброванного кварцевого генератора с питанием от батареек и ступенчатого аттенюатора. Те радисты, которые действительно пытались измерять «чутье» лучше 0,5мкВ, знают насколько это сложная задача без соответствующих приборов. Максимальная двухсигнальная избира­тельность, которую удалось достичь при подборе элементов – 98дБ. Эти значения зависят от многих составляющих, например качества диодов в смесителе, их подбора, качества отладки и типа примененного синтезатора, затухания вносимого кварцевым фильтром и его согласовании и т.д.

Основную плату можно разбить на узлы:

  • Отключаемый широкополосный УВЧ;
  • Обратимый смеситель;
  • Пас­сивный диплексер;
  • Согласующий обратимый каскад;
  • Основной квар­цевый фильтр;
  • Линейка УПЧ;
  • Детектор, УНЧ и узел АРУ;
  • Опорный кварцевый генератор.

Схема входного УВЧ, смесителя и диплексера на основной плате.

Усилитель высокой частоты (VT5) с отрицательной цепью обратной связи Х-типа (6). Один из лучших транзисторов для усилителя КТ939А. В плату был заложен КТ606А, как более дешевый и распространенный. Не нужно сильно переживать о том, что УВЧ ухудшит динамический диапазон RX. Во-первых, УВЧ отключаемый, при надобности его можно всегда вык­лючить, во-вторых, включение его обычно требуется только на самых тихих диапазонах во время слабого прохождения, когда все станции слышны с не­большим уровнем и вряд ли какая-либо из станций «перегрузит» этот кас­кад. Настройка каскада зависит от потреб­ности пользователя. В зависимости от типа транзистора и его режима, можно обеспечить или максимально возможную чувствительность или мини­мальное воздействие этого каскада на верхнюю “планку” динамического диапазона.

Схемотехника смесителя за­имствована из (4). Основные преимущества этого варианта - обратимость, максимально возможный динамический диапазон (Дбл до 140дБ) при не­большом уровне гетеродина (1.4В). Конечно, по количеству деталей он сложнее и дороже обычно применяемых радиолюбителями смесителей. Но не нужно забывать, что этот узел определяет качество работы всего прием­ника и экономия на нем просто бессмысленна. От тщательности настройки смесителя зависит и то, как приемная часть будет воспринимать эфир, что можно будет там услышать и то, сколько «мусора» будет выдано на переда­чу, насколько сложными придется делать полосовые фильтры, дабы была возможность работать во время телевизионного приема соседями. Часть де­лителя D1 пришлось установить непосредственно у смесителя, чтобы обеспечить «противофазность» сигналов непосредственно на входе плеч VT1,VT2 и VT3,VT4. Смеситель работоспособен с различными типами диодов. Мож­но предположить, что наилучшими будут диоды типа Шоттки. Из всего оте­чественного перечня доступны лишь КД922. Переход на КД512, КД514 сколько-нибудь заметного ухудшения параметров не вызывает, но это при условии подбора диодов.

Для согласования смесителя с пос­ледующими каскадами в этой плате применен обычный “классический” диплексер L1,L2,C7,C8. В принципе, можно этот узел и не ус­танавливать. Неплохое согласование можно получить за счет подбора режи­ма VT15 КП903. Применение диплексера позволяет получить максимально возможную чувствительность только при применении высокодобротных катушек, если и не избавиться полностью, то значи­тельно понизить уровень пораженных частот. Двунаправленный каскад VT15 должен иметь минимально возможный коэффициент шума, не ухуд­шать динамический диапазон смесителя и компенсировать затухание вно­симое смесителем и ДПФами. Многочисленное применение этого каскада показало его эффективную работу и высокие характеристики. Наиболее распространенный и качественный для этого каскада транзистор типа КП903А. Можно применять КП307, КП303, КП302 с максимальным значе­нием крутизны. Далее сигнал через трансформатор Т3 поступает на кварце­вый фильтр ZQ1. Подробное описание фильтров ниже по тексту. В качестве ZQ1 применен лестничный фильтр. Фильтр согласуется с трактом ПЧ через резонансный контур L3. Транзистор VT7 включается при работе на передачу. По второму затвору происходит регулировка мощности. Линейка УПЧ собрана на транзисторах КП327. Схемотехника заимствована у RA3AO. На мой взгляд - это один из лучших вариантов такого тракта. Здесь можно использовать двух-затворные полевые транзисторы и других типов. Наилучшими (из тех, которые удалось проверить) оказались BF980, импортные транзисторы других типов не проверялись из-за их отсутствия на момент отработки конструкции. Для регулирования усиления использовано свойство насыще­ния проходных характеристик “полевиков” по первому затвору при фикси­рованном и малом напряжении на втором затворе. Этот способ обес­печивает существенно более линейную характеристику при меньших иска­жениях сигнала, чем традиционный, по второму затвору (2). Для глубокой регулировочной характеристики применено четыре каскада. Излишнее усиление убирается путем шунтирования контуров ПЧ резисторами R38 и R46. Следует выбрать для VT8 транзистор с минимальным коэффициентом шума. VT9, VT10, VT11 можно заменить на КП350. Преиму­щество КП327 перед КП350 и КП306 в Кш, они не боятся статики (до 15V) и не имеют покрытия из желтого металла.

Схема опорного генератора, тракта ПЧ на основной плате.

Детектор - пассивный ключевой на транзисторе VT12. Сопротив­ление канала этого транзистора периодически изменяется под воздействи­ем на затвор напряжения с близкой к прямоугольной форме частоты Fоп. Сигнал ЗЧ с выхода детектора фильтруется цепью R61, R62, C52, C51. По­лоса сигнала ограничивается снизу частотой около 200Гц и сверху частотой около 3кГц (2). Наверное - это единственный узел на этой плате, который немного "портит жизнь". Точнее не он, а опорный генератор. Уровень ВЧ напряжения для работы детектора достаточно высокий и в случае неудачной ПЧ можно получить пару "лишних поражёнок". Так же, как и у автора (2) применена микросхема К157УД2 в качес­тве предварительного УНЧ и усилителя - выпрямителя АРУ. Вместо нее мо­жно применить два операционных усилителя. Ограничение полосы пропус­кания сверху можно регулировать цепочкой R63, С58. К выходу предвари­тельного УЗЧ подключен вход усилителя АРУ D1.1A. Транзистор VT13 мо­жет служить для различных целей, он может включать или выключать цепи АРУ по желанию оператора, если такой режим потребуется. Здесь этот ключ используется для блокировки АРУ во время передачи, чтобы не искажались показания S-метра, который в этом режиме показывает выходную мощность передатчика.

Схема АРУ и УНЧ на основной плате.

Усилитель-выпрямитель АРУ остался без изменения. В автор­ском варианте наблюдалось “дребезжание” АРУ, поэтому изменены вре­менные характеристики “быстрой” цепочки. Емкость С74 потребовалось увеличить до 0,047-0,1mF. В цепь регулировки усиления по ПЧ через диоды VD19 и VD18 можно подавать напряжение с ручных регуляторов, например - “регулировка усиления ПЧ”, “уровень самопрослушивания”. В качестве оконечного УНЧ использована микросхема К174УН14. Схема включения типовая. Полоса пропускания сверху определяется це­почкой С68, R80. Выход УНЧ можно нагружать на динамик или через дели­тель R84, R85 на головные телефоны. Коэффициент усиления можно регу­лировать резистором R17.

Поддавшись стремлению обеспечить “одноплатность” всей конструкции трансивера, решено на основной плате развести опорный гете­родин. Это, конечно же, усложнило ситуацию с “пораженными точками”. Некоторых из них можно было бы избежать совсем, если бы опорный гете­родин был выполнен в отдельном экранированном отсеке. При удачной ПЧ количество точек не превышает 3...5 на все девять диапазонов. Возможно от них избавиться практически совсем, если повозиться с дополнительными заземлениями шины питания микросхемы и металлизации вокруг этого узла. При разводке платы были приняты все возможные меры для сведения к минимуму наводки от опорника - этот узел расположен компактно в самом углу платы, оставлено максимальное количество фольги "земли" вокруг него с обеих сторон платы, со стороны установки элементов можно накрыть его экранирующей коробочкой из лужёной жести, дорожки питания можно перерезать и вводить дополнительные развязывающие и фильтрующие элементы по питанию, место на плате для них оставлено. Как показал опыт повторения - основное излучение дают дросселя, которые служат для сдвига частоты. Нужно стремиться к получению их минимальной индуктивности. Т.к. на неработающей индуктивности более 20-30мкГн может развиваться ВЧ напряжение более 15В.

 

 

Настройка платы - типовая, она неоднократно описана в радиолю­бительской литературе. Номиналы элементов R1 и С2 зависят от того, ка­кой узел использован в качестве гетеродина. Если это синтеза­тор, то R1 = 470...68Ом, С2 может иметь номинал от 68пФ до 10нф. Качество согласования заметно на слух по минимальному количеству “шумовых точек” от синтезатора. Элементы LI, L2, С7, С8 настраивают в резонанс на частоту ПЧ. Резистор R19 может иметь номинал 50...200Ом. Качество согласования этого узла определяет общее уменьшение уровня “пораженок” и небольшое увеличение чувствительности. Согласования ZQ1 добиваются резисторами R22, R26, Rф и подбором количества витков Lcb. Подчисточный фильтр ZQ2 согласуют резисторами R52 и R54. Общее усиление тракта ПЧ можно подобрать при помощи R28, R38, R46. Резисторы R39, R47, R53, R60 влияют на Кус и определяют качество работы АРУ покаскадно.

Об изготовлении трансформатора Т1

Были опробованы ферриты проницаемостью 400...2000, диаметр колец - 7...12мм, скрутка проводов и без скрутки. Вывод - все работает. Главное требование - аккуратность изготовления, отсутствие замыкания обмотки на феррит и обязательная симметрия плеч. Диоды в смесителе следует подобрать хотя бы по сопротивлению открытого перехода и емкости. Транзисторы VT1, VT2; VT3, VT4 необходи­мо подобрать как комплиментарные пары. Или хотя бы пары однотипных транзисторов, т.к. сложно найти КТ368 и 363 с одинаковым Кус. Как правило у КТ368 Кус. намного выше чем у КТ363. В эмиттере VT5 номиналы R86 и С9 в цепочке подбираются. Они зависят от типа транзистора. Для КТ606 R86 в пределах 68... 120Ом, а С9 следует настроить по максимуму усиления на 28 МГц (обычно 1нФ), с помощью R87 можно подобрать ток через тран­зистор, например по максимальной чувствительности. Транзисторы КП327 припаиваются снизу платы.