UR5FFR

Летают ли чемоданы? Этот вопрос заинтересовал меня сразу же как я увидел схему трансивера UR5NKA. Оказалось что чемоданы таки да летают. Но низко и неустойчиво. Но обо всем по порядку.

Год назад мне попалась схема этого трансивера. Бегло просмотрел - схема очень сырая. Ну думаю - мало ли кто что выставляет на критику в интернет. На то он и интернет чтобы товарищи указали на ошибки. Прошел почти год. Схема почти не претерпела никаких изменений. Народ пытается повторять. Того и глядишь скоро эта схема будет объявлена "народным трансивером" - ведь работает же у автора. Как-то.

Целью этой статьи будет исследование распространенных схемотехнических ошибок которые, к сожалению, присутствуют во многих радиолюбительских конструкциях.

Начнем с антенного входа. Транзистор BC847 в открытом состоянии выполняет роль аттенюатора.
Такое решение имеет несколько нюансов. Во первых линейность транзистора в режиме управляемого сопротивления при нулевом постоянном токе коллектора оставляет желать лучшего. Во вторых при аттенюации изменяется входное сопротивление тракта, что приводит к тому что АЧХ ДПФ "рассыпается" непредсказуемым образом.

Далее сигнал у нас попадает в смеситель. Выполнен он на "ымпортных" диодах BAV99 и наверное по задумке автора должен обеспечивать достаточно высокие параметры тракта.
Так вот хочется разочаровать автора. В том виде как он нарисован на схеме параметры этого смесителя будут ничем не лучше обычного кольцевого на 4х диодах. Не спасут даже заграничные чудо-диоды BAV99.
Для того чтобы понять почему все так плохо вспомним откуда автор позаимствовал эту схему.
Это смеситель который используется в трансиверах "РОСА", "Дружба-М". Обратите внимание на резисторы, включенные последовательно с диодными мостами (обведены красным). Так вот в нашем чемодане их нет.
Резисторы эти играют важную роль. Без них диодные мосты по сути соединены параллельно по гетеродинному входу. И диоды запираются не полным напряжением гетеродина а напрянием падения на открытых диодах второго моста. Более подробно об этом можно почитать в статье "Пассивные смесители". Так что без этих двух резисторов параметр смесителя IP3 существенно деградирует. Применение тут аж двух транзисторов J310 включенных в параллель с током в 50мА совершенно избыточно, т.к. динамика гробится еще в смесителе.

Теперь посмотрим что является у нас нагрузкой смесителя
Это усилитель по схеме с общим затвором. Используются два транзистора J310 включенные параллельно при суммарном токе 50мА. Сразу же замечание по такой схемотехнике - если мы включаем несколько транзисторов параллельно то хорошим тоном является использование токовыравнивающих резисторов. Тоесть в истоке каждого транзистора ставится СВОЙ резистор смещения шунтированный конденсатором.
Если это не делать то транзисторы надо будет достаточно жестко подбирать по соответствию параметров.

Открываем даташит на J310 и выясняем что при токе стока в 25мА и напряжении отсечки порядка -1.2в крутизна будет около 15-20мА/в. Так как транзистора два то суммарная крутизна будет в два раза выше - 30-40мА/в. Входное сопротивление такого каскада будет равно Zin=1/g=25..33 Ом. На входе каскада стоит трансформатор Тр4 с соотношением витков 1:1. Он обеспечивает транформацию 1:2 по напряжению и, соответственно, 1:4 по сопротивлению. Значит смеситель будет работать на сопротивление нагрузки 100..130 Ом. На входе смесителя используется трансформатор Тр1 с соотношением витков 1:1:1. На трансформацию сопротивлений при таком соотношении витков он не влияет. Диодный смеситель является пассивным устройством и транслирует сопротивление нагрузки с одного входа на тругой. В результате у нас входное сопротивление тракта получается равным 100..130 Ом. При работе с 50ти омными ДПФ их АЧХ будет искажена и не соответствовать рассчетной.

Вот сколько тяпов-ляпов. А ведь мы только начали разбираться со схемой

Можно ли как-то помочь пациенту? Как минимум надо добавить резисторы номиналом 50 Ом последовательно с диодными мостами. Вместо двух J310 вполне достаточно одного, при этом трансформатор в истоке не нужен - вместо него ставим дроссель. Сигнал со смесителя подаем непосредственно на исток.

После усилителя на паре J310 сигнал попадает в кварцевый фильтр. Он таки да туда попадает - в этом я не буду спорить с автором, но вопрос в том - в каком виде и что с ним происходит. У любого кварцевого фильтра есть такой параметр как входное-выходное сопротивление. Предполагается что фильтр будет использоваться в схеме где источник и нагрузка будут иметь определенные импедансы, равные сопротивлению фильтра.

Посмотрим на то как подключен кварцевый фильтр к каскаду на J310
Трансформатор Тр3 имеет соотношение витков 1:1 и трансформирует сопротивление 1:4. В режиме приема затвор транзисторов заземлен по ВЧ и кварцевый фильтр просто подключен в качестве нагрузки полевого транзистора. Вспомним что выходное сопротивление транзистора достаточно высокое. Что произойдет с АЧХ? Правильно, она рассыпется. Не верите? А придется.

Запускаем моделировщик. Вот модель каскада на ПТ нагруженного на простой 4х-кристальный кварцевый фильтр с импедансом 800 Ом:
Обращаем внимание на резистор R1 номиналов 800 Ом который определяет выходное сопротивление каскада на полевом транзисторе. Вот АЧХ этой схемы:
Симпатично. Теперь убираем резистор R1. Совсем. Смотрим на АЧХ
Жуть. Неравномерность в полосе пропускания составляет 11дБ!

В режиме передачи картина будет другая, т.к. в цепи затвора присутствует резистор R2 номиналом 1.2 кОм. Это дает нам после трансформации порядка 300 Ом нагрузки для кварцевого фильтра, что гораздо лучше чем ничего.

Как можно исправить ситуацию? Самый простой вариант - паралельно Тр3 к крайним его выводам подключить резистор номиналом в 4 раза больше чем сопротивление кварцевого фильтра. А номинал R2 увеличить до 30-40 кОм чтобы он не влиял на согласование.

Думаете это все? Нет, это только начало Продолжение следует ...

Теперь посмотрим на то что является нагрузкой нашего кварцевого фильтра с другой стороны. Вот фрагмент схемы:
L1 содержит 25-26 витков, L2 - 5-7 витков. На частоте резонанса сопротивление контура будет равно

X = Q * sqrt(L/C)

При емкости в контуре C5=68pF катушка L1 должна иметь индуктивность порядка 4.7uH. При этом характеристическое сопротивление контура

sqrt(L/C) = 264 Ом

А вот добротность будет зависеть от конструктива катушки и прочих факторов. В случае если она у нас получится где-то от 30 до 100 то сопротивление контура будет варьироваться в пределах от 8 до 26 кОм. Так как контур шунтирован резистором R8=12кОм то это дает нам пределы изменения итогового сопротивления контура от 5 до 6 кОм.
Соотношение витков L1L2 1:4..1:5 что дает нам трансформацию сопротивлений 1:16..1:25. В итоге кварцевый фильтр оказывается нагружен на сопротивление порядка 200..375 Ом в зависимости от добротности контура и соотношения витков.

С определенной долей натяжки можно сказать что фильтр согласован. Но назвать это хорошим согласованием сложно потому что оно сильно зависит от того как именно выполнены катушки L1L2

И заканчивая с вопросами согласования кварцевых фильтров посмотрим как подключен подчисточный фильтр к выходу УПЧ
Параметры L4L5 такие же как и у контура на входе УПЧ L1L2. Но тут отсутствует резистор шунтирующий контур (R8 на входе УПЧ). В результате кварцевый фильтр работает от источника с выходным сопротивлением от 300 Ом до 1.6 кОм в зависимости от добротности катушки контура, что приводит к увеличению неравномерности в полосе пропускания

В принципе всех выявленных просчетов уже полне достаточно чтобы выбросить схему в мусорное ведро, посыпать голову пеплом и уйти в монастырь
Но если кто-то подумал что на этом можно поставить жирную точку - то он глубоко ошибается Продолжение следует ...

Я так стороной обошел УПЧ что могло сложиться впечатление что там то уж все в порядке. Ага, щаз
Вот фрагмент схему с двумя каскадами УПЧ и детектором АРУ
Тут сразу множество замечаний
1. 3,3мА это маловато. Производитель в [1] рекомендует 10мА - в три раза больше
2. Смещение первого затвора отрицательно по отношению к истоку. А должно быть либо нулевое либо положительное
3. Максимальное напряжение АРУ выбрано равным 2.5в, что мало. Производитель в [1] подразумевает максимальное напряжение АРУ равное 9в при 12в питания.

Т.е. по сути оба каскада работают в нештатном режиме. Их усиление "придушено". Глубина АРУ меньше чем заявленная производителем (~45-50dB).

Цепи смещения истока и первого завтора явно избыточны. В зарубежных источниках обычно используют более изящное решение в виде светодиода в истоке и резистора с него на первый затвор. Например
Детальное исследование работы BF988 в режиме АРУ можно найти в [4]. В частности там при изменении напряжения АРУ на втором затворе от 9в до 2в получен диапазон регулировки усиления порядка 47dB. При этом исток транзистора и первый затвор имеет потенциал +3в. Тоесть по сути напряжение АРУ на втором затворе меняется от +6в до -1в по отношению к истоку транзистора. В рассматриваемом УПЧ напряжение АРУ меняется в более узких пределах - от напряжения насыщения VT7 до 2,5в что по отношению к истоку составит от +1,1в до -1,1в (напряжение насыщения взято равным 0,3в).

Детектор АРУ можно так же упростить если вместо КТ3102 поставить полевой 2N7000 и убрать лишние диоды VD5VD6 и резисторы R26R28.

И опять же это еще не финиш, хотя он уже где-то маячит за поворотом Продолжение следует ...

Литература
1. Philips RF Manual 3rd Edition Appendix
2. David White, WN5Y project
3. EI9GQ HOME BREW RADIO PAGE
4. Jason Milldrum. Dual Gate MOSFET Investigations - Gain and AGC

Ну остались у нас по сути всякие сущие пустяки. Для начала обратим внимание на второй смеситель, а точнее на то что стоит сразу же после него
А стоит тут крутой ФНЧ который ... Правильно! Он тут совершенно нафиг не нужен. Потому что всю работу по фильтрации выполняет подчисточный фильтр. А усилиние каскадов между фильтром и УНЧ очень мало ... гм, менее 1. Упс. Еще один косяк

Для тех кто не верит это легко посчитать - математика элементарная. Крутизна КП302Б при Uзи=0 согласно даташита не менее 7ма/в. Сопротивление нагрузки R17=220 ом. Усиление каскада на VT5 равно 220*0.007=1.54 (мы рассматриваем самый худший случай). Тр4 у нас имеет соотношение витков 1:1:1 и на усиление не влияет. Смеситель классический и имеет ослабление 6дБ, тоесть в 2 раза. Итого коэффициент усиление VT5+смеситель равен 1,54*0,5=0,77

TDA2822 включена нештатно - отсутствуют RC цепочки на выходе. Какую функцию выполняет VT6 если VT2 в режиме передачи и так обесточен и закрыт? VT1 наверное должен устранять щелчки при переключении RX/TX, но какой смысл не запирать УНЧ при передаче? Самоконтроль? Ну так в таком виде как он нарисован толку от него никакого.

Выбор элементарной базы вообще поражает. Тут все смешалось - кони, люди. Тут и J310 и КП302. BC847, и КТ3102. Есть такое слово - унификация. Количество разнотипных транзисторов желательно сводить к миниуму. Да и где сейчас купить все эти музейные экспонаты прошлого века КП,КТ?

Резюмируя. Автор собрал сборную солянку узлов из разных конструкций при этом совершенно не потрудившись подумать над целесообразностью их использования и о стыковке этих узлов между собой. Более того, в процессе копирования автор внес некоторые "улучшения" которые существенно ухудшили параметры. Например выбросил резисторы из смесителя, которые на его взгляд были лишними - ведь и без них-то тоже работает. Или не поставил RC цепочки на выходе УНЧ. Можно ли рекомендовать эту конструкцию к повторению, особенно начинающим? Нет, ни в коем случае. Тем более что с таким пониманием схемотехники ожидать от автора грамотной поддержки и ответов на вопросы собирающих не приходится.

Тут люди пишут что схему автор поменял. Не прошло и три года как говорится. Посмотрел. Таки да, поменял. Но сделал он это все так же бессмысленно и беспощадно, что впрочем полностью соответствует изначальной концепции трансивера Думаете он учел хотя бы одно замечание? А хрена там - "Я хуйдожник, я так вижу. Оставьте вашу критику при себе - она меня не интересует". Итак что же изменилось за три года? После SSB детектора был убран совершенно не нужный там LC ФНЧ и вместо него была установлена такая вот замысловатая цепочка из трех конденсаторов
Этот схемотехнический, не побоюсь этого слова, шыдевр войдет в анналы радиотехники как истинный пример доисторического периода, когда резисторы и конденсаторы уже изобрели, но RC-фильтры из них делать еще не научились. Хочется просто обнять и плакать автора за эту превосходную вишеньку на торт, которая своей абсурдностью логически завершает всю эту несуразную конструкцию.

Извините за столь (не)литературное отступление, но просто не мог удержаться Перейдем к языку цифер как говорится. Выходное сопротивление каскада на КП302 - 220 ом. Именно такой номинал стоит в его стоке. С62 лишний. А работает это все на 10k||20k=6.66k что так же лишено всякого смысла. Тут напрашивается простой детектор на двухзатворном BF998 с резистивной нагрузкой, при этом КП302, трансформатор и диодный мост не нужны. Это не только даст лишние 20дб усиления, т.к. детектор активный, но и согласует сопротивления. Схему можно посмотреть у меня в приемнике RX998 - просто и эффективно.