LOGO

PAUL's BASICS:
自製直接轉換式接收機與低功率發射機

No.43   1996 Aug.   p100~105,   by 林茂榮 / BV5OC



    先前談過有關低功率通訊 (CQ-37-29 輕巧的業餘無線電;CQ-37-58 享受低功率的通訊樂趣),許多朋友反映都躍躍欲試,只可惜沒有適當的機會與環境。低功率通訊的最大特色除了電台可以很簡單、輕易移動之外,另一最大的特色就是提供自製機會,例如 CQ-22-62 簡單易製的超外差式高頻接收機、CQ-30-34 旅行者接收機 - 自製 80 米波段簡易接收機,都是自製的理想線路,只可惜沒有電子製作經驗的朋友總是會擔心能力問題。

    下面要先介紹一部直接轉換式接收機,之後,加上一部簡易的發射機,就是很理想的低功率電台。


線路的衡量與選擇

    現今的高頻業餘無線電裡頭,訊號既多且雜,以往的超再生式接收機在這種環境裡,恐怕會招架不住,無以勝任。所以如何決定自製的線路,可就要精挑細選。翻遍了手頭上的電子線路選輯,查到的接收機線路林林總總,經過衡量之後,就只剩寥寥無幾的幾個線路。自製接收機所要面臨的難題包括有:

  • 繞製線圈。
  • 簡單卻要穩定的射頻振盪器。
  • 利用從市面上容易取得的零件來製作出合適的混頻器。

        把這些難題整合在一起,加上組合零件用的線路板及機殼,此時符合條件者,已從若隱若現的狀況,搖身一變而成定局,那就是直接轉換式接收機,它不但把上述難題一掃而光,而且還滿足了我們所須要的性能。


    直接轉換式接收機

        直接轉換式接收機方塊結構如圖 1 所示,訊號從天線感應拾取進來,經過可以增加選擇性的輸入端調諧線路後,就進入到混頻器 (在這裡或者可以說是乘積檢波器),射頻訊號只經由本地振盪器的訊號在混頻器裡頭作用,再轉換成聲頻訊號。

        從天線進來的射頻訊號,與本地振盪器的訊號,在混頻器內起了作用,假若這兩輸入訊號的頻率差是在聲頻範圍內;例如 50Hz~5KHz,混頻器的輸出就可以直接取得這聲頻訊號。例如天線進來了一訊號,頻率是 3.560MHz,它與本地振盪器產生的 3.5608MHz 訊號,在混頻器內產生作用,就可在混頻器輸出端得到 800Hz 訊號,這就是超外差式接收機原理,不同的是,直接轉換式接收機既無中頻,也沒有檢波,而是利用所謂的乘積檢波器,一口氣把射頻訊號轉換成聲頻,而起外差式接收機一般是把射頻訊號轉換成另一固定頻率的訊號,也就是中頻,再把它做放大及檢波等手續,最終才得到聲頻訊號。

    Fig 01
    圖 1:直接轉換式接收機的方塊圖。



    採用 NE602

        NE602 的內部結構方塊如圖 2 所示,這只 IC 本身除了包含有平衡式混頻器、本地振盪器外,還有電源穩壓線路。這主動式混頻器在工作頻率達 45MHz 時,尚有 18dB 的增益,本地振盪器工作頻率最高可達 200MHz。

        圖 1 與圖 2 相互比較,混頻器線路採用 Gilbert Cell 型態,因此可以自行選擇是平衡式或單端 (以接地為參考) 式的接法。振盪器線路中的電晶體射極與基極,分別成為此 IC 的二根接腳,能讓此振盪器線路成為可變頻率振盪器 (VFO)。

    Fig 02
    圖 2:NE602 的線路、接腳及方塊圖。



    線路說明

        接收機詳細的線路如圖 3 所示,這一部直接轉換式接收機,主要以二只 IC 為中心,配合少許的被動元件所組成。NE602 是這部直接轉換式接收機的心臟,負責振盪器與混頻器的雙重任務;LM386 是聲頻放大 IC。所使用的電感不用自己繞製,都可以在材料店購得,對應不同波段頻率所需要的電感值與電容值,請參看表 1。

        訊號從天線引入,經由 R1 扮演衰減輸入訊號的功能,再經由 T1 與 T2 為中心所組成的帶通濾波器之後,就進入 NE602。帶通濾波器中所選用的電容 C1/C3,如表 1 的值,可以使帶通濾波器的頻率響應,落在我們感興趣的頻率範圍內,因此不必再使用可變電容來調諧,倒是製作完成之後,可以調整線圈 T1 及 T2,使這帶通濾波器有最理想的效果,往後,就再也不用做任何的調整。

    波段 (MHz) C1/C3 (pF) C2 (pF) C10 (pF) C6/C7 (pF) C8 (pF)
    1.8 220 10.0 100 1000 560
    3.5 47 3.0 100 1000 560
    7.0 100 8.2 47 560 560
    10.1 47 3.0 68 680 220
    14.1 100 3.0 68 220 68
    表 1:不同波段所須的電容值。

    Fig 03
    圖 3:直接轉換式接收機的線路圖。



    聲頻線路

        混頻器輸出的聲頻訊號先到控制音量大小的 R4 去,再與接地端並接一只電容 C14,它可以去除掉可能從混頻器外洩出來而混雜其間的射頻訊號進入聲頻放大 IC。LM386 是一只再簡單不過的聲頻放大 IC,應用極為廣汎,最高可以提供達 40dB 以上的放大增益。

        此部直接轉換式接收機的總耗電流量是 10-15mA,很適合乾電池供電,果真如此,純淨的電源自不在話下。萬一使用電源供應器之類的電源,如此低的總耗電流量,也有利於減低因電源不純淨所產生的電源哼聲,這種現象要是沒有謹慎處理,很容易在直接轉換式接收機中成為驅之不去的惱人問題。

        LM386 雖然簡單,但最常見的毛病是因供給過高的電壓而損毀;LM386 第 6 腳的額定最高電壓是 8 伏,因此全機以 9 伏電源電壓為宜,最高不能超過 12 伏,否則會因超額電壓而燒毀,如果非得超過 12 伏不可,例如汽車內的供電,則可以加大 R5 至 33 歐姆。


    振盪器線路

        振盪器是以「考畢茲」式的結構為基礎,振盪調諧線路 T3/C11,是經由電容 C8 耦合。R2 是用來增加 IC 內振盪電晶體的偏流,可以解決振盪器反應遲鈍的問題,電阻值最低不得少於 22K 歐姆,這裡採用 27K 歐姆。


    製作

        線路板及零件擺放如圖 4 所示,假如調整可變振盪器的電容不想固定在線路板的話,線路板右邊約三分之一部分可切除,縮小線路尺寸。線路板很小巧,零件的擺放無拘無束,極適合初學者製作,因為採用進步而小巧的 IC,使得線路板很簡單,製作時,兩只 IC 都可以加裝腳座,而不直接把 IC 焊在線路板上,這裡的工作頻率都只在高頻部份,且在較低的高頻,所以不必擔心會有副作用。

    Fig 14
    Fig 04
    圖 4:接收機的線路板與零件擺置示意圖。



    施工與測試

        施工應從聲頻線路著手,從耦合電容 C12 到輸出,依序完成,之後接上耳機、R4、及 9 伏電源。用手指碰一下 C12 或 R4 的任何一個接點,耳機上應會產生吵雜的哼聲。接下來輪到以 NE602 為中心的相關線路,先不考慮 C11 及前端輸入線路,把最簡單的電感 T3 先裝上去,再裝其他零件。插上 NE602 之後,如果沒有把握,應再仔細地巡視一遍,接上電源,觸動 NE602 的第一腳或電容 C7 的端點,在耳機同樣會出現吵雜的聲音才對。

        加上 C11 之後,再接上電源,旋轉 C11,耳機傳出來的雜訊應該會有變化。先找來一只暫時代用的天線,接上 NE602 的第一腳,轉動 C11,應該可以得到初步結果,證明 C11 有選台能力,但因為還沒有經過射頻調諧線路,可能會有許多電台同時闖入,這不打緊,只要天線返到正常的 SK1 位置,就會正常,最後只剩下 T1 及 T2 所構成的帶通濾波器需要調整。


    設定接收範圍

        不論你手頭是否有測試儀器,都能夠把這部接收機調校妥當,但對像一部這樣的接收機而言,首先要確定好接收機的頻率範圍。第一步應該看看本地振盪器產生的頻率範圍,是否正確無誤地含蓋接收範圍;需要調整的話,可以轉動線圈 T3 的圈蕊,調整之前,SK1 得先接妥天線,切換到想要調整的波段。測試之初,應該選擇該波段低頻端的 CW 或 SSB 訊號。先把電容 C11 旋轉到交叉片完全不相含,然後緩慢調整 T3,直到聽到振盪器訊號聲響。調整 T3 時,應使用絕緣的調整棒,決不能用螺絲起子代用,這不只容易弄碎線圈內的蕊心,也很難調好。

        再把 C11 調到交叉片完全相合,若使用的零件是依表 1 行事,現在頻率應該在該波段的高頻端。如果撿用八寶箱內的舊品可變電容,也許得做幾次試驗及必要的調整。頻率含蓋太寬廣的話,可以在 C11 上串聯一電容,以縮小範圍。有些自認精明能幹的朋友,也許會採取不同的手段,把可變電容去掉一只肉片,這種不成功便成仁的方式,一旦失手,電容便要報銷,付出的代價是高了些。

        現在大致可算是大功告成,只差了一個步驟,調整前端的帶通濾波器。如果有訊號產生器,這個調整手續,相信也不用多說,但是我們寧願利用現成的訊號,接上天線之後,找到一電台,先調 T2,再調 T1 到最強的訊號;如果有必要,可以用 R1 來降低訊號強度,這樣只可以算是約略的調整,最理想的情況是在該波段的中間頻率附近找到一個不很強的訊號,重複調整 T2 及 T1,如此的校正,才可以稱得上是功德圓滿。


    接收機的操作

        此部直接轉換式接收機雖然構造簡單,如果運用得宜,應該會有很好的表現。一般接收機的天線輸入端阻抗大約是 50 歐姆,若是接用簡單的天線,勢必造成不匹配的問題,尤其對簡單的接收機,更要講究,否則馬上可以感受到一股很強的雜訊滿天飛的局面。這個時候,天線與接收機之間應該使用天線調諧器或簡單的匹配線路,以避免不必要的雜訊。另外,分別控制射頻與聲頻增益的旋鈕 R1 及 R4,也應好好把握。

        直接轉換式接收機經不起超強的訊號,很容易造成超載。太強的訊號進入混頻器,往往會造成訊號失真,嚴重時,還會引發雜訊。最理想的使用情況是,把聲頻放大倍數盡量調在最大,但以保持聲頻放大器不致失真及產生雜訊為原則,然後調整 R1,做為音量大小的控制。熟悉了這些操作要領之後,你一定會驚訝地說,如此簡單,零件又少的接收機,竟然有這麼美妙的性能。接收機部份已經完成,接下來是簡易發射機的製作。


    80~20 米波低功率發射機

        上面介紹的簡易直接轉換式接收機,如果沒有一部簡易的發射機來配合,好像是美中不足。這部發射機適用於 80~20 米之間的業餘波段,輸出功率介於 1.5~2.5 瓦之間,端視那一波段而定。製作也很簡單,零件備妥後,可以在二個小時之內銲接完成。

        參看圖 5,Q1 組成了皮爾斯石英晶體振盪器 (Pierce Crystal Oscillator)。通常在石英晶體振盪器線路要應用諧振線路取出訊號,才能得到成份比較純且振幅較大的輸出訊號。但是這裡有些不同,輸出是直接利用電容耦合,而諧振線路 T1 則在 Q1 的射極,它並沒有耦合輸出的功能,但是可以使輸出更穩定,減少諧波成份,使輸出訊號更純。振幅可達 4Vp-p,而且訊號沒有失真。

    Fig 05
    圖 5:自製 80 ~ 20 米波段的低功率發射機線路圖。



    小型的穩壓 IC 供電

        供應 Q1 振盪器的集級電壓先經由 U1 穩壓,這是小型的穩壓 IC,可提供 +5V、100mA 的電源。因為 Q1 集極只吃大約 10mA 的電流,所以對 U1 而言是輕輕鬆鬆。電鍵是經由 Q4 來控制 +12V 電源,這當然也控制了 +5V 電源。可以使電鍵的動作更平順,而不會有跳動現象或其他問題。


    零件選用

        Q2 是典型的緩衝 / 推動線路, 2N2222A 在 +12V 供電下,可以推動後級輸出達 1.5 瓦以上,在 13.5V 的供電下,功率更可達到 2.0 瓦。Q2 及 Q1 都是由 Q4 做電鍵開關。T2 是寬頻的射頻變壓器,讓緩衝級的 Q2 能順利的去推動由 Q3 組成的後級 C 類放大器,末級輸出能保持訊號清純,並且不會有失真。

        簡單的輸出濾波器是由 L1、C7、及 C8 組成,它可以濾掉諧波,但不提供匹配角色。由於這是低功率發射機,所以這樣簡單的濾波,便可以符合業餘法規的諧波限制規定。

        後級的 C 類放大器,有許多電晶體可以選用,2SC799 是最普遍、便宜,很多 CB 機器也都使用這一顆,額定輸出功率是 4 瓦。也可以 2N3866、 2N4895、2SC1306 等代用。

        此部低功率發射機所用的零件很活,甚至可以在零件箱或舊物櫃內就可以備齊,例如 RFC1 及 RFC2 換用許多其他電感,並沒有明顯的影響。不過,對於 T1 及輸出濾波器的零件可要講究,不能隨意更換。


    製作說明

        圖 6 是線路板,圖 7 則是零件安放示意。首先焊接電源線路的電容,接著是電鍵線路,再來處理 U1 穩壓 IC。焊妥電源線路及電鍵線路後,先確定 U1 的輸出是 +5V,電鍵的功能正常。一定要完成上述步驟之後,才能繼續下去。

        先把振盪器完成,其相關零件有 R1、R2、R8、T1、C1、RFC1、Q1、及 C2。要先證明此振盪器能正常工作之後,才能接下去焊接 Q2 的緩衝 / 推動線路,但先把 T1 粗調一下,得到較好的訊號,但不必調到訊號最強。同時也順便看一看振盪器起振盪時,是否有彈跳聲 (啦塔地響) 或反常的聲音,可以利用手頭的收發機或接收機來監聽檢查。如果有計頻儀或示波器,想監視輸出訊號,可以接到線路上的 T1 點,如果計頻儀的讀數與石英晶體的額定值差 1~2KHz,別緊張,在稍後製作完成時,很容易可以調回來。

    Fig 06
    圖 6:供型作圖 5 的線路板。

    Fig 07
    圖 7:圖 6 的零件安放示意。



    20 米波段須要額外的調整

    波段 (m) C1 (pF)
    20 27
    30 18
    40 51
    80 330
    表 2:各波段的 C1 值。

        T1 是小型的 10.7MHz 中週,為了使此中週能在各波段 (80 到 20 米波) 共振,須要動些手腳。在三隻腳的初級,要加一增墊電容 (Padding Capacitor),此一電容值因應不同波段而須選用不同值,參看表 2。雖然表 1 內 20 公尺波段的增墊電容是 27pF,但須要其他額外的修改。T1 底座內有一小的陶瓷電容,T1 裝上前此電容必須小心地除去。首先用美工刀,把陶瓷電容切成兩半,並用尖嘴鉗小心地把這兩半拉出外頭,但千萬不能直接強行拉斷,應該小心剪斷腳線後再除去。完成後,用三用電錶檢查 T1 初級 (三隻腳那一邊) 是否 三隻腳彼此導通,如果發現有斷路,必須換新 T1。除去增墊電容後,外加 27pF 電容,可以使 T1 的共振頻率落在 20 米波段。C2 在 +12V 的供電情況下,會使輸出功率局限在 1.5 瓦,不論是要增加功率或降低功率,都可以從 C2 下手,但不應超過 50pF。


    T2 怎麼繞

        T2 是繞在雙眼磁蕊上的寬頻變壓器,先繞次級,使用 24 號漆包線繞一圈。初次級的比例就由次級來控制,次級使用的是 28 號漆包線,80 及 40 米波段繞 5 圈,30 米波段繞 4 圈,20 米波段則繞 3 圈。初級繞線在一邊,次級則在另一邊。此兩眼磁蕊很小,眼孔也很小,太粗的漆包線在加工時會有問題。當然也可以改用較大的雙眼磁蕊,可是必須重新找出初次級的圈數比例。如果沒能找到兩眼磁蕊,也可以用環型磁蕊代替。


    輸出濾波器

        Q3 是後級放大,這是一般低功率發射機的標準線路。RFC2 的電感值要求不很嚴格,從 15uH~1mH,差別不大,只是因為 1mH 感抗大,輸出功率有些許的降低。理想的 RFC1 是 25uH~100uH。D1 是 36V 稽納二極體,它是用來保護發射機,當發射機未接天線時,若不小心壓下電鍵, D1 可以保護 Q3 免受燒燬。


    測試及操作

        測量輸出功率: 測試時,天線端子絕對要接假負載,耐功率只要 5 瓦就可以了。如果沒有假負載,可以使用三只 150 歐姆的 2 瓦電阻並聯,或利用其他方便的組合來做這假負載,絕對不能使用繞線的水泥電阻。雖然某些駐波比表內有假負載,但這些表頭通常不適合低功率使用。商用功率錶在低功率時並沒有很精確的校正,誤差很大,往往輸出超過 1 瓦時,讀數卻不到 1 瓦。最保險的方式,還是利用假負載配合示波器來量測最精確。

        散熱片: 儘管功率低,後級還是要裝散熱片為要,實際上,緩衝 / 推動線路內的 Q2 也裝上散熱片會更好,免得敲電鍵聊起天來時,還得一面擔心 Q2 過熱。散熱片與機殼相緊靠在一起,散熱效果會更好。另外要提醒的是,可別忘了 Q3 基極上的磁珠 Z1。

        改變頻率: 石英晶體振盪器輸出訊號的振盪頻率,可以安排在石英晶體上,並聯半可變電容以改變振盪頻率。雖然不能寄望有太大的頻率變化,但是可以調整的頻率範圍大約會在 2~3KHz 左右。使用這種方式調整頻率時,電容不能接地。這裡使用雙刃雙切 (DPDT) 開關,中間位置是 OFF,此時振盪頻率就是石英晶體的額定頻率,而其中一點開關裝有一電容,可以選擇另一振盪頻率,另一點開關裝有另一電容,又可以選擇另一頻率。這樣雖然只有使用一枚石英晶體,卻可以提供三個不同的工作頻率。如果取其中一邊,裝上可變 電容,那麼就可以有兩個固定頻率及一個可以有微調功能的頻率波道。

        利用接收機的振盪訊號: 若要利用直接轉換式接收機內的振盪訊號來供給發射機使用,要拿掉發射機線路上 Y1 位置的石英晶體,然後從接收機 IC1 的第 6、7 腳取得訊號,假如這接線會讓 IC1 不振盪,就要利用電容耦合以減輕 IC1 的負載。因為發射頻率與接收頻率來自同一訊號源,為了取得拍頻,必須要讓發射或接收時, IC1 的振盪頻率能相差約數百 Hz,以取得 CW 拍頻。 END



    雜誌目錄 依順序 雜誌目錄 依主題分類