Главная › Новости

Балансный модулятор с низковольтным питанием

Опубликовано: 05.09.2018

Балансный модулятор с низковольтным питанием

Балансный модулятор предназначен для формирования однополосного сигнала на разных “популярных” радиолюбительских промежуточных частотах от 500 KHz и до 10 MHz на относительно недорогой отечественно-импортной комплектации.

Основные параметры балансного модулятора:

напряжение питания +5 (В); максимальный ток потребления 16 (мА); чувствительность по микрофонному входу 0,5…4 (мВ); уровень сигнала на выходе модулятора как при тихом, так и очень громком разговоре перед микрофоном составляет ~ 0,34(В) -на частотах от 500 КГц до10 МГц; подавление несущей не менее140 раз на 10 МГц; не менее 170 раз на 500 КГц

Собственно смеситель выполнен на мультиплексоре 74HC4053 (задействовано 2 ячейки из 3-х). Микрофонный усилитель с парафазным способом получения выходного сигнала с внутренней “быстродействующей” АРУ на двухканальной КА22241. Опорный генератор на 74HC00 или 74AC00 (“наша” КР1564ЛА3) - задействовано 3 ячейки из 4-х.

Общая стоимость вышеуказанных 3-х микросхем по состоянию на май 2008 г. в г. Киев составляет ориентировочно 1,1 $ .

Для исключения путаницы в значениях уровней переменных напряжений (пиковое, амплитудное, среднее, действующее, а также многих других не традиционных значений типа RMS; - напряжение будем излагать в эффективном значении. Коэффициент передачи- в разах. По нашим славянским понятиям более однозначно.

Микрофонный усилитель

Динамика изменений уровней сигнала при тихом и очень громком разговоре перед микрофоном составляет 30…36 раз. Запас по АРУ “двухканалки” в 90 и более раз вполне справляется с этим. АРУ срабатывает только при достижении уровня выходного звукового сигнала на выводах 3 и 7 около 0,9 (В). Микрофон подходит практически любой динамический чувствительностью 0,5…4 (мВ) и с выходным сопротивлением 0,15…10 (КОм). Но он должен иметь 3 вывода: 2 сигнальных и 3-ий (экранная оплетка двужильного сигнального провода). Его можно изготовить и самостоятельно. Кабель с одним сигнальным проводом внутри экранирующей оплетки для данного подключения микрофона не подходит! Конденсаторы по 10 Н должны, как и экран двужильного кабеля динамического микрофона, запаяны непосредственно на 4 вывод микросхемы KA22241. Экран кабеля не должен иметь промежуточных заземлений (c лицевой панелью и т.п.).

Самый простой вариант проверки микрофонника. Включаем питание. Постоянное напряжение на выводах 3 и 7 равно около +1,9 (В). А эффективное значение напряжения звуковой частоты на выводах 3 и 7 должны находиться в пределах ~ 0,8…1,0 (В) при разговоре перед динамическим микрофоном на расстоянии 10…30 (см). Значение номиналов цепочки RC подключенной к выводу 5 определяют оптимальное быстродействие ( как атаки, так и отката (отпускания) АРУ). Выпрямленное напряжение АРУ на выводе 5 ИМС KA22241 измеряют высокоомным вольтметром или осциллографом (от громкости сигнала оно меняется в пределах + 0,01…+ 0,7 (V). Соотношение резисторов 100 (Ком) и 100 (Ом) определяет коэффициент передачи каждого канала микросхемы (1000 раз).

Для тех, кто имеет “мериловку”: отключаем микрофон, подаем сигнал уровнем 0,5 (мВ) частотой 1(KГц) с генератора ЗЧ поочередно через конденсаторы на входы 2 и 8; при этом на выводах соответственно 3 и 7 должны появиться уровни по ~ 0,5 (V). Если подавать сигнал большого уровня, то будет срабатывать АРУ и соответственно результаты измерений будут не обьективными.

Форма сигнала должна быть синусоидальной. С выдернутым микрофоном МУ не возбуждается.

Вместо КА22241 (Wing Shing) можно применить ВА3308 (Rohm) (почти все параметры идентичны, соответствует и цоколевка) только цена в 2 раза выше. Отечественные производители таких ИМС не изготавливают.

Смесситель на мультиплексоре

Он выполнен на “ширпотребовской" микросхеме 74HC4053 (не путайте с СD4053). Отечественного аналога пока не имеется. Выводы 3,4,5 незадействованной ячейки мультиплексора должны “висеть”, а вывод 6- запаянный на землю. Было изготовлено несколько образцов с применением как фирмовых мультиплексоров (производители Philips, Texas Instruments) так и азиатского происхождения. Результаты одинаковы! Питание + 5 (V) согласно технических требований на ИМС.

Упрощенное подключение выводов выбрано из соображения подачи не парафазного меандра сразу на два входа цепи управления коммутируемых ячеек. ФОС на ЭМФ (500 KHz) подключается к конденсаторам по 10 H непосредственно, а ФОС на кварцевых резонаторах - через 3-филярный ШПТ. Трансформатор намотан 3-я проводами ПЭЛШО 0,24 мм (12витков без скрутки) на ферритовом кольце от “дохлого” польского антенного усилителя ( и типоразмер оптимальный 10х6х2 проницаемостью 400...600, и есть радиусы скруглений в “бублика”). Правильно соединяйте начало и конец 2-х обмоток ШПТ.

Даная простота (в части отсутствия каких-либо резонансних контуров или сложных в домашнем изготовлении многообмоточных двухдырочных трансфлюкторов) с положительной стороны сказывается на отсутствии возбуждения. С другой стороны не является оптимальной,- по согласованию импедансов в точках присоединения к ФОС. Например отсутствие или наличие “резонансного” конденсатора 60…100 (Пф) обычно подключаемого к входной обмотке ЭМФ не влияет! на уровень выходного напряжения. Выходная же обмотка чувствительна к номиналу “резонансного” конденсатора! Но даже в таком варианте выходное напряжение после ФОС составляет ~ 0,34 (В).

Кабель осциллографа (у меня старенький С1-65) при предварительной проверке подключаем непосредственно к выходу ФОС. Входная емкость осциллографа (80-120 pF) соизмерима с номиналом “резонансного” нагрузочного конденсатора (условное обозначение C3) как для ЭМФ так и для кварцевых фильтров.

Опорный генератор на ИМС 74НС00, 74AC00 ( “наша КР1564ЛА3” )

В генераторе легко “стартуют” резонаторы на кварцматериале от 500 (KГц) и до 10 MГц . Проблематично запустить генератор на дешевом импортном малогабаритном резонаторе из пьезоматериала на 500 KГц (CSB 500E или FCR 500K-TDK) - частота в “автома-те” сдвигается на 8…12 (KГц) в верх и все ухищрения: увеличением с двух сторон конденсаторов до 500..1000 (Пф) для достижения необходимых 500 (КГц) заканчиваются все таки дестабилизацией частоты даже за короткое время.

Ориентировочные номиналы конденсаторов С1 и С2 для опорного генератора на 500 КГц, 5,5 МГц, 8,87... МГц, 10 МГц указаны таблице 1. Их номиналы зависят также и от типоразмера корпуса. Частоту опорного генератора обычно выбирают на 200…300 (Гц) ниже (реже бывает и выше) частоты среза по уровню - 2 раза фильтра основной селекции. Для этого необходим частотомер с точностью измерений последнего знака 1…10 Гц.

Дополнение :

Остатки несущей от разбаланса модулятора на выходе ФОС составляют 2 (мВ). Уровень выходного сигнала при тихом и очень громком разговоре составляет 0,34 (В) на частоте 500 (КГц). Тоесть подавление несущей составляет 170 раз. А на частоте 10 (МГц) этот показатель хуже и составляет 140 раз.

Электролитические конденсаторы (особенно времьязадающий цепи АРУ) не рекомендую брать отечественного производства. Весьма стабильны параметры от импортных производителей Elna, Philips, Rubicon, Nichicon, Jamicon. B худшем случае можно применить их и от импортной БУ техники. Остальные конденсаторы малогабаритные керами-ческие; С1 и С2 предпочтительно применять с “малым” ТКЕ: NP0 (импортного производства) или НП0, М 47, М75, – отечественного. Не рекомендую применять конденсаторов типа К 10-7В или их импортных аналогов. Тонкий слой (или его отсутствие) изоляционного компаунда в углах корпуса такого типа конденсатора скоро о себе даст знать. Резисторы малогабаритные мощностью 0,125…0,25 W.

Монтаж выполнен на пятачках 2-х сторонне фольгированного стеклотекстолита. Все ИМС лежат на своих спинках и тормашками вверх (на которых наглым способом выполнен монтаж остальных ЭРЭ). Фрагмент взаимного расположения ИМС указан на рисунке.

Желательно все таки модулятор экранировать.

Самоцелью было создание дешевого бюджетного с хорошими и стабильными параметрами модулятора, без применения вообще каких либо дополнительных балансирующих элементов при низком напряжении питания и с минимальным током потребления. Быстродействующая АРУ (это не компрессия!) по ЗЧ не позволит перегружать последующие каскады ПЧ .

Попытку применить 74HC4053 в режиме смесителя (модулятора или демодулятора) на частотах выше 10 MHz считаю несерьезной. Надо внимательно смотреть “Data Sheet” (руководство к применению) на этот ЭРЭ и не только на один понравившийся график малых потерь в режиме открытого канала и предельной частоты прохождения сигнала в статическом режиме, а и графики просачивания (сrosstalk) и сопротивление изоляции (Off isolation vs. Frequency); ведь все они определяют возможности ИМС в динамическом режиме и влияют на уровень автоматической балансировки и ее временно-температурную стабильность вцелом.

Теряет смысл увеличивать напряжение питания ИМС до + 6 или +12 (V) (будут микросхемки тепленькие или не совсем ?). Тем более, что КА 22241 гарантирует одинаковые выходные параметры при питающем напряжении как + 4,5 (В) так и +14 (В). Кому нужно лишнее неоправданное тепловыделение если выходной уровень сигнала все равно не удастся увеличить ?

Для недешевого и не совсем дорогого модулятора и подход иной (например): SSM-2019 -микрофонник в дифервключении , SSM 2166 - для причесывания сигала (шумолиммитклиперообработка c минимизацией пумпинга де-эссером), эквалайзер для коррекции частотной характеристики любимого Вашего голосочка на LA3600, парафазник ОУ на AD8534, смеситель конечно на ADG 774, а генератор меандра опорника можно оставить тем же. Согласование ФОС с смесителем необходимо все таки оптимизировать. Экранировка само собой разумеется.

Но сколько это будет стоить в денежном выражении и в нервенном например тоже писать не следует (попробуйте самостоятельно полноценно по всем параметрам, а не тяп-ляп настроить хотя бы только одну SSM2166 !!!). Да и на лицевой панели надо будет найти свободных пол гектара для размещения десятка органов управления и коммутации, а это оперативности оператору отнюдь не добавит.

А. Омельчук

г. Хмельницкий, Украина.