УКВ ЧМ стерео передатчик/УКВ стерео ГСС

УКВ передатчик / стерео ГСС может работать в двух УКВ диапазонах в стерео режимах как по системе с пилот-тоном так и с полярной модуляцией. Хорошо подходит для проверки качества ЧМ трактов приёмников, настройки стерео декодеров, ЧМ детекторов, УКВ блоков, да и просто погонять любимое музло в эфире :) В качестве использования девайса в качестве передатчика, напряжение питания +24 Вольта (усилитель мощности), +12 и -12 Вольт (остальные блоки), номинальная выходная мощность ~ 8 Вт. В качестве использования девайса в качестве ГСС усилитель мощности и, соответственно, источник питания +24 Вольта не используются. Краткие характеристики: По блоку возбудителя с ЧМ: Номинальная девиация частоты 50/75 кГц ; Коэффициент гармоник измеренный при помощи радио тракта с линейным демодулятором в диапазоне частот КСС с выключенной частотной коррекцией: ~ 0.03%; Соотношение сигнал/шум при номинальной девиации, с включённой коррекцией на входе модулятора и компенсаторе коррекции на выходе демодулятора и включённой системой ФАПЧ в моно режиме ~ 95 дБ; Неравномерность выходного напряжения ВЧ блока в диапазоне 87 -108 МГц не более 0.5 дБ, в диапазоне 64 -108 МГц не более 2 дБ (можно настроить лучше, просто забил на это). По стерео модуляторам: Коэффициент гармоник не более 0.05%; Сигнал/шум более 100 дБ; Разделение стерео каналов для обоих стерео модуляторов более 55 дБ; Подавление поднесущей в стерео модуляторе с пилот-тоном около 50 дБ; Уровни гармоник на выходах стерео модуляторов по разностному сигналу для обоих модуляторов и пилот тону для модулятора с пилот тоном ~ - 50 дБ. По блоку фильтров и коррекции: Диапазон частот: 5 -15000 Гц; Подавление на частоте 19 кГц: -70 дБ. Коэффициент гармоник не более 0.05%. Коррекция пред искажений 50 мкС.

Возбудитель.



Возбудитель выполнен по схеме с делением частоты задающего генератора. Такой подход полностью исключает наводки на генератор с усилительных каскадов и фидера, так как генератор и каскады усиления работают на разных частотах. Такой подход аналогичен схемам с умножением частоты, но лучше в плане того, что при делении так же и снижаются шумы пропорционально коэффициенту деления, в отличии от умножения где наоборот, пропорционально умножению частоты шумы так же возрастают. Генератор состоит из собственно генератора ВЧ на транзисторе VT2, широкополосного УВЧ на транзисторе VT3, который необходим для нормальной работы делителя частоты, собственно делителя частоты DD1, широкополосного УВЧ на транзисторах VT5,VT6 и буферного усилителя контроля ВЧ на транзисторе VT4. На транзисторе VT1 выполнен узел формирования полярности напряжения настройки.
Схема.

Генератор работает на удвоенной частоте и выполнен по схеме ёмкостной трёх точки на транзисторе VT2. Диапазон перестройки генератора на линейном участке вольт-фарадной характеристики варикапов модулятора для диапазона УКВ-2 должен быть в пределах 175 - 216 МГц. Частотный модулятор выполнен на варикапах MV209 (ближайший отечественный аналог 2В124А). Сборка из двух диодов Шоттки VD9 стабилизируют амплитуду ВЧ на задающей цепи генератора и его выходе. Так же, так как амплитуда ВЧ в схеме задающей цепи генератора за счёт стабилизации не превышает собственного напряжения отсечки варикапов по отношению к общему проводу (цепи подачи модуляции), то последние не открываются на пиках амплитуды ВЧ на контуре( без стабилизации за счёт высокой добротности данной цепи амплитуда может достигать 10 Вольт и более), тем самым снижаются нелинейные искажения амплитуды ВЧ на выходе генератора, собственные шумы генератора и в некоторой степени нелинейные искажения при модуляции. Так же стабилизация амплитуды исключает паразитную амплитудную модуляцию. ВЧ с генератора снимается с делителя напряжения R4R5, включённого в эмиттер транзистора генератора. Применение такой схемы снижает влияние последующих каскадов на генератор. Цепь подачи модуляции выполнена без подачи на неё смещения (напряжения настройки с выхода ФАПЧ), что максимально развязывает выход петли синтезатора и вход модуляции. Так же в этом случае получилось легко реализовать очень низкое сопротивление, что очень положительно сказалось на линейности АЧХ и ФЧХ по этой цепи. Особенно важно это при модуляции КСС, так как в таком случае искажений КСС в цепи модуляции не возникает.На элементах L1C5C6R4R5 выполнен входной фильтр, который препятствует возникновения паразитной обратной связи с выхода ВЧ на модуляционный вход ЗГ. Частота среза фильтра выбрана около 10 МГц из соображения минимальных фазовых искажений при достаточном "заграждении" от ВЧ наводок на рабочей частоте. На транзисторе VT1 выполнена схема подачи напряжения настройки с выхода петли ФАПЧ синтезатора. На транзисторе VT3 выполнен усилитель напряжения ВЧ, который обеспечивает нормальную работу делителя частоты DD1. С выхода делителя частоты через фильтр нижних частот L6L7C26C27C28 ВЧ поступает на буфер-усилитель контроля на транзисторе VT4, с выхода которого ВЧ поступает на узел ФАПЧ и на широкополосный усилитель ВЧ на транзисторах VT5,VT6 с выхода которого ВЧ поступает на усилитель мощности. Каждый каскад усиления в возбудителе охвачен ООС, что положительно сказалось на линейности и широкополосности УВЧ в целом.

Конструкция возбудителя:

Возбудитель собран на двухслойной печатной плате. Верхний слой экранирующий. Между общим проводом со стороны элементов и экранирующим слоем установлены перемычки, либо металлизированные отверстия (пистоны) - это зависит от метода изготовления ПП.

Резисторы и конденсаторы поверхностного монтажа типоразмера 1206 либо 0805. Конденсаторы NP0 и X7R. Электролитические конденсаторы танталовые типа D. Транзисторы и диоды согласно даташитам на них. Данные катушек индуктивности указаны на схеме.



Настройка:

Перед первым включением необходимо проверить плату на отсутствие ошибок в монтаже. Схема из исправных деталей и собранная по рекомендациям запускается сразу. Настройка лишь может потребоваться в установках напряжений управления с выхода синтезатора частоты таким образом, чтобы в рабочем диапазоне частот генератор перестраивался на линейном участке ВФХ варикапов. Эта настройка производиться более точным подбором длины коаксиальной линии L3.

Стереомодулятор.



Стерео модулятор практически заимствован с сайта pira.cz. Внесены некоторые доработки.

Схема стерео модулятора

В отличии от оригинала, схема улучшена. Выброшены родные фильтры и цепь пред искажений, по причине плохой их работы, добавлено питание отрицательной полярности на мультиплексоры, так как в оригинале с однополярным питанием возникали сильные нелинейные искажения по одной полуволне КСС по выходам мультиплексоров по причине асимметрии, так как на входах ключей установлены ограничительные диоды. В оригинале на один из диодов было подано отпирающее напряжение, а на второй нет и в следствии по одной полуволне шло ограничение данным диодом. Это сильно сказывалось на качестве и динамике кодера. Подача отрицательного напряжения решило эту проблему. Так же, в общем, двух полярное питание всех схем позволило исключить гальваническую развязку между каскадами, особенн это дало плюс в цепи КСС между выходом кодера и входом ЧМ модулятора, где разделительный конденсатор вносил фазовые искажения, ухудшая стерео разделение на низких частотах и увеличивал нелинейные искажения, особенно по надтональной части КСС. Единственную гальваническую развязку пришлось установить на входе мультиплесоров, так как даже небольшой дрейф нуля на выходе ОУ мог нарушить симметрию КСС. Но довольно большие ёмкости разделительных конденсаторов и относительно высокое входное сопротивление модуляторов КСС не создало никаких проблем. В реале ёмкости С1 и С2 можно увеличить до 1000 мкФ. Но конденсаторы должны быть высококачественными с возможно малой утечкой. Если применять малые ёмкости на месте С1 и С2, то ухудшится разделение стерео каналов на низких частотах. Так же введена возможность небольшой коректировки частоты кварцевого резонатора путём введения в схему подстроечного конденсатора С4. На ОУ ОР1 собран входной буферный каскад, который развязывает вход кодера со входом модуляторов, которым необходимо низкое сопротивление источника сигнала для получения максимального подавления поднесущей частоты, продуктов дискретизации и максимального разделения стерео каналов . На контроллере DD1 и мультиплексорах DD2 и DD3 собственно собран сам кодер. На ОУ ОР2 собран выходной буфер с мощным эмиттерным повторителем, который реализован для нормальной работы стерео модулятора на низкое входное сопротивление частотного модулятора, которое составляет 51 Ом.



Монтаж:

Монтаж стерео модулятора выполнен на двухслойной печатной плате. Верхний слой, как и в возбудителе экранирующий. Под ДИП элементы, выводы которых не соединены с общим проводом со стороны экранной фольги сделано зенкование отверстий. В некоторых местах платы установлены перемычки с общего провода со стороны элементов на экранный слой.

Детали:

Резисторы и конденсаторы поверхностного монтажа типоразмера 1206. Резисторы в формирователях пилот-сигнала и подавленной поднесущей с допуском 1%. Конденсаторы NP0 и X7R. Конденсатор С5 танталовый, тип D.

Стабилизатор 7905 в корпусе ТО-92, 7805 в корпусе ТО-220. Микроконтроллер PIC18F1320 в корпусе SO18. мультиплексоры 74РС4053 в корпусе SO16. ОУ NE5532 и NE5534 – SO8.

Настройка:

Настройка стерео модулятора, если детали исправны и монтаж без ошибок заключается только в установке уровня пилот-сигнала по уровню 10% от общей девиации ЧМ при подключении к возбудителю. Так же может потребоваться корректировка частоты опорного генератора микроконтроллера конденсатором С4. Прошивка микроконтроллера может осуществляться при уже впаянной микросхеме в плату, но без установленного кварцевого резонатора, его ёмкостной нагрузки и некоторых резисторов (см. схему) путём подпайки проводков к соответствующим выводам контроллера от программатора. Стерео модулятор системы с полярной модуляцией описан здесь

Усилитель мощности.

Усилитель мощности двухкаскадный.

Схема усилителя.

Первый каскад на транзисторе T1 предварительный, обеспечивает раскачку второго каскада на транзисторе Т4 для получения требуемой выходной мощности. Транзисторы Т2 и Т3 - цепи подачи смещения. Рабочие точки транзисторов стабилизированы интегральными стабилизаторами VR1, VR2. В остальном схема стандартная.

Монтаж:

Монтаж усилителя выполнен на двухслойной печатной плате. Нижний слой платы экранирующий. Между общим проводом со стороны элементов и экранирующим слоем установлены перемычки (пистоны).

Детали:

Резисторы и конденсаторы поверхностного монтажа типоразмера 1206. Конденсаторы NP0 и X7R. С27 установлен на входе питания усилителя.

L1,L4 – 4 витка провода 0.8 мм на оправке 4.5 мм;

L2 - 18 витков провода 0.8 мм на оправке 3 мм;

L5 - 10 витков провода 0.8 мм на оправке 3 мм;

L7 - 7 витков провода 0.8 мм на оправке 4.5 мм;

L3, L6 – дроссели 2-5 мкГн. L3 на ток не менее 300мА, L6 на ток не менее 1А;

Подстроечные коденсаторы КПК-М или аналогичные импортные.

Настройка:

Перед включением необходимо проверить монтаж на наличие ошибок. Так же необходимо установить движки резисторов R3 R7 в крайнее правое положение согласно схеме. После включения, без подачи внешнего возбуждения, включаем в разрыв плюсовой шиноы и дросселем L3 миллиамперметр и движком резистора R3 устанавливаем ток покоя Т1 равным 50 мА. Такую же операцию повторяем включив миллиамперметр в разрыв плюсовой шины и дросселем L6. Резистором R7 выставляем ток покоя Т4 равным 50 мА. Подключаем внешнее возбуждение, устанавливаем нужную рабочую частоту на возбудителе и сначала конденсаторами С1 С2 затем C11 C12 настраиваем усилитель на рабочую частоту. В самом конце настраиваем ВКС конденсаторами С23 С24 на нагрузке по максимальной мощности на соответствующей нагрузке 50 либо 75 Ом.

Синтезатор частоты.

Синтезатор частоты выполнен по традиционной схеме на микроконтроллере PIC16F627(A) и собственно синтезаторе TSA5511.Синтезатор схема.
Монтаж:

Синтезатор выполнен на двухслойной печатной плате. Выводы ДИП элементов, которые соединены с общим проводом пропаяны с двух сторон печати. Индикатор соединён с платой при помощи жгута из проводов МГТФ либо ленточного жгута. Соединения по входу и выходу контроля с платой возбудителя выполнены коаксиальным кабелем RG174. Микросхемы контроллера и синтезатора установлены в колодки на плате.

Детали:

Резисторы и конденсаторы поверхностного монтажа типоразмера 1206. Стабилизатор 7805 в корпусе ТО-220. Конденсаторы поверхностного монтажа X7R подстроечный конденсатор С9 желателен с воздушным диэлектриком, но возможно применение КПК-М и подобных импортных.

Настройка:

Перед первым включением плату необходимо проверит на наличие ошибок. После прошивки и установки контроллера в плату схема сразу начинает работать. Настройка может заключаться в корректирвке частоты кварца конденсатором С9 и установки режима петли ФАПЧ резистором R2 по максимальной стабильности частоты и минимальным фазовым искажениям на низких частотах модуляции ( максимальному стерео разделению на низких частотах при тесте передатчика). Возможен подбор С5.

Блок фильтров и предискажений.

Блок фильтров выполнен на основе гираторов.
Блок фильтров и предискажений схема.
Блок фильтров и предискажений состоит из входного согласующего буферного каскада на ОУ ОР1, частотно зависимых фильтров на ОУ ОР2 и ОР3, буферного согласующего усилителя на половине ОУ ОР4-1, цепи предискажений на элементах С9R20R21 и компенсирующего потери в цепи предискажений усилителя на половине ОУ ОР4-2.

Монтаж:

Монтаж блока выполнен на двухслойной печатной плате. Один слой экранирующий.

Детали:

Резисторы и керамические конденсаторы типоразмера 1206. Конденсаторы Х7R. В схемах частотно зависимых фильтров и в схеме предискажений допуск резисторов и конденсаторов не более 1%. Операционные усилители в корпусах SO8. электролитические конденсаторы по питанию ОУ алюминиевые ECAP SMD.

Настройка:

При правильном монтаже настройка блока не требуется. Единственное, возможно, придётся настроить при помощи подбора R7 максимальную режекцию фильтра на частоте 19 кГц (зависит от разброса параметров микросхем).

Блок питания.

Блок питания передатчика должен выдавать напряжения +24 Вольта с номинальным током 1 А и двух полярное напряжение +-12 Вольт с номинальным током нагрузки 300 мА. В блоке питания можно применить интегральные стабилизаторы на напряжения 12 Вольт, транзисторный стабилизатор на +24 Вольта. Так же , что лучше, на напряжения 12 Вольт тоже применить транзисторные стабилизаторы.

Файлы и прошивки.

Стерео модулятор:Файл прошивки контроллера стерео модулятора

Синтезатор частоты ;Файл прошивки контроллера синтезатора

Файлы печатных плат:

Возбудитель: Плата под варикапы в корпусе ТО-92 ( MV209 )Плата под варикапы в корпусе ТО-92 ( MV209 )
Стерео модулятор: Скачать Усилитель мощности: Скачать Синтезатор частоты: Скачать Блок фильтров и предискажений: Скачать