Для кабинета физики: демонстрационный передатчик
Радио - начинающим |
Мой оригинальный одноламповый передатчик был построен с использованием лампы 6М11 (можно использовать отечественные радиолампы серии 6Ф..., к примеру, 6Ф5П с соответствующим изменением номеров выводов - прим ред.Радона), которая случайно оказалась у меня под рукой.
Этот маленький передатчик появился в результате моего интереса к старинным радиоприемникам и отсутствия чего-либо стоящего для прослушивания в диапазоне AM (540-1700 кГц). С передатчиком я мог транслировать музыку по своему выбору и слушать ее по своим старым радиоприемникам.
Я также решил, что этот новый передатчик будет использовать управление несущей, как и предыдущая конструкция. Это связано с проблемой, которая возникает при использовании простых передатчиков. Это необходимость в какой-то предварительной обработке звука с помощью компрессора / ограничителя для предотвращения чрезмерной и недостаточной модуляции. Если источником звука являются аудиофайлы, хранящиеся на компьютере, то для выполнения функции сжатия и ограничения можно использовать аудио программное обеспечение. Но, если источником звука является какое-то другое устройство, тогда остается выбор:
-
а)Поддержание уровня звука достаточно низким, чтобы пики не перемодулировали передатчик;
-
б)Покупка или изготовление дополнительного компрессора / лимитера.
Вариант а) ничего не стоит, но обычно оказывается неудовлетворительным, если исходные тексты программ сильно различаются по динамическому диапазону, как это обычно бывает. Вариант b) включает дополнительную схему, которая сводит на нет простоту первоначальной конструкции передатчика.
Опция управления несущей позволяет избежать этой проблемы за счет автоматической регулировки уровня несущей при изменении уровня исходного кода программы, постоянного поддержания высокого уровня модуляции и, таким образом, компенсации изменения уровней. Как упоминалось в оригинальной статье о передатчике, управление несущей реализуется путем смещения входной сетки триода к потенциалу земли и использования результирующего эффекта ограничения сетки. Небольшое исследование показало, что это лучше всего работает с триодом с высокой крутизной. Исходя из этого, я выбрал в качестве передатчика двухсекционный триод / тетрод 6CQ8. Крутизна триода должна быть достаточно высокой 8000 µMhos. Еще одно требование для управления несущей - прямое соединение триодной пластины с экраном трубки модулятора. Следовательно, используется модуляция экрана, а не модуляция пластины или подавителя. Тетроды демонстрируют лучшую линейность, чем пентоды, при экранной модуляции. Таким образом, вторая секция, представляющая собой тетрод, сделала 6CQ8 идеальным выбором.
Вот схема:
Более крупная более подробная версия схемы здесь
Как это устроено
Секция тетрода функционирует как модулированный кварцевый генератор (Колпиттс с катодной обратной связью), использующий сетку экрана для модуляции. И кварцевый кристалл, и керамический резонатор были использованы с хорошими результатами. Значение C1 составляет 22 пФ, когда используется кристалл кварца, и 150 пФ, когда используется керамический резонатор. Кроме того, при использовании керамического резонатора может потребоваться замена конденсатора C3 100 пФ на подстроечный резистор 10-100 пФ для точной настройки частоты.
В исходном прототипе соединение пластины тетрода с антенной осуществлялось посредством пи-цепи, которая была настроена на передачу максимальной мощности. Значения компонентов Pi-сети зависят от частоты передатчика, длины и конфигурации антенны. Индуктор имел отводы в диапазоне от 300 до 900 микрогенри с шестью ступенями, которые довольно хорошо покрывали диапазон средних волн при использовании с антенной длиной 3 метра. Когда я создавал оригинальный прототип, я все еще был очень неопытен в науке о согласовании антенн, а хорошо настраиваемая пи-сеть позволяла многое настраивать. Однако он был не самым эффективным для передачи энергии на антенну. Когда я спроектировал печатную плату, я заменил пи-сеть параллельным LC-резервуаром в схеме трубной пластины, это проще и эффективнее. Параллельное согласование LC показано на текущих схемах. Для получения дополнительной информации как о пи-сети, так и о параллельном сопоставлении LC см.Страница согласования антенны .
Триодная часть 6CQ8 функционирует как предварительный усилитель звука и управление несущей. Он использует фиксированное смещение сетки около нуля вольт (без входного аудиосигнала). Катодного смещения нет. Существенным моментом является то, что комбинация сеточного резистора, входного блокирующего конденсатора постоянного тока и диодного действия между сеткой и катодом функционирует как диодный зажим, который ограничивает положительные пики входного аудиосигнала примерно до потенциала земли. Чтобы быть точным, из-за потенциала контакта сетка-катод, смещение покоя сетки составляет около -0,5 В, положительный ток сетки начинает течь примерно при том же напряжении, и поэтому именно здесь положительные входные пики фиксируются. В результате смещение сетки всегда равно минус половине пикового уровня входного аудиосигнала минус полвольта. Важно отметить, что в этой схеме термин " требовался сдвиг уровня постоянного тока, который осуществлялся довольно просто путем размещения неоновой лампы NE-2 между пластиной триода и экраном пентода. Однако в данной конструкции не требуется сдвига уровня постоянного тока, что дополнительно упрощает схему.
В качестве точки покоя триодной пластины и экрана тетрода выбрано относительно низкое напряжение, которое все же позволяет секции генератора тетрода генерировать скромную несущую. Как и в предыдущей схеме, для установки этого уровня в цепи пластины изначально было предусмотрено переменное сопротивление. Однако после значительных испытаний было обнаружено, что их можно заменить фиксированным резистором 820 кОм. Все отклонения от точки покоя будут в положительном направлении, и, соответственно, эти отклонения будут увеличивать выходной ВЧ-сигнал с тетрода.
Для этого передатчика разработана печатная плата. Смотрите внизу этой страницы файлы проекта печатной платы.
Я применил шелкографию компонентов к обеим сторонам платы, чтобы упростить установку деталей с обеих сторон. Я сделал это для того, чтобы трубка проходила через верх корпуса, не мешая другим частям.
На фотографии вы можете видеть, что я использовал небольшую транзисторную радиопередачу IF или LO катушку для пластинчатого индуктора. Так получилось, что у него был правильный диапазон регулировки индуктивности, необходимый для моей антенны. Из-за расстояния между выводами мне пришлось сделать маленькую дочернюю доску, используя небольшой кусок вероборда. Хотя эти катушки кажутся слишком маленькими, чтобы справиться с высокочастотным напряжением, которое может возникать на них, у меня еще не было никаких сбоев.
Спектакль
Естественно, возникает вопрос, как звучит сигнал управляемой несущей на стороне приемника. Без какой-либо схемы АРУ в приемнике эффект был бы очень похож на схему аудиорасширителя, которая часто используется в аудиосистемах для обеспечения эффекта «присутствия». Однако схема АРУ в приемнике компенсирует повторное сжатие звука, уменьшая (но не устраняя) этот эффект. Чтобы полностью устранить этот эффект, коэффициент усиления контура АРУ должен быть бесконечным, что, конечно, не так. Таким образом, остается чистый эффект расширения, который в моих тестах на прослушивание я обнаружил приятным отличием от обычного сильно сжатого звука коммерческих радиовещательных станций. Я должен сказать, что все это, конечно, субъективно.
Однако важно, чтобы постоянная времени управления несущей была совместима с постоянной времени АРУ приемника. Постоянная времени управления несущей устанавливается резистором сетки триода и входным конденсатором. В данной схеме постоянная времени составляет 100 миллисекунд, что я нашел оптимальным в моих тестах и совместимым с постоянной времени AGC во всех приемниках, с которыми я тестировал передатчик. Фактически, существует очень небольшое изменение постоянной времени АРУ между разными приемниками, потому что оптимальное значение - это компромисс между двумя ограничениями. Он должен быть достаточно быстрым, чтобы следовать за затуханием сигнала, и достаточно медленным, чтобы на него не влияла модуляция звука. Эти ограничения обычно приводят к тому, что постоянные времени АРУ приемника находятся в диапазоне 100–150 миллисекунд.
Еще один момент, который следует учитывать, - это возможность внесения некоторых искажений из-за схемы фиксации триода. Можно было бы ожидать, что положительные пики аудиосигнала вызовут значительное увеличение тока сети и, следовательно, вызовут резкое уменьшение входного импеданса на этих пиках, что приведет к сглаживанию вершины формы волны входного сигнала. Оказалось, что это не проблема. На осциллографах нет видимого сглаживания входного сигнала. Наиболее вероятной причиной искажений могут быть очень быстрые переходные процессы. Однако во время тестов на прослушивание мне не было слышно никаких искажений. Аудиоэксперт, у которого уши лучше, чем у меня, может возразить иначе, но я вполне доволен качеством звука.
Одна дополнительная характеристика, которую демонстрирует этот передатчик, - это внутреннее мягкое ограничение как на 0%, так и на 100% концах огибающей модуляции, что затрудняет перегрузку до уровня слышимых неприятных искажений. Это мягкое ограничение типично для передатчиков с экранной модуляцией, но с некоторыми лампами оно работает лучше, чем с другими. Он хорошо работает в сочетании с управлением несущей, чтобы сделать настройку практически надежной.