Микромощные радиопередатчики

Делай что хочешь, но так, чтобы не лишиться этой возможности.

Аркадий Давидович

В эту категорию попадают все радиопередатчики, у которых выходной сигнал в антенне имеет мощность до 10…50 мВт. Например, максимальная мощность радиопередатчика в брелке для дистанционного управления сигнализацией не превышает 25 мВт. Такие передатчики не требуют регистрации, так как их зона действия ограничена прямой видимостью и обычно не превышает 100 м. Для некоторых бытовых применений, с которыми вы сможете познакомиться на практике, такого расстояния вполне достаточно.

Ретрансляция звука телевизора или магнитофона

Этот довольно простой передатчик может использоваться совместно с любым бытовым радиоприемником (самодельным или промышленным), имеющим отечественный УКВ диапазон (65,8…73,0 МГц). Его основное назначение — ретрансляция по радиоканалу звукового сопровождения от телевизора, магнитофона (плеера) или звуковой карты компьютера. Передатчик (рис. 12.14) подключается к линейному выходу источника звукового сигнала.

Рис. 12.14. Схема передатчика-ретранслятора (а) и вид монтажа (б)

Например, в телевизоре им может являться выход, предназначенный для подключения наушников. В этом случае вы сможете слушать звуковое сопровождение, не мешая окружающим отдыхать и не путаясь в длинных соединительных проводах от наушников. Антенной радиопередатчика является телескопический штырь от любого бытового радиоприемника или можно использовать толстый медный провод длиной 30 см (диаметром 2–3,5 мм).

Схема передатчика — классический автогенератор, работающий прямо на антенну. Конденсатор С8 уменьшает влияние антенны на частоту генератора.

Частотная модуляция осуществляется за счет изменения режима работы транзистора (при этом меняются его внутренние емкости).

Приведенный вариант передатчика имеет автономное питание (от двух любых гальванических элементов типоразмера ААА) и потребляет ток не более 1,2 мА. Это обеспечивает его непрерывную работу в течение не менее 1000 ч. А мощности передатчика вполне достаточно для приема сигнала в радиусе 15…30 м. При желании можно увеличить питающее напряжение до 9 В, соответствующим образом увеличив номиналы резисторов R2, R3.

Топология печатной платы и расположение элементов показаны на рис. 12.15.

Рис. 12.15. Топология печатной платы (а) и расположение элементов (б)

При монтаже использовались следующие радиодетали: подстроечный резистор R1 типа СПЗ-19а (или СПЗ-19б), все постоянные резисторы С2-23; подстроечный конденсатор С4 типа КТ4-23 (или КТ4-256), постоянные конденсаторы — любые малогабаритные керамические, например типа К10-17, К10-23 и т. п. Микропереключатель SA1 из серии ПД — он должен иметь боковые выводы, предназначенные для распайки прямо в плату (на них он и закрепляется). Для установки элементов питания использован унифицированный пластмассовый отсек (его удобнее купить уже готовым).

Катушку L1 придется изготовить самостоятельно. Она бескаркасная и наматывается на оправке диаметром 5 мм обмоточным проводом (ПЭВ- ПЭЛ) диаметром 0,7…1,0 мм — всего 7 витков. В качестве временного каркаса для намотки можно взять стержень от гелевой авторучки — он как раз имеет нужный диаметр.

Убедиться в работе автогенератора можно по любому индикатору поля, расположенному рядом с антенной. Настройка схемы проводится по радиоприемнику и заключается в выборе рабочей частоты передатчика на незанятом участке УКВ диапазона, после чего устанавливаем уровень модулирующего звукового сигнала резистором R1 так, чтобы не было заметно искажений звука в приемнике.

Прослушивание телефонного разговора

Схема передатчика приведена на рис. 12.16. Это устройство позволяет дистанционно прослушивать телефонные разговоры, которые ведутся на вашем телефонном аппарате. В нем роль антенны выполняют провода телефонной линии. Без применения внешней антенны WA1 радиус действия с большинством бытовых радиоприемников, имеющих УКВ диапазон, — до 50 м. Для увеличения дальности, кроме применения антенны (подойдет отрезок любого многожильного провода длиной 30…40 см), необходимо использовать приемник с высокой чувствительностью.

Рис. 12.16. Схема УКВ ЧМ передатчика (а) и печатная плата для его сборки (б)

В передатчике выполняется частотная модуляция, и он рассчитан на работу в диапазоне частот 63…80 МГц. Этот диапазон выделен для музыкальных радиостанций, но даже в крупных городах на краях его есть участки еще не занятые. Чтобы радиовещательные станции не мешали прослушиванию разговора, наш передатчик настраивается на любые свободные частоты.

Схема включается в разрыв телефонной линии между телефонным аппаратом, как это показано (обязательно с учетом полярности). Она питается от линии только во время разговора, когда поднята телефонная трубка и в цепи через резистор R4 протекает ток.

Частотная модуляция в передатчике получается за счет изменения внутренней емкости транзистора. Это происходит при колебаниях напряжения питания схемы за счет протекания тока в линии ТА при разговоре.

При сборке использованы следующие детали: конденсаторы С1 и С2 могут иметь номиналы 0,022…0,068 мкФ, подстроечный конденсатор С3 типа КПКМ, а остальные резисторы и конденсаторы могут быть малогабаритными любого типа. Катушка L1 наматывается на каркас диаметром 5 мм проводом ПЭВ 0,23 мм и содержит 5 + 5 витков. Транзистор КТ315Г можно заменить на КТ3102А, а использовать другие транзисторы не рекомендуется, так как при этом сильно возрастает уровень гармоник, которые могут создавать помехи в других диапазонах. При указанных на схеме деталях уровень второй гармоники передатчика меньше на 40…45 дБ относительно основной частоты.

Схема передатчика была собрана на односторонней печатной плате (без отверстий) размером 20 х 40 мм, к контактным площадкам которой припаиваются элементы (рис. 12.16, б). Для увеличения плотности монтажа некоторые элементы располагаются друг над другом, например, транзистор VT1 находится под конденсатором С3. Размеры платы позволяют разместить ее в корпусе стандартного телефонного гнезда.

Перед настройкой передатчика необходимо подключить его к телефонной линии и при снятой трубке замерить напряжение на резисторе R4 — оно должно быть в диапазоне от 2 до 3,5 В. Если напряжение окажется больше, то следует уменьшить сопротивление этого резистора.

Настройка схемы заключается в перестройке автогенератора сердечником катушки L1 (сердечник может быть из высокочастотного феррита 100HH) на нужную частоту УКВ диапазона, а после этого конденсатором С3 надо подстроить передатчик, контролируя прием по качеству звука на слух. Настройку на нужную частоту, если нет высокочастотного ферритового сердечника, можно выполнить и подбором емкости контура, показанного на схеме пунктиром, или раздвигая витки катушки, но это менее удобно.

Радиомикрофон на одном транзисторе

Радиомикрофонами называют все устройства, способные передавать звуковую информацию по радиоканалу. Два варианта схем для превращения микрофона в радиомикрофон показаны на рис. 12.17. Они могут питаться от любых батареек с общим напряжением 3 В. Напряжение питания можно увеличить до 6…9 В, но в этом случае резистор в цепи базы транзистора потребуется увеличить до 15 кОм, а резистор в цепи эмиттера — до 820… 1000 Ом. Антенной может служить отрезок любого гибкого (многожильного) провода длиной 20…30 см. Для того чтобы параметры антенны меньше влияли на работу автогенератора, связь ее с колебательным контуром сделана индуктивной.

Рис. 12.17. Варианты выполнения радиомикрофона на одном транзисторе для разных типов электретных микрофонов

Катушка L2 наматывается над L1 — все данные для намотки приведены на рис. 12.18.

Рис. 12.18. Унифицированная конструкция каркаса и намотка катушек L1—L2 (а), их намоточные данные (б) и внешний вид

Для изготовления катушек удобно использовать унифицированный каркас из термостойкой пластмассы диаметром 5 мм, показанный на рисунке, но в крайнем случае подойдет любая оправка из диэлектрика с таким же диаметром (например, стержень от гелиевой авторучки).

Кроме указанных на схеме электретных микрофонов, скорее всего подойдут и другие типы, например аналогичные импортные (см. главу 7). Все постоянные конденсаторы — малогабаритные керамические (К 10–17, К10-23 и т. п.), подстроечный конденсатор — типа КТ4-23 (или КТ4-256).

Для монтажа элементов можно воспользоваться контактной колодкой с лепестками или универсальной макетной платой, вырезав ее под имеющийся подходящий корпус.

Чтобы получить приемлемые параметры, за простоту схемы в радиотехнике довольно часто приходится платить сложностью настройки. Это и неудивительно, ведь работа всей схемы зависит от конкретного транзистора, который может иметь существенный разброс по коэффициенту усиления и другим паспортным характеристикам. Но, в конечном итоге, повозившись некоторое время и поэкспериментировав с номиналами элементов, эту схему можно заставить хорошо работать и с другими высокочастотными транзисторами, кроме тех, что указаны на рисунках. Ведь перед вами классический вариант автогенератора, собранного по схеме так называемой «емкостной трехточки». Транзистор VT1 включен как усилитель с общей базой — по высокой частоте конденсатор в цепи базы «закорачивает» ее на общий провод. Это позволяет такому каскаду работать вплоть до частот, близких к граничной частоте транзистора (у транзисторов из серии КТ368 граничная частота составляет не менее 900 МГц). Обратная связь осуществляется конденсатором, установленным между коллектором и эмиттером.

Несколько слов о настройке. Рабочая частота передатчика зависит от параметров контура в цепи коллектора VT1. Она настраивается подстроечным конденсатором на свободный от радиовещательных станций участок УКВ ЧМ диапазона (88… 108 МГц).

Радиомикрофоны повышенной чувствительности

Здесь будут описаны два варианта радиомикрофонов, обладающих повышенной звуковой чувствительностью, но отличающихся дальностью действия. Они могут использоваться, например, для дистанционного прослушивания комнаты. Это возможно благодаря тому, что сигнал с микрофона усиливается дополнительным каскадом на транзисторе. Частотная модуляция получается, как и в предыдущей схеме, за счет изменения внутренней емкости транзистора при изменении его режима.

Схемы, приведенные на рис. 12.19 и 12.20, очень похожи и отличаются только наличием одного дополнительного каскада ВЧ усилителя мощности. Это позволяет для их сборки воспользоваться одной и той же печатной платой, показанной на рис. 12.21 (если вас устроит дальность связи, оконечный каскад усилителя мощности можно не устанавливать). Потребляемый ток схемой составляет не более 2,4 мА — без оконечного усилителя, и 14 мА — при установке оконечного каскада, как это показано на рис. 12.20.

Рис. 12.19. Радиомикрофон с повышенной чувствительностью

Рис. 12.20. Радиомикрофон с увеличенной дальностью действия

Рис. 12.21. Топология печатной платы и вид монтажа элементов

Рис. 12.22. Внешний вид сборки печатной платы и корпуса

Настройка схем начинается с микрофонного усилителя. Измеряем напряжение на коллекторе VT1 — оно должно быть не меньше 1…1,1 В (тогда транзистор будет работать на линейном участке характеристики — режим А). Если это не так, то подбираем резистор R2. Транзистор КТ315Г можно заменить на КТ3102(Е — В), но тогда номинал резистора R2 придется увеличить до 1 МОм.

Следующим шагом является проверка работы генератора.

В схеме, приведенной на рис. 12.19, последним шагом настройки является контроль качества приема сигнала УКВ-приемником и при необходимости подстройкой конденсатором (С7) обратной связи.

Для размещения устройства была найдена пластмассовая коробка, имеющая размеры 80 х 55 х 18 мм. Печатная плата разрабатывалась именно под этот корпус. Она предусматривает установку двух элементов питания типоразмера ААА (любого типа). Для увеличения плотности монтажа резистор R5 располагается над конденсатором С8 (на двух уровнях).

Предварительная настройка ВЧ генератора выполняется по индикатору поля. В качестве индикатора поля можно (и нужно) использовать приспособление, описанное раньше (см. рис. 12.12). Катушку датчика поля кладем рядом с проводом антенны и по индикатору (стрелочному микроамперметру 0…100 мкА), при помощи конденсатора в контуре добиваемся максимума показаний.

Если вас заинтересовало изготовление радиомикрофонов, можно познакомиться еще с книгами [3,4], где приведено довольно много аналогичных схем.

Бесконтактный ключ

Такое устройство может использоваться для отключения сигнализации, открывания замка с электромагнитом, в электронных игрушках или для демонстраций фокусов, когда при вашем приближении что-то включается или наоборот — выключается.

Устройство состоит из миниатюрного передатчика (рис. 12.23) и простейшего детекторного радиоприемника (рис. 12.24).

Рис. 12.23. Схема радиопередатчика

Рис. 12.24. Схема радиоприемной части

Дальность действия системы зависит от того, используется ли резонансный контур на входе приемника (L1-С1-С2), и наличия дополнительной антенны (WA1). Так, без конденсаторов С1—С2 она составляет:

• без антенны в приемнике — 0,3 м;

• с антенной в приемнике (провод длиной 0,6 м) — до 1,3 м.

С конденсаторами С1-С2 при настройке входного контура приемника на частоту передатчика:

• без антенны в приемнике — до 1,5 м;

• с антенной в приемнике (провод длиной 0,6 м) — более 1,5 м.

Передатчик состоит из ВЧ автогенератора на транзисторе VT3, частота которого стабилизирована кварцем, и генератора низкочастотных импульсов с частотой 850 Гц на VT1, VT2 — такая схема называется мультивибратором. Низкочастотный сигнал осуществляет амплитудную модуляцию ВЧ-генератора, за счет изменения тока базы VT3.

Кварцевый резонатор (ZQ1 из серии РК-169), кроме указанной на схеме частоты, может быть использован на любом канале радиолюбительского КВ диапазона (26,945—27,655 МГц). Катушка L1 улучшает стабильность работы ВЧ-генератора, L2 — препятствует возбуждению генератора на высших гармониках кварца, ну a L3 — излучает электромагнитное поле.

Схема передатчика может работать при напряжении от 6 до 15 В, но удобнее его питать от 9 В («Крона»), при этом потребляемый ток не превышает 4 мА.

В приемнике (рис. 12.24) входной резонансный контур L1—С1—С2 подстроечным конденсатором С2 настраивается на частоту передатчика. Полевой транзистор VT1 является активным детектором, т. е. он не только детектирует (выделяет огибающую модуляцию), как это делает обычный детекторный диод, но и в несколько раз усиливает НЧ-сигнал. К тому же, благодаря большому входному сопротивлению, этот транзистор позволяет подключить избирательный контур приемника прямо к затвору, не ухудшая при этом добротность входного контура. Далее импульсы через конденсатор С5 поступают на двухкаскадный усилитель (VT2, VT3), после которого стоит выпрямитель с умножением на 2 (элементы C7-VD2-VD3-C8). Это напряжение и управляет коммутатором на транзисторе VT4. Ну, а так как у транзисторов КП501 может быть разброс порога переключения от 2 до 4 В, то на его затвор подается начальное смещение через резистор R8. Регулировкой R7 выставляем такое напряжение, чтобы в отсутствие НЧ-сигнала транзистор VT4 был закрыт. Светодиод HL1 позволяет контролировать состояние выхода при настройке (его можно не устанавливать).

Для включения нужной нагрузки использовано электромагнитное реле К1 из серии РЭС55А (паспорт РС4.569.602 или РС4.569.607), но при небольшом изменении топологии платы можно установить и многие другие на рабочее напряжение 12 В.

Топология печатной платы передатчика приведена на рис. 12.25.

Рис. 12.25. Топология печатной платы, расположение элементов и вид монтажа передатчика

При сборке были использованы следующие радиодетали: резисторы С2-23, подстроечный конденсатор (С5) типа КТ4, все остальные конденсаторы типа К10-17 или аналогичные. Катушка L1 намотана проводом ПЭЛШО диаметром 0,25 мм на ферритовом (с магнитной проницаемостью 100НН) кольце К7,5x4x2 (в таком обозначении первым указывается внешний диаметр кольца; вторая цифра — внутренний диаметр, а последняя — его толщина) — 20 витков; L2 — содержит 10 витков (провода ПЭВ диаметром 0,51 мм) на ферритовом подстроечном сердечнике диаметром 4 мм (к нему она фиксируется клеем); L3 — бескаркасная, содержит 12 витков провода ПЭВ диаметром 0,9… 1,0 мм (для намотки временно использован пластмассовый стержень от гелиевой авторучки с диаметром 5 мм). Транзисторы схемы, скорее всего, могут иметь любую последнюю букву в обозначении серии.

Топология печатной платы для сборки приемной части приведена на рис. 12.26.

Рис. 12.26. Топология печатной платы, расположение элементов и вид монтажа приемника

Были использованы детали: постоянные резисторы типа С2-23, подстроечные (R4 и R7) — СПЗ-19а(б); конденсатор С2 типа КТ4, остальные К10-17 и К10-23.

Теперь несколько слов о настройке. Начинать ее лучше с передатчика. При правильном монтаже настройка требуется только для ВЧ-генератора. Это выполняется подстроечными конденсаторами С4, С5 по максимальному уровню показаний индикатора поля, а в дальнейшем — по максимальному уровню НЧ сигнала в приемнике (на коллекторе VT3). Приемник проще сначала настраивать без конденсаторов C1, С2, контролируя уровень переменного сигнала на выходе VT3 вольтметром или осциллографом (осциллографом делать это, конечно, удобнее) при включенном вблизи передатчике. Грубая настройка выполняется резистором R7 так, чтобы подаваемого с резистора R7 напряжения на затвор VT4 было еще недостаточно для его открывания (при отключенном передатчике), а при наличии сигнала (когда передатчик включен) этот транзистор должен полностью открываться. Более точная настройка выполняется резистором R4 так, чтобы каскад обеспечивал нужное усиление и при этом не возбуждался. После настройки низкочастотного усилителя можно устанавливать конденсаторы С1 и С2 и добиваться максимальной дальности срабатывания от включенного передатчика (электронного ключа).