FM-передатчик на 3-х транзисторах. Схема

Данный FM-передатчик имеет очень стабильную работу. Дальность его действия составляет от 100 до 200 метров в зоне прямой видимости, но если его носить с собой, дальность падает до 20–50 метров из-за того, что тело поглощает большую часть сигнала.

Передатчик можно использовать как ручной микрофон, слушать звуки диких животных, для передачи звука телевизора из одной комнаты в другую и т.д.

В конструкции данного FM-передатчика много интересных особенностей. Об этом будет подробно рассказано далее. Одной из важнейших особенностей этого проекта является использование распространенных компонентов.

Примечание. Поскольку в некоторых странах существуют ограничения на использование FM-передатчиков, то вам необходимо знать законы в вашем регионе, прежде чем начинать строительство. В некоторых странах требуется лицензия, в некоторых передача вообще запрещена, а в других FM-диапазоны выделяются специально для любительских трансляций. Различные требования отражают зрелость руководящих органов и их понимание того, что радиоволны являются общественным достоянием и должны контролироваться.

Данный передатчик можно настроить для работы на любой частоте от 85 МГц до 110 МГц, в зависимости от количества витков и расстояния между витками катушки. Окончательную подгонку частоты можно выполнить с помощью подстроечного конденсатора. Это даст возможность изменять диапазон примерно на 5 МГц, так что вы сможете выбрать не занятую частоту.

Чувствительность

Чувствительность передатчика в значительной степени зависит от номинала нагрузочного резистора R1 электретного микрофона. В прототипе мы использовали сопротивление 39 кОм, так как используемый нами микрофон был очень чувствительным. Если вы хотите повысить чувствительность, то сопротивление этого резистора можно уменьшить до 33 кОм, но не опускайтесь ниже.

Электретные микрофоны бывают разных размеров. Все они работают по одному и тому же принципу — генерируют выходной сигнал при подаче напряжения. Некоторые из них обладают высокой чувствительностью, а другие — крайне низкой. Невозможно выяснить разницу не испытав их на деле.

Электретные микрофоны не производят напряжение или ток, а скорее изменяют напряжение на нагрузочном резисторе. Вот почему необходим нагрузочный резистор, подключенный последовательно с одним из выводов.

Функция каждого компонента

• Электретный микрофон улавливает звуки и выдает сигнал в районе 2-20 мВ.
• Нагрузочный резистор R1 для микрофона сопротивлением 39 кОм определяет степень усиление микрофона.
• Конденсатор C1 (разделительный) емкостью 22 нФ удаляет постоянную составляющую между микрофоном и входом первого каскада.
• Транзистор VT1 (BC547) обеспечивает усиление аудиосигнала с коэффициентом около 70.
• Резисторы сопротивлением 1 МОм (R2) и 22 кОм (R3) смещают транзистор VT1 так, что на коллекторе находится половина напряжения питания. Это дает каскаду максимальное усиление.
• Конденсатор С2 емкостью 100 нФ передает звук на высокочастотный генератор.
• Конденсатор C3 емкостью 1 нФ поддерживает стабильность на базе транзистора VT2 (BC547) высокочастотного генератора (90 МГц).
• Резистор R4 сопротивлением 47 кОм запускает высокочастотный генератор.
• Резистор R5 сопротивлением 470 Ом обеспечивает обратную связь с эмиттером через конденсатор C7 емкостью 10 пФ, для поддержания работы генератора.
• Подстроечный конденсатор C4 емкостью 2-10 пФ, конденсатор C5 емкостью 39 пФ и 6-витковая катушка L1 образуют схему управления рабочей частотой генератора.
• Конденсатор C6 емкостью 10 пФ отводит небольшую часть сигнала и передает ее на выходной каскад.
• Транзистор VT3 (BC547) работает как линейный усилитель и передает на антенну сигнал от генератора.
• Резистор смещения базы R6 сопротивлением 150 кОм запускает выходной каскад.
• Антенна 170 см — подходящий размер для полуволновой антенны для работы на частоте 90 МГц.
• Конденсатор C8 емкостью 22 нФ предотвращает изменение напряжения при пиковой нагрузке генератора и выходного каскада. Он поддерживает работу схемы на максимальной производительности, когда батареи начинают разряжаться.
• Источник питания 3 В — это минимальное напряжение, необходимое для надежной работы и хорошей производительности.

Как это работает

Схема довольно сложна, и, чтобы понять ее работу рассмотрим функцию каждого компонента по отдельности.

Первый компонент, о котором мы поговорим, — это электретный микрофон. Это устройство, содержит в своем составе полевой транзистор и диафрагму, которая изготовлена из тонкого металлизированного полимера, заряженного в электрическом поле.

Один из выводов полевого транзистора (затвор) подключен к толстому металлическому диску, расположенному рядом с диафрагмой, так что, когда звуковые волны попадают на микрофон, они слегка перемещают диафрагму и влияют на заряды на металлическом диске, которые входят и выходят из затвора полевого транзистора.

Полевой транзистор — это устройство с высоким импедансом, которое не препятствует перемещению зарядов. Полевой транзистор усиливает заряды, создавая выходной сигнал на своем выводе (сток).

К стоку подключен нагрузочный резистор R1 сопротивлением 39 кОм, величина которого определяет коэффициент усиления полевого транзистора. Если вы уменьшите номинал резистора, выходная мощность возрастет, но в то же время может усилиться фоновый шум, и поэтому необходимо найти компромисс между чувствительностью и шумом.

Следующий компонент — конденсатор C1 емкостью 22 нФ. Он отделяет постоянную составляющую микрофона с первым звуковым каскадом. Его значение не критично, однако емкость его должна быть как можно больше, чтобы можно было пропускать низкие частоты. Емкость 22 нФ — это самое высокое значение, доступное для керамики в небольшом корпусе.

Следующий блок, который мы рассмотрим, — это аудиоусилитель. Основная задача данного каскада — обеспечить усиление микрофона, чтобы микрофон не был перегружен. Это сведет к минимуму фоновый шум.

Каскад состоит из транзистора VT1 и двух резисторов смещения (R2 и R3). Чтобы каскад был отделен от других частей схемы, он имеет разделяющий конденсатор C1 емкостью 22 нФ на входе и C2 емкостью 100 нФ на выходе. Транзистор VT1 смещен через базовый резистор 1 МОм, что обеспечивает усиление примерно от 70 до 100.

Следующий блок — это высокочастотный генератор, работающий в диапазоне 100 МГц. Фактическая частота зависит от параметров катушки и конденсатора в этой цепи. (Параметры катушки: 6 вит. эмалированного медного провода диаметром 0,5 мм, диаметр катушки 3,2 мм).

При значениях, указанных на схеме, частота генератора составляет примерно 90 МГц, и ее можно увеличить или уменьшить на несколько МГц, раздвинув или сжав катушку. Растягивание катушки увеличивает частоту, а ее сжатие снижает частоту. Частоту можно дополнительно подстроить с помощью подстроечного конденсатора C4 (+/- 5 МГц).

Генератор является ГУН (генератор управляемый напряжением), это означает, что напряжение источника питания влияет на рабочую частоту. Мы предполагаем, что питание стабильное при создании и тестировании проекта. Это будет иметь место, когда батареи новые. По мере разряда батареи, частота будет немного сдвигаться. Вы можете использовать щелочные элементы — это даст около 200 часов стабильной работы.

Другие компоненты схемы также оказывают воздействие на частоту генератора, но они имеют лишь незначительное влияние. Однако, если некоторые компоненты удалить из схемы, генератор вообще не будет работать.

Некоторые из этих компонентов находятся далеко от генератора, однако их влияние может быть весьма значительным. Например, удаление конденсатора C3 на базе генератора или конденсатора C8 по линии питания будет иметь ощутимый эффект, и генератор либо вовсе не будет работать, либо будет иметь очень слабый сигнал.

Мы не рекомендуем изменять какие-либо значения или каким-либо образом изменять компоновку платы, так как характеристики схемы улучшились после многочисленных испытаний, и любое отклонение может привести к снижению эффективности или отказу в работе.

Например, смещение катушки L1, конденсатора C5 и подстроечного конденсатора C4 всего на 1 см от коллектора транзистора VT2 снизит выходную мощность на 50%. Увеличение длинны дорожки уменьшит импульс обратной связи к эмиттеру транзистора каскада генератора и не сможет обеспечить надежный запуск. Также собранная на макетной плате схема будет работать очень плохо из-за неправильной компоновки. Поэтому настоятельно советуем вам собирать данную схему сразу на печатной плате (рисунок печатной платы можно скачать в конце статьи).

Вернемся к блоку генератора. Он запускается через резистор R4, обеспечивая протекание тока в цепи коллектор-эмиттер транзистора VT2. В цепи коллектора подключена схема настройки генератора, состоящая из конденсаторов C4, C5 и катушки L1.

В первый момент конденсатор C5 заряжается, так как имеет более низкий импеданс. Когда напряжение на нем повышается, напряжение с линии питания начинает поступать и на катушку в результате чего возникает электромагнитный поток.

По мере увеличения напряжения на конденсаторе нарастание электромагнитного потока замедляется, и достигаете точки, при которой рост его останавливается. Конденсатор теперь разряжается через катушку, пытаясь сохранить поток, и вся энергия от конденсатора передается катушке.

Когда конденсатор разряжен, электромагнитное поле катушки начинает разрушаться, и при этом на витках катушки создается напряжение, полярность которого противоположна возбуждающему потенциалу.

Эта противоположная полярность начинает заряжать конденсатор в противоположном направлении, и в то же время небольшая часть напряжения передается на эмиттер транзистора через конденсатор C6, чтобы слегка выключить транзистор. Это эффективно выводит транзистор из схемы и позволяет катушке выполнять свою задачу по зарядке конденсатора.

Когда электромагнитный поток снижается, достигается такая точка, при которой поток неспособен уже заряжать конденсатор, и напряжение на конденсаторе заставляет ток течь обратно в катушку для создания потока.

От этого возникает еще одно изменение напряжения, которое не способно отключить транзистор через обратную связь с помощью конденсатора C6. Поэтому проводимость транзистора помогает конденсатору в обеспечении катушки энергией.

На этом завершается полный цикл и все повторяется снова с частотой 100 МГц (100 миллионов раз в секунду!)

Теперь мы подошли к функции конденсатора C3. Сигнал на базе транзистора VT2 изменяется на частоте 100 МГц в соответствии с сигналом на эмиттере, но конденсатор C3 обеспечивает ограничение, в результате чего база удерживается на уровне около 2,6 вольт.

В месте с тем звуковой сигнал, поступающий на базу имеет более низкую частоту и конденсатор C3 пропускает его, поэтому на базе транзистора VT2 тоже будет изменения сигнала. Это в свою очередь влияет на коэффициент усиления транзистора и его внутреннюю емкость. При этом происходит изменение частоты генератора на величину входящей звуковой волны. Это называется частотной модуляцией и дает очень чистый передаваемый сигнал без искажений.

Сигнал с генератора через разделительный конденсатор C7 поступает на выходной каскад (линейный усилитель).

Предназначение этого каскада — отделить генератор от антенны, чтобы антенна не загружала генератор и не изменяла его частоту. Это важно, если вы хотите носить передатчик как петличный или ручной микрофон.

Выходной каскад частично включается базовым резистором R6, а сигнал с конденсатора C7 увеличивает и уменьшает базовый ток транзистора VT3. Транзистор усиливает это и создает переменный ток на коллекторе. На рабочей частоте часть этого тока поступает в антенну и излучается проводом в виде радиоволн.

Резистор R7 в цепи коллектора удерживает сигнал вдали от линии питания, одновременно подавая ток на антенну.

Последний компонент — это конденсатор C8. Он необходим для уменьшения внутреннего сопротивления источника питания (аккумулятора) и для стабилизации схемы в момент пиковой нагрузки.

Скачать рисунок печатной платы (7,2 KiB, скачано: 255)