Оглавление
Передатчики вещательного УКВ-ЧМ диапазона со свободно работающим генератором отличаются простотой, но их главный недостаток хорошо известен радиолюбителям: частота может заметно «уплывать» из-за нагрева компонентов, изменения напряжения питания или даже приближения руки к генераторному контуру. Именно поэтому в более серьезных конструкциях применяется система фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), которая постоянно удерживает передатчик на заданной частоте.
Рассматриваемая конструкция представляет собой FM-передатчик диапазона 88–108 МГц с цифровым управлением частотой. В основе устройства используется синтезатор частоты TSA5511 и контроллер PIC16F84, а выходной каскад построен на мощном ВЧ-транзисторе 2SC1971. По данным разработчиков и отзывам радиолюбителей, выходная мощность устройства достигает примерно 5-7 Вт при правильной настройке и качественном питании.
Схема и структура устройства
Конструкция состоит из нескольких функциональных узлов, каждый из которых выполняет собственную задачу.
| Узел | Назначение |
|---|---|
| Генератор на BF981 | Формирование несущей частоты |
| Варикап BB809 | Электронная перестройка частоты |
| TSA5511 | Фиксация частоты с помощью ФАПЧ |
| PIC16F84 | Управление синтезатором и дисплеем |
| BFR91, BFR96 | Предварительное усиление ВЧ-сигнала |
| 2SC1971 | Финальный выходной усилитель |
| LCD 1×16 | Отображение частоты |
| 7805 / 78L05 | Питание цифровой части |
В отличие от обычных передатчиков на одном транзисторе, здесь частота задается кнопками и отображается на ЖК-дисплее. Пользователь может выбирать нужное значение в пределах FM-диапазона без подбора конденсаторов или механической настройки контуров.
Как работает система ФАПЧ
Главным элементом схемы является генератор на полевом транзисторе BF981. Его частота изменяется при помощи варикапа BB809, емкость которого зависит от управляющего напряжения. Синтезатор TSA5511 непрерывно сравнивает текущую частоту генератора с эталонным значением. Если появляется отклонение, микросхема автоматически корректирует управляющее напряжение варикапа и возвращает генератор на нужную частоту. Благодаря этому удается практически полностью устранить типичные проблемы аналоговых FM-передатчиков:
- температурный дрейф;
- уход частоты после прогрева;
- влияние питающего напряжения;
- изменение частоты при приближении к антенне или контуру.
Управление системой выполняет микроконтроллер PIC16F84. Он опрашивает кнопки настройки, передает данные в TSA5511 и выводит текущую частоту на дисплей. Шаг перестройки составляет 50 кГц, что позволяет достаточно точно выбирать рабочий канал в пределах диапазона вещания.
Особенности опорного генератора
Для стабильной работы синтезатора используется кварцевый резонатор частотой 3,2 МГц. Именно этот элемент определяет точность всей системы.
Даже небольшое отклонение частоты кварца приводит к смещению выходной частоты передатчика. Поэтому в конструкции предусмотрен подстроечный конденсатор, позволяющий выполнить точную калибровку опорного генератора.
При качественной настройке остаточный дрейф обычно не превышает нескольких десятков герц, что является очень хорошим показателем для радиолюбительской конструкции.
Усиление сигнала
Сигнал, формируемый генератором, имеет сравнительно небольшую мощность и не может напрямую подаваться на антенну. Для повышения уровня используются два промежуточных усилительных каскада на транзисторах BFR91 и BFR96. Они обеспечивают необходимое усиление перед подачей сигнала на выходной усилитель. Финальный каскад построен на 2SC1971 — популярном ВЧ-транзисторе, который долгое время применялся в радиостанциях диапазона УКВ.
При правильном согласовании и хорошем охлаждении этот транзистор способен обеспечить выходную мощность порядка 7 Вт в диапазоне FM-вещания. Но следует учитывать, что транзисторы такого класса крайне чувствительны к неправильной нагрузке. Работа без антенны или эквивалента нагрузки может быстро вывести выходной каскад из строя.
Выходной фильтр
Одна из наиболее важных частей любого FM-передатчика — выходной фильтр. После усиления в сигнале присутствует не только основная частота, но и гармонические составляющие. Если их не подавлять, они будут создавать помехи на соседних частотах и снижать качество работы передатчика. Фильтр традиционно состоит из катушек индуктивности, подстроечных конденсаторов и согласующих цепей. Он выполняет сразу несколько задач:
- подавляет гармоники;
- согласует выходной каскад с антенной;
- повышает эффективность передачи энергии;
- снижает нагрев выходного транзистора.
Именно поэтому размеры катушек, расстояния между ними и номиналы конденсаторов желательно сохранять без изменений.
Питание устройства
Передатчик рассчитан на питание напряжением 13,8 В, что является стандартом для многих радиолюбительских и автомобильных систем связи. Цифровая часть работает от стабилизированного напряжения 5 В, которое формируется микросхемами 7805 и 78L05.
Поскольку выходной усилитель способен потреблять заметный ток, источник питания должен обладать достаточным запасом мощности и хорошей фильтрацией. Для уменьшения помех рекомендуется использовать отдельные цепи питания для ВЧ-части и цифрового управления с дополнительными развязывающими конденсаторами возле каждого узла.
ЖК-дисплей и органы управления
Для настройки используются всего три кнопки:
- UP — увеличение частоты;
- DOWN — уменьшение частоты;
- SET — подтверждение или выбор режима.
Текущая частота отображается на однострочном ЖК-дисплее формата 1×16 символов. Такое решение делает работу с устройством значительно удобнее по сравнению с классическими аналоговыми передатчиками, где настройка выполняется исключительно подстроечными конденсаторами.
После включения питания микроконтроллер загружает заданную частоту и передает параметры синтезатору TSA5511, после чего система автоматически захватывает нужный канал.
Монтаж и экранирование
Для диапазона 88–108 МГц качество монтажа играет огромную роль. Даже несколько лишних сантиметров проводника способны изменить параметры схемы.
Особое внимание желательно уделить экранированию. Наиболее эффективным считается размещение генератора, драйверных каскадов и выходного усилителя в отдельных металлических отсеках внутри общего корпуса. Такой подход уменьшает паразитные связи между узлами и повышает стабильность работы ФАПЧ.
Выходной транзистор необходимо устанавливать на массивный радиатор, поскольку при мощности около 8 Вт выделяется заметное количество тепла.
Практические особенности конструкции
Несмотря на сравнительно небольшое количество компонентов, этот проект нельзя назвать простым. Для получения хороших результатов требуется аккуратная сборка, правильная настройка контуров и наличие измерительного оборудования.
Главное достоинство схемы заключается именно в сочетании цифрового управления и аналогового ВЧ-тракта. Благодаря использованию TSA5511 и PIC16F84 удается получить стабильную частоту без характерных недостатков обычных FM-передатчиков на свободно работающем генераторе.
Даже спустя годы подобные конструкции остаются интересным примером радиолюбительской техники, демонстрируя возможности синтезаторов частоты и ФАПЧ в передающих устройствах диапазона FM.
По материалам из зарубежных форумов
