Лампово-полупроводниковый трансивер
Ю. КУДРЯВЦЕВ (UW3DI, ex 4J0DI)

Пожалуй, один из наиболее популярных любительских позывных в наши дни — это UW3DI. Причем его популярность своеобразна. Спросите в эфире, какую аппаратуру использует ваш корреспондент, и в семи-восьми случаях из десяти получите ответ; “Трансивер конструкции UW3DI”.

Действительно, ламповый трансивер москвича Юрия Кудрявцева, а это его радиостанции принадлежит позывной UW3DI (Юрий также работал специальным позывным 4J0DI с острова Шикотан), можно смело назвать популярнейшей конструкцией среди советских коротковолновиков. Да я не только советских. Трансивер повторяют по описанию в журнале “Радио” (1970, NN5 и 6) радиолюбители Болгарии, Польши и других стран. Его конструктор был удостоен главного приза 24-й Всесоюзной радиовыставки и по ходатайству редакции журнал” “Радио” награжден знаком “Почетный радист СССР.

В этом номере мы начинаем публиковать описание второй конструкции Юрия Кудрявцева — лампово-полупроводинкового трансивера, также отмеченного главным призом на 25-й Всесоюзной радиовыставке. Редакция надеется, что и эта работа московского коротковолновика вызовет не меньший интерес советских и зарубежных радиолюбителей.

• Трансивер предназначается для работы SSB и CW на любительских KB диапазонах 3,5; 7; 14; 21; 28—28,5; 28,5—29 МГц.
• Чувствительность приемника на всех диапазонах не хуже 0,5 мкВ при соотношении сигнал/шум 10 дБ.
• Полоса пропускания приемника — переключаемая: 3 и 0,3 кГц.
• Усиленная АРУ обеспечивает при изменении входного сигнала от 1 мкВ до 50 мВ изменение напряжения на выходе менее чем на 6 дБ.
• Мощность, подводимая к аноду лампы выходного каскада передатчика, около 60 Вт на всех диапазонах.
• С целью уменьшения искажений и снижения побочных излучений применено автоматическое регулирование уровня мощности (ALC).
• Трансивер собран на шести радиолампах и 23 транзисторах. Большая часть деталей расположена на печатных платах. Навесной монтаж используется лишь в оконечном каскаде и частично в блоке питания.

Структурная схема трансивера приведена на рис. 1, принципиальная — на рис. 2 (положения переключателей соответствуют режиму “Прием” а диапазоне 14 МГц). В трансивере используется пять печатных плат (на рис. 1 они выделены штрих-пунктиром, на рис.2 — цветными сплошными линиями).

По структурной схеме трансивер похож на ламповую конструкцию, описанную в номерах 5 и 6 журнала “Радио” за 1970 г. Как показала длительная эксплуатация, при целом ряде положительных качеств она обладала и рядом существенных недостатков. Например, отсутствие АРУ, S-метра, самоконтроля при работе телеграфом создавало определенные неудобства.

Ценные замечания, высказанные радиолюбителями, автор постарался учесть. Кроме того, было решено в новом трансивере широко применить транзисторы.

В режиме приема сигнал из антенны через гнездо Гн2, конденсатор С2 и контакты Р2/1 реле Р2 (либо гнездо Гн1 и конденсатор С1 в случае применения отдельной антенны) подается на входной контур усилителя ВЧ приемника; На диапазонах 3,5—14 МГц этот контур состоит из катушки 2-L1, конденсаторов 2-С1— 2-СЗ и 2-С6—2-С9 (последние подключаются параллельно). На диапазонах 21 и 28 МГц вместо конденсаторов подключается катушка 2-L2. Некоторым недостатком выбранной схемы входного контура является невозможность изменения его связи с антенной и лампой при смене диапазона. Как показывает практика, на низкочастотных диапазонах, где уровень помех чрезвычайно велик, желательно иметь слабую связь контура, в то же время на диапазоне 28 МГц может оказаться желательным увеличение связи с антенной. Возможная схема такого включения входного контура приведена на рис. 3.

Усилитель ВЧ собран на лампе 2-ЛI, анодной нагрузкой которой является переключаемый полосовой фильтр с полосой пропускания 500 кГц на каждом диапазоне. В цепь управляющей сетки лампы 2Л1 через резистор 2-R1 и диод 2-Д2 подается напряжение АРУ (диод необходим для предотвращения попадания в цепь АРУ напряжения, закрывающего лампу в режиме передачи).

Первый смеситель приемника выполнен на левом триоде лампы 2-Л2. Напряжение гетеродина подается через конденсатор 2-С52 в цепь катода лампы.

Кварцевый гетеродин работает на правом триоде 2-Л2. Гетеродин собран по хорошо зарекомендовавшей себя схеме, позволяющей возбуждать резонатор на нечетных механических гармониках. При работе на диапазоне 21 МГц контур гетеродина состоит из катушки 2-L17 и емкостного делителя 2-С36, 2-С37. На диапазоне 28,5 МГц частота повышается параллельным подключением катушки 2-L16. На 28 МГц последовательно с 2-L16 включается катушка 2-L15. На остальных диапазонах параллельно катушке 2-L17 включаются конденсаторы 2-С31—2-СЗЗ.

В анодную цепь лампы первого смесителя включен трехконтурный перестраиваемый фильтр сосредоточенной селекции (ФСС) 5-Ll—5-L5, 5-С2—5-С9, настроенный на первую промежуточную частоту (6—6,5МГц). Гетеродин плавного диапазона (ГПД) работает на транзисторе 5-Т2 на частотах 5,5—6 МГц. Буфер-усилитель на транзисторе 5-T1 служит для уменьшения влияния смесителя на частоту задающего генератора. Контур ГПД 5-L7, 5-С20 настроен на частоту 5,75 МГц. Он зашунтирован резистором 5-R16 для получения равномерного коэффициента передачи. Напряжение ГПД, подаваемое на катод лампы 5-Л1 второго смесителя, может устанавливаться подбором делителя 5-С23, 5-С24 либо шунтирующего резистора 5-R16.

Предусмотрена возможность расстройки частоты приемника на ±5 кГц независимо от частоты передатчика. Это осуществляется изменением управляющего напряжения на варикапе 5-Д2 с помощью потенциометра RI5. При передаче контакты Р1/2 реле Р1 замыкаются, и напряжение на варикап снимается с резистора R16, служащего для первоначальной установки частоты. Расстройка может быть выключена выключателем В3. Применение а ГПД транзисторов позволило повысить стабильность частоты и практически избавило от необходимости начального прогрева трансивера.

В анодную цепь второго преобразователя включен электромеханический фильтр ЭМФ. Сигнал с выходной обмотки ЭМФ через нормально замкнутые контакты реле 3-Р1/1 и конденсаторы 3-С2, 3-СЗ подается в цепь базы транзистора 3-T1 — усилителя ПЧ. Этот каскад охвачен АРУ, сигнал которой подается через резистор 3-R7 в цепь базы. Кроме того, параллельно входу транзистора включена цепочка 3-С26, 3-R8, 3-Д12. При отсутствии управляющего сигнала ее сопротивление определяется сопротивлением резистора 3-R8 и практически не шунтирует вход. При появлении же этого сигнала по цепи 3-R9, 3-Д12 начинает протекать ток, и диод шунтирует входную цепь, образуя с конденсаторами 3-С2, 3-СЗ аттенюатор. В результате эффективность действия АРУ существенно повышается.

Линейный детектор приемника собран по кольцевой схеме на диодах 3-ДЗ—3-Д6. Поскольку каскад усилителя ПЧ всего один, напряжение на детекторе даже при сильных входных сигналах не превышает единиц милливольт. Это улучшает условия работы детектора, позволяет получить малый уровень искажений, однако предъявляет повышенные требования к усилителю НЧ.

Усилитель НЧ выполнен на транзисторах 3-T2—3-T8 по популярной бестрансформаторной двухтактной схеме. В нем имеется отрицательная обратная связь с выхода на эмиттер второго каскада через цепочку 8-R20, 3-R2I. 3-С14, 3-С15. Эта цепочка формирует частотную характеристику усилителя. Первый каскад усилителя НЧ охвачен АРУ.

Выключатель В6 позволяет включить еще одну цепь обратной связи; 3-R30—3-R32, 3-С22—3-С24, представляющую собой двойной Т-мост, При включении этой цепочки полоса пропускания уменьшается до 300 Гц со средней частотой около 1 кГц.

Усилитель НЧ обеспечивает мощность в нагрузке 25 Ом около 0,5 Вт при искажениях менее 5%,

Диоды 3-Д8, 3-Д9 выполняют функции детектора, а транзистор 3-Т9 — усилителя АРУ. Стабилитрон 3-Д10 обеспечивает необходимую задержку срабатывания АРУ. При входных сигналах, превышающих 1,5—2 мкВ, транзистор 3-Т9 открывается, и напряжение на его коллекторе становится более отрицательным, вызывая тем самым уменьшение усиления управляемых каскадов.

Одновременно с АРУ применяется и ручная регулировка усиления. Отрицательное напряжение с потенциометра R23 подается через диод 3-Д11 на коллектор транзистора 3-Т9, а следовательно, и в цепь управления одновременно с сигналом АРУ. При желании АРУ может быть выключена замыканием диода 3-Д8 выключателем В5.

S-метр измеряет управляющее напряжение АРУ. В цепи управления даже при закрытом транзисторе 3-Т9 имеется отрицательное напряжение около 1,2 В, получающееся из-за протекания тока через делители в цепях баз транзисторов 3-Т1 и 3-Т2. Чтобы это напряжение не вызывало отклонения стрелки S-метра при отсутствии сигнала, последовательно с прибором ИП1 включен диод Д5 (или несколько последовательно включенных диодов).

В режиме передачи SSB сигнал НЧ с микрофона усиливается усилителем на транзисторах 1-Т6— 1-Т4 и подается на диодный балансный модулятор 3-Д13—3-Д16. На него же поступает сигнал частотой 500 кГц кварцевого гетеродина. Вторичная обмотка трансформатора балансного модулятора 3-L3 включена в цепь базы транзистором 3-Т10, служащего для усиления сигналов DSB. Усиление каскада регулируется изменением смещения на базе транзистора потенциометром R25. В режиме передачи на обмотку реле 3-Р1 подается напряжение, и контакты этого реле подключают обмотку ЭМФ к цепи, коллектора транзистора 3-770, С выхода ЭМФ сформированный SSВ сигнал с верхней боковой полосой поступает на первый смеситель передатчика (правая половина лампы 5-Л1).

На выходе ФСС, включенного в анодную цепь лампы 5-Л1, выделяется сигнал, лежащий в диапазоне 6— 6,5 МГц. Этот сигнал поступает на второй смеситель передатчика (на лампе 2-Л4). В катод этой лампы подается сигнал диапазонного кварцевого гетеродина. Полосовой фильтр, включенный после лампы 2-Л4, выделяет сигнал, равный разности сигналов кварцевого гетеродина и ПЧ в диапазонах 3,5 и 7 МГц и их сумме — в остальных диапазонах. В результате в диапазонах 3,5 и 7 МГц получается нижняя, а в диапазонах 14, 21 и 28 МГц—верхняя боковые полосы.

После усиления усилителем на лампе 2-ЛЗ с одиночными неперестраиваемыми широкополосными контурами в цепи анода SSB сигнал поступает на сетку лампы Л1 выходного каскада. Последний собран по традиционной схеме с П-контурои на выходе. Цепь нейтрализации СЗ, 2-С44 повышает стабильность работы каскада. В режиме передачи контакты Р1/4 реле PI замыкаются, и прибор ИП1 измеряет падение напряжения на резисторах R7, R8, которое пропорционально катодному току лампы Л1. Напряжение, подводимое к сеточной цепи лампы Л1, детектируется диодами Д1 и Д2 и через диоды задержки 3-Д17, 3-Д18 подается на усилитель ALC. Если напряжение высокой частоты превышает пороговое, транзистор 3-Т12 открывается, уменьшая тем самым усиление каскада на транзисторе 3-Т10, что приводит к уменьшению напряжения возбуждения.

Для работы телеграфом служит генератор НЧ на транзисторе 1-T8. При нажатии на ключ каскад генерирует сигнал частотой около 2 кГц, который через эмиттерные повторители I-T4 и 1-Т5 подается на балансный модулятор. Далее аналогично сигналу SSB формируется немодулированный сигнал одной частоты.

Коммутация прием — передача осуществляется реле Р1 и Р2. В режиме приема обмотки реле обесточены, и в цепи управляющих сеток ламп, работающих на передачу, подается напряжение от источника —50 В. Напряжение питания (—24 В) на транзисторы 3-Т10 н 3-Т12 при этом не подается. В режиме передачи реле срабатывают. В результате снимается напряжение питания с транзисторов 3-Т1, 3-Т2 и закрываются лампы приемника. За счет наличия резистора 3-R11 каскады на транзисторах 3-Т1 и 3-Т2 полностью не отключаются, но их усиление резко падает, позволяя таким образом осуществлять самоконтроль при работе телеграфом. Контакты Р2/2 реле Р2 при необходимости коммутируют внешние цепи.

Система VOX автоматически включает передатчик как в режиме SSB, так и .при работе телеграфом. Усилитель VOX собран на транзисторе 1-ТЗ. Диоды 1-Д1, 1-Д2 детектируют сигнал, а транзисторы 1-Т1, 1-Т2 образуют усилитель постоянного тока. Уровень срабатывания системы VOX регулируется резистором 1-R9, а время отпускания определяется постоянной времени цепи 1-C1, 1-R4. В положении переключателя В2 “Авт.” может быть осуществлена работа как телефоном, так и телеграфом. При этом при нажатии на ключ сигнал от генератора НЧ через систему VOX автоматически переводит трансивер в режим передачи. Однако при работе телеграфом переключатель В2 следует устанавливать в положение “ТЛГ”во избежание одновременной передачи телеграфного и телефонного сигналов.

В систему Anti-VOX входят транзистор 1-Т7 и диоды 1-ДЗ, 1-Д4. Сигнал с выхода усилителя НЧ приемника через регулятор уровня срабатывания 1-R24 подается на вход усилителя, детектируется и в положительной полярности в противофазе с сигналом VOX подается на базу транзистора 1-Т2. В результате система VOX при приеме сигнала корреспондента блокируется.

КОНСТРУКЦИЯ И ДЕТАЛИ 

Трансивер собран на алюминиевом шасси, чертеж которого приведен на рис. 4. На рис. 5 дан чертеж передней панели, а на рис. 6 — отдельных деталей, используемых в конструкции трансивера. Общая компоновка детален видна на рис. 7 и 8 и фотографии общего вида.

Частоты кварцевых резонаторов приведены в табл. I.

Таблица 1

В трансивере применены счетверенный блок переменных конденсаторов от радиостанций Р105, Р108 и малогабаритный сдвоенный блок конденсаторов от радиоприемника “Спидола”. В одной из секций (2-C1) сдвоенного блока оставлены только три подвижные пластины.

Подстроенный конденсатор СЗ должен быть рассчитан на напряжение 1000 В. Вполне допустимо, хотя и менее удобно, вместо СЗ использовать постоянный керамический конденсатор, подбираемый при настройке.

“Антипаразитные” дроссели Др1 и Др2 содержат по 5 витков провода диаметром 0,7—0,9 мм, намотанного на резисторах МЛТ-2 сопротивлением по 62 Ом. Анодный дроссель ДрЗ намотан на керамическом каркасе диаметром 18 и длиной 95 мм. Он содержит 130 витков провода ПЭЛШО 0,35. Первые (ближайшие к аноду) 15 витков намотаны вразрядку с шагом 1,5 мм, остальные — виток к витку. К изготовлению этого дросселя следует отнестись весьма внимательно, так как зачастую малая отдаваемая в антенну мощность на диапазонах 28 и 21 МГц объясняется неудачной конструкцией дросселя и наличием паразитных резонансов на частотах диапазонов. Дроссели 3-Др1 и 5-Др1 имеют индуктивность 100—200 мкГ. Их конструктивные данные некритичны.

Силовой трансформатор собран на сердечнике ШЛ20Х40. Его данные приведены в табл. 2.

Таблица 2

Данные контурных катушек сведены в табл. 3.

Таблица 3

Катушка 2-L1 намотана иа каркасе диаметром 12 мм;

2-L2— на кольце К12Х6Х4 из феррита МЗОВЧ2;

2-L1, 2-L12, 2-L15, 2-L23 — бескаркасные, диаметр катушек 6 мм.

Катушки 5-LI—5-L7 размещены в сердечниках СБ-12а.

В качестве 3-L1 — 3-L4 применены трансформаторы ПЧ от радиоприемника “Сокол”, 3-L5—контур К-5 того же приемника.

Катушка LI намотана на каркасе диаметром 30 мм,

L2 — бескаркасная, диаметр намотки 27 мм.

Остальные катушки намотаны на каркасах диаметром 7,5 мм (от телевизора “Рубин-106”).

Реле применены следующих типов:

PI — РЭС-22, паспорт РФ4.500131,

Р2 — РЭС-9, паспорт РС4.524.201,

3-Р1 — РЭС-15, паспорт РС4.591.001.

Входное сопротивление микрофонного усилителя— около 500 Ом, поэтому следует применять динамический .микрофон без повышающего трансформатора.

Как уже указывалось, большая часть, деталей расположена на пяти печатных платах.

На плате 1 (см. рис. 9) собраны усилитель НЧ передатчика, усилители VOX и Anti VOX, генератор НЧ.

Плата 2 (рис. 10}—единственная, все узлы которой собраны целиком на радиолампах. На ней расположены усилители ВЧ приемника и передатчика, смесители и первый кварцевый гетеродин. Конденсаторы, включаемые параллельно контурным катушкам, наиболее удобно размещать непосредственно на контактах переключателя, либо на выводах контурных катушек под шасси. Это облегчит настройку в случае подбора конденсаторов. Такая необходимость может возникнуть при использовании каркасов, отличных от рекомендованных.

Соединения анодного вывода лампы 2-Л1 с резистором 2-R5 и между платой 2 и ФСС (плата 5) выполнены коаксиальным кабелем РК-50-2-13.

Перегородки, на которых расположены платы переключателя диапазонов, желательно соединить (примерно посередине) короткими широкими перемычками (например, полосками тонкой латуни) с общим проводником печатной платы. Это улучшит развязку между каскадами и уменьшит возможность самовозбуждения.

Плата 3 (рис. 11) объединяет усилители ПЧ и НЧ и детектор приемника, усилитель АРУ н второй кварцевый гетеродин. Кроме того, на ней находятся каскады, работающие в режиме передачи: усилитель ПЧ, балансный модулятор, усилитель ALC. На транзисторы 3-Т7,3-T4 усилителя НЧ необходимо надеть небольшие радиаторы, что улучшит условия охлаждения и повысит надежность работы, Резистор 3-R40 (СПО-0,5) необходимо тщательно проверить перед установкой, так как очень часто резисторы этого типа имеют ненадежный контакт между движком и резистивным слоем. Диоды бапансных модуляторов желательно подобрать по прямому и обратному сопротивлениям, однако модуляторы работают вполне удовлетворительно и без подбора диодов.

Плата 4 (рис. 12)—самая простая. На ней собраны выпрямители и стабилизатор напряжения. Транзистор 4-77 снабжен радиатором. Сильно нагревающийся резистор -1-R1 находится пне печатной платы.

Плата 5 (рис. 13) - гибридная. Помимо двух транзисторов, работающих в гетеродине плавного диапазона, она содержит лампу — второй сместитель приемника и первый смеситель передатчика. Вначале .предполагалось разместить транзистор 5-Т2 непосредственно на плате. Однако довольно длинные соединительные провода между транзистором, катушкой 5-L8 и переменным конденсатором 5-С28 привели к некоторой (хотя и весьма незначительной) нестабильности частоты. Поэтому в окончательном варианте транзистор 5-Т2 и относящиеся к нему детали смонтированы в непосредственной близости от катушки 5-L8 в одном прямоугольном экране размером 50X70 и высотой 70 мм.

Платы соединены между собой и с остальными деталями проводами, объединенными в жгут. Чертеж жгута показан на рис. 14, а “адреса” входящих в него проводов приведены в табл 4. Некоторые короткие проводники в жгут не объединены.

Т а б л и ц а 4

НАЛАЖИВАНИЕ

Налаживание транеивера не представляет серьезной трудности и практически сводится к настройке контуров на соответствующие частоты. О настройке полосовых фильтров, первого кварцевого гетеродина и ФСС достаточно подробно рассказано в “Радио”, 1970, № 6. Уместно сделать лишь небольшое дополнение. Катушки ФСС, выполненные в сердечниках СБ-12а, имеют добротность не выше 120 и полосу около 70 кГц. Как показал опыт, эту полосу можно существенно уменьшить (до 425—30 кГц), применив кольцевые сердечники марки МЗОВЧ2. Следует, однако, учесть, что в этом случае усложнится проблема сопряжения и потребуется введение дополнительных сопрягающих конденсаторов.

Настройку узлов, собранных на плате 2, желательно начинать в режиме приема. Прежде всего, резистором 3-R16 устанавливают режим выходных транзисторов усилителя НЧ. Постоянное напряжение в точке соединения коллектора транзистора 3-Т8 и резистора 3-R49 должно равняться половине напряжения источника питания. Настройка узкополосного RC-фильтра заключается в подборе резистора 3-R22 до получения желаемой полосы пропускания. При уменьшении сопротивления полоса уменьшается, и усилитель может быть доведен до генерации. При указанных на схеме номиналах деталей полоса пропускания оказывается равной 300 Гц,

Частоту второго кварцевого гетеродина устанавливают обычным способом на 300 Гц ниже уровня — 6 дБ на частотной характеристике ЭМФ. Напряжение на конденсаторе 3-С39 устанавливают 1,5 В (настройкой катушки 3-L5).

Настройку трансивера в режиме передачи следует начинать при отключенной системе ALC. Прежде всего, устанавливают начальный ток лампы выходного каскада равным 30—40 мА подбором резистора R6. С помощью осциллографа проверяют работу генератора НЧ. Его частота должна быть равна 1,7-2 кГц при отсутствии заметных на глаз искажений синусоиды.

Здесь может оказаться необходимым подбор резистора 1-R29. Частота генератора выбрана достаточно высокой для того, чтобы вторая гармоника генератора эффективно подавлялась ЭМФ. В этом случае требования к форме генерируемого сигнала не являются чрезмерно высокими. В случае же пониженной частоты генератора (800—1000 Гц) не только вторая, но и третья гармоника генератора могут попасть в полосу фильтра, в результате, даже при самых незначительных искажениях синусоиды генератора, на выходе передатчика в телеграфном режиме может образоваться сетка частот. Напряжение на выводе 3 платы I может, находиться в пределах от 20 до 60 мВ.

Балансный модулятор настраивают резистором 3-R40 и конденсатором 3-С34 при выключенном генераторе НЧ и максимальном усилении каскада на транзисторе 3-TW по минимуму напряжения с частотой 500 к Гц на его коллекторе. Конденсатором 3-С27 настраивают обмотку ЭМФ в резонанс. Снова включают генератор НЧ и регулятором уровня R25 устанавливают напряжение DSB на коллекторе транзистора 3-Т10 равным 500 мВ, при таком усилении каскада несбалансированный остаток несущей не превосходит 20—30 мВ. Напряжение SSB сигнала на выходе ЭМФ зависит от его затухания и в конструкции автора равнялось 60 мВ при напряжении DSB на входе ЭМФ 500 мВ. При таком сигнале на входе первого преобразователя передатчика напряжение ПЧ после ФСС составляет около 150 мВ, а на переключателе В1г — около 0,8 В. Напряжение на выходе полосового фильтра равно 0,6 В, на переключателе В16— 14—15 В.

Значительное отличие напряжений от указанных величин будет свидетельствовать о неудовлетворительной работе или неточной настройке того или иного каскада.

После проверки включают цепь ALC и подбором резистора 3-R46 (регулятор уровня — в режиме максимального усиления) добиваются, чтобы ток лампы Л1 при расстроенном анодном контуре, не превышал 120—130 мА.

В остальном настройка трансивера особых пояснений не требует.

В заключение автор хотел бы выразить глубокую благодарность московским коротковолновикам А. Волынщикову (UW3DH) и Ю. Золотову (UA3HR) за огромную помощь, оказанную ими как при разработке и изготовлении трансивера, так и при подготовке настоящей статьи.

Журнал РАДИО

Материал подготовил Н.Филенко (UA9XBI).