|
Сергей Комаров, UA3ALW,
Радиостанция «Зеленый глаз»1
Радиопередатчик предназначен для индивидуального радиовещания на несколько соседних кварталов города или на несколько близлежащих поселков в сельской местности (для покрытия вещанием территории компактного проживания учеников одной школы), и разработан в порядке реализации Рекомендаций круглого стола «Индивидуальное (любительское) радиовещание в России»2, прошедшего 18 ноября 2009 года при поддержке Федерального Агентства по печати и массовым коммуникациям.
Параметры. Радиопередатчик выполнен на базе синтезатора девятикилогерцовой сетки частот С9-1449-1800 и обеспечивает работу во всей полосе частот синтезатора в 180-и и в 200 метровом средневолновых диапазонах. Передатчик обеспечивает выходную мощность 5-6 Вт в режиме несущей, 13-15 Вт на пиках модуляции и максимальную глубину модуляции 80% при нелинейных искажениях не более 2%. Полоса модулирующих частот 50-8000 Гц. Уровень побочных излучений передатчика не превышает минус 60 дБ от уровня несущей.
Передатчик предназначен для работы на проволочную бесфидерную (открытую) антенну, в виде наклонного или горизонтального многопроводного расходящегося веером луча, длиной 35-65 метров, поднятого на высоту 25-40 метров. Для городских условий желательно дальние концы антенны поднять на 10-12 метров выше среднего уровня застройки. В сельской местности желательно поднять дальний конец антенны на дерево высотой 20-25 метров или установить на огороде мачту из дюралевых труб. При работе передатчика на такую (несимметричную) антенну к нему нужно обязательно подключать систему противовесов активному полотну антенны. Возможно использование симметричной антенны типа ВГД (диполь Надененко) с двухпроводным настроенным фидером. При использовании высокорасположенных протяженных проволочных антенн необходимо качественное заземление3, защищающее передатчик и оператора от статических и грозовых разрядов. Возможна также работа передатчика на согласованный коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50-150 Ом, однако, поскольку при использовании коаксиальной фидерной линии требуется дополнительное устройство широкополосного согласования антенны, в данной (рекомендованной) конструкции передатчика коаксиальный разъем не предусмотрен. При использовании указанных антенн передатчик обеспечивает дальность вещания в условиях городской застройки не менее 5 км, а в сельской местности не менее 10 км.
Чувствительность модуляционного входа передатчика регулируется в пределах 0,1-1,0 В эффективного значения. Входное сопротивление модуляционных входов 4,5 кОм и может быть установлено 600 Ом включением параллельно каждому входу резистора МЛТ-0,5-680Ω ±5%.
Настройка радиопередатчика на рабочую частоту, согласование с антенной и контроль глубины модуляции осуществляется по двухканальному электронно-оптическому индикатору настройки. Питается передатчик от бытовой однофазной электросети 220 вольт 50-60 Гц, и потребляет мощность около 60 Вт. Размеры шасси передатчика 360×150×125 мм.
Поскольку одной из главных целей Индивидуального радиовещания, как любительской деятельности, является увлечение, воспитание и начальное образование будущих специалистов в области радиотехники, радиосвязи и радиовещания, данное описание выполнено с объяснениями теоретических аспектов, и детальным изложением принципов работы устройства. Оно может быть использовано, как одно из пособий при подготовке к квалификационному экзамену по радиотехнике для начинающих и опытных индивидуальных радиовещателей.
Структурная схема (Рис. 1). Передатчик выполнен по двухфазной схеме, с двухпериодным суммированием мощности ключевых радиоламп, с анодно-экранной модуляцией (АЭМ) выходного каскада и содержит лишь одну выходную колебательную систему. Все промежуточные каскады передатчика работают также в ключевом режиме и не содержат колебательных систем.
Источник питания радиопередатчика обеспечивает следующие напряжения: +410 вольт при токе до 120 мА для питания анодных и экранных цепей радиоламп; +195 вольт при токе до 4 мА для питания экранной цепи модулятора и анодной цепи индикатора настройки; +18 вольт при токе до 200 мА для питания схемы синтезатора и его выходных ключевых транзисторов; переменное 6,3 вольта, смещенное относительно общего провода на 140 вольт, при токе 1,9 А, для питания цепей накала модулятора; переменное 6,3 вольта относительно общего провода при токе 1,9 А для питания цепей накала ключевых радиоламп и радиолампы индикатора настройки.
Модулятор передатчика для упрощения схемы и достижения высокой степени ее повторяемости в любительских условиях выполнен в виде электронного регулятора напряжения на регулирующей проходной радиолампе и не содержит традиционного для АЭМ модуляционного трансформатора. Он состоит из трех функциональных звеньев: сумматор стереоканалов сигнала модуляции, двухкаскадный УМЗЧ и, собственно, сам регулятор напряжения анодного питания выходного каскада радиопередатчика по закону модулирующего сигнала.
Синтезатор С9-1449-1800. Представляет собой законченный узел, выполненный на печатной плате и обеспечивающий на выходе две последовательности мощных импульсов со скважностью 5 половинной частоты, сдвинутых относительно друг друга на период выходной частоты (на полпериода каждой последовательности), предназначенных для непосредственной поочередной коммутации цепей катодов радиоламп ключевого выходного каскада.
Ключевой выходной каскад. Выполнен на двух пентодах, включенных по схеме с общими сетками. Анодное напряжение изменяется модулятором в пределах ±170 вольт относительно среднего значения 220 вольт в такт с изменением сигнала модуляции. Лампы работают в номинальном режиме, обеспечивая импульс тока катода 90 мА.
Колебательный контур на выходе передатчика преобразует импульсные последователь-ности токов радиоламп в синусоидальное напряжение несущей частоты.
Цепь согласования с антенной позволяет радиопередатчику работать на различные актив-ные и реактивные сопротивления антенн, обеспечивая при этом оптимальный режим работы выходного каскада. То есть, цепь согласования вместе с колебательным контуром трансформирует входное сопротивление антенны к анодной цепи лампы, обеспечивая ей работу в граничном режиме.
Индикатор настройки колебательного контура, цепи согласования с антенной и уровня модулирующего сигнала позволяет настраивать передатчик и в процессе работы оперативно наблюдать критичные параметры.
Принципиальная схема радиопередатчика (Рис. 2) довольно большая, поэтому рассмотрим ее работу покаскадно.
Источник питания. Выполнен на базе унифицированного силового трансформатора ТАН44. Этот трансформатор помимо сетевой обмотки имеет две обмотки по 80 вольт при токе 140 мА; две обмотки по 56 вольт, при токе 200 мА, две обмотки по 24 вольта при токе 200 мА и две накальных обмотки 6,3 вольта, при токе 1,9 ампера, каждая. При простом изменении коммутации обмоток возможно использование трансформатора ТАН45. Возможно также использование более мощных трансформаторов ТАН58 или ТАН59.
Выпрямители выполнены на двух диодных мостах КЦ405 или на аналогичных импортных.
Выпрямитель (+18 вольт, 200 мА) для питания синтезатора радиочастот выполнен по двухполупериодной схеме на половине диодного моста и питается от двух 24-х вольтовых обмоток (выводы трансформатора 15-18). Напряжение выпрямителя +32 вольта снимается со средней точки обмоток (выводы 16 и 17) и подается на сглаживающий П-образный RC фильтр, состоящий из двух конденсаторов, емкостью 220 мкФ на рабочее напряжение 100 вольт и из двух резисторов МЛТ-2-120Ω ±5%, соединенных параллельно.
С плюсового вывода этого же диодного моста снимается напряжение +64 вольта, для дальнейшего его суммирования с выпрямленными напряжениями второго диодного моста.
Второй диодный мост, также, как и первый обеспечивает два выходных напаряжения. Он подключен к парам обмоток трансформатора с напряжениями 80 + 56 = 136 вольт (выводы 7-14). С половины этого моста (двухполупериодный выпрямитель) снимается напряжение 180 вольт и в сумме с напряжением +64 вольта с первого моста обеспечивает напряжение +254 вольта, которое через сглаживающий фильтр на двух конденсаторах 150 мкФ на 400 вольт и резисторе МЛТ-2-5,1 кΩ±5%, обеспечивает получение питающего напряжения +195 вольт для цепи анода предварительного каскада и цепи экранной сетки выходной лампы УМЗЧ модулятора и анодного питания электронно-светового индикатора настройки.
С плюсового вывода второго моста снимается напряжение +360 вольт, которое в сумме с напряжением +64 вольта с выхода первого диодного моста, обеспечивает напряжение +424 вольта для питания регулирующей (проходной) лампы модулятора. Сглаживающий фильтр в цепи высокого напряжения состоит из двух конденсаторов МБГО-2-500В-20мкФ±10% и унифицирован-ного дросселя Д40-5-0,18. Использование в сглаживающем фильтре высокого напряжения бумажных (неэлектролитических) конденсаторов обусловлено требованием длительной надежной работы радиопередатчика при довольно высокой температуре и предельном для электролитических конденсаторов напряжении. Кстати, именно требование длительной надежной работы радиопередатчика при максимальной выходной мощности отличает радиовещательные передатчики от радиолюбительских связных трансиверов и обуславливает иные, чем в связных радиопередатчиках схемные и конструкторские решения. В частности, именно этим обусловлен двойной запас по рабочему напряжению у оксидных конденсаторов в низковольтных цепях выпрямителей.
На выходе сглаживающего фильтра +195 вольт установлен делитель напряжения из двух резисторов по 150 и 56 килоом для обеспечения положительного смещения +140 вольт в цепи накала ламп модулятора. Смещение подается на один из выводов накальной обмотки (21). Необходимость такого схемного решения вызвана двумя факторами. Во-первых, смещение нити накала в положительный относительно катода потенциал в предварительных каскадах модулятора (6Ф4П) запирает паразитный диод накал-катод (катод лампы является анодом паразитного диода при потенциале накала 0 вольт), что уменьшает прохождение фона переменного тока в катодные цепи модулятора. Во-вторых, смещение +140 вольт нити накала проходной лампы модулятора (6С19П) необходимо, поскольку недопустимо превышать ее предельное напряжение между катодом и накалом, составляющее 250 вольт, а потенциал катода этой лампы на пиках модуляции может достигать значения +380 вольт.
Модулятор. Поскольку современная студийная аппаратура выполняется исключительно двухканальной (стерео), а АМ радиовещание на средних волнах одноканальное (моно), то необходимо на входе передатчика просуммировать оба канала в один. Эта функция выполняется с помощью двух резисторов по 2,2 килоома. Одновременно, эти же сопротивления совместно с конденсатором 0,01 мкФ выполняют функцию фильтра нижних частот с частотой среза 8 кГц, чем ограничивается полоса модулирующих частот, чтобы передатчик занимал в эфире отведенную ему полосу в 16 кГц в соответствии с излучением 16K0A3EGN. Этот же конденсатор блокирует вход модулятора от наводок ВЧ колебаний с радиочастотной части передатчика. Выходной сигнал с аналогового сумматора поступает на потенциометр, регулирующий входной уровень сигнала модуляции, поступающий на предварительный каскад УМЗЧ, выполненный на триодной части лампы 6Ф4П. Резистор 560 Ом в цепи потенциометра ограничивает диапазон регулировки чувствительности входа, не позволяя вообще отключить сигнал модуляции, поскольку такой режим в радиовещательном передатчике недопустим. Оба усилительных каскада УМЗЧ выполнены по классическим резистивным схемам с общим катодом. Катодные резисторы обоих каскадов незашунтированы конденсаторами, поскольку в схеме имеет место избыток усиления и им можно пожертвовать в пользу линейности, что, к тому же, упрощает схему. Помимо резистора анодной нагрузки выходного каскада УМЗЧ к нему подключен мощный катодный повторитель на регулирующем триоде 6С19П. Для обеспечения работы пентодной части 6Ф4П при токе анода 9,5 мА, в ее анод включены два параллельных резистора МЛТ-2-47 кΩ ±5%. Амплитуда переменного напряжения на них в пиках модуляции достигает ±170 вольт, что после катодного повторителя обеспечивает глубину модуляции 75-80%.
Ключевой выходной каскад на двух пентодах 6П15П управляется ключевыми транзисторами синтезатора радиочастот С9-1449-1800. Резисторы по 300Ω в цепях катодов выполняют функцию нагрузки выходных транзисторов синтезатора и обеспечивают подачу запирающего напряжения +18 на катоды ламп. Управляющие и защитные сетки соединены с землей, а экранирующие сетки заземлены лишь по ВЧ через конденсаторы 1500 пФ, каждая. На экранирующие сетки ламп с модулятора подается постоянное напряжение 230 вольт (в режиме молчания) через гасящий резистор 2,4 килоома.
Аноды обоих пентодов соединены вместе и в эту точку подключен параллельный колебательный контур, образованный катушкой L1, керамическим конденсатором 390 пФ и двумя секциями переменного конденсатора КПВ-2-12/495 пФ соединенными параллельно. Для предохранения модулятора и источника питания от коротких замыканий анодной цепи при возможном касании пластин в переменном конденсаторе, последний подключен к анодной цепи через разделительный конденсатор КСО-7-1000 В-2400 пФ. Емкость этого конденсатора выбрана такой, чтобы «растянуть» перестройку частоты колебательного контура на диапазон частот 1449-1800 кГц. Таким образом, этот конденсатор помимо разделительной функции выполняет еще и растягивающую функцию.
В анодной цепи передатчика применена последовательная схема подачи анодного напряжения через катушку контура L1. Верхний по схеме ее конец заземлен по радиочастоте через блокировочный конденсатор КСО-7-1000 В-3000 пФ. Для лучшей фильтрации радиочастотных колебаний использован дроссель Др2 и второй аналогичный блокировочный конденсатор. Помимо радиочастотной фильтрации эти два конденсатора совместно с выходным сопротивлением модулятора выполняют функцию фильтра нижних частот, ограничивающего полосу модулирующих частот передатчика значением 8 кГц.
Цепь согласования с антенной состоит из многоотводной катушки связи L2, переключателя ее отводов П1, «Связь», двухсекционного переменного конденсатора настройки антенного контура КПВ-2-12/495 пФ с параллельно соединенными секциями для увеличения диапазона перестройки и дополнительного конденсатора 100 пФ для увеличения значения минимальной емкости. Цепь согласования позволяет подключать антенны с активной составляющей входного сопротивления от 36 до 270 Ом и реактивной, индуктивного характера (удлиненная антенна), до 300 Ом. При использования укороченных антенн в антенной контур может быть включена удлинительная катушка L3 с помощью переключателя П2. Непосредственно на выходной клемме «Антенна» установлен трансформатор тока Тр2. Его первичный «виток» представляет собой винт клеммы, проходящий сквозь ферритовое кольцо, на котором намотана вторичная обмотка. Трансформатор тока нагружен на активное сопротивление для выравнивания его АЧХ и исключения паразитных резонансов, после чего радиочастотный сигнал с его вторичной обмотки выпрямляется однополупериодным диодным детектором и поступает на индикатор настройки.
Индикатор настройки. Поскольку в данном передатчике режимы ламп выдерживаются достаточно жестко самой схемой, нет необходимости применять стрелочные измерительные приборы. Настройку же анодного и антенного контуров передатчика и связи с антенной можно с успехом произвести по электронно-световому индикатору. В качестве такого индикатора используется двойная лампа ЕММ801 фирмы Telefunken, или аналогичная советская типа 6Е2П. Возможно применение и одноканальных радиоламп типа 6Е5С, 6Е1П, 6Е3П, ЕМ84, ЕМ87, но в этом случае придется ввести в схему переключатель индикации с тока антенны на уровень модулирующего сигнала. Подробно устройство таких индикаторов, принцип их работы и схемы включения были описаны в моей статье в журнале РАДИО № 8 за 2010 г. А это ссылка на полную авторскую версию статьи.
Далее, Часть 2
1 Радиовещательный позывной, зарегистрированный, как название средства массовой информации: Радиопрограмма «Зеленый глаз». Свидетельство о регистрации СМИ: Эл № ФС77-37059 от 6 августа 2009 г. Подробнее
2 Полный текст Рекомендаций
3 См. статью: С. Комаров, «Устройство заземления для средневолновой передающей антенны Индивидуального радиовещания»
|
