Clc модуляция в ам передатчиках

Clc модуляция в ам передатчиках

Модулятор CLC схема которого изображена на рисунке.

Модулятор CLC в режиме ТЛГ на сетку левой половины лампы Л2 подается отрицательное напряжение, запирающее лампу. При этом большое положительное напряжение с резистора R1 открывает правую половину Л2, что обеспечивает подачу на экранную сетку Л1 положительного напряжения. В случае работы в режиме ТЛФ приходящий на сетку левой половины лампы Л2 сигнал НЧ вызывает изменение ее анодного тока.

Вследствие этого происходит изменение анодного тока правой половины лампы Л2 и экранного напряжения лампы Л1, что приводит к появлению на выходе передатчика модулированного сигнала.Модулятор CLC практически не требует налаживания. Необходимо только установить с помощью потенциометра R3 анодный ток лампы Л1 при молчании в режиме ТЛФ равным 20—25% от значения анодного тока в режиме ТЛГ. Если достичь этого не удается, следует увеличить напряжение смещения либо уменьшить напряжение возбуждения лампы Л1. Модулятор CLC эксплуатировался на радиостанции в течение длительного времени. Во всех случаях качество модуляции корреспондентами оценивалось положительно.

Сергей Комаров (UA3ALW)

Индивидуальные радиовещательные станции работают в диапазонах частот, где действуют жесткие, профессиональные нормы на качество вещательного сигнала. Обеспечить профессиональное качество сигнала при непрофессиональном изготовлении передатчиков студентами, членами радиокружков и любителями, помогают цифровые технологии и новый подход в проектировании тракта формирования несущей.

Поскольку с начала 60-х годов прошлого века почти все КВ радиолюбительское сообщество, включая инженеров-разработчиков связной радиоаппаратуры, бредило однополосной модуляцией и старательно забывало старую и добрую АМ, используемую во всем мире в КСДВ радиовещании, то при проектировании передатчиков для Индивидуального радиовещания необходимо вспомнить основные принципы АМ и как ее правильно получать (Рис.1).

По определению: если модуляция амплитудная, значит, в такт со звуковым модулирующим сигналом изменяется амплитуда ВЧ колебаний на выходе передатчика. И еще. Поскольку при вещании передатчик работает в эфире непрерывно, часами, то актуален его тепловой режим, КПД и ресурс; он должен быть надежен, повторяем в домашних условиях, и радиолампы в выходном каскаде должны работать в щадящих режимах. Форсирование радиоламп, как это почти повсеместно принято в любительской радиосвязи, здесь недопустимо. Иначе их не напасетесь.

Ну, то, что в выходном каскаде АМ передатчика должны быть радиолампы, – сомнения не вызывает: мощность – десятки, сотни ватт, вещательная АМ должна быть линейной, схема – простой, конструкция – повторяемой и бюджетной, передатчик – надежным и работающим, даже когда на антенне (протяженностью в десятки метров) наводится статическое электричество и импульсные разряды в сотни киловольт. Расклад далеко не в пользу транзисторов. Сделать-то, на транзисторах АМ передатчик, конечно, можно, но получится сложнее, дороже и, ой, как не факт, что надежней, и что получим хороший КПД. И потом, в транзисторных схемах, как правило, очень сложная регулировка. А где взять приборы? И с повторяемостью, – тоже не однозначно…

Подробное описание всевозможных способов реализации АМ рассмотрено в замечательной книге [1], а мы для Индивидуального радиовещания будем использовать на выходе передатчика тетроды или пентоды и исключительно анодно-экранную модуляцию.

Остальные способы АМ либо не обеспечивают «музыкальную» линейность модуляционной характеристики, либо не дают приемлемый КПД. Однако стоит заметить, что в маломощных АМ передатчиках (единицы и первые десятки ватт), если не учитывать КПД, то наимузыкальнейшее звучание обеспечивает модуляция по защитной сетке с одновременной автоэкранной модуляцией (Г-411, ГУ-50) [17].

В радиовещательных АМ передатчиках тракт формирования несущей делается нелинейным, с высоким КПД, в режимах классов В, С, или даже, в ключевых режимах, а затем, в выходном каскаде, с помощью мощного модулятора, производится анодно-экранная модуляция (АЭМ).

Напряжение питания на аноде лампы на пике модуляции Em = Ea + Um может достигать почти двойного значения источника анодного напряжения, а высокочастотный пик – почти до 4Еа. Как наиболее оптимально и с наименьшими затратами спроектировать мощный источник питания, напряжение которого изменяется по закону модуляции, было подробно описано в [4] а ТЗ на разработку импульсного АМ модулятора с ШИМ – в [5]. Требования к вещательному сигналу такие же, как и в профессиональном радиовещании (мощности, только меньше), нормы ГКРЧ – закон, и слушатель не должен замечать разницы в качестве сигнала на профессиональных и самодельных радиостанциях: сигнал в эфире и там, и там одинаковый: 16K0A3EGN. Делать лучше, линейней и музыкальней, в той же полосе частот – можно. Хуже и широкополосней – нельзя. Поэтому многому придется учиться сызнова.

При проектировании АМ вещательных передатчиков принцип построения связных SSB передатчиков, в которых сигнал формируется на малом уровне, а затем линейно усиливается до нужной выходной мощности, не приемлем (требует стабилизации режима, тонкой регулировки, имеет сложную схему, и низкий КПД). Усиливать АМ сигнал – это технически безграмотное решение, имеющее КПД на уровне 15 … 20 %. По этой же причине с АМ передатчиками не используют усилители мощности, а делают выходной каскад с модулятором и источником питания сразу на нужную мощность. Нужен передатчик мощнее – делают новый, а старый оставляют в качестве экспедиционного или дачного.

Теперь про выходную мощность радиопередатчика. В режиме несущей – все понятно. Делим квадрат амплитуды выходного напряжения Ua на удвоенное сопротивление нагрузки пересчитан-ное в анодную цепь, – получаем выходную мощность. А вот при модуляции нас ждет сюрприз: на пике модуляции выходное напряжение-то удвоилось! Стало быть, U 2 a / 2Rа стало в 4 раза больше! Запомним, что АМ передатчик с АЭМ и мощностью несущей 25 Вт имеет мгновенную мощность на пике 100% синусоидальной модуляции – 100 Вт, а среднюю, так называемую, «телефонную» –37,5 Вт. Добавку мощности к источнику питания выходного каскада дает мощный модулятор – его энергия не пропадает попусту. И это нужно учитывать при проектировании, то есть, считать режимы ламп не только на несущей, но и на пике модуляции. Каскады предварительного усиления должны обеспечить для выходного каскада возбуждение, достаточное, чтобы он смог выдать в нагрузку четырехкратную мощность. И сделать это надо грамотно, надежно и с высоким КПД.

Читайте также:  Navien nr 15s инструкция по эксплуатации

Поскольку к тракту формирования несущей АМ передатчика нет требования линейности (мы ничего линейно не усиливаем), сделать его можно полностью в ключевых режимах (Рис. 2). Это позволит обеспечить простоту регулировки (ее вообще нет) и идеальную повторяемость.

Этой статьей я представляю новую идеологию построения передатчиков как вещательных, так и связных. Это многофазные ключевые передатчики.

Это мое летнее изобретение 2009 года. В 2010 году, когда я показал прообраз этой статьи с изложением принципа многофазного импульсного суммирования мощности с временной развязкой активных элементов и многократным горячим резервированием своему научному руководителю, заведующему кафедрой Радиопередающих устройств МТУСИ, д.т.н., профессору, члену корреспонденту РАН Шахгильдяну Вагану Вагановичу, он, прочитав статью, сказал мне: «Бери патент!» Однако, ознакомившись с действующим законодательством в области патентного права, я решил отказаться от патентования, поскольку это противоречит моим жизненным принципам. Все свои разработки, статьи и изобретения я делаю во благо развития радиотехники, а не для того, чтобы грабить тех, кто будет применять их и внедрять. Мои разработки могут использовать в своих конструкциях Индивидуальные вещатели, радиолюбители, инженеры и техники совершенно бесплатно. Я люблю радиотехнику и изобретаю новые идеи не ради узурпации прав на них и не ради денег, а ради вдохновения. Если понравилось – внедряйте и пользуйтесь. Мне это будет греть душу.

На существующей элементной базе такие передатчики могут быть реализованы без лишних сложностей до частот 20 … 25 МГц.

Как видим, аналоговые гармонические колебания присутствуют только после выходной фильтрующей системы. А это означает, что передатчик прост в настройке, легко повторяем, надежен и стабилен по параметрам. Мало того, во всех предварительных каскадах ему не нужны встроенные измерительные приборы: цифра – мерить-то нечего. Даже в выходном каскаде режим ламп жестко задан длительностью возбуждающего импульса, и настройка требуется лишь в выходной колебательной системе – на рабочую частоту и параметры антенны, где она ведется «на максимум», и вполне достаточно индикатора типа «больше-меньше». С такой задачей прекрасно справляется простейший вакуумный электронно-световой индикатор «зеленый глаз» [5]. Красиво и наглядно. В передатчиках мощностью более 100 Вт можно использовать лампочку накаливания на трансформаторе тока антенны и неоновую лампочку в горячей точке контура. Светодиоды, увы, там менее наглядны – по светодиоду не увидишь самовозбуждения, а неонка на разных частотах горит разными оттенками, и ВЧ самовозбуждение сразу видно по синеватому свечению. Во всем передающем тракте (не считая синтезатора) лишь один колебательный контур – на выходе. Правда, двойной. И нет ни одного контура в предварительных каскадах. И это еще одна прелесть ключевого (нелинейного) тракта формирования несущей АМ передатчика.

Двойной П-контур.

Поскольку выходной каскад работает в ключевом режиме, необходима лучшая фильтрация, чем если бы он работал с отсечкой анодного тока в режимах класса В или С. Поэтому на выходе передатчика применен двойной П-контур. У него и КПД выше, чем у одиночного. Двойной П-контур представляет собой два параллельных контура, с критической внутриемкостной связью. Благодаря внутриемкостной связи (большая емкость конденсатора связи С2) у контура очень хорошая фильтрация высших гармоник, в Q раз большая по сравнению с одиночным П-контуром, а благодаря критическому уровню связи, широкая полоса пропускания и повышенное подавление внеполосных излучений (скаты АЧХ более крутые)[13].

Разберем принцип работы. Будем считать, что оба контура настроены в резонанс на рабочей частоте. Анодный ток Ia возбуждает в первом контуре колебания. При этом контурный ток первого контура будет в Qн раз больше, чем ток анода (Qн – добротность контура с учетом влияния подключенной нагрузки). Qн обычно выбирают в пределах 8…12. Чем ниже нагруженная добротность, тем выше КПД, но хуже фильтрация. Для одиночного П-контура этот компромисс находится при Qн = √Qхх, где Qхх – добротность катушки контура на рабочей частоте, которая обычно лежит в пределах 200…250. Для двойного П-контура значение Qн можно выбирать ниже. С увеличением Qн значительно растут контурные токи. К примеру, если амплитуда переменной составляющей тока анода 250 мА (мощность передатчика 50 Вт), то амплитуда тока первого контура составит от 2 до 3 ампер (при напряжении в сотни вольт). Этот же ток течет через конденсатор С1, и через катушку L1. Поэтому конденсаторы нужно выбирать на большую реактивную мощность, а катушки мотать проводом большого сечения. В диапазонах длинных и средних волн (приблизительно до 2,7 – 3-х МГц) мотать их, однозначно, литцендратом; в диапазонах коротких волн – тонкостенной медной трубкой (с толщиной стенки 0,3 – 0,5 мм).

Читайте также:  Как спилить дерево ручной пилой

Далее. Ток первого контура, проходя через конденсатор внутриемкостной связи С2 создает на нем падение напряжения U2 = Ia Q1 Xc2 (закон Ома). Поскольку емкость C2 больше емкости С1 приблизительно в 12 – 15 раз, на С2 будет создано падение напряжения во столько же раз меньшее, чем напряжение на аноде лампы, ориентировочно 20…30 вольт. Именно это напряжение и является источником возбуждения второго контура. Второй контур работает при более низких напряжениях, чем первый, а это означает, что при той же мощности, токи в нем гораздо больше. К примеру, при мощности передатчика 50 Вт на нагрузке 75 Ω ток второго контура составит 9,2…14 ампер. Таким образом, катушка второго контура, хоть и имеет небольшую индуктивность, но должна быть намотана, литцендратом двойного плетения, например, свитым в семеро: 7 х ЛЭШО-49х0,1. В нагрузку же ответвится ток, в Q2 раз меньший, чем контурный ток второго контура. На рисунке 2 показаны значения токов в схеме с помощью толщины цветных линий.

Двухфазный передатчик.

Синтезатор частот [7], внешний опорный генератор [8], модулятор [4] и к нему УМЗЧ [14], индикатор настройки [5] и источник питания [15] для этого передатчика уже опубликованы. Осталось лишь все собрать вместе! Да и самому разработать синтезатор на жесткой логике на базе ФАПЧ с мощным выходом, большого труда не составляет [16]. Правда, для таких синтезаторов лучше использовать логические ИС ТТЛШ 533 и 530 серий. Они более устойчиво работают в мощных ВЧ полях, чем К-МОП-ы. Микропроцессоры и контроллеры в синтезаторе вещательного АМ передатчика применять не надо: мощности большие, напряжения высокие, токи, и наводки в схеме огромные…, вероятность сбоя процессора в непрофессиональной самодельной конструкции велика, а это в радиовещании недопустимо. За работу не на разрешенной частоте или за помехи другим станциям в вещательном диапазоне Роскомнадзор штрафует, а может и вообще лишить права работы в эфире. В эфирном публичном радиовещании законодательство соблюдается гораздо строже, чем в любительской радиосвязи, закрытой от массовой аудитории слушателей.

В схеме синтезатора С9-1449-1800 на выходе установлен двухфазный формирователь импульсов и два ключевых выходных каскада на транзисторах КТ608Б с открытым коллектором. Такой выход предназначен для управления по цепи катода двумя импульсными «строчными» радиолампами 6П37Н-В или 6П44С, впрочем, «кадровые» 6П43П тоже прекрасно здесь работают. В качестве опции (Рис 22 в [7]) приведена схема включения на его выходе двух мощных полевых транзисторов IRL510. Благодаря этому синтезатор может управлять по цепи катода двумя более мощными ключевыми радиолампами 6П36С и 6П45С. Лампы работают по очереди, через такт, каждая со скважностью 5. – По аналогии: как будто, два юноши раскачивают девушку на качелях, по очереди, через период, сначала один, потом – другой. Налицо бережное отношение к эмиссии катода каждой лампы и, как следствие, к их ресурсу (пока второй юноша раскачивает, первому можно отдохнуть), что актуально для вещательных передатчиков, работающих длительное время. Радиолампы в выходном каскаде работают в режиме класса Finv на половинной частоте. То есть, когда анодный ток имеет форму прямоугольного импульса оптимальной длительности (лампа управляется по катоду ключевым транзистором), а напряжение на аноде близко к синусоиде (в нагрузке – колебательный контур) – и качели с девушкой, несмотря на импульсные искажающие усилия, все-таки качаются почти синусоидально (Рис. 4, график Ua).

Использование в выходных каскадах АМ передатчиков токовых телевизионных «строчных» и «кадровых» радиоламп обусловлено их предназначением работать в импульсных режимах и большим нормируемым ресурсом. Немаловажно и то, что в СССР их произвели огромное количество, и они до сих пор сохранились на складах. Совпадает и скважность их типового импульсного режима [9] с оптимальной скважностью для режима Finv при возбуждении контура прямоугольными импульсами тока. Это совпадение и требование повторяемости и стабильности параметров навело на мысль [11] разработать для Индивидуального радиовещания полностью ключевой тракт формирования несущей.

Синтезатор С9-1449-1800 [7] включает в себя все три первых каскада (Рис. 2), имеет на каждом своем выходе открытый коллектор (или открытый сток) и подключается к выходному каскаду передатчика следующим образом (Рис. 4):

Данная схема может обеспечить на своем выходе в режиме несущей 50…55 Вт, при анодном напряжении 450 вольт и 25…28 Вт при напряжении питания 330…350 вольт. При использовании радиоламп 6П43П и анодного напряжения 250 вольт, мощность несущей составит 10 Вт. В случае вещания передатчика в небольшом поселке или деревне, где поблизости нет других населенных пунктов, нет смысла расходовать ресурс радиоламп и электроэнергию на обогрев воздуха и земли при работе большой мощностью. Вполне разумно сделать 10-и ваттный передатчик [10] и накрыть им весь населенный пункт. Еще раз акцентирую: в радиовещании, в отличие от любительской радиосвязи, не стоит задача «добить» как можно дальше, чтобы пингвины в Антарктиде, медведи в сибирской тайге и партизаны в Белорусских лесах слушали бы Ваши радиопрограммы. В радиовещании задача другая – обеспечить максимально качественный радиоприем на территории своего населенного пункта, где есть аудитория слушателей, а у слушателей есть бытовые, и все еще массовые, хоть и старенькие АМ радиоприемники, например, автомобильные или в китайских музыкальных центрах, к которым те, кто захочет слушать интересные радиопрограммы, сделают-таки внешние приемные антенны. Зона неизбежных помех при этом (за зоной уверенного приема), где сигнал обнаруживается, но слушать его в шумах из-за недостаточного уровня невозможно, должна быть минимальной. Поэтому выходная мощность передатчиков Индивидуального радиовещания должна быть минимально-достаточной. Не меньше, не больше, а именно столько, сколько нужно для качественного радиоприема. Занижение мощности вещательного передатчика по сравнению с разрешенной (расчетной), больший «грех», чем ее превышение, поскольку слушатели в зоне вещания получат сигнал худшего качества (с меньшим отношением сигнал / шум).

Читайте также:  Скалер la mv56u a прошивка

Поскольку радиолампы в выходном каскаде передатчика работают в ключевом режиме, то паспортное ограничение анодного напряжения для линейного режима Eamax = 300 вольт сюда не относится. Импульсное же анодное напряжение для радиоламп, разработанных для кадровой и строчной развертки, не должно превышать 7000 В, а мы к нему и на пике модуляции даже не приближаемся. Вспоминается давняя инженерная рекомендация: транзисторы используй максимально по току и береги по напряжению (иначе пробьются), лампы, наоборот – используй максимально по напряжению и береги по току (иначе быстро потеряют эмиссию).

В этой схеме есть и еще одно приятное свойство: если один из юношей отойдет позвонить по телефону (другой девушке), то второй, как и прежде, соблюдая свою очередность, через такт, будет продолжать раскачивать качели. При этом он не заметит отсутствия первого юноши, – с какой силой качал, с такой же и продолжает и с той же частотой, через раз (при выходе из строя одной лампы режим второй не изменяется). А вот девушка заметит, что усилия стали в два раза реже и качели стали качаться на 29,3% (1 – 0,707) с меньшим размахом (мощность упала в два раза и выходной каскад начал работать через такт – в режиме удвоения частоты), однако качели все равно будут продолжать качаться (работоспособность передатчика сохранится). В таком каскаде можно даже радиолампы менять, не выключая передатчика! При выходе из строя одной из ламп снижение мощности на 3 дБ заметят лишь слушатели за пределами уверенной зоны вещания.

Впрочем, почти также работают и четыре цилиндра в двигателе внутреннего сгорания, … и четыре жены у падишаха… Но о четырехфазном передатчике и его «трамблёре» (четырехфазном синтезаторе) я расскажу в следующий раз!

Для этой схемы подойдут любые токовые радиолампы, предназначенные для работы в импульсном режиме, и разрабатывавшиеся в СССР для схем строчной и кадровой развертки телевизоров. Эмиссия катода у них огромна, ресурс, предназначенный для ежедневной работы по многу часов в бытовых телевизорах – редко меньше 5000 часов, а реально раза в два-три больше.

Поскольку выходной каскад передатчика работает в ключевом режиме, то на выходе схемы применен двойной П-контур, обеспечивающий по сравнению с одиночным (используемым в аппаратуре радиосвязи) лучший КПД, лучшую фильтрацию гармоник и в √2 раз более широкую полосу пропускания. Инженерный расчет выходной колебательной системы приведен в [12].

На выходе передатчика установлен трансформатор тока [5], как датчик для индикатора его уровня при настройке, и за ним защитный разрядник с большим числом искровых промежутков – Ир1, предохраняющий передатчик от статического напряжения и импульсных наводок на антенну [18]. В простейшем варианте в качестве такого разрядника можно использовать автомобильную свечу зажигания, установив ей зазор между электродами в 0,3 мм.

Передатчик начинающего ультракоротковолновика

Вариант двухлампового приемника

Передатчик с AM на 160 метров

Приведена схема передатчика с амплитудной модуляцией CLC, выполненная на 4-х радиолампах (не считая задающего генератора). На лампах 6П13С, включенных параллельно, собран усилитель мощности, а на лампах 6Н2П и 6Н1П — микрофонный усилитель-модулятор. Радиочастотный сигнал любительского диапазона 1,9 МГц поступает на управляющие сетки ламп усилителя мощности от отдельного генератора плавного диапазона (ГПД) через емкость С1.

Предварительный микрофонный усилитель выполнен на лампе 6Н2П а затем усиливается левым (по схеме) триодом 6Н1П. Анод этого триода соединен непосредственно с управляющей сеткой второго триода этой лампы, на котором собран катодный повторитель. Выходной НЧ сигнал через резистор R14 поступает на экранные сетки ламп усилителя мощности, обеспечивая тем самым амплитудную модуляцию выходного сигнала передатчика.

Выключатель SA1 служит для перевода схемы в режим передачи. Подключив вместо SA1 телеграфный ключ, можно работать в эфире телеграфом. С помощью подстроечного резистора R11 подбирают режим работы выходной лампы модулятора по отсутствию искажений в излучаемом сигнале. Данная схема способна обеспечить выходной сигнал мощностью до 40 Вт.

Дроссели L1 и L3 намотаны на резисторах ВС-2 диаметром 6 мм и сопротивлением 100—1000 кОм. Каждая обмотка содержит три секции по 57 витков провода ПЭЛИ10-0,15, намотка — типа "универсаль”. Катушка L2 намотана на керамической трубке d-12 мм и содержит 60 витков провода ПЭЛ-1,3, намотка — пошаговая.

Микроамперметр PA-1 имеет ток полного отклонения стрелки 300 мА.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector