SQ7JHM
Transceiver KARMAN wrzesień 2017
Transiwer KARMAN Znacznie różni się od porzednich układów Kajmana. Obecnie działa w zakresie KF w paśmie 80m i 40m, ale jest możliwość rozbudowy i dodania kolejnych pasm. Posiada wzmacniacz o mocy 20W wykonany na tranzystorach RD16HHF1. Występują moduły: obwody wejściowe, moduł nadawczy, moduł odbiorczy, wzmacniacz mocy, moduł sterujący. Załączanie odbioru lub nadawania odbywa się przez sekwencyjne przełączanie, z opóźnieniem, napięć zasilających w module odbiorczym podczas odbioru lub w module nadawczym podczas nadawania. Generator VFO-DDS oparty jest na syntezie AD9850. Całość sterowana zaprogramowanym modułem Arduino Mega z mikroprocesorem Atmega2560. Przełączanie zakresów, zmiana częstotliwości, kroku strojenia odbywa się jedną gałką enkodera z przyciskiem. Druga gałka, dolna służy do ustawienia siły głosu. Moduły transceivera umieściłem w obudowie aluminiowej składającej się z dwóch komór, osobnej dla modułu nadawczego i osobnej dla modułu odbiorczego.
Rysunek obudowy transiwera Składa się ona z czterech aluminiowych profili o przekroju ceownika. Dwa z nich są sklejone i skręcone swoimi powierzchniami, tworzą w przekroju kształt dwuteownika. Od spodu składana jest pokrywa dolna a od góry pokrywa górna, wykonane z takich samych kształtowników. Taki układ ceowników dzieli wnętrze obudowy na dwie komory. W jednej, dolnej znajdują się moduły: nadawczy, wzmacniacza mocy i moduł sterujący. W drugiej, górnej znajdują się moduły: obwodów wejściowych, odbiorczego ze wzmacniaczem akustycznym 2W i głośnikiem.
Zdjęcie ekranu Wszystkimi funkcjami transiwera zarządza zaprogramowany układ syntezy z wykorzystaniem modułu Arduino Mega z kolorowym ekranem 3,5". Na ekranie widoczne są podstawowe informacje: częstotliwość odbioru i nadawania, linijka świetlna poziomu odbieranej stacji zaprogramowana w skali logarytmicznej, pasmo częstotliwości, krok strojenia, nadawanie-odbiór, temperatura radiatora, załączenie tłumika -20dB oraz informacja o załączeniu dolnej lub górnej wstęgi SSB.
Moduł tłumika -20dB i filtrów wejściowych Istnieje możliwość rozszerzenia pracy transiwera o kolejne pasma. Indukcyjności w obwodach wejściowych występują jako gotowe dławiki. Do częstotliwości 10MHz sprawdzają się dobrze. Oczywiście dokładny dobór elementów i kształtowanie charakterystki filtrów powinno odbywać się z udziałem wobulatora. Wobulator opisany jest na mojej stronie w dziale Wobulatory. Wartości indukcyjności cewek: L1, L2 - 10 mikroH, L3, L4 - 5,6mikroH, L5, L6 - 2,2mikroH. Tłumik umożliwia szybką redukcję wzmocnienia w przypadku wystąpienia mocnej stacji i załączany jest przyciskiem w pobliżu potencjometru na płycie czołowej.
SQ7JHM
Transceiver KARMAN wrzesień 2017
Jurek SQ7JHM
Transceiver TAPIR styczeń 2019
Postanowiłem zebrać swoje dotychczasowe doświadczenia i spróbować zaprojektować i wykonać transceiver analogowy. Transceiver TAPIR, bo tak go nazwałem, ma charakter, czułość około 0,6mikroV, niskie szumy własne, trzy zakresy KF, względnie dużą selektywność, moc akustyczną około 1W i moc oddawaną na wyjściu od 10W do 14W w zależności od pasma KF. Podjąłem się jego wykonania również ze względu na chęć sprawdzenia układów wzmacniaczy symetrycznych mojego pomysłu. W dalszej części je opiszę. Wprowadziłem pewne zmiany do poprzedniego mojego transceivera, poprawiłem tor pośredniej częstotliwości, zastosowałem symetryczne wzmacniacze sygnałowe, zrobiłem projekty wszystkich płytek w programie Sprint Layout a płytki montażowe wykonałem metodą termotransferową.
W obwodach wejściowych zastosowałem indukcyjności w postaci dławików. Kształtowanie charakterystyki przepustowej odbyło się za pomocą trymerów. Przełączanie obwodów wykonują przekaźniki miniaturowe. Kształty charakterystyk tych obwodów kontrolowałem za pomocą wobulatora cyfrowego. Zdecydowałem się na zastosowanie dławików bo próby z indukcyjnościami wykonanymi na rdzeniach Amidon T37-2 wskazują, że charakterystyki obwodów z dławikami są równie dobre a ich wykonanie jest o wiele łatwiejsze. W wersji docelowej zastosuję dławiki wykonane w technologii SMD, które mają większą stabilność termiczną i większą dobroć od dławików obecnie zastosowanych. Na płycie czołowej znajduje się włącznik zasilania, gniazdo mikrofonowe mini, pokrętło potencjometru, trzy przyciski funkcyjne; OK (menu), STEP (krok strojenia), -20dB (tłumik) oraz pokrętło enkodera.
Projekt PCB obwodów wejściowych i tłumika.
Widok obwodów wejściowych i tłumika.
Uznałem, że przełączanie kroku strojenia i załączanie tłumika powinno odbywać się bezpośrednio i dlatego przyciski tych funkcji są dostępne na płycie czołowej. Pozostałe ustawienia, w tym zmiana częstotliwości, odbywają się za pomocą enkodera. Cały transceiver umieściłem w gotowej, czernionej obudowie aluminiowej o wymiarach 160mm, 160mm i wysokości 50mm. Do wnętrza obudowy, na 1/3 jej wysokości, wsunąłem blachę aluminiową o grubości 3mm, która pełni dwie funkcje, oddziela - ekranuje dwie przestrzenie wewnątrz obudowy i jest radiatorem dla dwóch tranzystorów mocy RD16HHF1. W większej objętościowo przestrzeni umieściłem płytę główną z układami sterowania, wzmacniaczem akustycznym i wzmacniaczem mocy w.cz. a w drugiej mniejszej przestrzeni umieściłem obwody wejściowe, wzmacniacz mikrofonowy oraz tor pośredniej częstotliwości z filtrem kwarcowym 10MHz i mieszaczami ADE-1. Gruba blacha aluminiowa wydajnie studzi tranzystory mocy, jednocześnie oddziela i ekranuje układy wysoko prądowe i cyfrowe od wysoko czułych wzmacniaczy.
Schemat wzmacniacza mikrofonowego, obwodów wejściowych, toru pośredniej częstotliwości i wzmacniacza głośnikowego.
Schemat wzmacniacza mocy w.cz. z obwodami selektywnymi na wejściu i filtrami dolnoprzepustowymi na wyjściu.
Wzmacniacz akustyczny wykonałem na układzie scalonym TDA7056A. Bez chłodzenia radiatora tego układu scalonego uzyskałem na wyjściu moc akustyczną około 1W. Głośnik o mocy 1W z membraną mylarową o średnicy 60mm i wysokości zaledwie 8mm brzmi bardzo głośno i wyraźnie. Widoczne są stopnie wzmacniające w.cz. składające się z pary komplementarnej tranzystorów 2N3904 i 2N3906. Wartość prądu spoczynkowego tej pary tranzystorów jest wynikiem optymalizacji przyjętej głównie ze względu na minimalne szumy własne tych tranzystorów i wynosi 7mA. Stopień wzmacniacza tak połączonej pary komplementarnej ma wzmocnienie napięciowe 30dB, impedancję wejściową około 180ohm oraz impedancję wyjściową od 15ohm do 60ohm, która zależy od ustawionego punktu pracy tranzystorów tej pary. Dla prądu spoczynkowego 7mA impedancja wyjściowa ma wartość 60ohm a dla prądu spoczynkowego 12mA ma wartość 15ohm. Przy tak małej impedancji wyjściowej możliwe było zastosowanie tego wzmacniacza do sterowania bramkami tranzystorów mocy, które wymagają "silnych" sygnałów sterujących. Problem sterowania bramek jest szeroko opisany w literaturze. Mieszacze to monolityczne ADE-1, które charakteryzują się dużą dynamiką, małą tłumiennością i szerokim zakresem częstotliwości. Tłumik na wejściu odbiornika umożliwia szybką redukcję wzmocnienia w przypadku wystąpienia silnej stacji i załączany jest przyciskiem umieszczonym w pobliżu enkodera na płycie czołowej.
Schemat układu wykonawczego i sterującego z generatorami BFO-Seilera i VFO-DDS.
Wzmacniacz mocy w.cz. wykonałem na tranzystorach RD16HHF1. Bramki tych tranzystorów sterowane są wzmacniaczami z parą komplementarną a prąd spoczynkowy tranzystorów ma wartość 12mA. Podczas pełnego wysterowania bramki tranzystora mocy prąd pobierany przez wzmacniacz sterujący wzrasta do około 80mA co świadczy o dużej obciążalności tego stopnia i dużej wydajności prądowej. Pomiary oscyloskopem i obserwacja widma wskazują na dużą dynamikę i liniowość nawet przy względnie małej impedancji obciążenia tego stopnia. Prądy spoczynkowe tranzystorów mocy RD16HHF1 mają wartość około 350mA i są załączane tylko podczas nadawania przy wciśniętym PTT. Na wyjściu wzmacniacza znajdują się filtry dolnoprzepustowe eliminujące sygnały niepożądane.
Widok płytki z układem wzmacniacza mikrofonowego i toru pośredniej częstotliwości z filtrem kwarcowym 10MHz.
Sterowanie transceivera odbywa się modułem Arduino Nano z mikrokontrolerem Atmega 328. Oprogramowanie tworzyłem w programie platformy Arduino. Układ sterujący załącza wymagane grupy przekaźników. Tryb odbioru lub nadawania PTT ustawiany jest przez sekwencyjne przełączanie napięć zasilających modułów odbiorczych i napięć zasilających modułów nadawczych. Generator VFO-DDS oparty jest na syntezie AD9850. Przełączanie zakresów, zmiana częstotliwości i kroku strojenia odbywa się jedną gałką enkodera. Generator BFO to typowy układ Seilera z przełączanymi częstotliwościami dla wstęgi LSB lub wstęgi USB. Obydwa generatory zastosowałem tymczasowo. W wersji docelowej rolę generatorów BFO i VFO będzie pełniła synteza z dwoma wyjściami sygnałów BFO i VFO z niezależnie ustawianą ich częstotliwością. Obecnie ze względu na małą precyzję doboru częstotliwości BFO do kształtu filtra kwarcowego, brzmienie transceivera u rozmówców znających mój głos charakteryzowane jest jako lekko basowe. Przy zamianie generatora BFO na cyfrowy i przeprowadzenie precyzyjnej korekty częstotliwości sygnał ulegnie poprawie.
Ekran kolorowy o przekątnej 2,8" jest częścią tzw. syntezy. W górnej części ekranu widoczne są pola z pasmem KF, rodzajem wstęgi bocznej, krokiem strojenia oraz napięciem zasilającym transceiver. Poniżej wyświetlana jest częstotliwość pracy, pole załączenia tłumika i pole z wartością temperatury radiatora mierzonej w pobliżu umocowania tranzystorów mocy do radiatora. Na dole widoczna jest linijka świetlna poziomu sygnału odbieranej stacji zaprogramowana w skali logarytmicznej.
Projekt płyty głównej transceivera. Po prawo zdjęcie wnętrza z widokiem na zalutowaną płytę główną.
Na zdjęciu widoczne są: moduł DDS, Arduino Nano z ekranem, zespół enkodera z przyciskami, elementy układu sterującego, człon wzmacniacza głośnikowego, układ wzmacniacza korekcyjnego DDS, układ generatora BFO, oraz wzmacniacz mocy w.cz. Ze względu na dużą czułość wzmacniacza mocy filtry selektywne na jego wejściu zaekranowałem. Wszystkie elementy elektroniczne są zalutowywane do pól lutowniczych od góry bez przewlekania. Dla konstrukcji eksperymentalnej i prototypowego wykonania to znakomite rozwiązanie ponieważ bez rozbierania i wyjmowania płyty głównej czy innych płyt można po otwarciu obudowy szybko wymienić element. Elementy mają skrócone wyprowadzenia a więc sztywność ich posadowienia i pewność lutowanego połączenia jest bardzo duża. Dziękuję Piotrowi SP8QEP, który podpowiadał interesujące rozwiązania. Między innymi nakłonił mnie do takiego tworzenia układów aby dały się umieścić w wybranej, gotowej obudowie fabrycznej. Wszystkim wiadomo jak trudno jest zrobić, cieszącą oko, porządną metalową obudowę. Wykonana z czernionych profili aluminiowych jest kosztowna, ale warto było.
Projektowanie, konstruowanie, budowanie - czy to może być hobby?
Transformator Tr1 wykonałem na rdzeniu BN-43-202 przeplatając jednocześnie czterema skręconymi ze sobą przewodami Cu fi-0,33mm 5 zwojów przez otwory tego rdzenia. Uzwojenie pierwotne, kolektorowe, składa się z dwóch sekcji połączonych szeregowo a uzwojenie wtórne, sterujące to pozostałe dwie sekcje uzwojenia połączone szeregowo z odczepem na masę. Transformator Tr2 wykonałem na rdzeniu BN-43-3312. Uzwojenie pierwotne to dwie rurki mosiężne z anteny teleskopowej, oczyszczone z powłoki chromowej, dopasowane średnicą do otworów rdzenia, połączone szeregowo, a w nich nawinięte uzwojenie wtórne dwoma zwojami przewodu Cu fi-0,75mm w izolacji silikonowej. Zdjęcie pokazuje transformator z uzwojeniem pierwotnym w postaci rurek.
Tapir na okładce miesięcznika Świat Radio
