Predajnici
čiji se titrajni krug sastoji od zavojnice i kondenzatora (LC) najjeftiniji
su i najjednostavniji za izradu. Kod njih se vrlo jednostavno može mijenjati
izlazna frekvencija i to u relativno širokom opsegu (vidi članak
Oscilatori - proračun titrajnog kruga). Promjenu frekvencije
postižemo promjenom kapaciteta kondenzatora (ugradnjom promjenjivog
kondenzatora) ili promjenom induktiviteta zavojnice u titrajnim krugu
(ugradnjom podesivih feritnih jezgrica ili jednostavnim razvlačenjem
ili skupljanjem zavoja zavojnice). Međutim, već smo spomenuli da postoji
mnogo faktora koji će neželjeno djelovati na promjenu vrijednosti elemenata
u LC krugu, te LC oscilator slovi kao jedan od najnestabilnijih. U uređajima
gdje potrebna velika točnost frekvencije koriste se kristalni oscilatori
ili se na razne načine dodatno stabilizira LC oscilator (točno određenom
jačinom povratne veze i filtriranog napona napajanja kako bi se spriječilo
zagrijavanje tranzistora, upotreba polistirenskih (stirofleks) kondenzatora
malih gubitaka ili zračnih mehanički stabilnih promjenjivih kondenzatora,
oklapanjem oscilatora za zaštitu od vanjskih VF smetnji i zalijevanjem
zavojnica kako bi se spriječili mehanički pomaci podešene zavojnice
itd.).
Međutim,
s obzirom da će ovaj naš oscilator biti jedini stupanj predajnika, nije
neophodna njegova velika stabilnost jer neće utjecati na rad drugih
stupnjeva, a zbog malih napona napajanja neće biti niti prevelikog zagrijavanja.
Vjerojatno će u radu postojati malo "bježanje frekvencije",
ali jednostavnim zahvatima to se može svesti na najmanju mjeru: ugradnjom
uređaja u kućište sa antenom u obliku čvrste-fiksirane, a ne savitljive
žice, izvedbom zavojnice u obliku vodova tiskanih na pločici umjesto
samostojećih čime se osigurava njena mehanička stabilnost (vidi
članak: Proračun zavojnica štampanih na pločici), a upotrebom
AFC funkcije kod prijema ta će se pojava potpuno eliminirati.
Na
gornjim slikama prikazane su tri uobičajene izvedbe mini-predajnika
sa jednim tranzistorom koji radi kao modulator i oscilator. U prvom
primjeru zavojnica se izrađuje kao samostojeća na pločici (vidi
članak: Izrada i označavanje zavojnica, bobina, toroida, gimmick kondenzatora)
u drugom primjeru zavojnica je štampana na samoj pločici, a u trećem
primjeru podešavanje frekvencije vršimo ugrađenim promjenjivim kondenzatorom.
Zavojnica se izrađuje od bakrene lakom izolirane žice debljine 1 mm
(kakva se koristi kod transformatora i elektromotora), a sadrži 6-8
navojaka motanih na tijelo promjera 5 mm, koje se nakon motanja i obrade
krajeva zavojnice za lemljenje (uklanjanje zaštitnog laka sa krajeva)
izvadi iz zavojnice te ostaje samonoseća zavojnica koja se izravno lemi
na pločicu. Zavojnicu možemo motati i na vijak određenog promjera, a
tada ćemo dobiti zavojnicu sa podjednakim razmacima između zavoja. Ovakva
zavojnica u kombinaciji sa kapacitetom od 4-20 pF koristi se za titrajni
krug kod svih ovakvih predajnika za UKV radio-difuzni opseg 88-108 MHz.
Skupljanjem ili razvlačenjem zavoja zavojnice i praćenjem signala na
prijemniku vrlo jednostavno ćemo grubo podesiti predajnik u UKV opseg
(razvlačenjem zavojnice frekvencija se smanjuje). Pomoću feritne jezgrice
ili promjenjivog kondenzatora, po potrebi možemo izvršiti fino ugađanje
frekvencije (povećanjem kapaciteta frekvencija se smanjuje).
Kao
antena za ovakve predajnike može poslužiti bilo kakva bakrena žica dužine
oko 50 cm. Ona se spaja na kraju prvog zavoja zavojnice. Ukoliko se
smanji mjesto spajanja antene na zavojnici, povećati ćemo stabilnost
oscilatora međutim time će se ujedno smanjiti izračena snaga tj. domet
predajnika. Zbog već spomenutih razloga, dobro je koristiti neku
čvrstu (nesavitljivu) izvedbu antene, jer njezino pomicanje ili savijanje
utječe na izlaznu frekvenciju predajnika. Potrebno je eksperimentirati
sa različitim dužinama, dok ne dobijemo najveći domet. Pouzdan rad postiže
se sa dužinom antene od 50 cm ili manje. Naravno da dužom antenom možemo
postići veći domet, međutim ako pretjeramo, krug može početi oscilirati
i performanse će naglo pasti. Najbolje je uzeti standardnu teleskopsku
antenicu, kakva se nalazi na većini radio-prijemnika (nije savitljiva
i lako joj se mijenja dužina). Domet predajnika je najmanje 100 metara,
a on se može smanjiti ili povećati promjenom vrijednosti otpornika na
emiteru tranzistora Re. U tablici je prikazano kako se mijenja domet
predajnika ovisno o emiterskom otporu:
Emiterski
otpornik |
Potrošnja
struje |
Približan
domet |
100
E |
30
mA |
500
metara |
220
E |
11
mA |
120
metara |
330
E |
8
mA |
100
metara |
1
K |
5
mA |
50
metara |
Upotrijebljeni
mikrofon je kondenzatorski (Electret) koji se preko otpornika Rmic napaja
istosmjernom strujom. U našem slučaju taj otpornik ima vrijednost 4K7.
Međutim, za dobar rad većine electret mikrofona potrebna je struja veća
od 1mA, pa se smanjenjem vrijednosti toga otpornika može znatno povećati
osjetljivost mikrofona. Ukoliko se želi koristiti dinamički mikrofon
ili ako se na ulaz FM predajnika želi spajati izlaz za slušalice nekog
audio uređaja, potrebno je ukloniti otpornik Rmic, te zamijeniti polaritet
elektrolitskog kondenzatora od 1 uF. Naravno, kao što je već objašnjeno,
osjetljivost mikrofona bez pojačala nije velika, te stoga ne možete
očekivati da će se čuti šapat na 5 metara od mikrofona. Potrebno je
govoriti izravno u mikrofon, kao i kod svakog drugog normalnog mikrofona.
Vrijednosti
ostalih komponenti kod ovakvih predajnika nisu kritične. Tolerancija
vrijednosti otpornika može biti od -50% do +200%. Kondenzatori koji
se koriste za prijelaz i odvajanje signala mogu biti bilo koji između
470pF do 100uF, a umjesto kondenzatora od 1nF na koji se veže mikrofon
može se staviti bilo koji između 270pF do 2n2 (u koliko je vrijednost
kondenzatora prevelika tada nedostaju visoke frekvencije pri modulaciji).
Tranzistor također nije kritičan i može se ugraditi većina jeftinih
NPN tranzistora opće namjene (BC 107, BC108, BC109, 2N3564, 2N5225,
2N2222 ...)
Za
ova tri primjera shema predajnika vrijedi isto kao i za prethodne sheme.
Prvi primjer prikazuje shemu predajnika sa minimalnim brojem elemenata,
na koji se može izravno vezati kondenzatorski mikrofon, a ako na stezaljke
"Signal IN" želimo priključiti neki drugi izvor NF audio signala,
potrebno je ukloniti otpornik Rmic. Tada se ulazni signal na bazu tranzistora
može dovesti i preko kondenzatora od oko 0,1 uF.
Predajnik
prikazan u sredini napaja iz baterije napona 3V (jedna mala litijeva
baterija), a to je postignuto smanjenjem vrijednost otpornika Rmic i
Re. Također, za poboljšanje perfomansi i povećanje dometa predajnika
može se ugraditi i bypass kondenzator od 1n (na shemi prikazan crtkano).
U
trećem primjeru imamo shemu predajnika koji stabilno radi u opsegu 60-110
MHz. Napaja se naponom od 12 V pri čemu troši 2 mA struje. Zahvaljujući
zavojnici L2 dovoljna je antena duljine 15 cm. izlazna snaga predajnika
je 5 mW. Evo podataka o izradi zavojnica za ovaj predajnik:
L1
– 6 namotaja žice promjera 0,8 do 1 mm, razmaknutih za debljinu
žice, na tijelu 4 x 0,75 x 10 mm sa feritnom jezgricom U-31; izvod
na drugom navojku od gore (od strane točke napajanja +12V) |
|
L2 –
na plastičnom tijelu bez jezgre, promjera 4 mm, namotamo zavoj do
zavoja žicu promjera 0,4 do 0,6 mm u dužini od 8 do 10 mm |
L3 –
prigušnica 1 mH |
|
Vidimo
da je najveći nedostatak do sad opisanih predajnika niska razina ulaznog
signala iz mikrofona što uzrokuje lošu modulaciju signala. Modulacija
se može znatno poboljšati uz pomoć kapacitivne (varikap) diode. Kapacitet
ovih dioda ovisi od priključenog inverznog napona, pa
se modulacija postiže superponiranjem izmjenične komponente ulaznog
audio signala na inverzni napon varicap diode
(vidi
članak: Varikap diode u KV prijemnicima). U nastavku pogledajmo
nekoliko shema predajnika sa varikap diodama.
|
|
|
|
U
prvom primjeru dana je shema predajnika dometa do najviše 200 m. Varikap
dioda BA 121 mijenja svoj kapacitet u ritmu NF signala iz mikrofona.
Kondenzator serijski vezan sa diodom služi za odvajanje istosmjerni
od VF napona. Zavojnica sa paralelno spojenim kondenzatorom čini oscilatorski
titrajni krug koji određuje na kojoj frekvenciji će raditi predajnik
- oscilator. Emiterski otpornik određuje radnu točku oscilatora i vrijednost
mu ovisi o upotrijebljenom tranzistoru. Zavojnicu čini 6 namota Cu-lak
žice debljine 0,8 mm na tijelu od 5 mm, napajanje - izvod na 2.5 namotaju
od hladnog kraja, antena - izvod na 3.5 namotaju od hladnog kraja. Odmah
desno vidimo još jednu shemu predajnika, također napajanja od 1,5 V
i dometa najviše 200 m. DC prednapon preko otpornika od 12K. I ovdje
se modulacija vrši preko varikap diode, koja sa serijski vezanim kondenzatorom
određuje i frekvenciju predajnika. Preko otpornika vezanog na bazu tranzistor
dobiva istosmjerni prednapon, i on određuje radnu točku tranzistora.
Povratna sprega ostvarena je, kao i kod većine ostalih primjera, preko
kondenzatora vezanog između emitera i kolektora tranzistora. Prigušnica
sprječava prijelaz HF signala (povratne sprege) na masu, a izrađuje
se tako da se na komadić bužira promjera od oko 3 mm namota oko 70 cm
lak žice debljine oko 0,2 mm. Umjesto varikap diode BA121 može se koristiti
zamjenski spoj dat uz shemu sa tranzistorom BC 107 (ili sličnim). Zavojnicu
titrajnog kruga čini 7 namotaja posrebrene žice promjera 0,8 mm, namotane
na tijelo promjera 5 mm sa podesivom feritnom jezgricom u sredini. Izvod
antene je na 0,5 - 1 namotaj od hladnog kraja.
U
sredini imamo shemu predajnika snage 10 - 20 mW, a potrošnja struje
oko 10 mA. Za to je potrebno osigurati izvor napajanja od 9-15 V, a
tada domet predajnika može biti i do 500 m, zavisno od kvalitete prijemnika
na kojem se sluša i od antene na samom predajniku. Najbolje je da antena
stoji vertikalno i u većini slučajeva je to komad žice debljine 2-3
mm. Radnu točku oscilatora i ovdje određuje emiterski otpornik. Prigušnica
i zavojnica je potpuno ista kao i u prethodnom primjeru. Posljednja
je shema predajnika sa niskofrekvencijskim tranzistorom BC548. Tranzistori
iz serije BC obično se koriste u NF audio uređajima, ali prema podacima
navedenim za ovaj tranzistor (a i većinu ostalih BC tranzistora) on
može raditi u frekvencijskom opsegu od 200-250 MHz, a to je sasvim dovoljno
za rad u VHF spektru. Kapacitivna dioda je i ovdje upotrijebljena radi
što bolje FM modulacije. Zavojnica L1 se sastoji od 4 zavoja Cu izolirane
žice promjera 0,3 mm, namotane na neferomagnetskom tijelu sa izvodom
na kraju prvog zavoja zavojnice. Kondenzatori vezani na napajanje trebaju
se montirati što bliže vrhu zavojnice L1. Domet ovog predajnika je oko
200 m, međutim i ovdje izlaznu snagu možemo povećati smanjivanjem vrijednosti
emiterskog otpornika. Ipak ne treba pretjerivati, jer ako se vrijednost
smanji ispod 22 E oscilator može prestati raditi. Izvor napajanja je
obična baterija od 9V, koja zajedno s predajnikom može stati u kutiju
cigareta. Radi što bolje stabilnosti, preporučljivo je da se čitav sklop
stavi u prikladno metalno kućište.
Vrijeme je da spomenemo još jedan veći problem koji se
javlja kod predajnika sa jednim tranzistorom. Naime, uz osnovnu frekvenciju
predajnik će zračiti i neželjene harmonične frekvencije koje će "zagaditi"
dio frekvencijskog spektra (mogle bi stvarati smetnje radio i TV prijemnicima),
a uz to će se na njih trošiti i dio ukupne izlazne snage. Zračenje neželjenih
harmonika može se blokirati ugradnjom određenih filtera (vidi
članke: Filtri), ali time ćemo se baviti kod složenijih predajnika.
Također se upotrebom FET-a umjesto običnog tranzistora mogu smanjiti
primjese viših harmonika i to zahvaljujući linearnoj prijenosnoj karakteristici
FET-a na izlazu (source), a on isto tako svojom inherentno visokom ulaznom
impedancijom vrlo malo utječe na titrajni krug oscilatora, čime je osigurana
bolja stabilnost radne frekvencije. Stoga ćemo dati i nekoliko praktičnih
shema predajnika sa jednim FET tranzistorom i varicap diodom za modulaciju,
kao najkvalitetnijim predajnicima koji se mogu sastaviti sa jednim tranzistorom
i nekoliko pasivnih elemenata.
|
|
U
prvom primjeru dana je shema predajnika sa Hartleyevim oscilatorom,
kod kojeg se povratna sprega ostvaruje preko donjeg dijela zavojnice.
Predajnik ima malu potrošnju struje i može se napajati malom 12V baterijom
tipa VR22 : EL 12 23A (dužina baterije je 30 mm, a promjer 10 mm). Sa
takvom baterijom i prikladno izvedenom pločicom sa tiskanom zavojnicom
predajnik možemo lako "ugurati" u flomaster, nalivpero ili
sl. a da se pri tome zadrži njihova fukcija pisanja. Tiskana pločica
je dimenzija 55x10 mm. U nastavku je predajnik dometa 300 m sa jeftinim
i lako dobavljivim BF245. Zavojnica predajnika sadrži 6 namota Cu-lak
žice debljine 0,8 mm na tijelu promjera 5 mm, x - 0,5 namotaj od hladnog
kraja, y - 1,5 namotaj od hladnog kraja. Na kraju je shema nešto snažnijeg
predajnika sa FET tranzistorom, snage oko 300 mW, pa se mora predvidjeti
da izvor napajanja može dati potrebnu struju za napajanje istog. Potrošnja
je oko 70 mA. Oscilacije se pobuđuju preko spoja soursa FET-a sa izvodom
zavojnice L. Kontrolu rada predajnika možemo izvesti prema dodatnoj
slici. Ako je sve ispravno, sijalica mora svijetliti. Domet ovog predajnika
može biti vrlo velik - na otvorenom i do nekoliko kilometara. Podaci
za zavojnice: Prigušnica se mota na komadiću bužira promjera oko 3 mm
na koji se namota oko 70 cm Cu-lak žice debljine oko 0,2 mm; Zavojnica
L ima 6 namotaja Cu-lak zice debljine 0,8 mm na tijelu promjera 5 mm,
x - 0,5 namotaj od hladnog kraja, y - 1,5 namotaj od hladnog kraja.
Gore
je shema predajnika sa kristalnim oscilatorom. U električnom pogledu
pločica kristala predstavlja vrlo kvalitetan oscilatorski krug koji
sadrži induktivnost L, kapacitivnost C i otpomost R, kao i kapacitivnost
C (kapacitet između metalnih obloga). Ovakve osobine kristala iskorištene
su za konstruiranje kristalnih oscilatora koji se odlikuju vrlo velikom
stabilnošću frekvencije. Promjene temperature i mehanički potresi veoma
malo utječu na rad ovog oscilatora (promjene su nekoliko milijuntih
dijelova), tako da kristale koristimo tamo gdje je potrebno postići
veliku točnost frekvencije. Da bi se postigla još veća točnost (najčešće
potrebna kod mjernih instrumenata), kristali se ugrađuju u kućišta koja
se grijačima zagrijavaju na točno određenu i precizno održavanu temperaturu
(npr. na 70°C). Sa ovako izvedenim kristalima kvarca u termostatu moguće
je postići (i održavati) točnost frekvencije u širokom temperaturnom
i vremenskom intervalu (točnost je 10 do 100 puta veća od one koju kvarc
ima bez termostata). Kako kristalni oscilatori imaju visok stupanj stabilnosti,
za njihovu realizaciju najčešće nije potrebno koristiti stupnjeve za
odvajanje. Isto tako, već u kolektorskom krugu možemo postaviti oscilatorni
krug podešen na jedan od harmonika i odmah dobiti potrebnu frekvenciju
(vidi shemu). Prilikom izrade kristala može se primijeniti posebna tehnologija
sječenja, tako da kristal oscilira na trećem, petom, sedmom ... harmoniku.
Ovakve kristale nazivamo overtonskim, a ako, na primjer, overtonski
kristal oscilira na 96 MHz njegova osnovna frekvencija je 19,2 MHz.
Na shemi je upravo takav predajnik sa overtonskim (5. overton) kristalnim
oscilatorom (od osnovne frekvencije kristala, koja iznosi 19,2 MHz,
dobili smo 5. overton, 19,2 x 5 = 96 MHz dovoljnog nivoa i snage). Kod
predajnika se ne koristi varikap dioda već je frekvencija modulirana
audio signalom koji dolazi na bazu tranzistora. Već je spomenuto da
će frekvencija predajnika biti stabilna kao i sam oscilator, međutim
spajanje antene izravno na zavojnicu uzrokovati će promjene frekvencije.
No i bez antene ovaj će predajnik imati domet nekoliko metara. Zavojnica
ima 4 namota Cu-Lak žice promjera 1 mm, motana na tijelu promjera 10
mm, bez jezgre.
Gradnja
mini predajnika
S
obzirom da se ovdje radi o veoma jednostavnim shemama, vrlo lako je
nacrtati tiskanu pločicu, koja će biti takvog oblika da se može s lakoćom
ugraditi u određeno kućište. S obzirom da će za svakog graditelja mini
predajnik imati svoju specifičnu namjenu, dobro je na komadiću univerzalne
tiskane pločice prvo eksperimentirati sa komponentama i antenama, a
kad se pronađu zadovoljavajući rezultati (domet - potrošnja - stabilnost
- dimenzije) izraditi takav predajnik na pločici koja će biti prilagođena
ugradnji na specifično mjesto, uz eventualnu upotrebu dobavljivih SMD
komponenti. Iako zbog malog broja komponenti, koje uz to mogu imati
velike tolerancije, ne bi trebalo biti problema s radom ovih predajnika,
ipak ćemo na kraju dati nekoliko savjeta za slučaj da nikako ne možemo
na prijemniku pronaći signal našeg predajnika.
Za
početak je potrebno, naravno, provjeriti ispravnost samog izvora napajanja
i jačinu struje kroz predajnik. Ukoliko se ona znatno razlikuje od vrijednosti
koje se spominju u tekstu, potrebno je provjeriti žice i tiskane vodove
od kratkog spoja ili prekida (hladni spoj, kuglice lema ...). Ako je
sve u redu, dalje provjeravamo da li uopće oscilator radi. To je kod
ovakvih predajnika najlakše utvrditi tako da pratimo mijenja li se jačina
struje kroz sklop dok prstom dodirujemo zavojnicu oscilatora. Ukoliko
se mijenja, znači da oscilator radi. Sada je potrebno provjeriti mikrofon.
Najbolje je umjesto mikrofona, dok smo još u fazi eksperimentiranja,
na ulaz spojiti neki NF-audio izvor (tonski generator), čiji signal
ćemo lakše prepoznati na prijemniku. Sada još preostaje lagano razvlačiti
ili skupljati zavojnicu, dok predajnik ne dovedemo u željeno UKV područje.
U krajnjem slučaju može se desiti da nam predajnik radi baš na frekvenciji
gdje emitira neka jaka postaja, koja onda potpuno prigušuje naš signal.
U tom slučaju trebalo bi prijemnik i predajnik staviti u nekakav metalni
oklop (faradejevu rešetku), ali puno je lakše prvo podesiti prijemnik
na neku frekvenciju gdje nema nikakvog signala, zatim uključiti predajnik,
te ćemo laganim razvlačenjem/skupljanjem zavojnice (podešavanjem feritne
jezgrice unutar zavojnice ili okretanjem promjenjivog kondenzatora)
začas podesiti frekvenciju predajnika. Na kraju podešavanja, ako postoji
takva mogućnost, dobro je uključiti AFC na prijemniku.
NAPOMENA:
Na CD-u Kompilacija HR-1 možete naći proračunate vrijednosti elemenata
za sve ovdje opisane predajnike, kao i teoretske članke koji se spominju
u tekstu