In questo post impariamo la procedura di costruzione completa di un circuito trasmettitore radioamatoriale da 2 metri, utilizzando componenti elettronici ordinari e apparecchiature di prova ordinarie.

Cos'è la radio VHF da 2 metri

I diritti di autorizzazione degli utenti radioamatori comprendono l'utilizzo delle frequenze in questa banda particolare per le telecomunicazioni a livello locale, tipicamente entro un raggio di circa 100 miglia (160 km).

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Caratteristiche principali

Questo trasmettitore di 2 m scarica circa 1,5 watt nell'antenna, funziona con una batteria da 12 V, è modulato in frequenza e può essere controllato tramite un cristallo o un VFO.

Una considerazione specifica è stata data verso una maggiore purezza dello spettro del segnale che viene accuratamente modificato per garantire che le armoniche siano molto ridotte al di sotto dei 45 dB.

L'audio in ingresso può essere fornito da un microfono a cristallo o dinamico e l'uscita può essere utilizzata con un'antenna da 50 a 75 piedi correttamente abbinata.

Inoltre potrebbe essere momentaneamente controllato in un carico SWR illimitato, che è corto o circuito aperto, senza alcun danno al transistor di uscita. Inoltre, essendo la modulazione di fase trasformata in modulazione di frequenza, le possibilità di deviazione eccessiva sono quasi trascurabili.

La FM può essere ottenuta attraverso un paio di tecniche. Il più semplice è l'utilizzo di un diodo varicap sul cristallo o VFO. Questa tecnica richiede un minuscolo circuito supplementare, ma coinvolge l'aspetto negativo della probabilità di eccessiva deviazione, che può essere superiore a ± 2,5k Hz.

La tecnica successiva consiste nella creazione di una frequenza portante costante che viene successivamente modulata in fase e convertita in FM mediante il trimming della risposta AF.

La modulazione di fase porta ad un aumento della deviazione non solo attraverso l'ampiezza ma anche attraverso l'aumento dell'AF, facendo sì che l'amplificatore audio ottenga una caratteristica decrescente.

I vantaggi sono che la deviazione eccessiva è praticamente fuori discussione, la deviazione è uniforme e uniforme, la risoluzione sul semplice rilevamento della pendenza è abbastanza facilmente paragonabile all'FM assoluto. Pertanto la modulazione di fase era stata implementata per questo circuito trasmettitore di 2 metri.

La modulazione di fase richiede una frequenza fondamentale più bassa quando si desidera un'ampia deviazione da 144 MHz a 146 MHz, ed è esattamente per questo che è stata scelta da 8,0 a 8,1 MHz, che può funzionare con una catena moltiplicatrice 18x per ottenere la frequenza di lavoro prevista.

I trasmettitori standard per banda amatoriale da 2 metri fanno uso di BJT che lavorano in classe C negli stadi moltiplicatori, tuttavia questi includono inconvenienti significativi. L'impedenza di ingresso è incredibilmente piccola e dipende dalla corrente piuttosto che dalla tensione.

Ciò si traduce in un maggiore consumo attraverso lo stadio del circuito precedente, il che rende necessario che lo stadio precedente sia esattamente abbinato se si desidera mantenere il Q dello stadio e l'amplificazione delle armoniche indesiderate eliminata.

Sebbene molto meno efficienti, i FET sono in grado di sconfiggere questi problemi, poiché funzionano comodamente nella classe C, causando la generazione di armoniche a correnti inferiori e grazie al fatto che i dispositivi ad alta impedenza di ingresso presentano un funzionamento dipendente dalla tensione.

Di conseguenza, il Q viene curato, le armoniche indesiderate vengono coperte, offrendo tuttavia un'amplificazione limitata sulle gamme di frequenza desiderate. L'uscita dal moltiplicatore è un FET aggiuntivo che funziona con 10-20 mA che serve un driver standard e un amplificatore di potenza.

Circuito del modulatore

Un'impedenza di ingresso più alta viene effettivamente fornita da Tr1 e C1 come mostrato in Fig.1 sebbene non cruciale, aiuta a isolare il microfono mentre R1 e C2 agiscono come un filtro RF, con il gate TR1 messo a terra da R2.

Questo resistore non è significativo e quasi qualsiasi valore superiore a 50 k sarà sufficiente. Tr1 funziona come un modificatore di impedenza che fornisce solo l'amplificazione della corrente, che può includere circa il 30% di perdita di tensione.

VR1 collegato alla sorgente Tr1 regola l'uscita audio e quindi la deviazione, seguendo la sorgente di TR1 verso la base Tr2 attraverso C3.

Tr2 produce un guadagno di tensione e, integrando la catena di polarizzazione superiore con il suo collettore, si ottiene un certo livello di feedback, che limita il guadagno a circa 100 volte.

R8 e C5 funzionano come una rete di disaccoppiamento per il modulatore verso il lato alimentazione e R7, mentre C6 tiene RF lontano dall'uscita del modulatore. R6 e C4 forniscono qualche regolazione aggiuntiva al circuito per ottenere la necessaria caratteristica di caduta ai risultati audio. L'attuale richiesta per il modulatore è di circa 500 µA.

Oscillatore a cristallo, amplificatore VFO, modulatore di fase

La potenza applicata a tutti questi stadi viene stabilizzata attraverso D1 e R13 Fig. 2. Lo stadio dell'oscillatore è un circuito oscillatore Pierce, dove il cristallo può essere visto collegato tra i terminali gate e drain di TR3, per garantire che la rimozione del cristallo consenta il cancello deve essere aperto per l'attacco VFO ogni volta che Tr3 deve funzionare come amplificatore.

VC1 è posizionato per trascinare il cristallo ad una particolare frequenza e non provoca alcun effetto sul VFO. RFC1 inibisce il passaggio del segnale a Tr3, permettendogli di passare attraverso C7 verso il gate TR4, che è il modulatore di fase, avente R12 come carico.

L'uscita passa tramite C10 verso la catena del moltiplicatore, e il feedback passa tramite C8 generando la modulazione di fase. Il segnale audio è dato al gate TR3, 1V p / p è il requisito minimo del modulatore di fase.

Catena moltiplicatrice

I transistori Tr5, Tr6 e Tr7 in Fig. 3, sono configurati rispettivamente a triplo e duplicatore.

Questi stadi sono progettati con layout simili e vengono utilizzati per risuonare sulle frequenze armoniche. Tutti questi stadi identici funzionano con correnti di quiescenza di circa 500 µA.

Se viene aumentato a 1,5 mA con un segnale RF collegato, iniziano a funzionare in modalità Classe AB. Poiché i FET forniscono un'elevata impedenza di ingresso, l'uscita potrebbe essere estratta dallo scarico, il che aiuta a evitare l'uso di picchiettamenti sulle bobine.

Poiché si suppone che il carico sia trascurabile, ciò consente al circuito Q di rimanere alto e garantisce che la sintonizzazione delle bobine non sia molto complessa.

La sintonizzazione per l'uscita dell'amplificatore di potenza è su un intervallo netto. Pertanto, VC2 deve essere regolato in modo molto meticoloso per ottenere i migliori risultati.

Una minuscola schermatura metallica è essenziale intorno a L4, per impedire che il feedback raggiunga L3, che altrimenti potrebbe provocare oscillazioni indotte, influenzando negativamente l'efficienza del palco.

R24 funziona come un limitatore di corrente e un generatore di feedback di tensione per Tr8.

Driver e amplificatore di potenza

Tutte queste fasi sono progettate per funzionare in modalità classe C.

L'ingresso Tr9 come mostrato in Fig.4 è sintonizzato su L4, VC2 e C26. VC2 e C26 consentono l'adattamento dell'impedenza per la base TR9 di Tr9. RFC2 fornisce il percorso di ritorno DC.

La dissipazione complessiva dal transistor Tr9 utilizzando una catena moltiplicatrice adeguatamente impostata e un cristallo dinamico collegato, potrebbe essere fino a 300 mW, il che significa che potrebbe essere necessario installare un piccolo dissipatore di calore con questo transistor.

Tr10 deve essere montato sul lato pista del PCB. La sua impedenza di ingresso è molto bassa e di natura capacitiva.

Il C28 e il VC3, sono usati per sintonizzare L5 e creano un adattamento dell'impedenza nella base del TR10. RFC4 aiuta a compensare la capacità di input e RFC5 agisce come il percorso di ritorno DC.

Visto che Tr10 può dissipare fino a 2,5 Watt di potenza, potrebbe essere necessario un grande dissipatore di calore per mantenere freddo questo transistor di potenza.

RFC6 è posizionato per sopprimere RF per garantire che la configurazione del circuito di uscita utilizzando VC4, C30, L6, C31, L7 e VC5 diventi esclusivamente il carico del collettore per TR10. Lo schermo di schermatura messo attorno a L7 e VC5 aiuta a inibire in modo significativo il contenuto armonico in uscita e bisogna assicurarsi che sia incluso a tutti i costi.

Come costruire

Il circuito è meglio costruito su un PCB rivestito di rame a doppia faccia, Fig. 5. È consigliabile che tutte le istruzioni relative all'assemblaggio siano implementate con la massima cura. Verificare che ogni punto di massa venga fornito alla zona superiore del PCB.

Tutti i cavi dei componenti sono inseriti fino al collo e mantenuti il più piccoli possibile, mentre le gambe estese di bobine e resistenze devono essere adeguatamente messe a terra. Le bobine devono essere costruite con l'ausilio degli alberi di perforazione consigliati,

Dopo che l'avvolgimento sul trapano è terminato, la bobina deve essere forzata sopra la prima rigida, quindi lo spazio tra le spire deve essere regolato allungandosi esattamente alla lunghezza complessiva raccomandata della bobina.,

Infine, le bobine devono essere fissate in posizione sopra i formatori applicando uno strato molto delicato di adesivo a base di resina epossidica.

Le bobine che si consiglia di avere palline di ferro regolabili devono essere fissate nella posizione impostata con l'aiuto di una goccia di cera fusa.

Tutti i fori dell'estremità superiore di queste bobine devono essere svasati, utilizzando una punta appropriata.

La costruzione inizia fissando il PCB all'interno del contenitore pressofuso e trapanando i fori per i bulloni attraverso la scheda e la base.

Quindi iniziare l'assemblaggio dei componenti saldando come mostrato in Fig.6, dall'asse lungo verso l'esterno.

Saldare prima gli schermi in posizione prima di tutto per facilitare una facile installazione. Inoltre, potrebbe essere una buona idea capovolgere il PCB, imbullonarlo al coperchio della scatola, quindi praticare dei fori attraverso il centro dei condensatori variabili e delle bobine con un trapano n. 60.

Questi fori devono essere ulteriormente ingranditi fino a 6 mm per consentire un facile accesso ai rispettivi trimmer durante il processo di messa a punto finale, dopo che il PCB è stato installato all'interno della scatola.

Il dissipatore di calore per Tr10 può essere di qualsiasi tipo standard disponibile sul mercato, ma per Tr9 questo può essere costruito manualmente ruotando un quadrato da 12 mm di rame o banda stagnata con l'aiuto del mandrino da trapano da 5 mm e quindi spingendolo attorno al transistor.

Come impostare

Pulire il gruppo di saldatura con alcol etilico, quindi esaminare con cautela la saldatura del PCB e vedere se sono presenti saldature a secco o ponti di saldatura in cortocircuito.

Quindi, prima di fissarlo nella custodia, collegare temporaneamente i cavi e inserire il cristallo nella fessura. Utilizzare un amperometro o un qualsiasi misuratore di corrente e collegarlo in serie al positivo della linea di alimentazione, insieme a una resistenza in serie da 470 ohm. Successivamente, collegare un carico fittizio schermato da 50 a 75 Ohm all'uscita tramite un buon misuratore di potenza.

Come testare

Senza collegare un cristallo, collegare l'alimentazione a 12V e assicurarsi che l'assorbimento di corrente non sia superiore a 15 mA, allo stadio audio, oscillatore, modulatore di fase, zener e stadio moltiplicatore quiescente.

Se il misuratore indica un valore superiore a 15 mA, potrebbe esserci un guasto nel layout o forse Tr8 non è stabile e oscilla. Questo può essere identificato meglio con l'aiuto di a RF 'sniffer' dispositivo posizionato vicino a L4 e il problema risolto regolando opportunamente VC2.

Verificata la condizione di cui sopra, prestare attenzione al modulatore e utilizzando un misuratore di alta impedenza, verificare che la tensione di collettore Tr2 legga metà della tensione di alimentazione con riferimento al terminale di alimentazione di R19.

Se trovi che questo sia superiore al 50%, prova ad aumentare il valore di R4 fino al raggiungimento della lettura consigliata, o viceversa, se la lettura è inferiore alla metà della fornitura, diminuisci il valore di R4.

Per ottenere un'ottimizzazione ancora migliore, è possibile utilizzare un oscilloscopio per modificare il valore C6 fino a ottenere una tensione di 3dB con 3 kHz, rispetto a una risposta di 1 kHz. Questo può essere considerato equivalente al roll off più efficace e ad una buona modulazione di frequenza. Questo test dovrebbe essere eseguito attraverso la base / emettitore di TR4.

Dopodiché, collega un cristallo e controlla la risposta corrente, devi vedere un aumento del consumo di corrente. Tuttavia, per salvaguardare il transistor di uscita da un'elevata dissipazione, questo consumo di corrente deve essere regolato impostando VC4 e VC5 in modo appropriato.

Nella fase successiva, per garantire che il nostro trasmettitore da 2 m funzioni con le armoniche giuste, lo stadio del moltiplicatore dovrebbe essere ottimizzato regolando le lumache del nucleo di tutti gli induttori variabili per ottenere la massima potenza sul dispositivo 'sniffer'. In alternativa, lo stesso può essere implementato ottimizzando per la massima corrente, che corrisponde alla corretta ottimizzazione armonica per lo stadio circuitale.

Il trimmer VC2 può essere regolato utilizzando un oggetto appuntito di plastica affilato, per fissare il circuito con un consumo di corrente ottimale.

Successivamente, regolare il trimmer VC3 che potrebbe influenzare leggermente l'impostazione di VC2, e quindi potrebbe essere necessario regolare nuovamente VC2. Quindi, regolare VC4 e VC5 fino a visualizzare la migliore uscita RF possibile, con il minimo consumo di corrente totale possibile.

Dopodiché, potrebbe essere necessario ripetere questo processo di allineamento e messa a punto per tutti i condensatori variabili, effettuandosi a vicenda, fino a ottenere una regolazione ottimale attraverso i trimmer con la massima uscita RF.

Il tweaking finale deve comportare un wattaggio di uscita medio di 0,75 e 1 W nel carico fittizio con un consumo di corrente complessivo di circa 300 mA.

Nel caso in cui si abbia accesso a un misuratore di SWR, è possibile collegare il circuito a un'antenna con un cristallo di ingresso su una frequenza morta e quindi perfezionare la sintonizzazione tramite VC4 e VC5 fino a quando non viene misurata un'uscita RF ottimale, corrispondente a una lettura di SWR minima .

Dopo che tutte queste impostazioni sono state completate, il test con una modulazione audio in ingresso non dovrebbe causare alcun cambiamento nel livello di uscita RF. Dopo qualche altra conferma, quando si ottiene una prestazione completamente soddisfacente dal circuito del trasmettitore da 2 metri, la scheda può essere installata nella custodia selezionata o nella scatola pressofusa, e ulteriormente testata per assicurarsi che tutto sia a posto con il funzionamento del unità come precedentemente confermato.

Elenco delle parti