Následující zapojení představuje kvalitní digitálně laděný vysílač s velkým výstupním výkonem vzhledem k rozměrům a jednoduchosti sestavení. Vf část si vystačí pouze se třemi tranzistory (oscilátor, zesilovač a koncový stupeň). Vysílač je přeladitelný přes celé FM pásmo bez nutnosti jakéhokoliv nastavování.

Provoz vysílače může být monofonní se zapnutou preemfází (spíše pro nenáročné využití), monofonní s vypnutou preemfází a předřazeným limiterem nebo s připojeným stereokodérem. Konektory BNC jsou univerzální, používané u profesionální techniky. Přes patřičný adaptér je možné připojit prakticky cokoliv. Použití LCD displeje není nezbytné, základní operace indikuje LED dioda.

S trochou zkušeností je stavba vysílače snadná a pokud se budete držet všech instrukcí, jeho oživení by mělo být otázkou chvilky. S vhodnou anténou je dosah kvalitního pokrytí několik km. Pro jistotu ještě upozorňuji, že provoz vysílače je v rozporu s našimi předpisy. Vtip je, že jsme často svědky věcí, které se sice nesmí, ale které se dějí, například v oblasti státní správy. Vzhledem k tomu, jakým způsobem český stát zajišťuje využívání rozhlasového pásma, nezbývá, než to vzít do vlastních rukou. Taková hromada špíny a hlouposti totiž nemá v civilizovaném světě obdoby.

Technické parametry

Následující tabulka udává orientační výstupní výkon pro frekvenci 90 MHz v závislosti na napájecím napětí, typu koncového tranzistoru i provedení desky plošných spojů (viz dále):

Pokud se to někomu zdá málo, vězte, že z toho jde vyždímat ještě víc. Z hlediska spolehlivosti je to ale proti zdravému rozumu. (Např. Q2 BFG135, R8 33R, R7 2k, Vcc 14 V => Pout = 9 W.)

Směrem k vyšším frekvencím se výkon samozřejmě snižuje, ale není to nijak drastické.

Schéma zapojení

Seznam součástek

Není-li uvedeno jinak, platí vše pro koncový tranzistor (Q3) 2SC1971.

Q1 - BF240
Q2 - BFG135 (BFG235)
Q3 - 2SC1971 (2N3553) + chladič
Q4 - BC547B
D1 - SB260 (1N5822, 1N581x)
D2, D3 - BBY40 (BBY31)
D4 - LED 5mm (třeba modrá, ta teď frčí)

U1 - 78L09
U2 - TSA5511 (TSA5512, SDA3202)
U3 - PIC16F627A (naprogramovaný)
U4 - 78L05

R1, R2, R11, R17, R20 - 10k
R3, R21 - 270R
R4, R10 - 4k7
R5, R7, R12, R13, R16 - 680R
R6, R14 - 18k
R8 - 47R (33R v případě, že Q2 je BFG235)
R9 - 18R
R15 - 33k
R18 - 3k3
R19 - 100k smd 1206
R22 - 91R
R23 - trimr 5k mini ležatý

C1, C4, C9, C12, C13, C14, C15, C30, C31, C32, C33, C35 - 10n smd 1206 (keramický)
C2, C20 - 15p (keramický)
C3 - 10p (keramický) (15p v případě jednostranné desky plošných spojů)
C5, C22 - 330p (keramický)
C6, C28, C29, C34 - 100u/10V (elektrolytický)
C7, C26 - 10u/35V (elektrolytický)
C8, C17 - 22p (keramický)
C10, C16, C23, C24 - 47p (keramický)
C11, C27 - 100n (keramický)
C18 - kapacitní trimr 50p
C19 - 470u/16V (elektrolytický)
C21 - 4u7/50V (elektrolytický)
C25 - 3n3 (fóliový)
C36 - 27p (keramický)

L1 - 3,5 závitu navinutých na průměru 7 mm
L2 - tlumivka mini, např. 1uH/815mA, nebo cca 10 závitů lakovaným vodičem na feritovém jadérku
L3 - 2,5 závitu navinutých na průměru 6 mm (4,5 závitu v případě, že Q3 je 2N3553), roztáhnout
L4, L5 - 3,5 závitu navinutých na průměru 6 mm, závity u sebe

Y1 - krystal 6,4 MHz
TR1 - vf feritový transformátor 2:1 (3:1 v případě, že Q3 je 2N3553), viz text
SW1, SW2 - tlačítko mini
J1, J2, J3 - konektor BNC plastový 90 °
J4 - napájecí konektor
J5 - konektor displeje standardu HD44780, 2x8 nebo 2x16 znaků
J6, J7 - konektorové kolíky - jumper

Nákup a zhotovení některých součástek

Většinu součástek bez potíží koupíte, i když k tomu bude nutné obejít minimálně 2-3 prodejny. Problém může být pouze s tranzistorem 2SC1971. V době psaní tohoto návodu byl skladem u TME, jinak zbývá patrně pouze objednání ze zahraničí. Je to kvalitní tranzistor a dává výborné výsledky, vyplatí se jej sehnat. 2N3553 mají skoro všude, ale výkonově to není ono.

Postarší frekvenční syntéza TSA5511 toho moc neumí, ale na vysílání má dobré parametry. Kupodivu ji stále není problém sehnat, což je štestí, protože jinak by nebylo nic. Pokud zrovna není skladem, doporučuji podívat se na skládce odpadu v oddělení televizních přijímačů. Novější frekvenční syntézy se sice při troše úsilí dají sehnat i v kusovém množství, ale jsou v pouzře TSSOP nebo menším, což přináší značné komplikace při výrobě plošného spoje i pájení. Takové trápení si proto nechámě třeba někdy na příště ;)

Krystal 6,4 MHz umožňuje krok ladění 0,1 MHz, což v našich končinách postačuje. Krok 0,05 MHz je možný pouze s krystalem 3,2 MHz, ten je u nás ale prakticky nesehnatelný. Frekvence 6,4 MHz je již sice hodně mimo oficiální schopnosti obvodu TSA5511, ale chodí to bez jakéhokoliv problému a vlastně nic jiného ani nezbývá. Prodejci součástek chrápou, musíme brát to, co je k dostání.

Cívky jsou vinuty lakovaným nebo postříbřeným vodičem průměru kolem 0,8 mm (příliš na něm nezáleží). Postříbřený vodič je o něco dražší a lepší, ale je třeba se vyvarovat zkratu mezi závity či s okolím. Je totiž prostý jakékoliv izolace. Na tlumivku L2 je použit slabší vodič, tu však můžete i zakoupit.

Integrované obvody U2 a U3 je lépe umístit do patic.

Několik součástek je v provedení smd. To není proto, abyste to měli obtížnější, ale protože to má lepší vlastnosti nebo už nebylo místo na desce nebo klasické provedení neexistuje. Není to žádná významná překážka, jde to spájet i trafopáječkou.

A jsme u toho nejzajímavějšího - transformátoru TR1. Tento prvek se významně podílí na kvalitě celého vysílače při zachování jeho jednoduchosti. Nebojte se, zhotovení transformátoru je rovněž velmi snadné. Použijeme k tomu dvouděrové jádro (materiál 61 nebo N1) známé z anténní techniky (prodává GES), kus vodiče, kterým jsme vinuli cívky a kus slabšího vodiče, který byl použit např. na zhotovení cívky L2. Slabším vodičem navineme počet závitů v závislosti na použitém tranzistoru Q3, silnějším vodičem navineme jeden jediný závit. Více už by měly napovědět obrázky (pro 2SC1971). Lakovaný vodič je třeba před zapájením na konci zbavit laku, to je snad jasné.

Alternativně lze místo dvouděrového jádra použít téměř jakýkoliv feritový prvek (vliv to sice má, ale malý), například slepit několik feritových kroužků či válečků, jako na následujícím obrázku. Jejich průměr by měl být co nejmenší, což zde zrovna není příliš dobře splněno:

Hlavní funkcí transformátoru je impedanční přizpůsobení tranzistorů Q2 a Q3. Zatímco Q2 má výstupní impedanci blízkou 50 ohmům, Q3 jakožto výkonový typ ji má výrazně nižší. Trafo převádí impedanci s druhou mocninou počtu závitů. Tedy v případě poměru 2:1 je převod impedance 4:1, v případě poměru 3:1 je to 9:1. Velmi se také hodí funkce stejnosměrného oddělení. Nakonec je také užitečné zmenšení plochy proudových smyček. Od vývodů trafa k příslušnému tranzistoru je to blíž než kolik by činila vzdálenost mezi tranzistory propojenými klasickým způsobem. Trafo je širokopásmové, není třeba žádného dolaďování a nastavování.

Předpokládám, že každý, kdo se pustí do stavby vysílače, už má za sebou sestavení hromady jiných zažízení (cože, ne?), takže není třeba zde popisovat postup při osazování desky plošných spojů. Snad jen poznámku, že u vf zařízení je třeba všechny vývody od součástek zkrátit na nezbytné minimum. Pozor u tranzistoru 2N3553, na pouzdru má kolektor, nesmí přijít do kontaktu se zemí. Pouzdro krystalu Y1 je naopak nutné se zemí spojit. Kapacitní trimr C18 (zejména křáp z GME) se může po více otočeních poškodit - dotknou se desky, které mají zůstat izolované. Na to pozor, hrozí zničení Q3. Pokud při otáčení C18 dochází k náhlým výpadkům výstupního signálu, volá C18 po odpadkovém koši.

Samostatnou kapitolou je chlazení koncového tranzistoru Q3. Pokud z toho hodláte tahat výkon 5 W a více, chladič zobrazený na obrázcích možná nebude stačit (záleží na míře proudění vzduchu). Zrovna tranzistor 2SC1971 není levná záležitost a byla by škoda ho usmažit. Naštěstí nabídka vhodných chladičů je hodně široká. Tranzistor lze umístit nastojato i naležato (pozor při ohýbání vývodů!). Horší je to při použití 2N3553. Tam je chladič spojen s kolektorem a tedy s výstupem, nikoliv se zemí. Je to dost hloupé, ale výrobně jednodušší. Velký chladič by v takovém případě mohl ovlivnit správnou funkci vysílače. Proto z toho při použití 2N3553 moc velký výkon nelze tahat, nehledě na to, že tento tranzistor má menší zesílení, takže to stejně moc nejde. Ale i ty 2 W jsou na tak kompaktní vysílač dobrý výsledek. Vývody koncového tranzistoru by měly být co nejkratší! Každý milimetr navíc znamená ztrátu výkonu. Ideální je max. cca 5 mm.

Při ohýbání vývodů tranzistoru 2SC1971 můžete bohužel lehce poničit jeho vnitřní strukturu! To se projeví značným poklesem výkonu nebo úplnou ztrátou funkce, následně se můžete zakoktat ve snaze vychrlit ze sebe všechny známé vulgarismy. Vývody je třeba ohnout až v určité vzdálenosti od pouzdra, přímo u pouzdra nesmí dojít k ohybu ani silnějšímu tahu. Alternativou je nechat vývody přímé a použít jiný typ chladiče.

Na místě Q2 by v nouzi šel použít i BFG97 či BFR96. V případě BFR96 je třeba zvýšit R8 na cca 56R. Dosažitelný výkon je však výrazně menší. Stejně tak na místě Q3 lze použít 2N3866. Ten má podobné vlastnosti jako 2N3553, neunese však příliš velký výkon. Proto bude asi třeba zvýšit R8 cca na hodnotu, při které přestane Q3 odcházet ;)

Ovládací software pro U3

Program pro U3 je ke stažení zde: plltsa.zip (verze 1.3). Program je v několika modifikacích: pll64.hex - krystal 6,4 MHz, pll32.hex - krystal 3,2 MHz, pll.asm - pro libovolné úpravy.
Pojistky: WDT: Enabled, OSC: INTRC-I/O, MCLRE: I/O.

Při prvním zapnutí naskočí frekvence 87,5 MHz. Ladění se provádí stiskem jednoho z tlačítek, každé tlačítko pro jeden směr. Po několika sekundách nečinnosti se nově zvolená frekvence odešle do frekvenční syntézy a vysílač se přeladí. To může trvat i několik sekund. Poté se frekvence automaticky uloží do EEPROM (symbol diskety). Po další chvíli nečinnosti dojde k uzamčení tlačítek (symbol klíče) pro zamezení nechtěného přeladění. Odemčení se provede delším stiskem jednoho z tlačítek.

Na displeji i pomocí LED diody je indikován stav, kdy se podařilo dosáhnout naladění (uzavření smyčky fázového závěsu). To může trvat i několik desítek sekund, přestože už je frekvence naladěná. Tato indikace je také vyvedena na pin 1 mikrokontroléru U3 a může být použita například pro opožděné zapnutí přídavného zesilovače výkonu. Dokud frekvence skutečně nesedí, nepůjde nic do éteru.

Popis funkce

Oscilátor s tranzistorem Q1 kmitá na frekvenci určené zejména cívkou L1 a kapacitami varikapů D2 a D3. Na varikapy je rovněž přiveden modulační signál. Přes kondenzátor C8 je signál přiveden na první zesilovač s tranzistorem Q2. Odpor R8 slouží ke stabilizaci jeho pracovního bodu a omezení maximálního proudu tranzistorem na povolenou hodnotu. Změnou R8 se dá v širokých mezích měnit výstupní výkon (pozor na max. proud tranzistorem Q2). Funkce transformátoru TR1 byla již popsána. Za koncovým tranzistorem následuje obvod impedančního přizpůsobení, tvořený zejména prvky L3 a C18. Před výstupem je ještě zařazen filtr typu dolní propust pro odfiltrování vyšších harmonických.

Vzorek signálu od oscilátoru je zaveden do vstupu obvodu fázového závěsu U2. Dle aktuální frekvence a nastavené frekvence generuje fázový závěs ladicí napětí. Fázový závěs je ovládán přes sběrnici I²C z mikrokontroléru U3. Napětí pro vodič SDA je trochu netradičně odebíráno z datového pinu pro LCD (přes R20), protože se tím zjednodušila situace na desce plošných spojů. Programově je to ošetřeno, není třeba to nijak řešit. Pokud byste měli pocit, že R20 blokuje místo pro větší chladič, lze jej umístit zespodu v provedení smd a zapojit někam mezi SDA a Vcc.

Dioda D1 zkratuje napájecí zdroj při zapojení s opačnou polaritou. Tedy aspoň do doby, než ji zkratový proud změní v popel. Pro tento případ je proto dobré zařadit do napájecí cesty pojistku.

Kondenzátor C22 kompenzuje útlum vysokých frekvencí na RC článku R10, D2, D3. Jeho vliv se pozná pouze při použití kvalitního stereo kodéru, zlepšuje separaci kanálů.

Oživení

Obecně se doporučuje sestavovat zařízení po částech a každou z nich zvlášť testovat a oživovat. Já to nemám moc rád, přijde mi to zdlouhavé, jelikož už hořím nedočkavostí. Proto něco takového nebudu doporučovat ani ostatním. Po kompletním osazení desky zkontrolujte zejména zkraty mezi spoji, polaritu elektrolytických kondenzátorů a správnou orientaci tranzistorů Q1 a Q4 a stabilizátorů U1 a U4.

Dále je třeba sestavit umělou zátěž, kterou dočasně zapojíme na výstup místo antény. Pro začátek doporučuji 2 až 3 žárovičky 24V/3W či 24V/170mA spojené paralelně (viz obrázek). Začneme s malým napájecím napětím, například 9 V. Hodí se i nějaké proudové omezení. A teď to přijde. Sledujte žárovičky a na okamžik připojte napájení. Svítily aspoň náznakem? Tak je to v pořádku.

Teď je možné zvednout napájecí napětí na 12 V. Kapacitním trimrem C18 nastavte jejich největší svit. Ten se přitom nesmí měnit skokem, to by byla známka nestability (viz následující tabulku). Na displeji asi není nic vidět, proto nastavte trimrem R23 správný kontrast. Pokud tam jsou vidět jen nějaké kostky či divné znaky, máte chybu v kabelu k displeji.

Nyní je potřeba nastavit cívku oscilátoru L1. Její nastavení určuje frekvenční polohu pásma, které je schopen fázový závěs naladit. Nastavuje se roztahováním či stlačováním závitů. Je to samozřejmě opět jednoduché. Pomocí tlačítek se nalaďte na frekvenci 107,9 MHz a nastavováním cívky L1 se dosáhne stavu, kdy má ladicí napětí hodnotu 7,5 V (s tolerancí cca 0,2 V). Ladicí napětí najdete na kolektoru tranzistoru Q4 (nikdy neměřte přímo na varikapech). Pokud je ladicí napětí nižší, je třeba závity více stlačit. Pokud je ladicí napětí vyšší, je třeba závity více roztáhnout. Situaci už samozřejmě kontrolujeme na přijímači, kde bychom ve finále měli frekvenci 107,9 naladit (bude tam ticho).

Dále se nalaďte na 87,5 MHz a zkontrolujte ladicí napětí. Mělo by být cca v rozsahu 0,8-1,8 V (při použití BBY31 možná o něco vyšší). Více se v tom nešťourejte.

Pokud budete vysílač často přelaďovat, nemá asi smysl pokaždé nastavovat kapacitní trimr C18 na maximum výkonu. Kompromisu se dosáhne při jednorázovém nastavení při frekvenci cca 105 MHz. Pro přesnější nastavení doporučuji mezi vysílač a umělou zátěž zařadit aspoň 10 metrů koaxiálního kabelu. Ono totiž maximum výkonu do samostatné umělé zátěže může být v jiné poloze C18 než při připojení skutečného koaxiálního kabelu, zejména pokud jsou jako umělá zátěž použity žárovičky.

Následuje tabulka s některými příznaky problémů a možnými přičinami:

Nakonec zbývá již jen připojit zdroj zvukového signálu na konektor Audio/MPX.

Deska plošných spojů

Plošný spoj je možné zhotovit jako jednostranný (spoje jen zespoda) i oboustranný (na vrchní straně přibude zemní plocha). Asi vás bude zajímat, jaký je v tom rozdíl. Mohlo by se říci, že je to celkem jedno, ale oboustranné provedení plošného spoje dává až o třetinu vyšší výstupní výkon, dokonce aniž by bylo třeba změnit hodnotu jediné součástky. Kdo se trochu pohybuje v oblasti vf, nemělo by ho to překvapovat. V případě jednostranného provedení tvoří zemní vodiče větší smyčky a mají větší indukčnost (Zkuste se při skoku do výšky odrážet od bláta místo pevné podložky. Tranzistor také potřebuje pevnou zem.). Oboustranné provedení má za následek větší zesílení jednotlivých stupňů, aniž by to bylo na úkor stability, neboť zároveň přibude stínění. Takže se rozhodněte sami. Pravda, oboustranné provedení je mírně pracnější.

Osazení součástkami.

Spodní strana desky plošných spojů.

Vrchní strana desky plošných spojů (nepovinné, jak bylo řečeno). Alernativně můžete zhotovit vrchní stranu následujícím způsobem: Na oboustranné desce se vyleptá pouze spodní strana a vyvrtají se otvory. Na vrchní straně se vrtákem o větším průměru odvrtá měď kolem všech otvorů, kde příslušný vývod není spojen se zemí. Při tom je třeba dát pozor na provrtání skrz desku, stačí pár takových děr jako vrata a vaše duševní rozpoložení vám již nedovolí vysílač dokončit.

Rozměr desky je 109 x 54 mm. Při oboustranném provedení je třeba vývody na zem u vybraných součástek propájet i z vrchní strany, doporučeno u Q3, TR1, U1, D1, U4, SW1, SW2, R3, R8, C11 a dále dle libosti.

Ukázky zhotovení

Oboustranný plošný spoj, 2SC1971.

Oboustranný plošný spoj, 2SC1971.

Jednostraný plošný spoj, 2N3553.

Spodní strana se součástkami smd, 2SC1971.

(C) 2011 Pira.cz. Komerční využití tohoto zapojení není dovoleno.