Если ваш любимый радиоприёмник из детства умеет ловить только средневолновые и длинноволновые радиостанции с амплитудной модуляцией, и на таких частотах в ваших краях слушать нечего, это не повод переделывать его в FM-, MP3-проигрыватель или блютус-колонку.
Существует несколько вариантов AM модуляторов, то есть микромощных радиопередатчиков, с помощью которых можно прослушивать любой аудиосигнал через ваш старый радиоприемник без вмешательства в его конструкцию.
Сегодня я соберу и испытаю один из таких гаджетов — AMT-MW207, доступный как в виде радиоконструктора, так и готового аппарата.
Комнатный УКВ ЧМ радиопередатчик мы уже собрали и испытали. Настала очередь средневолнового с амплитудной модуляцией, СВ АМ.
FM-модулятор и плата для изучения генератора Колпитца
Радиоконструкторы на Алиэкспресс бывают разные. Часто встречаются наборы с дешёвой односторонней гетинаксовой платой, без металлизации отверстий, как на фото УКВ ЧМ передатчика слева сверху. Обычно это самые дешёвые варианты, но и их сборка доставляет огромное удовольствие, а получающееся в результате устройство прекрасно работает.
Гетинакс — композитный материал из прессованных бумажных листов, пропитанных фенол-формальдегидной (потому так пахнет) или эпоксидной смолой. Стеклотекстолит — то же самое, но со стеклотканью вместо бумаги.
Гетинакс — ломкий и горючий материал, но зато дешевый. Стеклотекстолит дороже, но прочнее, не поддерживает горение, и благодаря стеклоткани даже сгоревшие участки платы сохраняют свою форму, хоть и приобретают электропроводность из-за обугливания смолы.
Однако при обработке стеклотекстолита в домашних условиях следует помнить, что его пыль, содержащая много микрочастиц стекла, опасна для здоровья. Она раздражает кожу и наносит вред органам дыхания.
На другом полюсе находятся радиоконструкторы, разработанные с особенной любовью. В них предусмотрены крепёжные детали, попадаются более дорогие компоненты и платы из толстого стеклотекстолита с красивым оформлением. Разумеется, такие комплекты несколько дороже. К счастью, ненамного.
Эволюция проекта передатчика
На плате видим подпись разработчика «Radio lover». Такая подпись мне уже попадалась, и радиоконструкторы с ней всегда были на высоте. Сегодня я собираю относительно новую версию 1.2r-7, датированную 11 августа 2022 года.
Фото радиопередатчика AMT-MW207 v. 1.2r-7 в сборе
Вместо привычных дешевых батарейных отсеков с тонкими проводками видим более основательные, с жёсткими выводами для пайки в отверстия и возможностью дополнительного крепления винтами. Однако тут надо следить за полярностью: плюсовые и минусовые контакты выглядят одинаково, и механической защиты от неправильно вставленного элемента питания не предусмотрено.
Внешний вид передатчика с нижней стороны
У более старых версий вплоть до 1.11 от 3 сентября 2020 года нет мотовилец для излишков обмоточного провода, под который сделана просто овальная прорезь в плате.
Фото версии 1.0 от 2 июля 2020 года
Между R4 и R5 требовалось паять проволочную перемычку, вместо которой, начиная с версии 1.2r-7, предусмотрена единственная дорожка на верхней стороне платы.
Также не было удобных металлизированных отверстий, чтобы цеплять щуп и земляной крокодил осциллографа или анализатора спектра к выходу «Monitor», который подключен к дополнительной катушке магнитной антенны. Было только место под штыревой разъем PLS-2, к которому, кроме измерительного прибора, можно подключить внешнюю антенну для увеличения дальности передачи.
Сегодня существует и самая новая, ещё более красивая версия 1.3 от 3 ноября 2022 года с ферритовым стержнем прямоугольного сечения, платой белого цвета, красивой ручкой регулировки частоты сверху основной платы и шкалой, выполненной из того же текстолита c белой маской и чёрной шелкографией. Что интересно, отверстия под стойки для этой шкалы предусмотрены во всех версиях, начиная с 1.0.
Фото новой версии на Алиэкспресс
Все версии комплектуются приятным, очень мягким соединительным кабелем со стереоджеками 3.5 мм для подключения к смартфону, плееру или иному источнику аудиосигнала линейного уровня.
Комплектация версии 1.11
Схема радиопередатчика
В левом верхнем углу схемы изображены индикаторный светодиод D, его токозадающий резистор R9 и два конденсатора. Электролитический конденсатор С6 сглаживает низкочастотные пульсации, а керамический С7 — высокочастотные.
Принципиальная схема AMT-MW207
В левом нижнем углу схемы расположен узел из двух одинаковых резисторов R1 и R2, смешивающий входные сигналы левого и правого каналов стерео в один монофонический. Конденсаторы C1 и С2 связывают вход и выход регулятора громкости W со смесителем стереосигнала, и входом модулятора соответственно.
Сам радиопередатчик изображён в правой половине схемы и представляет собой LC-генератор Колпитца на дифференциальном усилителе BG2 с эмиттерным повторителем BG1.
Дифференциальный усилитель
Рассмотрим простейший дифференциальный каскад на одном транзисторе. По отношению к инвертирующему входу Vneg транзистор Q1 включен по схеме с общим эмиттером. А по отношению к неинвертирующему входу Vpos — по схеме с общей базой.
Однотранзисторный дифкаскад
На практике такая примитивная схема усилителя малоприменима, потому что входное сопротивление неинвертирующего входа будет очень низким. Ведь по отношению к эмиттерному резистору Re, куда подключен неинвертирующий вход, транзистор включен эмиттерным повторителем сигнала с инвертирующего входа.
Ситуация кардинально меняется, если добавить к предыдущей схеме эмиттерный повторитель сигнала неинвертирующего входа на транзисторе Q2. Такой дифференциальный каскад с однофазным выходом вполне годится для практического применения.
Дифкаскад с эмиттерным повторителем
На эту простую схему можно посмотреть и с другого ракурса: мы имеем два транзистора, эмиттеры которых соединены вместе. Если транзисторы не находятся в режиме насыщения, ток между коллектором и базой равен нулю.
Таким образом, коллекторные токи обоих транзисторов протекают через их эмиттеры. Стало быть, через один резистор Re, служащий стабилизатором тока. Если амплитуда входного сигнала значительно меньше напряжения покоя на базах, задаваемого резисторами RB1 — RB4, напряжение на Re можно считать постоянным: Q1 и Q2 рассматриваем как эмиттерные повторители. Соответственно, не изменяется и ток через Re.
То есть разница напряжений на базах приведет к перераспределению общего стабилизированного эмиттерного тока между коллекторами транзисторов.
Такой дифференциальный каскад называют параллельно-балансным или каскадом с эмиттерными связями, в английской терминологии — «long-tailed pair», (пара с длинным хвостом).
Памяти изобретателя
Изобретателем параллельно-балансного каскада в варианте на лампах с катодными связями является великий английский инженер Алан Блюмлейн, являющийся, наряду с Эдвином Армстронгом и Эдвином Колпитцем, одним из отцов электронной схемотехники.
Фотопортрет Алана Блюмлейна. 1932-33 гг., Википедия
Другими его фундаментальными изобретениями являются динамический микрофон, усилитель с общей отрицательной обратной связью, катодный повторитель и активный интегратор на эффекте Миллера, ультралинейный каскад на пентоде и британский стандарт телевизионного сигнала.
В годы Второй мировой войны Блюмлейн занимался разработкой звукопеленгаторов и радиолокационных систем.
Стабилизатор тока дифференциального каскада
В более совершенных схемах предусматривают не просто эмиттерный резистор, а настоящий стабилизатор тока. На данной схеме им является эмиттерный повторитель Q3. Напряжение его базы задается делителем из резисторов 30 и 60 кОм и равняется трети отрицательного напряжения питания, то есть 2 вольтам.
Дифференциальный усилитель с дифференциальным выходом
Соответственно, на эмиттере Q3 относительно шины питания -6В будет Uб — Uбэ = 2 — 0.6 = 1.4 В. При таком напряжении ток через резистор Re, согласно закону Ома, будет равняться 1.4 мА. А распределение этого общего тока между коллекторами Q1 и Q2 будет зависеть от разности напряжений на входах.
У этого усилителя коллектор Q2 не соединён с плюсом питания, а имеет нагрузку в виде резистора. Потому здесь мы имеем два выхода, инвертирующий и неинвертирующий, образующие дифференциальный выход.
Дифференциальные сигналы очень распространены в технике. Достаточно вспомнить шину USB, обеспечивающую высокоскоростную передачу данных через длинные кабели. А также балансные входы и выходы с разъёмами XLR в профессиональной аудиотехнике, которые необходимы как для передачи слабого сигнала микрофона, так и для подключения мощных сценических усилителей. Иначе они превратили бы даже малейшие шумы в очень громкие.
На оба провода дифференциальной пары наводится один и тот же сигнал помех. При попадании на входы дифференциального усилителя синфазные помехи, то есть однонаправленные, взаимно вычитаются и практически сходят на нет. А противофазные, разнонаправленные копии полезного сигнала, взаимно складываются и усиливаются.
Возвращаемся к схеме передатчика
Итак, в нашем дифференциальном усилителе стабилизатором эмиттерного тока служит каскад с общим коллектором на транзисторе BC3.
При напряжении питания 6В и отсутствии входного сигнала напряжение на базе BC3 составит 6 * 8.2 / (51 + 8.2) = 0.83 В, соответственно сопротивлениям делителя R3R4.
Иными словами, ток через делитель равен 6В / (51 + 8.2) кОм = 101 мкА. Умножаем этот ток на сопротивление нижнего плеча делителя, получаем 831 мВ.
Прямое падение напряжения база-эмиттер транзистора 9011 составляет от 0.6 до 0.7, редко до 0.75 В. Автор схемы радиопередатчика приводит референсные значения токов I1, I2 и I3 для Uбэ = 0.63 В.
При напряжении на эмиттере BG3 0.83 — 0.63 = 0.2 В ток I3 через резистор R6 составит 0.2 / 3.3 = 0.06 мА. Между транзисторами BG1 и BG2 он распределяется так: I1 = 20 мкА, I2 = 40 мкА.
Исходя из таких скромных токов в выходном антенном каскаде, нетрудно догадаться, что передатчик микромощный, и приём сигнала с его магнитной антенны возможен на расстоянии не больше метра, и то если приёмник достаточно чувствительный.
Как раз это и нужно, чтобы адекватно настраивать радиоприёмники. А если мы хотим слушать с помощью передатчика музыку, его следует разместить в непосредственной близости с приёмником.
Аудиосигнал, поступающий через конденсатор С2 на базу транзистора BG1, будет модулировать ток через R6, а соответственно, рабочий ток дифкаскада и амплитуду колебаний в антенном контуре. Так получается аудиосигнал с амплитудной модуляцией.
Выводы
«Правильная электронная схема не должна требовать наладки на производстве и подстройки при эксплуатации». А. Блюмлейн
Прибор начал работать сразу после сборки. Сигнал передатчика прекрасно принимают все имеющиеся у меня средневолновые радиоприёмники прямого усиления и супергетеродины на расстоянии до 1 метра.
На видео приём осуществляется на самодельный шеститранзисторный супергетеродин. У него откровенно плохой громкоговоритель. Если слушать через наушники или внешний усилитель, качество звука гораздо лучше, хотя и чувствуется, что это средневолновая АМ радиопередача. Так и должно быть. Неспроста были придуманы стандарты высококачественного вещания с частотной модуляцией.
Синусоида на экране осциллографа выглядит красиво по всему частотному диапазону: на осциллограмме не видно заломов и шумов.
Однако верхняя полуволна «острее», а нижняя «круглее», что свидетельствует о присутствии второй гармоники.
Искажение синусоидального сигнала второй и третьей гармониками
В следующих экспериментах попробую снизить гармонические искажения тонкой подстройкой параметров генератора Колпитца.
Если присмотреться к печатной плате, то становится ясно, что Radio Lover предусмотрел посадочные места для подстроечных резисторов R3, R5 и R7 вместо постоянных. То есть разработчик передатчика поощряет такое начинание.
Нижняя сторона платы передатчика
Тем не менее и с постоянными резисторами из комплекта прибор работает хорошо. Так что AMT-MW207 воплощает завет Алана Блюмлейна.
Также собираюсь поэкспериментировать с увеличением дальности передачи посредством подключения внешних антенн штыревого и рамочного типа.
НЛО прилетело и оставило здесь промокод для читателей нашего блога:
— 15% на заказ любого VDS (кроме тарифа Прогрев) — HABRFIRSTVDS
