F305对讲机原理与制作资料.docx
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F305对讲机原理与制作资料
在上个世纪90年代,F30系列无线对讲机的制作曾经风靡一时,引得众多无线电爱好者争相制作,广泛交流,并不断改进出新,掀起了一股业余无线电制作的高潮,成为一代无线电爱好者久久难忘的美好回忆。
今天当我们再次回顾这些经典的制作项目时,依然有着非常亲切感觉。
希望通过这款经典制作,重新唤起大家对学习业余无线通信技术的热情,再次点燃无线电爱好者的制作激情。
本刊也将继续提供10米波(30MHZ)的调频对讲机的套件,感兴趣的朋友不妨动手试试!
F30-5调频无线对讲机
无线对讲机作为一种简单的通信工具,由于它不需要中转和地面交换机站支持,就可以进行移动通信,所以深受人们喜爱,目前广泛的应用于生产、保安、野外工程等小范围通信领域中。
本次制作实验是针对单工对讲机电路进行的,简明起见,以下讲述中将不再特意强调“单工”。
图1是本次实验用的无线对讲机电路方框图。
图1
本调频对讲机电路的主要电性能指标参数:
1、接收机灵敏度………………………≤lμv
2、信号选择性………………………≥50db(±25KHz)
3、限幅灵敏度………………………≤1.5μv
4、频率稳定度………………………≥10-6
5、最大调制频偏………………………≥±3KHz
6、待机静态电流………………………≤lOmA
7、高频发射功率………………………≥2W(75Ω)
8、发射机工作效率………………………≤50%
9、音频输出功率………………………≥50mW
10电池供电电压………………………9.6V(8节5号充电电池)
工作原理
图2
F30-5型无线对讲机外观如图2所示,F30-5型对讲机在接收电路上使用两只高频场效应管作为高放,采用了二次变频电路,具有灵敏度高、选择性好等优点。
发射电路采用的是分立元件,由4只三极管组成4级放大电路,发射功率可达3W左右。
图2中,面板上的数字按键和顶部的频道转换开关是装饰用的,并无实际应用。
图3是电路原理图。
图3
1.发射部分原理分析
驻极话筒MIC用于话音信号的拾取,并将话音转化为电信号,通过C25送入放大电路。
电阻R19是驻极话筒偏置电阻,改变该电阻阻值,将会影响话筒输出信号幅值,一般可以在2k~10k之间选用合适的阻值。
JT1晶体与电容C19、C18、D4组成一个并联谐振网络,晶体在回路中可以等效为一个高Q值电感。
为了满足调制需要,晶体回路中串入了由变容二极管D4组成的调频电路。
经过BG6放大的话音信号,通过C22、R10送入调制电路。
改变变容二极管的容量,就可以微调振荡器的中心谐振频率fo,由于变容二极管是依靠反向电压VD来控制其结电容量Co变化的,所以只要改变控制电压VD,就可以达到改变电容量的目的。
从而实现话音信号对振荡器频率调制的要求。
JT1、BG5、C19等组成的主振级,其振荡频率为晶体标称频率。
振荡器的三倍频选出,是由C17、L9组成的并联谐振回路来完成的。
当振荡器工作时,由于它们的谐振点略低于三倍频,对晶体振荡器来讲,该并联谐振回路呈现为容性。
不会对振荡电路造成影响。
但对于三次谐波来讲,该并联谐振回路呈现为阻性,并利三次谐波产生谐振,使并联谐振回路两端的三次谐波电压幅值达到最大,此电压经电容C16送往下一级放大器进行电压放大。
从而完成了电路的振荡、调频、倍频的全过程。
BG3及外围元件组成高频放大级,实际上是一个甲类高频谐振放大电路,而由BG2及外围元件组成的激励级,则是一个丙类谐振功率放大电路。
偏置电阻R3是专门为激励管BG2提供基极直流偏置而设置的。
为了保证为基极提供足够大的电流。
一般选择R3的阻值都较小,否则会影响激励放大器的输出功率。
末级管BGl的基极下偏置电阻R2阻值仅51Ω,由于从激励级送来的高频激励信号幅度、功率己经足够大,完全可以使末级功放管BGl可靠的工作在开关状态下。
为了保证末级功放管BGl有较强的高频输出功率,除了选用放大倍数较高的高频功率管外,还应该保证末级功放管BGl有足够大的工作电流Ic,为此特意将基极电阻选择的较小,以保证有BGl基极有足够大的激励电流Ib,在功放管BGl的集电极回路里,串接有由L4、C6组成并联谐振回路,能较好的谐振在发射信号的主频fo上,而对主频以外的各次谐波分量,能起到较好的滤除作用。
但由于LC组成的并联谐回路一般Q值都比较低,要靠它将高次谐波滤除干净有一定的困难。
所以在信号的回路中,串入了一级由L3、C4组成的串联选频回路,以便能更好的达到滤除谐波分量的目的。
由BG4和D3等组成了一级简单的稳压电路,主要是为发射电路中部分需要稳压供电的电路提供电源。
2、接收机电路原理
当外界的信号通过天线进入电路后,首先通过由C1、L1、C2、L2、C3等组成的带通滤波器网络进行滤波处理后,送至由B1、C28组成的并联谐振回路,进行选频,并联谐振回路的谐振点选择在接收信号中心频率fo上,对fo以外的信号进行衰减。
B1采用抽头分压部分耦合接入方式,主要是为了使天线与电路阻抗匹配,满足天线输入网络输出阻抗低和BG8输入阻抗高之间的阻抗变换。
为了防止由于发射电路工作时,天线上所产生的高频电压(20Vpp值以上),击穿场效应管的BG8的栅极,所以电路中加入了由二极管Dl、D2组成的电压限幅电路,利用二极管正向压降较低(0.7V)的特性,将输入电压限幅在0.7V以下,以保证BG8高放管的安全。
本电路中承担高频放大任务的放大管是BG8,该管选用高频双栅场效应管(3SKl22),为了提高放大器交流增益,电路采用共源极放大方式设计,在漏极回路中串入了由C32、B2组成的并联谐振选频回路,使电路的信号选择性能进一步得到提高。
本级放大器能够产生约20db的电压增益,有效的提高了接收机的灵敏度。
采用10.7M、455kHz两种陶瓷滤波器,其中10.7M为三端型、455K为五端型,由它们完成对一中频、二中频的选频滤波任务。
本机的一次混频,采用高频双栅场效应管“3SKl22”担任混频管。
高频信号经过C33直接送至混频管BG9的栅极G1,而本振信号则直接注入栅极G2,从混频的注入方式来看,相当于三极管混频器的共基极注入混频电路形式。
本地振荡电路采用晶体三倍频振荡器,振荡管是BG1O,电容C40、C41、和晶体JT2组成谐振网络,其中C40、C41为分压电容,调整它们的比值,可以改变振荡器的电压反馈系数。
振荡器的基准频率fo由晶体定决。
在振荡管BG1O的集电极回路中,串有由C39、B5组成的并联谐振选频回路,它负责将振荡器的三次谐波从电路中选出,完成对fo的三倍频输出。
由于振荡器的中心频率为fo,由C39、B5组成的回路谐振点在3fo,对三倍频等效为阻性。
但对基频信号频率fo,并联谐振回路则呈现为容性,由于等效容抗很小,可以看成为交流短路。
所以不会破坏振荡器的工作条件,使振荡器能够正常工作。
为了使晶体准确的振荡在其标定频率fo点上,振荡回路中有一个和晶体相串联的微调电容C37,微调该电容,可以微调振荡器谐振频率fo。
经混频后得到的10.7M中频信号由B4和C36组成的并联谐振回路选出,经B4的次级线圈送至JT4。
JT4是一个10.7M的带通陶瓷滤波器,用于再次进行10.7M的选频处理。
它的电气特性近似于晶体,但品质因素Q值要比晶体低一些。
在外差式调频接收机电路中,混频、中放、鉴频等电路是必不可少的单元电路,这些电路元件多、电路复杂、调整不便。
这个接收机电路中所采用的集成电路,采用调频接收电路MC3361,该电路中包括有二混频、二本振、限幅中放、鉴频器、静噪电路等功能单元。
MC3361鉴频后的信号,从第9脚输出,通过由C59、R40、C58、R39组成的L型滤波器滤波后分为两路输出。
一路经R39、C55送至音量电位器W1,另一路经C57送至静噪调整电位器W2。
由于送至W2的信号中含有噪声信号的高频份量,将这些噪声送至MC3361第10、11脚组成的带通放大器进行电压放大,使放大后的噪声电压具有一定幅值,经由D6、D8倍压检波后得到一个直流电压值。
再将此电压送至后级由MC3361第12、13脚组成的电压比较器进行电压比较。
一旦反相输入电压高于同相端的电压值,比较器的输出端电平就会出现翻传,由“0”变为“1”,通过第13脚去控制三极管BGl4和BGl3由导通变为截止,切断音频电路电源。
从而完成从信号采样、噪声滤波、噪声放大、检波、电压比较、电源控制的全过程。
由于从鉴频器得到的信号,电压幅度小、信号微弱,不能直接推动扬声器发音,所以必需对音频信号进行功率放大,本电路就是采用小功率、低电压的音频功放电路LM386。
接收电路的稳压电源由BG12及外围元件组成。
它们的稳压输出值由稳压管的额定电压值和调整管的管压降决定,稳压输出电源供除音频放大电路以外的接收电路使用。
3.关于晶振频点的选用
电路中一共需要用到3只晶振。
JT1是发射机用晶振,它的频点需要我们事先计算来确定。
我们假设发射频率是29.6MHz,发射电路是采用了3倍频的方式得到的29.6MHz,那么晶振的频率就是29.6/3=9.8667MHz,实物JT1晶振标称值就是9.8666MHz。
JT2是接收机一级本地振荡频率电路用晶振。
由于接收机采用的超外差式电路,一中频频率为10.7MHz,那么一本振需要的频率就是29.6+10.7=40.3MHz,该频率同样是通过3倍频的方式得到,因此,一本振JT2晶振频率就是40.3/3=13.4333MHz。
JT3是10.245MHz,它是第二本振频率。
由于在电路中,一中频是10.7M,二中频是455KHz,那么二本振就是10.7M-455KHz=10.245MHz。
该频率是常见的二级本地振荡频率。
很多接收机电路都有采用。
10.245MHz晶振元件很常见,易于采购。
制作步骤:
在对这款对讲机的工作原理有了初步了解之后,我们就可以动手组装了。
图4是全套散件的照片。
图4
零配件一共分成了6个小袋包装,分别是电阻元件袋、电容元件袋、电感元件袋、二三级管集成电路等元件袋、电位器插座件袋,以及塑料旋钮与螺丝附件袋。
在拿到套件后,可对比附带的元件清单,清点一下元件的数量。
确认无误后就可以开始装配了。
1.焊接元件
比照原理图,按照“先低后高”的原则,焊接各元件。
其中短跨接线可用剪下的二极管引脚来代用,共有4根,位置分别在印制板上标有⑤-⑤、⑥-⑥、⑧-⑧以及C15的上面。
长跨接线有5根,按照印制板上的连线焊装。
电解电容位置上印有白色实心半圆的一侧是负极。
驻极话筒需要事先焊好引脚,如图5所示,然后再装在印制板上。
注意:
与驻极话筒外壳相接的一端是负极,不要装反。
图5
实物中变容二极管D4是由三极管B561代用,装配时B561中间引脚C极不用,B极与JT1相接,E极与地相接。
电阻RF、RJ、LED、场效应管暂不装。
焊装完毕的印制板如图6所示。
图6
2.安装电位器和天线插座
将机壳上盖面板与屏蔽框上部靠在一起,并将天线插座、带开关的音量电位器、静噪电位器、耳机座分别安装在上盖上,并注意调整好位置,再全部拧紧螺母固定。
如图7所示。
图7
3.印板与屏蔽框组合
图8是收发转换开关,按图示把中间引脚稍微掰弯一点,以利于稍后的装配。
焊接前可用刀片把3个焊片上的氧化层刮一下,并上锡。
图8
印制板是通过外围预留的6个长方型焊盘与屏蔽框焊在一起的。
先把印制板放入屏蔽框中比划一下,摆好位置,把屏蔽框上对应需要焊接的位置用刀片刮一下,以清除氧化层,然后上锡,必要的话可以加入一些松香等助焊剂。
接下来将印制板和收发转换开关再次放入屏蔽框中,其中收发转换开关是垂直安装,置于印制板的上端缺口处。
如图9所示。
摆好位置后将印制板和屏蔽框焊好,并将收发开关焊牢。
图9
之后焊装两只贴片封装的场效应管。
特别建议在焊接这个两只管子的时候,将电烙铁断电,用余热焊接,以免电烙铁的感应电将场效应管击穿而导致损坏。
焊接时要注意分辨引脚顺序,图10是场效应管的外观图片,从图中可以看出,左上角的引脚较大,而印制板上场效应管的4个引脚焊盘中,也有一个较大的,一一对应就可以使引脚定位。
如图11所示。
图10图11
4.焊接导线
参照印制板上文字标注,将带开关的音量电位器、静噪电位器、天线插座、喇叭分别用引线与印制板相接,再将收、发LED指示(原理图编号为DF、DJ)插入屏蔽框顶部的预留位置,并把限流电阻RF、RJ的一端直接与DF、DJ的正极引脚焊在一起,RF的另一端与收、发开关中间引脚焊在一起,RJ的另一端与收、发开关上端焊盘焊在一起,该焊盘还需用剪下的元件引脚,与印制板上的接收电路相接。
如图12所示。
图12
由于套件所配的耳机插座还是早期的φ2.5mm单声道的产品,相关的耳机市面上已经很少见,因此,耳机插座的引线可以省略不装。
图13是此步完成后的整机图片。
图13
至此,对讲机的元器件装配部分暂告一个段落,接下来就可以开始调试步骤了。
调试
1.发射机的调试
按照图14所示,将1只104(0.1μ)瓷片电容和1只6.3V/0.5A的小灯泡串联起来,接在发射天线上。
图14
将发射机接入9.6V稳压电源,同时监测总电流,从前往后依次轻微调整各空芯线圈,最终使总电流在1A以内,且灯泡发光亮度最大。
如图15所示。
图15
如果存在总电流过大或过小,灯泡亮度太亮或太暗,那么都表明电路还存在一些问题,解决的主要途径还是检查焊装质量,是否存在元件错焊、损坏、焊点短路、连线断路的情形。
2.接收机的调试
调试前先按照图16,自制一个简易场强仪,它可以配合数字万用表直流电压档来使用,可以用来测试本振的工作状态。
对照原理图将板上元件焊好后,其信号输入端通过引线接2只红、黑鳄鱼夹,用于测试电路板。
输出端通过引线接2只红、黑香蕉插头,便于直接插入数字万用表的插座上。
各引线的长度尽量短些为好,以避免引入不必要的干扰信号。
实际使用可参考图17。
图16
图17
将接收机通电后,将红色鳄鱼夹夹在⑺测试点上,黑色鳄鱼夹接地(夹在屏蔽框上即可),数字万用表选用直流电压档的较低档位,调整B5磁芯,观察数字万用表上的电压指示,在磁芯靠近中周底部区域时使数字万用表上显示的数值为最大,就可以认定一本振已经能够正常工作了。
再将红色鳄鱼夹夹在⑻测试点上,观察数字万用表的显示,有一个明显的电压值就可以初步认定二本振已经起振了。
在上述两部测试中,只观察数字万用表是否有明显的数值显示,以此来作为参考,具体数值并无实际对应关系。
有数值就表明振荡电路已经起振,数值大表明振荡的幅值也较高。
如果没有测试数值,就表明振荡电路没起振,需要检查电路,排除故障。
两级本振都正常后,就可以以先前调好的发射机作为信号源,来调试接收机。
在发射机的天线插座上接图18的小灯泡,间断通电工作,并给话筒送话。
接收机在天线插座上接一段5-10cm长的电线作为临时天线,将静噪电位器旋至不静噪位置,音量电位器旋至适中,与发射机拉开5米左右距离,从前往后依次调整B1、B2、B4,同时兼顾调整B3监频中周,使接收机喇叭收到的信号音量最大最清晰。
调整时需注意:
1接收机应使用电池做为电源,如果使用外接实验电源,则电源导线可能会成为天线,导入过多的发射机信号,从而引起调试出现偏差。
2发射机工作时亦可通过降低电源电压来实现降低发射功率,达到减小发射信号强度的目的,以利于接收机的调试。
例如将电源电压降低到7V时,发射机不仅发射功率明显下降,发射管发热量也显著下降,从而可以连续通电工作,方便接收机的调试。
3从前往后依次调整一遍B1、B2、B4后,各中周还需要再次微调,以改善接收效果。
之后,再拉开一段距离,再次微调各中周,以求达到最佳接收效果。
4必要时可以将正式天线接上,拉开距离实测,以验证调试效果。
单方向调整好后,将两机对调,重复上述步骤,完成另一方向的调整。
按照本步骤介绍的业余方法,虽然没有校准发射和接收本振频率,仅作了是否起振的判断,以及对振荡幅值的估算,但由于晶振频率制造精度有了显著提高,10.7M和455KHz滤波器亦有一定的带宽,频率上的偏差在业余条件下的调试感受并不明显,最终结果依然可以满足一般要求。
调整时都要注意,中周的磁芯需要用无感改锥调整,如果没有专用无感改锥也可以用优质竹牙签削制。
或者用钟表改锥代用,每次调整后金属改锥需远离中周,再确定调整效果。
磁芯的一字槽比较小,旋转调整时用力要轻,不要用蛮力,磁芯的一字槽一旦碎裂也很难处理,只能拆下中周才能更换磁芯,比较麻烦。
各中周一旦调整好后,最好用高频石蜡封固。
业余条件下用优质蜡烛也可以,点燃蜡烛后将蜡滴入磁芯中,如图18所示。
图18
整机装配
1.装屏蔽板
将绝缘纸放置在印板的走线面。
该绝缘纸与收发开关有一定重叠,需要剪掉一小块。
如图19所示。
图19
将屏蔽板扣在绝缘纸上,四角与屏蔽框焊接在一起,焊接前,用刀将焊接处刮干净,并上锡,再焊接。
焊点要扁平,不要凸出,以免装入机壳时受阻。
焊好后如图20所示。
图20
2.装机壳后盖
后盖有两根电源引线,左边是正极,与音量电位器上的开关相接,右边是负极,与屏蔽框接在一起。
同时把模拟的塑料频道转换开关装上,底部用1只M6螺母固定在屏蔽框上。
如图21所示。
图21
用2颗M2×4螺丝将后盖与屏蔽框固定,如图22所示。
图22
用热溶胶或者胶水将喇叭固定在机壳前盖的喇叭槽中,如图23所示。
图23
将屏蔽框装入机壳的前盖中,并在前盖底部用2颗M2×4螺丝固定。
用一颗M1.6×6自攻螺丝将机壳后盖与前盖紧固,如图24所示。
图24
用导线将电池槽内的电池簧片与接触电极连接起来。
电池槽上端的接触电极是与机壳后盖上的电极相接触,为机器供电之用。
下端的接触电极是与专用充电器相接的,如果没有专用充电器,下端接触电极可不焊接引线。
导线的焊接点要扁平,如有凸出将影响电池装入。
要区分好接触片的正、负极。
如图25所示。
图25
将电量充足的8节5号电池,最好是充电电池装入电池槽中,由于电池槽比较紧凑,电池直径误差不能过大,如果电池较粗可能不能顺利的装入电池槽中。
将电池槽的盖板扣上,把电池盒推入机器中,同时将腰带卡子从上往下推入机壳后盖预留的槽中,把提绳装在侧面的孔中。
如图26所示。
图27是机器顶部图。
图26
图27
至此,F30-5调频无线对讲机全部组装调试完毕,装好天线,就可以试验通信了。
从整个装配过程来看,装调好F30-5无线对讲机还是需要一定的理论知识和技能经验的,有较高的装配难度。
但是如果能够完整的将本套件装调好,也就标志着你的技能水平已经迈上了一个新的台阶。
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