ТРАНЗИСТОРНЫЙ ПЕРЕДАТЧИК НА 1215 МГЦ
В. ПРОКОФЬЕВ, RA3ACE, г. Москва
Внестоящее время наибольшее распространение в качестве пере-датипков на диапазон 1215 МГц получили варакторные умножители частоты, подключаемые к уже имеющимся передатчикам на 144 и 432 МГц. Эти устройства имеют высокий КПД, простую электрическую схему и не требуют источников питания. Однако изменение активной или реактивной составляющей сопротивления нагрузки или уровня входного сигнала может привести к самовозбуждению подобного умножителя частоты, проявляющемуся, как правило, в генерации помимо полезного еще н сигнала с шумоподобным спектром. Обнаружить его без анализатора спектра весьма сложно.
Описываемый CW передатчик построен по традиционной схеме последовательного умножения частоты. Его выходная мощность — 0,6 Вт при подводимой мощности 7,5 Вт (к оконечному каскаду подводится 4 Вт) и напряжении питания 15 В, Относительный уровень составляющих внеполос-ного излучения — не более — 40 дБ. Передатчик полностью сохраняет работоспособность после случайного обрыва или короткого замыкания в нагрузке.
Принципиальная схема передатчика изображена на рис. I. Задающий генератор выполнен на транзисторе V1 по схеме «емкостной трехточки» с кварцевой стабилизацией. В нем применен кварцевый резонатор на частоту 13,5 МГц из набора «Кварц-3». Выбор такой частоты кварца определяется тем, что в случае использования конвертера на 1296 МГц с промежуточной частотой 144...146 .МГц не будет пораженных точек при приеме. Если применяется конвертер с другом ПЧ, можно использовать кварцы на 9, 12 МГц и т. д. Частоту задающего генератора можно изменять примерно на 2 кГц подстройкой конденсатора CI.
Рис. 1
На транзисторе V2 собран усилительный каскад. Контур L2C8 в коллекторной цепи транзистора настроен на частоту 13,5 МГц. Утроитсль частоты выполнен по балансной схеме на диодах V3, V4. Нагрузка утроителя — контур L5C10, настроенный на частоту 40,5 МГц. Сигнал с утроителя поступает на усилитель (транзистор V5), а затем на балансный удвоитель частоты, выполненный на диодах V7, V8. Применение балансных умножителей обеспечивает дополнительное (примерно на 10 дБ) подавление нечетных гармоник в случае удвоения и четных гармоник в случае утроения частоты.
Сигнал с удвоителя частоты поступает на базу транзистора V9. В его коллекторную цепь включен фильтр сосредоточенной селекции, настроенный на 81 МГц. Два последующих удвоителя частоты выполнены по традиционной схеме на транзисторах V10, V11. На транзисторе V12 собран усилитель, выходной контур которого настроен на 324 МГц. Последующий удвоитель собран на транзисторе V13, включенном по схеме с общей базой. Такое включение транзисторов в СВЧ умножителях обеспечивает более эффективное умножение частоты по сравнению со схемой включения с общим эмиттером. С выхода удвоителя сигнал поступает на двухкаскадный усилитель на транзисторах V15, V17.
Оконечный каскад передатчика работает в режиме удвоения частоты. Он выполнен на транзисторе V18, включенном по схеме с общей базой. Нагрузкой оконечного каскада является фильтр на элементах L30, L31, С50— С52. Чтобы уменьшить вероятность возникновения «дроссельных» колебаний, в
коллекторные цепи транзисторов V15, VI7 и VI8 включены цепочки R25C39; R28C46 и R30C49, а в базовые цепи V15 и VI7 — последовательно с дросселями L22 и L25 соответственно резисторы R24 и R27. Диоды V14 и V16 определяют и стабилизируют начальное смещение на базах транзисторов V15 и VI7. Уровень выходной мощности передатчика регулируют изменением напряжения питания транзистора V10.
Передатчик манипулируют по коллекторной цепи транзистора V9 (манипулятор подключают к разъему XI).
Конструкция и детали. Передатчик смонтирован на плате из фольгирован-ного одностороннего стеклотекстолита толщиной 2 мм размерами 160x180 мм с использованием технологии, описанной С. Жутневым в книге «Любительская УКВ радиостанция» («Радио и связь», 1982, сер. МРБ, выпуск 1037). Расположение деталей высокочастотных узлов передатчика показано на рис.2.
Рис. 2
Контурные катушки LI—L8, L10—L17 наматывают виток к витку проводом ПЭВ-2 (L1 - диаметром 0,16; L2—0,2, L3, 14—0,3, остальные — 0,35 мм) на каркасах с внешним диаметром 5 мм, имеющих внутреннюю
|
Катушка |
LI |
L2 |
L3 |
L4 |
L5 |
L6 |
L7 |
||
|
Число витков |
20 |
6+ |
2 х 3 |
2X1 |
8 |
1 |
2,5-1-5.5 |
||
|
Катушка |
L8 |
L10,Ll3, L15-L17 |
L11, L12 |
LI4 |
|||||
|
Число витков |
2X2 |
2 |
5 |
4 |
|||||
резьбу М4. Число витков указано в таблице. Подстроечники катушек L1-L8, L10—L13 — карбонильные. L14— L17 — латунные. Катушка L19 ..... бескаркасная (ее внутренний диаметр 6 мм), содержит 3 витка провода ПЭВ-20,8. Катушки L24, L27 выполнены из провода ПЭВ-2 0,8 в виде петли обшей длиной 18мм. L21 представляет собой петлю общей длиной 35 мм из такого же провода. Отвод сделан на расстоянии 7 мм от точки соединения L21 с конденсатором С35.
Катушки связи L3 и L8 размещают поверх L2 и L7 соответственно. L3 и L8 наматывают двумя скрученными проводами ПЭВ-2 0,24. Затем конец одной полуобмотки соединяют с началом другой. Точку соединения в процессе монтажа заземляют. Конструктивно эти катушки должны быть выполнены по возможности симметрично с минимальной длиной выводов.
Все дроссели передатчика бескаркасные. L9, L18 и L20 намотаны проводом ПЭВ-2 0,3 и имеют соответственно 15, 10 и 5 витков. Диаметр намотки — 3 мм. Остальные дроссели, за исключением L26, изготовлены из провода ПЭВ-2 0,2 и содержат по 6 витков. Внутренний диаметр этих дросселей — 0,8...1 мм. L26 представляет собой отрезок провода длиной 8 и диаметром 0,3 мм.
Выходной фильтр изготовлен из фольгированного фторопласта толщиной 1,5...2 мм. Чертеж фильтра приведен на рис. 3.
Рис.3
Конструктивная емкость С51 изготовлена из медной фольги в виде лепестка, припаянного одним концом к торцу полосковой линии L30. Подгибая и отгибая другой конец лепестка относительно торца полосковой линии L31, регулируют связь между контурами фильтра. При монтаже фильтра на общую плату торец линии L3I и общую шину фильтра необходимо надежно соединить с фольгой на плате. Это можно сделать, изготовив из медной фольги уголки соответствующей длины. Общую шину фильтра необходимо пропаять по всей длине линии а-а.
Выходной фильтр можно сделать, используя ту же технологию, как и для других каскадов. Размеры линий при этом сохранятся. Однако для уменьшения емкости монтажных площадок вокруг них должна быть бороздка шириной 2...3 мм, в теплоотводе в местах расположения данных площадок необходимо просверлить отверстия диаметром 10...15 мм. При монтаже выходного фильтра следует учесть, что длина коллекторного вывода транзистора КТ919А до линии должна быть минимальной и не превышать 1...1.5 мм. Выходной фильтр крепится к шасси четырьмя винтами М2,5.
Конструктивная емкость связи С18 представляет собой два скрученных провода ПЭВ-2 0,3. Длина скрутки — около 10 мм. В процессе настройки длину скрутки уменьшают бокорезами — при этом емкость связи уменьшается.
Транзисторы V15, VI7, V19 необходимо установить на теплоотвод, в качестве которого используют лист дюралюминия толщиной 2 мм и размерами 100Х180 мм. При креплении транзистора V8 к радиатору необходимо под прямоугольный вывод базы подложить медную фольгу, вывести ее на наружную поверхность платы и припаять к фольге по всему периметру отверстия.
В передатчике использованы резисторы МЛТ-0,125. ВС-0,125. Конденсаторы емкостью более 16 пФ — КМ, менее 16 пФ — КТ, электролитические конденсаторы — любого типа, подстрочные конденсаторы — КТ4-21.
Блокировочные конденсаторы высокочастотных каскадов СЗЗ—С35, С38, С41, С45 и С48 устанавливают на плату без выводов (выводы удаляют заранее, а места пайки выводов к пластине конденсатора зачищают от краски). Конденсатор С48 расположен вертикально, остальные из перечисленных конденсаторов — горизонтально. Блокировочные конденсаторы более низкочастотных каскадов монтируют на плате таким образом, чтобы их выводы были минимальной длины.
Вместо транзисторов КТ312Б в первых двух каскадах можно использовать любые кремниевые транзисторы с граничной частотой не менее 100 МГц, вместо КТ306Б — кремниевые транзисторы с граничной частотой не менее 300 МГц и допустимой мощностью рассеивания 150 мВт. Транзисторы КТ355А можно заменить на КТ325 с любым буквенным индексом. KT9I1A — на KT91I или КТ610 с любым индексом.
Однако применение КТ610 приведет к уменьшению надежности передатчика. Вместо КТ913А можно использовать любой другой из этой серии или серии КТ911. Последняя замена также приведет к уменьшению надежности передатчика.
Налаживание передатчика. Настройка первых шести каскадов передатчика ничем не отличается от настройки аналогичных умножителей частоты,неоднократно описанных в «Радио», и сводится к проверке режимов работы транзисторов по постоянному, току и настройке контуров на требуемые частоты. Постоянные составляющие коллекторных токов транзисторов должны быть 4...10 мА.
Нижняя граница диапазона перестройки частоты задающего генератора — 1296 МГц — устанавливается подстройкой катушки L1 при максимальном значении емкости конденсатора С1, верхняя граница — подбором конденсатора С2 при минимальном значении емкости конденсатора CI. Правильность настройки контуров можно проверить с помощью гетеродина, описанного в уже упоминавшейся книге С. Жутяе-ва. При настройке полосового фильтра L11C17L12C18CI9 необходимо подобрать емкость С18. Укорачивая длину скрутки конструктивной емкости С18 и вращая подстроечники катушек L11, L12, измеряют напряжение высокой частоты на коллекторе транзистора V10; контур L15C22 предварительно настраивают на частоту 162 МГц. Длину скрутки уменьшают до тех пор, пока напряжение на коллекторе V10 не уменьшится на 5...10%.
При правильной настройке первых шести каскадов напряжение на контуре L17C26C27C28 должно быть 4...5 В и оставаться таким при уменьшении питания всех каскадов с 15 до 12 В.
Затем приступают к налаживанию каскада на транзисторе V12. Этот транзистор должен работать в режиме с углом отсечки коллекторного тока, близким к 90°. При настройке отключают от шины питания резистор R18 и в разрыв цепи включают миллиамперметр. Подбором резистора R17 добиваются, чтобы при поданном напряжении возбуждения постоянная составляющая коллекторного тока транзистора V12 равнялась 12...15 мА. При этом контур L17C26C27C28 подстраивают по максимуму тока транзистора V12. Когда же напряжение возбуждения не подается, например при отключенном кварце, постоянная составляющая коллекторного тока этого транзистора должна быть равна нулю. По окончании настройки восстанавливают соединение резистора R18, а миллиамперметр переключают в аналогичную цепь удвоителя частоты, собранного на транзисторе V13. Настройка этого каскада аналогична предыдущему. Подбором резистора R20 и подстройкой контура L19C30C3I добиваются постоянной составляющей коллекторного тока транзистора V13, равной 20...25 мА. В отдельных случаях, возможно, потребуется подбор конденсаторов СЗО и С32.
Далее переходят к настройке базовой цепи усилителя, собранного на транзисторе V15. Для этого отключают от него катушку L24, вместо дросселя L23 включают резистор сопротивлением 10...15 Ом с минимальной длиной выводов, а вместо R25 — миллиамперметр. При подаче питания и отключенном напряжении возбуждения ток транзистора должен находиться в интервале 1... 15 мА и плавно изменяться при изменении напряжения источника питания от нуля до номинального значения. Наличие скачков коллекторного тока говорит о самовозбуждении каскада. Если коллекторный ток превышает 15 мА, что возможно при использовании в данном каскаде транзистора другого типа, необходимо подобрать диод V14 из имеющихся в наличии кремниевых диодов других типов или включить последовательно, соблюдая ту же полярность, два германиевых диода, например из серии Д7. Значение тока покоя 15...20 мА не рекомендуется превышать при использовании практически любых мощных СВЧ транзисторов.
После установки режима транзистора V15 по постоянному току подают напряжение возбуждения. Настройкой контура L21C36 и коррекцией положения отвода L21 добиваются максимального значения коллекторного тока V15.
При подборе места подключения отвода индуктивности L2I следует учитывать, что по мере увеличения коэффициента включения контура L21C36 в коллекторную цепь транзистора V13 будет ухудшаться фильтрация сигнала первой гармоники на выходе удвоителя, а также увеличиваться вероятность самовозбуждения данного удвоителя частоты. Поэтому коэффициент включения этого контура должен быть минимальным, лишь бы обеспечивался необходимый уровень (60...80 мА) возбуждения последующего каскада. Затем восстанавливают цепь коллекторной нагрузки транзистора VI5 и переносят миллиамперметр в коллекторную цепь транзистора VI7, произведя перед этим изменения, аналогичные описанным. После проверки и установки режимы работы транзистора V17 по постоянному току подстройкой контура L24C43 добиваются максимума постоянной составляющей коллекторного тока V17. Она должна быть 200...250 мА.
На следующем этапе настраивают коллекторную цепь транзистора V17. Для этого восстанавливают все соединения в коллекторной цепи VI7, отключают выходной фильтр передатчика, дроссель заменяют на резистор сопротивлением 5...10 Ом, а вместо R30 включают миллиамперметр. Подстраивая конденсаторы С44 и С47, добиваются максимального значения (250...350 мА) постоянной составляющей коллекторного тока транзистора VI8. Затем восстанавливают соединения и к выходу передатчика подключают измеритель мощности. Настраивая конденсаторы С50, С52 и С53, а также подгибая и отгибая лепесток конденсатора связи С51, добиваются максимальной выходной мощности передатчика. При этом конденсаторы С50 и С52 должны иметь достаточно «острук» настройку. В противном случае следует отогнуть лепесток у конденсатора связи С51, уменьшив тем самым связь между контурами.
Далее следует проверить передатчик на отсутствие так называемых «дроссельных» колебаний. Косвенным свидетельством наличия их или других видов самовозбуждения в отдельных каскадах передатчика являются скачки постоянной составляющей коллекторного тока транзистора в этом каскаде. Поэтому при последовательной настройке каскадов следует внимательно следить за тем, чтобы при вращении подстроенных конденсаторов токи каскадов изменялись плавно во всем диапазоне перестройки соответствующего элемента. Для окончательной проверки отсутствия «дроссельных» колебаний можно использовать диодный выпрямитель, схема которого изображена на рис. 4. Выход выпрямителя подключают к входу осциллографа с полосой пропускания 5...10 МГц, а вход выпрямителя подносят или подключают к коллекторному контуру проверяемого каскада передатчика. При наличии «дроссельных» колебаний на экране осциллографа будет наблюдаться некоторая сложная картина, соответствующая огибающей выходного сигнала передатчика.
Рис.4
Для уменьшения вероятности возникновения «дроссельных» колебаний, а в случае их возникновения — для устранения, можно рекомендовать следующее. Индуктивность базового и коллекторного дросселей должна быть минимальной. В отдельных случаях последовательно с дросселями включают резистор с небольшим сопротивлением (100 Ом для базовых и единицы ом для коллекторных цепей). Также можно дроссели изготавливать из провода с большим удельным сопротивлением (нихром, константан). Параллельно блокировочным конденсаторам к «холодным» концам дросселей целесообразно подключить электролитические конденсаторы емкостью 1...5 мкФ. После блокировочных конденсаторов целесообразно в коллекторные цепи транзисторов включать резисторы сопротивлением 1...10 Ом, которые одновременно будут предохранять транзисторы от выхода из строя в случае возникновения дроссельных колебаний и, вследствие этого, резкого увеличения коллекторного тока.
В каждом отдельном случае следует выбирать индивидуальный способ борьбы с «дроссельными» колебаниями, опробовав предлагаемые меры борьбы. Как правило, одной из приведенных мер или несколькими данный вид самовозбуждения удается устранить.
Описанную методику налаживания усилителей, выполненных на мощных СВЧ транзисторах, можно рекомендовать не только для данного передатчика, но и для других подобных устройств.
В заключение следует заметить, что не следует проводить подстройки всех каскадов передатчика, когда он включен полностью, а стоит ограничиться последовательной настройкой отдельных каскадов по предлагаемой методике. В противном случае существенно возрастает склонность аппарата к самовозбуждению.
При настройке передатчика на нужную частоту питание подают (замыкают контакты кнопки S1) только на первые каскады.
РАДИО N9 2, 1983 г.