ред. 24.09.2022

28.05.2019

Спустя примерно полтора года после закупки полного комплекта деталей и PCB для очередного SDR-трансивера, меня, наконец, посетило вдохновение на сборку... Аргументов к этому было несколько: желание иметь дополнительный комплект оборудования для выхода в эфир с другого QTH; перспектива сборки устройства на более совершенном формирователе квадратур и, как следствие, получения более высокого показателя по подавлению несущей; надежда на то, что формируемая АЧХ в полосе SSB-сигнала будет более линейной в области НЧ-части спектра.

Суть идеи: собрать в одном корпусе функционально законченную конструкцию, способную работать на КВ-бендах на мощности около 40-60Вт.

Основной узел девайса - плата RX/TX разработки US5NCJ V.15.

Все файлы и фото будут выкладываться здесь.

Не стал отображать все стадии сборки в разделе "Блог", т.к. не хотелось отвлекаться от процесса сборки и по-скорее закончить плату. Теперь уже, когда достигнут определёный результат (устройство работает и на приём и на передачу), можно сделать передышку и частично изложить имеющуюся информацию в данном материале, который будет периодически пополняться...

Печатная плата была куплена у одного из участников форума в комплекте с платой синтезатора и платой полосовых диапазонных фильтров. Впрочем, синтезатор я пока собирать не планирую, т.к. он управляется по CAT, а мне этот интерфейс нужен для взаимодействия с логом. Кстати, плата BPF управляется по четырём проводам с синтезатора разработки US5NCJ и тоже пока не будет использоваться. Этот момент - занятость CAT под управление синтезатором, я считаю основным недостатком подобных решений. Посему, в своём изделии решил использовать синтезатор от UR4QBP с управлением по LPT. Казалось бы, параллельный интерфейс морально устарел, но сейчас с программой от Excalibur под Windows7 он прекрасно работает и этого мне хватит на длительное время... Кстати, у UR4QBP есть в продаже и USB-версия синтезатора, которая работоспособна вплоть до Windows10x64bit.

Доп.от 07.03.2020

Позже, я собрал версию синтезатора с управлением по USB.

В процессе сборки (ввиду отсутствия достаточного опыта) пришлось перебирать различные варианты и по способам пайки и по использованию флюсов и по методам отмывки плат... В итоге, для себя сделал следующие выводы: smd-элементы до размера 0805 и крупные микросхемы (данной конструкции) лучше всего паять жалом типа "клин", а транзисторы и пяти-шести ножечные ключи - жалом типа "конус" (игла); для пайки лучше использовать только флюс (я ещё применял канифоль, в итоге, с огромным трудом отмыл плату растворителем) и припой с канифолью (припой без канифоли не набирается на кончик жала и приходится немного использовать канифоль); для отмывки платы, запаянной с помощью флюса, очень хорошо подходит изопропиловый спирт, но попавший под корпуса микросхем флюс я потом выжигаю феном, не доводя припой запаянных контактов до расплавления. После этого, плата ещё раз моется в спирте, далее, зубной щёткой с хозяйственным мылом под тёплой водой и сушится. Если есть дистиллированная вода, то окончательную промывку лучше делать ей.

На сборку платы у меня ушло около 25 часов в течение примерно двух недель. Сразу плата не заработала. При внимательном рассмотрении оказалось, что не пропаяна 1-я ножка основного чипа (меня это недоразумение с подключением массы преследует постоянно)). В последствии, я нашёл множество дефектов пайки, которые были устранены (фото в начале материала сделано до этого момента). В общей сложности плата пропаивалась и мылась не менее десятка раз...

Особо дефицитных или дорогих деталей в данной конструкции нет. Например, в Москве всё можно купить в паре магазинов. А самое главное в этом деле - качественная плата. Кстати, плата, которую выслали мне (партию заказывали в Китае) отличается очень высоким качеством, очень устойчивая (я не повредил ни одного лепестка, используя фен при температуре 380°С и паяльник до 300°С), но все контактные площадки перед пайкой в обязательном порядке приходилось лудить. По пайке, самым сложным было запаять ключи 3157 и элементы логики 1G00/04. Не доставляла особого удовольствия и пайка элементов 0805. Оптимальна, на мой взгляд - конструкция на элементах 1206, но если вы такой превереда - разрабатывайте PCB самостоятельно))).

Сегодня был получен внятный результат: приём и передача работают, произведена тестовая запись на WebSDR. Не работает пока только один узел конструкции - микрофонный предусилитель. Но этот момент будет исправлен в ближайшее время...

Конструкция собирается на макетной плате и после полной отработки всех узлов будет переноситься в корпус... На фото, слева на право: самодельный LPF-фильтр диапазона 40м; собственно, плата RX/TX нового трансивера; синтезатор, приобретённый у UR4QBP. Разъёмов под mini-Lack мне так и не удалось найти, поэтому я планирую сделать коммутацию через разъёмы RCA, тем более, что они более долговечны и легче сделать качественные соединительные шнуры "Звуковая карта - SDR".

Впереди - тщательная настройка трансивера и, самое интересное - измерение его параметров по линейности, подавлению несущей, обратной боковой, линейности АЧХ в полосе и т.п.. Под эту задачу будет использоваться SDR-Трансивер из предыдущего проекта, размещённый на соседнем столе.

Что касается последующего усиления сигнала, то, забегая вперёд, могу сказать, что планируется использование усилителя на RD16 от трёхплатной версии трансивера "Маламут". Собранная и настроенная плата приедет на следующей неделе... Ознакомиться с данным вариантом набирающего популярность трансивера можно здесь. Однако, заказ я сделал в другом месте.

31.05.2019

Сегодня произведена настройка трансивера с помощью ранее собранного SDR-аппарата. Скриншоты с измерениями выложены здесь. Своеобразный стенд для измерения выглядел следующим образом: на двух столах были размещены два компьютера и два SDR-трансивера. В антенный вход нового трансивера был подключен эквивалент на резисторе 51Ом и через резистор 10кОм был подключён вход второго трансивера, на котором производились измерения. Т.е. он использовался в качестве анализатора с панорамой. К сожалению, этот трансивер работал с интегрированной звуковой картой и большего динамического диапазона для измерения пока получить не удалось, как и качество записанного сигнала в I/Q-файле не звучит так, как при использовании карты ASUS XONAR D1/DX, например... Тем не менее, на скриншотах хорошо видно, что IMD3 составил не менее 50дБ, подавление несущей - 50дБ, подавление обратной боковой (с программной коррекцией) ушло в шумы при значении более 50дБ и т.д. Единственное, что меня смутило - наличие симметричных спуров при тональном сигнале, которые несколько портят всю картину. Кстати, у предыдущего аппарата наблюдается аналогичный эффект. Однако, при уменьшении уровня выхода сигнала на 5дБ, эти спуры заметно ослабляются по уровню. На скриншотах видно, что при относительном уровне со звуковой карты 62% (амплитуда сигнала - 300мВ) разница между правым спуром и тональным сигналом составляет всего 45дБ, а при уровне сигнала со звуковой карты 46% - уже боле 55дБ.

На картинке ниже, уровень выходного сигнала на нагрузке 51Ом у испытуемого трансивера составлял до 300мВ по амплитуде.

АЧХ в полосе SSB-сигнала при испытании белым шумом и установке фильтра 0Гц...3кГц меня вполне устроило. 

Могу сказать, что результатом я вполне доволен. Как и ожидалось, подавление несущей оказалось выше, чем у предыдущей V.13 и, тем более, варианта UT3MK V.3B за счёт применения микросхем в формирователе квадратур с меньшей погрешностью (0,2° против 2,0°) и пониженного напряжения питания. Подавление несущей в 50дБ для самодельного аппарата считаю вполне приемлемым...

Следующий этап - подключение усилителя и проведение аналогичных измерений. Значение IMD3 будет неизбежно ухудшаться и, задача, выйти на проектную мощность при этом параметре не менее 30дБ...

03.05.2019

В процессе поиска причины неработающего микрофонного предусилителя выяснилось, что я забыл запаять резистор 2кОм в цепи питания транзистора (на первом фото это видно). А потом обнаружилась конская проблема, но не со сборкой, а схемотехническая. Суть проблемы я описал здесь в посте #2693. Причём, эта проблема характерна и для предыдущих разработок данного трансивера. А именно, повышенный шум сигнала в режиме передачи, поступающий на вход звуковой карты с выхода трансивера. Фрагмент схемы (здесь я упомяну только о двух точках, обозначенных на схеме):

Если отключить резистор 5 или верхний резистор 4, то фон пропадает. Убеждён, что при использовании обычных маломощных контактных реле с двумя группами контактов, данная проблема отсутствовала бы... Кстати, даже без чипа 4053 шум имеет место быть. Судя по всему, этот шум есть и при приёме и в тракте передачи, т.е. везде, где присутствует потенциал смещения на контактах ключей. Между прочим, при использовании линейного входа через ключ 3157 ещё и коммутируется дополнительный разъём, а у этого ключа так же присутствует смещение на контактах, участвующих в передаче сигнала...

Решение заменить реле ключами - изящное, но в ущерб шумовым параметрам устройства, на мой взгляд. Хорошо, если кто-то взялся бы за переделку печатной платы под использование реле вместо ключей 4053...

Что ж, придётся смириться с данным схемотехническим решением...

Так же, в процессе изучения проблемы вдруг выяснилось, что в режиме SSB программно используется только сигнал с одного (левого) канала. Схемотехнически же, на выходе трансивера идентичный сигнал присутствует в обоих каналах. Левый канал, видимо, выбран потому, что и на стерео-джеке и на микрофонном моно-джеке крайний вывод, это - левый канал.

18.06.2019

Пришла собранная и настроенная плата усилителя на RD16HHF1 от трёхплатной (ссылка - для ознакомления, заказывал в другом месте) версии трансивера Маламут V3. Все файлы выложены здесь.

Изюминка усилителя состоит в том, что выходной каскад питается напряжением 24В. В оригинальном трёхплатном исполнении это напряжение получают с помощью преобразователя DC-DC 12В-24В, я буду использовать внешний импульсный блок питания 24В/6А.

Усилитель будет выполнен в отдельном корпусе с фильтрами от eb104.ru. Так же, на борту платы фильтров предусмотрен КСВ-метр. Для раскачки внешнего PA на ГИ-6Б будет достаточно примерно 20Вт мощности... Сейчас, при использовании 10Вт с аналогичного усилителя от UT2FW без первого каскада удаётся получить c внешнего PA около 200Вт в режиме нажатия, но линейность промежуточного усилителя на RD16HHF1 при этом несколько ниже, чем возможно будет получить при питании 24В. Собственно, в этом и есть задумка использования нового трёхкаскадного усилителя от Маламута...

28.06.2019

К сожалению, запустить усилитель сходу и получить заветные 50Вт не получилось... Достаточно много времени ушло на то, чтобы понять природу проблемы. Но, обо всё по порядку...

Был куплен достаточно большой радиатор 172x200x40 с прицелом на возможное использование со стоваттным ШПУ либо с данным ШПУ без дополнительного охлаждения. Дополнительно к плате потребовалось установить два реле (коммутация приём-передача и переключение усилитель-обход), разъём питания первых двух каскадов, LPF На один диапазон 40м и разъем управления включением усилителя. Так же, купил метчик и метчикодержатель для нарезки резьбы под крепление транзисторов и стоек платы. Макет был собран прямо на радиаторе:

При первом запуске оказалось, что усилитель возбуждается и выдаёт около 70Вт при подаче любого сигнала на вход (не более 200мВ амплитуды). Первыми были удалены и проверены выходные транзисторы, начался поиск проблемы. Многократным перепайкам и заменам подверглись транзисторы второго каскада. Пообщавшись с автором платы и другими радиолюбителями были произведены определённые изменения в схеме первого каскада... Все переделки, которые будут сделаны к моменту стабильной работы усилителя, отдельно опишу в последствии. А пока, эксперименты продолжены при напряжении питания выходного каскада +13,8В по совету R7KBI.

29.06.2019

Поиск причины нестабильности работы усилителя начал с проверки тока покоя первого каскада. Согласно имеющейся схеме, он должен составлять 12мА. Подключил миллиамперметр в разрыв цепи эммитера (отпаяв одну ножку R2), выяснилось, что ток покоя составляет 28мА. Увеличив сопротивление резистора смещения R1 с 56кОм до 75кОм уменьшил ток покоя до 14мА.

Ниже приведён фрагмент схемы. Резистора R73 (согласно схеме, а не обозначениям на плате) на реальной плате нет. Конденсатор С83 был удалён с целью минимизации условия для возникновения возбуждения... Номера деталей на схеме и плате местами отличаются. Резисторы R72 и R2 изначально были установлены по 11Ом.

После замены самодельного выходного LPF на плату фильтров от eb104.ru, усилитель стал работат более стабильно. Настройку пытался сделать, подавая идентичное напряжение смещения на затворы RD16, предполагая, что у меня установлена комплементарная пара транзисторов... При попытке подключить миллиамперметр вместо джамперов, усилитель возбуждался задолго до достижения необходимого тока покоя. При напряжении смещения 4.3В на плечо удалось почти убрать ступеньку и получить сносное звучаение при стабильной работе усилителя.

Проведя несколько связей в эфире с оконечным усилителем при мощности около 300Вт, я продолжил настройку, подключив стрелочный амперметр на 1А в цепь питания оконечного каскада между ним и блоком питания. Оказалось, что ток покоя одного плеча составлял 180мА, а другого - всего лишь 80мА. Т.е. установленные транзисторы оказались ни разу не комплементарные... Настроив поочерёдно токи покоя каждого плеча, снимая джамперы во втором плече, остановился на значениях 300мА на брата. Напряжение смещения в одном плече получилось 4.94В, в другом - 4,54В.. Ступенька практически пропала, усилитель работает более-менее стабильно и отдаёт около 15Вт без заметных искажений двухтонального сигнала на осциллографе. Что касается радиатора, то он установлен с огромным запасом для этой мощности!

На этом, настройку усилителя при напряжении питания +13,8В считаю оконченной...

01.11.2019

Приблизительно, пару месяцев назад перевёл питание усилителя на напряжение 24В. Задействовал импульсный блок питания 24В/6А. Соответственно, токи покоя были установлены заново по 200мА на плечо. В данный момент, с усилителя берётся мощность 25Вт на вход оконечного PA на 6xГИ6Б при КСВ по входу 1,4%. В теории, можно получить значение, близкое к единице, введя подстроечные элементы в цепь входного П-фильтра оконечного PA. При выходной мощности более 300Вт, IMD3 составляет около 31дБ, что считаю вполне удовлетворительным результатом.

27.12.220

Важное дополнение. Чтобы увеличить соотношение полезный сигнал/остаток неподавленной несущей у квадратурного SDR, необходимо взять максимально большой уровень сигнала со звуковой карты (стандартный программный фейдер в ОС регулируется до отметки 100 единиц). Подобрать этот уровень необходимо таким образом, чтобы вместе с полезным сигналом не появлялись паразитные сигналы вокруг с амплитудой более -60 -70дБ относительно уровня тонального синала. Это хорошо видно на контрольном SDR-приёмнике, на вход которого через аттенюатор 30-40дБ можно подать сигнал со смесителя SDR после BPF-фильтров. В последствии, необходимо будет остановиться на определённом эмпирическим путём уровне линейного выхода звуковой карты и более его не менять, особенно, в сторону увеличения! Независимо от того, какой уровень берётся со звуковой карты - уровень несущей передающего тракта остаётся неизменным. Это так же хорошо видно на контрольном приёмнике (в режиме CW нажмите кнопку [MOX] на передающей стороне - на контрольном приёмнике будет виден тональный сигнал неподавленной несущей над уровнем шума). Поэтому, добиться максимального относительного подавления несущей можно путём увеличения амплитуды полезного сигнала, а это увеличение имеет свои разумные пределы, соответственно.

Следующее, что нужно сделать - согласовать полученный выходной уровень с малосигнального выхода SDR со входом последующего каскада усиления. Сделать это можно с помощью резистивного Т- или П-образного аттенюатора (картинка ниже - кликабельна).

В сети можно найти аналогичный калькулятор и для П-образного варианта аттенюатора.

Говоря о рассматриваемом здесь ШПУ, мне понадобился Т-аттенюатор с подавлением 12дБ. При этом, соотношение полезный сигнал (режим нажатия ключа)/уровень неподавленной несущей составил 50-52дБ. Если бы схема SDR имела аппаратные средства подстройки смещения у смесителей - этот параметр можно было бы довести до значения 60дБ, но автор посчитал, что достаточно и таких результатов...

24.09.2022

Переделал входную часть усилителя. Вместо первого каскада теперь сигнал подаётся через трансформатор Рутрофа на вход второго каскада, выполненного на транзисторах BFG591. Аналогичная схема входной части применяется в трансивере Wolf-Lite. 

Исходный трансформатор переделан (удалена одна обмотка, а две оставшихся включены по другой схеме). В итоге, противофазный сигнал сразу поступает на оба плеча платы усилителя. Так же, по входу трансформатора стоит Т-образный аттенюатор на 3,5дБ. Номиналы: два резистора по 10Ом и один (на землю) - 120Ом. В наличии последнего резистора не было и я установил два по 270Ом в параллель. Основная задача аттенюатора - согласовать выход трансивера со входом усилителя. Теперь, трансивер видит постоянную активную нагрузку.

На фото выше видна суть переделки. Удаляются детали, зачёркнутые красной линией. Добавляется перемычка 0Ом, устанавливается три резистора аттенюатора, удаляется одна обмотка от исходного трансформатора и он запаивается в соответствии с новой схемой. Точки подключения обмоток трансформатора придётся прозванивать непосредственно на плате, т.к. передать на фото их достаточно сложно...

Правый по схеме резистор аттенюатора запаивается на место транзистора Q1. Левый контакт резистора на левый выход транзистора, а правый контакт резистора перемыкает два правых контакта под транзистор, соединяя в одну точку все три резистора аттенюатора.

Усиления оставшихся двух каскадов достаточно для того, чтобы раскачать усилитель примерно до 25-30Вт при питании 24В сигналом амплитудой около 200мВ. Поскольку, сигнал на нижнее плечо усилителя приходит в противофазе посредством индуктивной связи через кольцо - неизбежны потери в уровне сигнала. Это хорошо видно на выходе усилителя по уровню положительных и отрицательных полупериодов синусоиды относительно нулевой линии. В некоторой степени эту разницу можно компенсировать регулировкой тока в транзисторе нижнего плеча...

Продолжение следует...