QRP发信机电路设计的一些秘诀

                      编译：BD4RG

（原文刊载于QST 1988年2月号，作者：Doug DeMaw/W1FB）

Full QSK方式对QRP CW工作是有益的，在低功率不用继电器的情况下很容易实现。

By Doug DeMaw,W1FB

你可能发现全插入方式（QSK）对于QRP通联是个优点。在抬起电键期间它提供给你一个收听的机会。这让你知道频率上是否有QRM，或者其他电台以为你在守听而正在发信。（有时候你的信号衰减的太厉害以至于和你联络的对方认为你没有发信而在守听）在这种情况下QSK可以避免不必要的浪费。全插入方式在QRP野外通联日也很有用，他能节约时间让你获得更高的得分。

本文供喜欢制作简单设备的爱好者参考。图1的电路是一个实际的例子。为了优化它的性能以及印证本文所叙述的每一级的工作，我安装并测试了这个电路。

电路特点

我将讨论图1电路的要点使你理解它们是怎样工作的，这将有助于你自己设计QRP发信机。理解这些电路功能对检修机器也是有用的。

参考图1，Q1使用了VXO（可变晶体振荡器）产生震荡信号。与大多数VXO振荡器不同，这里采用了熟悉的皮尔斯（Pierce）振荡器。我发现和常用的考毕兹（Colpitts）VXO相比这个电路更适合我的需要。它不需要调谐输出电路就可以产生适当的激励推动后级。而且，C2（频率控制）可以在晶体频率标称值的上方和下方摆动。大多数考毕兹 VXO震荡电路不允许晶体“拉”到标称值的上方。我用的是一个HC-6封装AT切片的晶体，标称频率是7050 KHz。晶体Y1的负载电容是30pF，图1中C2可以使晶体的频率从7045到7052 KHz之间变化。加大RFC1的电感量将得到更宽的频移，但其代价是牺牲频率的稳定性。即使在很宽的环境温度下，也可以获得7-KHz变化范围的晶体控制的稳定输出。当野外通联日或野营时用QRP通联，这一点是很重要的；这时从白天到夜晚可能会有很大的温差。图1中VXO的不足之处是C2必须与地隔离。换句话说，电容的动片和定片都要与地绝缘。调谐电容（C2）可以安装在塑料托架上以达到与地隔离。

R5和R13用于降低RFC1和RFC2的Q值，太高的Q值使得键控波形的上升沿变得粗糙，这两个电阻可解决这个问题。C1是反馈电容，它的数值选择使得按键时不产生啾啾声同时Q1有较大的输出。你可能要试验一下C1 的数值，晶体的特性和你所用的晶体管Q1的增益决定了C1的最优值。

射频功率放大

我喜欢试验一些不是用于RF的晶体管来做RF放大，Motorola的MPS-U02是一个例子，它是为音频放大和开关用途设计的。它的fT（截止频率）是150 MHz，其集电极可以允许最大800mA连续电流。这些技术规格强烈暗示可用于射频功放！它的最大Vceo（基极开路时的集电极对发射极电压）是+40V。这对使用12伏电源电压的RF放大或音频放大时的集电极电压有足够的余量。典型的情况下RF放大时集电极电压（正弦波）将升到两倍的电源电压值。即当CW使用12V电压工作时其集电极电压将达到24伏。

MPS-U02的另一个好处是它非常便宜。有许多具有高的fT的低频/开关管适合用于RF放大，找一个fT是工作频率的五倍或超过五倍的管子，这将保证在工作频率上有足够的增益。

在Q1和Q2之间我使用了简单的电容耦合。选择C4的数值使Q2输出1.5W。在我的电路里用的是33pF。加大C4的容量将增加发射机的功率，但是超过Q2的安全极限是危险的。减少耦合将减轻振荡器的负载，C4的值太大会使Q1停振。我选择1.5W的输出功率，这使得Q2的集电极负载阻抗为48Ω。这由公式Z=Vcc/2Po决定，这里Vcc是集电极与发射极之间的直流电压、Po是输出功率。这让我可以用一个50Ω的滤波器（FL1）而在Q2和滤波器FL1之间不必使用宽带匹配变压器。Q2需要加散热器以减小晶体管的结温。对我这个实验电路用一个小型的散热器即可，在1.5W的输出连续按下电键10分钟散热器摸上去微温。

谐波滤波器

     FCC对5瓦以下发射信号纯度的要求是较宽松的，一个5节低通滤波器（图1中的FL1）足够满足规则要求。如果你要更好些的话，7节滤波器将对2次谐波和3次谐波提供更大的衰减量。我的滤波器参数是从ARRL手册的发信机一章中标准滤波器表格得到的。我选择Fco（截止频率）为8MHz。FL1的纹波系数为0.01。纹波表示滤波器频响曲线峰值部分的相对平坦度（幅度的峰谷差）。

如果FL1的两端都联结50Ω的无电抗（纯阻性）负载，C10和C12的数值应该是相同的。但是我们必须考虑晶体管的输出电容（对MPS-U02是20pF）、电路的杂散电容（大约10pF）以及收信电容C7。在电键按下时C7通过D2、D3和Q4与C10并联。这些电容的总和大约80pF，要得到滤波器的性能这个值必须从300pF（C10和C12应有的值）中减除。因此C10选用了220pF。由于Q2工作于A类线性放大模式，这也减少了谐波份量。D1提供大约0.7V的电压作为Q2的正向偏置。A类放大的另一个好处是需要的激励功率也较小。如果是用C类放大的话将需要更大的射频激励功率，同时输出的谐波信号的幅度也会高一些。

TR电路

你可能注意到了，在图1 的电路里包括了TR（收发转换）电路。Q3是PNP管，它是一个直流开关，它的作用是当电键闭合（按下）时将直流工作电压加到Q1上。电键闭合使得Q3导通，12V电压就通过Q3加到了Q1上。这个导通的12V电压也同时加到了NPN管Q4上，所以当电键闭合时Q4也同时导通。因为Q4处于完全的饱和导通，接收机的天线端通过Q4被短接到了地。D2和D3也同样完成这个任务，但是会在接收端的线上留下0.7V有效值的残留电压。这种并联二极管的技术是由Wes Hayward W7ZOI推广开的，在他的几个有Full QSK特色的QRP发信机里应用了这种电路。我这里用这两个二极管是作为Q4由于某种原因失效时的一个备份保护。TR电路里的取样电容C7的电抗必须大于400欧，过小的电抗会使发射功率有损失。按现在C7的数值会有一些功率损失在C7上，但是很小。由于C7的取值比较小，这种TR电路在接收期间会有轻微的信号损失。Hayward（W7ZOI）和Lewallen（W7EL）都在接收端加了个L3来减少这种损失。L3在工作频率上具有和C7相同的电抗，因此L3和C7就形成了一个串联谐振电路，这就减少了馈送到接收机信号的损失。用一个调磁芯的线圈（可变电感）能够帮助我们找到准确的谐振点。

我用泰克453A示波器测试了接收天线端对地的射频电压，当电键按下时在50欧的负载上有200mVp-p（70.7mV有效值），这点电压不会对任何收信机造成伤害，无论是固体（晶体管）接收机还是电子管接收机。

键控波形

许多自制的QRP发射机在谐波抑制和键控波形上都不够好，对于后者我自己也有放松。人们往往认为对QRP来说硬的键控波形效率更高些，从某种意义上说，这是对的。然而，在任何情况下键控波形都会产生咔嗒声。要减小这种咔嗒声，一个安全的做法就是设法获得一个约5mS的上升和下降时间，这被认为是完全可以接受的。这意味着一个无杂音的波形并同时具有足够快的恢复时间，以允许非常高的键控速度。过长的恢复时间（电键抬起时）将限制我们可以使用的键控速度。图2A显示了会产生咔嗒声的硬键波形、图2B说明具有圆角的波形不会产生咔嗒声、图2C显示拖了长尾巴的软键波形，这种波形不适合快速键控。

在图1的电路里键控波形是由C16、C17、R11和R12完成的。键控电路的旁路电容（如C5、C15）也会影响波形。C16、C17、R11影响恢复时间（trailing edge），R12影响上升时间（leading edge）。你还可以在R12和电键接口之间加一个电阻来进一步改进上升时间的波形，这个电阻的阻值在10K以下都是合适的。R11的阻值越大恢复时间就越长。

后记

我加了个开关S1用来监测频率而不必将信号发射出去。S1A闭合电键使Q3导通，同时S1B关闭Q2的工作电压，这样就降低了到接收机的信号强度。

也许你觉得VXO不如VFO好，我承认7KHz的可变频率是比较小，但是VXO在很多情况下工作稳定。对我来说野外通联这个更有吸引力，野营的时候带上两三个晶体没有什么困难。这将在40米波段提供足够的频率覆盖范围。你可能在做这种机器的时候希望有一个分布电容小的晶体选择开关来切换晶体，但请记住，对于给定的晶体来说引入的电容越多可变的频率范围就会越小。

我写这篇文章的目的是想给出一些设计上的提示，这些或许你还没有考虑到。我所谈到的这些是我收到的关于QRP发信机最常被问到的问题。我想表达的主要观点是：你“能够”做出你自己的机器，而且只要稍微多花点时间和金钱扩展一下电路，它将会工作的更加纯净和可靠。