Публикуемые в радиолюбительских изданиях схемы ТВ модуляторов не очень удобны для повторения - они содержат большое количество деталей, модуляция осуществляется в каскаде автогенератора. Описанные ниже варианты схем свободны от этих недостатков.
Схема (рис.1) "классическая" по принципам японской схемотехники: малое количество качественных деталей, наладка производится изменением одной-двух деталей. Чтобы не пугала "простота" схемы, отметим - путь к ней и другим схемам начинался от "анти ПТК" (хотелось смонтировать устройство, передающее сигналы изображения и звука на любом из метровых каналов), потом были схемы с герметичными корпусами и проходными конденсаторами в стенках.
Оказывается, схему УКВ диапазона можно монтировать без экранов и без кварцевой стабилизации частоты (телевизионный приемник имеет систему АПЧ!), важно только правильно расположить детали.
Катушка содержит 1+1+3 витка для верхних МВ каналов и вдвое-втрое больше для нижних каналов МВ.
Модуляция осуществляется в выходном двухтактном каскаде на полевых транзисторах VT2, VT3, взятых из одной коробки и проверенных хотя бы омметром и миллиамперметром (ток при рабочем напряжении и "нулевом" затворе). Видеосигнал подается в цепи истоков выходных транзисторов через фильтр R7, C5. Таким образом, реализуется амплитудная негативная модуляция.
Стоки выходных транзисторов напрямую подсоединены к элементам тройного петлевого вибратора, выполненного с высоким входным сопротивлением (рис.2). Сопротивление вибратора больше 2 кОм, поэтому транзисторы согласованно (без элементов подстройки) соединены с резонансной нагрузкой.
Для налаживания устройства важно знать общие принципы:
- плату из стеклотекстолита крепят непосредственно на антенне, "плюс" схемы соединяют со средней точкой антенны винтами через плату;
- катушка задающего генератора находится на осевой (пунктир) линии, она ориентирована перпендикулярно плоскости антенны;
- кабель с видеосигналом идет вместе с питающимпроводом тоже через среднюю зону вибратора (там расположена ручка, и можно даже держать антенну в одной руке, а видеокамеру - в другой, аккумулятор - на плече).
Мы использовали сигнал черно-белых "советских" видеокамер Н-801, Н-841, даже снимали затмение Луны, поместив камеру в главный фокус школьного телескопа (объектив камеры снят), и рассматривали изображение на экране большого (61 см) телевизора!
При расстоянии сотни метров от приемной антенны ухудшение сигнала наступало, когда передающая антенна повернута ребром к приемной (наступал срыв синхронизации).
Цепочки резисторов и конденсаторов в цепях питания нужны, так как от этих цепей питается и видеокамера. Прецизионный стабилитрон в питании задающего генератора обязателен. Для увеличения жесткости монтажа можно применять резисторы сопротивлением выше 1 МОм, используя их как монтажные стойки. Дорожками на плате выполнены цепи питающих напряжений и цепи базы VT1, а также элементы, соединенные с истоками "полевиков", остальной монтаж - навесной.
Начальную установку частоты производят подст-роечным конденсатором С, затем его заменяют постоянной емкостью, и изменением габаритов катушки L производят окончательную подстройку (в одном из экземпляров модулятора при антенне 6-го канала рабочая частота была почти на 7-м канале, но качество передачи нас радовало, и подстройка была прекращена). В схеме отсутствуют радиочастотный кабель к антенне и устройство согласования передатчика с кабелем и кабеля с антенной.
Транзистор задающего генератора не очень высокочастотный, на верхних каналах МВ его можно заменить на ГТ313Б, учитывая меньший температурный диапазон, чем у кремниевых транзисторов. Можно выполнить задающий генератор на полевом транзисторе с изолированным затвором и индуцированным р-кана-лом. На рис.3 показаны схемы задающего генератора при большем напряжении питания (рис.3,а) и при меньшем (рис.3,б). В первом случае приходится подбирать напряжение смещения на затворе, чтобы ток истока был не слишком большим. Во втором - подбирать расположение катушки L с тем, чтобы выполнялись условия: сигнал с антенны не наводился бы на контур; рабочая частота была бы при "средних" габаритах катушки (не сильно сжатой и не очень растянутой); уменьшился бы микрофонный эффект - влияние механических воздействий на плату на генерируемую частоту (в схеме только видеопередатчика этот эффект не заметен).
Сжатие витков катушки увеличивает ее индуктивность и понижает рабочую частоту, растягивание витков повышает частоту генерации. В любом случае предпочтительнее катушки с меньшим числом витков сравнительно толстого провода - так легче обеспечить стабильность габаритов и настройку контура. В начале настройки следует использовать тонкий гибкий провод для катушки контура, чтобы легче пройти начальные стадии настройки.
Важен и человеческий фактор - если пару полевых транзисторов вы погубили прикосновением руки (статика!), то на время оставьте опыты. Для защиты от статики удобно перевязать все выводы "полевика" между собой луженой тонкой проволокой, сложенной вдвое (бывают поломки проволоки при изгибах). После этого выводы транзистора разгибают, производят пайку всей схемы, потом скальпелем и пинцетом удаляют замыкающую проволочку (оператор при этом крепко держит "массу" платы рукой, чтобы не допустить пробоя затвора транзистора).
Монтаж схем хорошо выполнить на одной стороне фольгированного стеклотекстолита (вторая сторона является сплошной "массой"). Такую плату удобно крепить винтами внутри корпусов других устройств. Следует учитывать, что вибратор антенны соединен с "плюсом", и не допустить соединения корпуса с антенной. Винтами к антенне крепят участки платы с потенциалом "+".
[ ] .
История развития
С 1912 года применялись передатчики с электрической дугой , включенной в колебательный контур. Дуговой передатчик , в отличие от искрового, генерирует незатухающие колебания, то есть позволяет передавать голосовой сигнал с амплитудной модуляцией. Телеграфный сигнал приходилось передавать методом частотной манипуляции : при нажатом ключе смещалась настройка колебательного контура, и передатчик излучал на другой частоте; именно на эту частоту следовало настраивать приемники. Дуговым был, например, 100-киловаттный передатчик радиостанции на Шаболовке в Москве, пущенный в действие в феврале 1920 года. Из-за свойств дугового разряда дуговые генераторы работали только на длинных волнах, получить с их помощью частоту больше 400 кГц невозможно.
Другим направлением было использование в передатчике электромашинного генератора переменного тока (примерно с 1908 года). Такой генератор позволял получить достаточно стабильные колебания определенной частоты, которую можно изменять, регулируя частоту вращения ротора генератора. Мощность могла достигать десятков и сотен киловатт. Сигнал такого генератора можно модулировать по амплитуде , что позволяет передавать по радио звуковой сигнал. Однако электромашинный генератор практически пригоден для генерации частот не выше десятков килогерц, то есть передатчик может работать только в самом длинноволновом диапазоне. До 1950-х годов электромашинные передатчики использовались в радиовещании и радиосвязи. Так, в 1925 г. на Октябрьской радиостанции в Ленинграде были установлены два генератора мощностью 50 и 150 кВт конструкции В. П. Вологдина . Как исторический памятник в Швеции сохраняется в рабочем состоянии радиостанция Гриметон (открыта в 1925 г.) с генератором Александерсена мощностью 200 кВт, спроектированным для работы на частотах до 40 кГц.
Дальнейшие изобретения в области связи и радиотехники - твердотельные аналоги электронных ламп (транзисторы), кварцевые резонаторы , новые виды модуляции и методы стабилизации частоты - сопровождались только количественными изменениями параметров радиопередатчиков: уменьшением размеров и потребляемой мощности, повышением стабильности и КПД, расширением частотного диапазона и т. д.
Структурная схема
Современный радиопередатчик состоит из следующих конструктивных частей:
- задающий генератор частоты (фиксированной или перестраиваемой) несущей волны;
- модулирующее устройство , изменяющее параметры излучаемой волны (амплитуду, частоту, фазу или несколько параметров одновременно) в соответствии с сигналом, который требуется передать (часто задающий генератор и модулятор выполняют в одном блоке - возбудитель);
- усилитель мощности , который увеличивает мощность сигнала возбудителя до требуемой за счёт внешнего источника энергии;
- устройство согласования, обеспечивающее максимально эффективную передачу мощности усилителя в антенну;
- антенна , обеспечивающая излучение сигнала.
Применение
Радиопередатчики, помимо их использования в радиовещании, являются необходимой составной частью многих электронных устройств, которые обмениваются информацией друг с другом по радио, например, мобильные телефоны , беспроводные компьютерные сети , Bluetooth -совместимые устройства, рации на самолётах , кораблях и космических радиолокационных установках, а также навигационные маяки [ ] .
Самостоятельно радиопередатчики используются в тех областях, где не нужен приём информации в месте её передачи - сигналы точного времени, разнообразные навигационные радиомаяки для определения местоположения объектов, многопозиционная
Общая характеристика. Телевизионное радиовещание осуществляется в метровом диапазоне волн, занимая полосы: 48,5…66, 74…100, 174…230 МГц (каналы с 1-го по 12-й), и в дециметровом диапазоне волн в полосе 470…958 МГц (номера каналов с 21-го по 81-й). Телевизионное РПДУ состоит из двух самостоятельных передатчиков, один из которых передает сигнал изображения, другой - звуковое сопровождение. В передатчике изображения осуществляется АМ с частично подавленной нижней боковой полосой, в передатчике звука – частотная модуляция. Модулирующий сигнал передатчика изображения включает: видеосигнал яркости - преобразованное в электрический сигнал оптическое изображение, сигнал цветности и сигналы синхронизации - строчный и кадровый.
Спектр частот такого сложного сигнала занимает полосу 0…6,5 МГц. Нижнее значение частоты в этом спектре связано с медленно изменяющейся освещенностью передаваемого изображения. При таком модулирующем сигнале после АМ радиосигнал должен был бы занимать полосу частотой 13 МГц. Однако для сужения ширины спектра излучаемого сигнала нижняя боковая полоса частично подавляется, и в целом спектр радиосигнала телевизионного РПДУ занимает полосу 8 МГц (рис. 24.3).
Параметры радиосигнала передатчика звука соответствуют параметрам радиосигнала УКВ ЧМ вещания и занимают полосу 145 кГц. Частота несущей этого передатчика располагается выше спектра, занимаемого передатчиком изображения (рис. 24.3). Мощность наземных РПДУ изображения в зависимости от условий вещания и охвата обслуживаемой территории составляет от нескольких сотен ватт до 50 кВт, а РПДУ звука - в 10 раз меньше, т.е. не более 5 кВт.
Структурная схема телевизионного РПДУ.
Каждый из РПДУ (изображения и звука) состоит из двух полукомплектов, мощности которых суммируются с помощью мостовых устройств. Таким образом, в целом телевизионный передатчик включает: четыре ВЧ или СВЧ усилителей мощности, работающих на общую антенну; сумматоры сигналов; общий фильтр-дуплексер; возбудитель AM передатчика изображения и возбудитель ЧМ передатчика звука. При выходе из строя одного из полукомплектов мощность соответствующего РПДУ снижается в четыре раза. Но путем переключения мощность работающего полукомплекта направляется непосредственно в антенну, минуя сумматор, и тогда излучаемая мощность снижается всего в два раза. После мостовых устройств включается фильтр-дуплексер, имеющий два входа с разными частотными полосами и один общий выход, что позволяет направить в одну антенну два сигнала с разными частотами.
Возможна и другая структурная схема телевизионного РПДУ, при которой сначала с помощью фильтра-дуплексера объединяются полукомплекты передатчиков изображения и звука, а затем их мощности суммируются с помощью общего мостового устройства. При мощности до 1 кВт телевизионный передатчик метрового диапазона может быть полностью полупроводниковым, при большей мощности - в выходных каскадах используются электровакуумные приборы. Передатчик звука по схеме и конструкции практически совпадает с РПДУ УКВ ЧМ радиовещания. Передатчик сигнала изображения. Одна из возможных структурных схем такого передатчика приведена на рис. 24.4.
В устройстве формирование сигнала с АМ, с частично подавленной нижней боковой полосой (рис. 24.4), производится на промежуточной частоте в блоке АМ–ПЧ.
Блок должен обеспечивать высокую линейность модуляционной характеристики и АЧХ с малой неравномерностью, что достигается с помощью фильтров и специальных корректоров. Сформированный AM сигнал изображения подается на смеситель, взаимодействует с сигналом стабильного синтезатора частот и переносится в требуемую полосу частот, отведенную для данного телевизионного передатчика.
Усилитель мощности, работающий в режиме усиления АМ колебаний, должен иметь линейную амплитудную характеристику, равномерную АЧХ в пределах 8 МГц и не вносить искажений в усиливаемый по мощности сигнал.
Для соблюдения норм по подавлению побочных излучений радиопередатчика на его выходе включают полосовой фильтр с полосой пропускания 8 МГц.
Общая характеристика. Телевизионное радиовещание осуществляется в метровом диапазоне волн, занимая полосы: 48,5…66, 74…100, 174…230 МГц (каналы с 1-го по 12-й), и в дециметровом диапазоне волн в полосе 470…958 МГц (номера каналов с 21-го по 81-й). Телевизионное РПДУ состоит из двух самостоятельных передатчиков, один из которых передает сигнал изображения, другой - звуковое сопровождение. В передатчике изображения осуществляется АМ с частично подавленной нижней боковой полосой, в передатчике звука – частотная модуляция. Модулирующий сигнал передатчика изображения включает: видеосигнал яркости - преобразованное в электрический сигнал оптическое изображение, сигнал цветности и сигналы синхронизации - строчный и кадровый.
Спектр частот такого сложного сигнала занимает полосу 0…6,5 МГц. Нижнее значение частоты в этом спектре связано с медленно изменяющейся освещенностью передаваемого изображения. При таком модулирующем сигнале после АМ радиосигнал должен был бы занимать полосу частотой 13 МГц. Однако для сужения ширины спектра излучаемого сигнала нижняя боковая полоса частично подавляется, и в целом спектр радиосигнала телевизионного РПДУ занимает полосу 8 МГц (рис. 24.3).
Параметры радиосигнала передатчика звука соответствуют параметрам радиосигнала УКВ ЧМ вещания и занимают полосу 145 кГц. Частота несущей этого передатчика располагается выше спектра, занимаемого передатчиком изображения (рис. 24.3). Мощность наземных РПДУ изображения в зависимости от условий вещания и охвата обслуживаемой территории составляет от нескольких сотен ватт до 50 кВт, а РПДУ звука - в 10 раз меньше, т.е. не более 5 кВт.
Структурная схема телевизионного РПДУ.
Каждый из РПДУ (изображения и звука) состоит из двух полукомплектов, мощности которых суммируются с помощью мостовых устройств. Таким образом, в целом телевизионный передатчик включает: четыре ВЧ или СВЧ усилителей мощности, работающих на общую антенну; сумматоры сигналов; общий фильтр-дуплексер; возбудитель AM передатчика изображения и возбудитель ЧМ передатчика звука. При выходе из строя одного из полукомплектов мощность соответствующего РПДУ снижается в четыре раза. Но путем переключения мощность работающего полукомплекта направляется непосредственно в антенну, минуя сумматор, и тогда излучаемая мощность снижается всего в два раза. После мостовых устройств включается фильтр-дуплексер, имеющий два входа с разными частотными полосами и один общий выход, что позволяет направить в одну антенну два сигнала с разными частотами.
Возможна и другая структурная схема телевизионного РПДУ, при которой сначала с помощью фильтра-дуплексера объединяются полукомплекты передатчиков изображения и звука, а затем их мощности суммируются с помощью общего мостового устройства. При мощности до 1 кВт телевизионный передатчик метрового диапазона может быть полностью полупроводниковым, при большей мощности - в выходных каскадах используются электровакуумные приборы. Передатчик звука по схеме и конструкции практически совпадает с РПДУ УКВ ЧМ радиовещания. Передатчик сигнала изображения. Одна из возможных структурных схем такого передатчика приведена на рис. 24.4.
В устройстве формирование сигнала с АМ, с частично подавленной нижней боковой полосой (рис. 24.4), производится на промежуточной частоте в блоке АМ–ПЧ.
Блок должен обеспечивать высокую линейность модуляционной характеристики и АЧХ с малой неравномерностью, что достигается с помощью фильтров и специальных корректоров. Сформированный AMсигнал изображения подается на смеситель, взаимодействует с сигналом стабильного синтезатора частот и переносится в требуемую полосу частот, отведенную для данного телевизионного передатчика.
Усилитель мощности, работающий в режиме усиления АМ колебаний, должен иметь линейную амплитудную характеристику, равномерную АЧХ в пределах 8 МГц и не вносить искажений в усиливаемый по мощности сигнал.
Для соблюдения норм по подавлению побочных излучений радиопередатчика на его выходе включают полосовой фильтр с полосой пропускания 8 МГц.
В телевидении изображение передается по способу амплитудной модуляции несущей, как и при обычной АМ-радиопере-даче. Для передачи сигналов звукового сопровождения используется частотная модуляция. Разность между частотами несущей изображения и несущей звука составляет 4,5 МГц (см. рис. 5.14, а).
При передаче черно-белого изображения требуется передавать и сигналы для синхронизации кадровой и строчной разверток. Однако в цветном телевидении при модуляции несущей используются, кроме того, сигналы цветности и дополнительные синхронизирующие сигналы.
В черно-белом телевизионном приемнике задающий генератор вырабатывает колебания основной частоты, из которых получают сигналы для схем развертки. Частота колебаний задающего генератора равна 31,5 кГц. Для получения частоты строчной (развертки 15750 Гц она делится на два, а для получения частоты кадровой развертки 60 Гц ее делят на 7, 5, 5 и 3. В случае передачи цветного изображения эти частоты несколько отличаются из-за особенностей ширины спектра и синхронизации. При цветной передаче требуется генерировать под-несущую и осуществлять ее модуляцию для получения боковых составляющих сигналов цветности, а затем несущую требуется подавить ввиду того, что отведенная для передачи полоса частот ограничена. Поэтому в приемнике несущую следует восстановить и смешать с боковыми составляющими для последующей демодуляции цветоразностных сигналов.
Таким образом, частота строчной развертки в цветном телевизионном приемнике равна 15734,264 Гц, а частота поднесу-щей при этом составляет 3,579545 МГц (3,58 МГц). Частота кадровой развертки в цветном телевизионном приемнике равна 59,94 Гц. Так как частоты строчной и кадровой разверток в цветном приемнике близки к соответствующим частотам в черно-белом приемнике, то при нормальных условиях работы не возникает никаких проблем при переходе от приема черно-белого изображения к цветному.
Основные блоки передающего устройства цветного телевидения показаны на рис. 15.5. Передающая камера цветного телевидения со специальной передающей трубкой и линзовой системой воспринимает три основных цвета изображения. Исходя из принципа аддитивности цвета, такими цветами являются красный (R ), синий (В) и зеленый (G).
Как следует из схемы, приведенной на рис. 15.5, схемы усиления и развертки формируют на выходе три составляющих (сигналы красного, зеленого и синего) передаваемого изображения. Сигналы R , G и В далее подаются на три матричные схемы, две из которых содержат фазоинверторы. Выходные сигналы матриц обозначены У, 7 и Q. Сигнал У, как было отмечено выше, называют яркостным сигналом. Он получается сложением трех сигналов основных цветов - красного, зеленого и синего - в соотношении 0,3:0,59:0,11. Соблюдение такого соотношения необходимо для компенсации неодинаковой чувствительности глаза человека к различным цветам.
Рис. 15.5. Блок-схема цветного телевизионного передатчика.
Два основных цветоразностных сигнала состоят из I-сигнала (в фазе) и Q-сигнала (квадратурного). Сигнал I содержит 0,6 сигнала красного, 0,28 сигнала зеленого и 032 сигнала синего. Соотношение этих составляющих для сигнала Q следующее: R : G : B = 0,21: 0,52: 0,13.
Сигналы I и Q подаются на балансные модуляторы, где они модулируют две поднесущие частотой 3,58 МГц, сдвинутые по фазе на 90°, причем сигнал I опережает сигнал Q. В балансных модуляторах поднесущая и сигналы I и Q подавляются, а на выход проходят только боковые колебания поднесущей. Сигнал У через фильтр поступает на сумматор, куда подаются также выходные сигналы с балансных модуляторов.
Формирователь сигналов цветовой синхронизации, на который поступают сигналы от генератора частотой 3,58 МГц, вырабатывает 9-периодный сигнал частотой 3,58 МГц, который передается на заднем уступе строчного гасящего импульса и служит для синхронизации генератора поднесущей в приемнике (см. разд. 4.6). Все сигналы, включая синхронизирующие сигналы и гасящие импульсы строк и полей, складываются в сумматоре. Сформированный таким образом полный телевизионный сигнал подается на усилитель-модулятор, где при необходимости он усиливается, и затем поступает на оконечный модуляционный каскад, работающий в режиме усиления класса С. Как и в других передатчиках с AM, здесь используется генератор с кварцевой стабилизацией. Сигналы с этого генератора умножаются по частоте, усиливаются и подаются на усилитель класса С. Для передачи сигналов звукового сопровождения используется отдельный передатчик с ЧМ. Таким образом, в телевизионном передающем устройстве используются два передатчика: один с амплитудной, а другой с частотной модуляцией.
