|
Acasă | Articole | Proiecte | Produse | Favorite | Despre | |
|
Postat pe - 25 iunie 2017
Editat pe - 15 august 2017
Acesta este un proiect vechi început undeva prin martie 2013.
Fiind pasionat de VHF la acea vreme, într-o zi m-am întrebat cum ar fi să încerc spectrul HF. Am construit un receptor cu conversie directă pentru a asculta banda de 80m. Mi-a plăcut foarte mult să ascult acea bandă, concursuri din alte țări, QSO-uri târzii etc. Îmi amintesc de un concurs de noapte în care am notat toate indicativele primite și apoi le-am căutat pe QRZ.com să văd de unde sunt. Am reușit să aud stații din toată Europa cu doar o bucată de cablu UTP folosit ca antenă. După acea experiență extraordinară, am vrut să experimentez în continuare propagarea undelor radio pe acea bandă HF de încredere. De asemenea, în țara noastră, QTC-ul local este transmis pe 80m. Am căutat pe internet un transceiver SSB super simplu și am găsit proiectul BITX20 de Ashhar Farhan, care mi s-a părut foarte promițător.
Un vechi prieten de-al meu – YO2MHO – a confirmat că bitx-ul funcționează bine în eter dacă este corect reglat. Așadar, împreună cu un alt prieten bun – YO3IMR – am început să ne construim proiectele bitx80. Mai întâi, am ales componentele critice astfel:
Pentru construcția lui s-au folosit următoarele scheme și plăci PCB, bineînțeles, cu diode BAT41 în mixer și detector de produs, cristale de 9.8304 MHz în locul celor de 10.000 MHz etc.
Placa mea PCB a avut unele probleme, dar din fericire au fost ușor de rezolvat.
Îmi amintesc de o mică problemă a plăcii PCB originale care avea un defect la un pin al amplificatorului LM386, ceea ce ducea la lipsa sunetului în difuzor.
După ce toate componentele au fost montate și problema cu LM386 a fost rezolvată, am ajustat VCO-ul între aprox. 5.8MHz – 6.3MHz cu un frecvențmetru PIC împrumutat de la prietenul meu, YO3IMR. În modul de transmisie, potențiometrul de la detectorul de produs ar trebui să echilibreze mixerul anulând oscilația BFO, dar în cazul meu, anularea oscilației nu a funcționat. Am verificat aproape toate componentele dacă au fost plasate greșit pe placă, toate traseele PCB-ului – nu am găsit nimic în neregulă. În modul recepție părea să funcționeze OK. Am început să mă îngrijorez din cauza acestei probleme – totul părea în regulă, dar nu funcționa cum trebuie în modul de transmisie... acea undă continuă la 9.8 MHz era mereu prezentă.
Am verificat semnalele oscilatoarelor cu osciloscopul, am modificat rezistențele de polarizare pentru a obține semnale mai mari și mai curate, am ecranat oscilatoarele cu plăci de cupru – fără nicio îmbunătățire. Uneori simțeam că vreau să sparg această „jucărie” cu ciocanul... m-a scos din minți de multe ori – totul părea în regulă, dar nu funcționa cum trebuie... În cele din urmă, am aruncat proiectul în cutia cu rebuturi – abandonat.
Dar mai târziu, în 2016, am încercat din nou să reînvii acest proiect, înarmat cu mai multă răbdare și după câteva zile de depanare am găsit cauza principală a tuturor problemelor! Când am măsurat între două componente de pe placă, care erau pe același traseu PCB, am descoperit că rezistența dintre ele era de aproximativ 4KOhmi. Nu-mi venea să cred – cum e posibil să fie 4K în loc de 0 Ohmi între două componente pe aceeași pistă??? Simplu! lipitură rece. Aceasta era între potențiometrul detectorului de produs și o rezistență de 22 Ohmi, afectând atât emisia, cât și recepția. După ce am remediat această problemă, totul a funcționat perfect: semnalul de 9.8 MHz de la BFO a fost suprimat, volum sonor abundent pe recepție, semnalele I.F. vizibile mai clar pe osciloscop etc.
Apoi am făcut nenumărate modificări, incluzând următoarea schemă.
DDS-ul este indispensabil în zilele noastre și va înlocui oscilatorul local pentru frecvența intermediară. Din cauza polarizării în clasa A a amplificatorului RF de putere, șasiul se încălzește în timpul QSO-urilor lungi și frecvența de bază devine instabilă. Așadar, când am proiectat acest DDS, m-am gândit la un cip DDS foarte ieftin care să poată genera frecvențe în jur de 6MHz. Studiind produsele AD DDS, am găsit că AD9837 este potrivit pentru acest scop. Folosind un ceas de referință de 16MHz, poate genera semnale de max. 8MHz. Unda sinusoidală peste 1MHz devine zgomotoasă și trebuie filtrată. Am folosit două etaje de amplificare cu trei circuite LC acordate pentru a obține un semnal curat de 6MHz pentru FI.
Controlerul folosit a fost Atmega32 cu ceas de 16MHz împreună cu un afișaj 2x16 HD44780 și un encoder rotativ. Software-ul a fost scris în C standalone, fără arduino sau bootloadere sau altceva. Codul este în stadiu pre-alpha momentan. Din păcate, nu am făcut schema DDS-ului la acel moment, dar schema hardware a controlerului se poate găsi aici, iar software-ul este disponibil în repo-ul meu GitHub.
La început am emis fără DDS. Frecvența era foarte instabilă, dar cu toate acestea am realizat primul meu contact în toamna lui 2016, YO8SJR mi-a răspuns la primul apel de la 240Km distanță. Am fost uimit! Antena mea era un dipol 2x20m la 2m deasupra solului, fără acordaj de antenă și cu ieșire de 3W în acel moment.
O altă mare emoție am simțit-o în perioada Crăciunului 2016, când am folosit același dipol 2x20m, dar cu centrul montat mult mai sus, la aproximativ 7–8m deasupra solului, alimentat cu un cablu de boxă plat 2x0.75, acordat cu un transformator echilibrat la bază, cu o putere de aprox. 4W. Am reușit să-mi aud semnalele CW și SSB în Marea Britanie pe websdr-ul 160m.net, la aproximativ 2200 Km distanță. Mai târziu, în aceeași noapte, am auzit o stație străină chemând și am răspuns doar ca să văd ce se întâmplă — am fost surprins să aud că mi-a răspuns — era S55L din Slovenia, aproximativ 1000 Km distanță. În acele zile am avut contacte în toată țara și cu vecini precum Bosnia și Grecia.
Deriva de frecvență era deranjantă în timpul QSO-urilor, iar în zilele următoare, de fapt chiar în noaptea de Revelion, am citit fișa tehnică AD9837 pentru a scrie un driver pentru el. După câteva săptămâni, DDS-ul a fost instalat și a făcut o diferență uriașă.
În perioada Paștelui 2017, folosind aceeași antenă dar cu un sistem de adaptare mai bun, am reușit să acopăr întreaga țară cu o ieșire de 5W. Toți m-au auzit fără efort. În general, am primit rapoarte de semnal S6 până la S9+15, însoțite de o modulație foarte clară și pătrunzătoare.
Înregistrare audio – semnal S6 peste zgomot S4 – Server WebSDR București, România
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
|
 |
După doi ani de utilizare continuă, releul RxTx a cedat în principal din cauza unei greșeli de proiectare din trecut: am folosit un condensator mare (~1000uF) pe linia de alimentare Tx, astfel că de fiecare dată când releul închidea contactele, se produceau scântei mari care le-au corodat treptat până când, din păcate, s-au lipit între ele.
Așadar, am realizat un comutator cu MOSFET care a înlocuit vechiul releu; acum avantajul major este că nu se mai uzează atât de ușor, indiferent dacă acel condensator mare se află sau nu pe linia Tx.
Bazat pe divizorul rezistiv R1, R3: cât timp PTT este deschis, Q1 (MOSFET-P) rămâne deschis și Q3 (MOSFET-N) este închis spre masă, aducând GND pe linia Tx, ceea ce închide Q2 și deschide Q4. Când PTT este apăsat, funcționarea MOSFET-urilor se inversează. Simplu spus: inițial linia Rx este pozitivă, Tx negativă; când PTT este apăsat, Tx devine pozitivă, Rx negativă. Aducerea GND pe linia nefolosită ajută la descărcarea condensatorilor încărcați și previne autooscilațiile nedorite.
Acest circuit funcționează foarte bine, dar nu a fost suficient testat. Este nevoie de un osciloscop digital de înaltă precizie pentru a analiza timpii de deschidere/închidere (timp de creștere/scădere) ai MOSFET-urilor. De exemplu, pentru scurte perioade de timp (milisecunde sau nanosecunde), atât Q1/Q3 cât și Q2/Q4 pot conduce simultan la comutarea RxTx și TxRx.
C1, C2, D1, D2 oferă protecție împotriva sarcinilor inductive (ex: alte relee pe linia Tx).
MOSFET-urile de putere IRF5305 au RDSon mic, astfel că căderea de tensiune pe ele este neglijabilă – doar câțiva milivolți la 1.5A.
Pentru că deschisesem din nou „cutia” ca să repar releul stricat, m-am simțit oarecum obligat să adaug câțiva tranzistori și să fac un indicator S-metru, iar dacă tot l-am făcut, de ce nu și un circuit AGC... Inițial am spus „OK, nu am timp să construiesc asta”, dar în scurt timp mi-am dat seama cât de enervant este să asculți semnale foarte puternice fără AGC, așa că am fost nevoit s-o fac. Nu am avut timp să desenez totul în CAD, dar iată prototipurile pe hârtie:
În prima imagine este un regulator de tensiune de 11V folosit pentru alimentarea S-metrului și, în partea de jos, o pereche Darlington cu ecuațiile Ib și Rb – acest etaj oferă impedanță de intrare mare și amplificare mare de curent. Așadar, pentru o rezistență de sarcină de 330 Ohmi este nevoie de o rezistență de bază de aproximativ 43–44MOhmi în acest caz. În ultima imagine este prototipul S-metrului. Semnalul din FI – luat de la emitorul lui Q3A din schema bitx – este amplificat de etajul Darlington cu impedanță mare. Aici am folosit un condensator de 4n7 deoarece unul de 100n s-ar fi încărcat prea lent prin rezistența mare (44MOhmi), astfel întârziind creșterea tensiunii pe RL. Curentul amplificat trece prin înfășurarea primară a unui transformator (raport 3:45), transformând curentul mare în tensiune. Diodele (2x1N4148) împreună cu un potențiometru setează tensiunea de la „pragul” de conducție al tranzistorului 2n3904, acesta acționând ca o diodă polarizată, funcționând în clasa B, permițând doar semiciclul pozitiv al undei RF să treacă (ca un detector AM). Totodată, 2n3904 funcționează ca convertor de impedanță, având RL = 1000 ohmi în emitor, iar la bază o impedanță de intrare mare și câștig mare. Apoi curentul este eșantionat și amplificat de un tranzistor PNP, tip 2n3906. Am conceput acest circuit deoarece am vrut câștig mare cu puține componente, deoarece tensiunea IF era în jur de 250mVp, fiind nevoie de +20dB pentru a ajunge la 5Vp. La început am construit un etaj cu 2n3904 și am obținut doar 8dB câștig, astfel că erau necesare trei etaje pentru 5Vp, plus alte două sau trei pentru detecție – prea multe componente... Chiar și așa, după ce am construit varianta cu transformator, mi-am dat seama că putea fi și mai simplu: să măsor amplitudinea fără transformator, folosind aceeași idee (tranzistor ca diodă polarizată – clasa B):
Circuitul RSSI în acest caz nu trebuie să fie liniar deoarece și celelalte etaje ale transceiverului nu sunt. Liniaritatea și calibrarea vor fi făcute ulterior în software. Tranzistorul polarizat în clasa B lucrând pe o sarcină de impedanță mare are un prag de conducție instabil în funcție de temperatura ambientală. Momentan nu știu cum să rezolv asta fără a folosi o pereche diferențială simetrică.
Semnalul AGC este preluat din circuitul RSSI; un potențiometru reglează pragul de închidere al MOSFET-ului 2N7000. Când sunt recepționate semnale slabe, MOSFET-ul rămâne deschis, iar condensatorul se încarcă prin rezistențele A + B, menținând BJT-ul în conducție completă (10V reglat). Această tensiune alimentează Q1 din schema bitx. Când un semnal puternic este recepționat, tensiunea RSSI închide MOSFET-ul, descărcând rapid condensatorul, iar A + B formează un divizor rezistiv care reduce tensiunea emisă de emitorul BJT-ului, astfel câștigul lui Q1 scade. După ce semnalul puternic dispare, MOSFET-ul se deschide, C se încarcă lent și amplificarea lui Q1 crește din nou, fiind o plăcere să asculți :)
Valorile componentelor (dacă îmi amintesc corect):
pot = 1M
mosfet = 2N7000
C = 22uF
A = 6k8
B = 3k3
BJT = BC547B
În timpul semnalelor foarte puternice, tensiunea AGC scade până la aproximativ 2Vcc. Din păcate, am folosit AGC doar pentru alimentarea unui singur etaj de tranzistor din lanțul Rx, deci funcționa OK dar nu foarte eficient. Dacă aș fi alimentat mai multe etaje Rx cu AGC, eficiența ar fi crescut.
Am încercat să grăbesc lucrurile și designul rezultat n-a fost prea bun. Am făcut un circuit RSSI care funcționează crescând tensiunea, apoi un AGC care funcționează scăzând tensiunea — deși puteau fi integrate în același etaj care reduce tensiunea. Pot recunoaște totuși că am destule componente electronice, deci nu e o tragedie. Dar imaginează-ți acest tip de risipă de componente, spațiu, greutate și curent ajungând într-o fabrică – apoi pe piață – și rezultând într-o pierdere financiară pentru companie. Câteva componente costă câțiva dolari – nu pare mult, dar înmulțit cu un milion de unități produse, devine pierdere de milioane!
Etaje polarizate greșit: Nu știu ce tip de tranzistori a folosit proiectantul, dar în schemă sunt indicați 2N3904 sau BC547, deci am folosit BC547B pentru toți tranzistorii și aceștia erau greșit polarizați implicit. Peste rezistența de colector ar trebui să cadă aproximativ Vcc/2 pentru a asigura o oscilație adecvată, dar în mod implicit nu era așa! Așa că am modificat aproape toate rezistențele de polarizare. Am verificat cu osciloscopul injectând semnale și mi-a confirmat bănuielile. Acum semnalele recepționate și transmise și-au îmbunătățit mult fidelitatea. O diferență notabilă poate fi auzită în înregistrările de mai jos: Înainte: După: Ventilator: Deoarece etajul final este în clasa A, în timpul transmisiilor lungi se încinge, iar factorul de amplificare scade. A fost montat un ventilator mic pentru a răci tranzistorul. Este de 12V – 1W, pus în serie cu o rezistență de 100 Ohm / 3W pentru a-i reduce turația și zgomotul. Se activează doar în timpul transmisiilor. Contact imperfect: Am avut din nou probleme de acest tip. După transmisii lungi, carcasa transceiverului se încălzea și uneori nu aveam semnal de ieșire – frustrant. Problema era un cablu coaxial între etajul final și prefinal, care făcea scurt între conductorul central și ecran, prin dielectric – doar când se încălzea. A fost înlocuit cu 10cm de RG316. Transformator de ieșire: Adaptarea între ieșirea tranzistorului final și impedanța de 50 Ohmi s-a făcut inițial cu un circuit L-match, folosind un miez de ferită necunoscut care se încingea. L-match-ul a fost înlocuit cu un transformator înfășurat pe ferită material 43 (nu-mi mai amintesc raportul de înfășurare). Comandă Tx: Pentru a comanda etajele de putere, s-a montat un conector pe carcasă, conectat la linia Tx printr-o rezistență de 2k2.
Fișierul CSV complet aici.
|
Acasă | Articole | Proiecte | Produse | Favorite | Despre |
