Схема. Высококачественный микропередатчик на 433,8 МГц с частотной модуляцией
Основные характеристики:
— частота излучения — 433,8 МГц, стабилизирована резонатором на поверхностных акустических волнах;
— мощность высокочастотного излучения — примерно 10 мВт;
— тип модуляции — частотная;
— полоса пропускания звукового сигнала — от 300 Гц до 15 кГц (без учета характеристик микрофона);
— питание: постоянное напряжение 9-12 В, ток потребления около 18 мА;
— размеры — 45 х 33 х 18 мм.
Таким образом, речь уже идет не о передатчике низкого качества, а об устройстве, которое если и не послужит для подслушивания, то вполне может использоваться в качестве беспроводного микрофона на театральной сцене, так как его характеристики удовлетворяют стандартам качественного звукоусиления.
Тем не менее цена его изготовления вполне доступна и не превышает нескольких сотен рублей. У этого чуда есть имя — гибридный модуль радиопередатчика. Несколько лет назад на рынке появились такие модули, обладающие разными характеристиками и возможностями.
Первые гибридные модули представляли собой керамическую пластину, на которой различными способами формировались миниатюрные пленочные компоненты (резисторы, конденсаторы) и печатные проводники. Затем напаивались диоды, транзисторы и микросхемы, также в миниатюрном бескорпусном исполнении, после чего конструкция снабжалась внешними выводами и заливалась защитным компаундом или помещалась в герметичный корпус.
С распространением SMD-компонентов для поверхностного монтажа подобные модули, несколько больших размеров, стали изготавливать по традиционной технологии с использованием печатных плат и, соответственно, оборудования для массового производства, что и позволило сделать такие модули относительно недорогими.
Первые коммерческие радиомодули — довольно простые схемы, предназначенные для передачи цифровых данных (а также для их приема, о чем мы поговорим в следующей главе) с амплитудной модуляцией (AM). В основном они применялись в системах тревожной сигнализации для помещений и автомобилей, кроме того, в запирающих устройствах для автомобилей.
Позднее на смену этим модулям пришли более совершенные версии, одна из них, с частотной модуляцией, была способна передавать звуковые сигналы с очень высоким качеством. Именно такой модуль производства фирмы Aurel мы собираемся использовать для сборки нашего первого микропередатчика дециметрового диапазона.
Внутренняя блок-схема представлена на рис. 2.4.
Аудиопередатчик состоит из двух предварительных усилителей с коэффициентами усиления 20 и 5 соответственно. Связь между усилителями разомкнута для установки внешней RC-цепи предварительной частотной коррекции. Для улучшения коэффициента соотношения сигнал — шум ЧМ-излучений необходимо поднять уровень верхних частот передаваемого сигнала. Соответственно, при приеме выполняется обратная операция для получения совершенно плоской характеристики общей полосы пропускания и восстановления исходного сигнала.
Модуль снабжен частотным модулятором, генератор которого содержит резонатор на поверхностных акустических волнах (ПАВ), что обеспечивает ему стабильность частоты колебаний, соизмеримую со стабильностью частоты колебаний кварцевого резонатора. Применение резонатора ПАВ гарантирует постоянство частоты вне зависимости от условий работы модуля.
Схема микропередатчика представлена на рис. 2.5.
Вся работа выполняется модулем Ml аудиопередатчика, на вход которого остается подать низкочастотный сигнал достаточного уровня. Для нормальной работы модуля на его вход необходимо подать переменное напряжение порядка 100 мВ, а микрофон развивает напряжение порядка нескольких милливольт, поэтому в качестве усилителя добавлен операционный усилитель IC1, включенный по схеме инвертирующего усилителя, коэффициент усиления которого можно менять от 22 до 69 в зависимости от положения Р1.
Цепь, содержащая R7, R8, С6, обеспечивает предварительную коррекцию верхних частот звукового спектра, что гарантирует оптимальное качество передачи в нашем диапазоне излучения.
В технических характеристиках модуля указано, что напряжение питания передатчика не должно превышать 12В. В нашем случае питание предусмотрено непосредственно от миниатюрной цилиндрической батареи напряжением 12 В, предназначенной для пульта дистанционного управления размером с брелок. На практике мы убедились в том, что минимальное напряжение, необходимое для нормальной работы передатчика, составляет 8,5 В, следовательно, можно использовать батареи напряжением 9 В, правда, при этом уменьшаются выходная мощность высокочастотного излучения и, соответственно, радиус действия передатчика. Сокращается и срок автономной работы передатчика, так как время разряда батареи от 9 до 8,5 В меньше, чем от 12 до 8,5 В.
Изготовление
Стремясь сделать изготовление данного микропередатчика доступным для большинства радиолюбителей, мы воздержались от использования в нем SMD-компонентов для поверхностного монтажа. Если размеры печатной платы покажутся вам внушительными, предлагаем обратиться к следующим страницам этой главы, где представлена точная копия данной схемы, но на базе SMD-компонентов, позволяющих уменьшить размеры микропередатчика.
Модуль аудиопередатчика с частотной модуляцией на 433,8 МГц выпускается фирмой Aurel. Его можно приобрести или заказать, обратившись в фирмы, поставляющие на российский рынок импортные компоненты.
Печатная плата проста в изготовлении и представлена на рис. 2.6.
Перечень компонентов
Полупроводники:
— Ml: модуль ТХ FM Audio Aure аудиопередатчика с частотной модуляцией
— IC1: TL081 или TL071 (КР574УД4)
Если не указано иначе — резисторы 0,25 Вт 5%
— R1: 1кОм (каштановый, черный, красный)
— R2, R8: 4,7 кОм (желтый, фиолетовый, красный)
— R3, R5: 47 кОм (желтый, фиолетовый, оранжевый)
— R4: 10 кОм(каштановый, черный, оранжевый)
— R6: 220 кОм (красный, красный, желтый)
— R7: 22 кОм(красный, красный, оранжевый)
Конденсаторы:
— С1, С2, С4: 10 мкФ 16 В электролитический
— СЗ: 10 нФ керамический (КМЗ-КМ5, К10-17)
— С5: 0,22 мкФ пленочный или электролитический на 16 В
— С6: 4,7 нФ керамический (КМЗ-КМ5, К10-17)
Прочие компоненты:
— Микрофон: сверхминиатюрный электретный с двумя выводами
— Р1: вертикальный подстроечный резистор 470 кОм
Размещение компонентов представлено на рис. 2.7.
Вначале припаивается панелька интегральной схемы IC1, затем пассивные компоненты, такие, как резисторы и конденсаторы, с соблюдением полярности электролитических конденсаторов. После завершения пайки и проверки всех соединений откусите острыми бокорезами подходящего размера выступающие контакты компонентов как можно ближе к поверхности печатной платы, так как в целях уменьшения размеров передатчика модуль ТХ FM Audio Aurel устанавливается на печатной плате со стороны печатных проводников.
Установите модуль в отверстия контактных площадок на плате в вертикальном положении, оставив зазор 2 мм между нижней гранью модуля и печатной платой. Пропаяйте все контакты модуля, затем осторожно согните его до соприкосновения с печатными проводниками печатной платы. Обратная сторона модуля изготовлена из изоляционного материала, поэтому короткого замыкания можно не опасаться.
Испытания и применение
Перед проведением испытаний припаяйте электретный микрофон к соответствующим входным контактным площадкам. Обратите внимание на то, что микрофоны полярные, внимательно осмотрев ваш микрофон, вы заметите, что один из его выводов соединен с металлическим корпусом. Припаяйте этот вывод к «земле».
Как мы уже говорили, для питания модуля необходимо напряжение не более 12 В, и цилиндрическая батарея для пультов дистанционного управления вполне подходит для этого. Но при отсутствии необходимости длительной автономной работы передатчика достаточно и обычной батареи напряжением 9 В (например, типа «Крона»).
Подключать антенну не обязательно, так как для проведения испытаний передатчик и приемник должны находиться вблизи друг друга. В дальнейшем в качестве антенны следует использовать жесткий проводник длиной 17 см, составляющий четверть длины волны, который рекомендуется поместить в максимально свободное пространство для обеспечения наибольшего радиуса действия.
Наш передатчик работает на разрешенной частоте 433,8 МГц, что обеспечивает ему достаточную скрытность, и для него необходим специальный приемник. В этом случае возможны два варианта.
Первый вариант, самый дорогостоящий, состоит в применении широкодиапазонного приемника или сканера. К сожалению, стоимость устройств такого рода, от простейших до самых совершенных моделей, непомерна, и их применение оправданно только, если у вас уже имеется такое устройство.
Каким бы ни было ваше решение, испытания микропередатчика очень просты. При использовании сканера его следует настроить на частоту 433,8 МГц диапазона ультракоротких волн в режиме с широкой полосой пропускания. Если в вашем сканере имеется диапазон ультракоротких волн только в режиме узкой полосы пропускания, то существует вероятность того, что сигнал будет приниматься с некоторыми искажениями именно вследствие ограничения полосы пропускания нашего звукового сигнала.
В любом случае, при помощи потенциометра Р1 вы можете подстроить передатчик в соответствии с уровнем чувствительности установленного микрофона и условиями работы передатчика. Увеличивая сопротивление потенциометра, вы повышаете коэффициент усиления входного каскада и, соответственно, чувствительность микрофона, который в этом случае сможет улавливать шепот людей, находящихся в комнате обычных размеров. Громкие звуки, произнесенные вблизи микрофона, при передаче могут искажаться. Поэтому следует произвести точную настройку в соответствии с реальными условиями использования.
После правильной настройки потенциометра Р1 вы сможете убедиться в высоком качестве передачи. В большинстве случаев полоса пропускания сужается не передатчиком, а самим электретным микрофоном, так как большинство миниатюрных моделей таких микрофонов имеют весьма посредственные характеристики.
