AM vysílač 25 W PLL 530-1800 kHz

Pásmo středních vln je u nás přes den prakticky prázdné a přitom střední vlny naladíte téměř na každém přijímači. Vysílání na středních vlnách stojí za vyzkoušení. Následující zapojení ukáže, že postavit AM vysílač s dobrými parametry není s dnešními součástkami vůbec nic složitého.

Tento návod je obsáhlejší než je obvyklé, přestože samotná konstrukce je poměrně jednoduchá, prakticky bez nastavování a její úspěšné zprovoznění je otázkou pouhého dodržení postupu. Ta kopice textu pramení z toho, že tímto návodem se na Pira.cz otevírá dosud opomíjený obor - amplitudová modulace. Pásma AM rozhlasu mají svá specifika, proto je nutné alespoň ta nejdůležitější ve stručnosti zmínit. Středovlnná verze dostala přednost zejména proto, že přijímače pro toto pásmo jsou hojně rozšířené a pásmo je tedy obecně atraktivnější.

amtxf.jpg (57143 bytes)
Sestavený AM vysílač.

Pro AM hovoří nejen spousta volných kmitočtů. K dosažení dobrého pokrytí není třeba lézt s vysílačem po kopcích nebo střechách paneláků, potenciál experimentování s vysílací anténou je prakticky nevyčerpatelný, okruh posluchačů může při vynaložení dostatečného úsilí zahrnovat příznivce dálkového příjmu z celé Evropy. Abychom jen nechválili, je třeba zmínit i určité nevýhody. Začneme třeba tím, že kvalita zvuku přenášeného pomocí AM je z různých důvodů omezena na malý zlomek toho, co lidské ucho zvládne. To je prostě fakt, který může a nemusí vadit, čistě v závislosti na obsahu a účelu vysílání. Jinou nevýhodou může být potíž někomu vysvětlit, kterak vůbec přepnout přijímač na příjem středních vln a proč. Ano, v záplavě moderního elektronického smetí, které za chvíli stejně končí hluboko v šuplíku nebo v popelnici, se lidé běžného intelektu stále hůře orientují. To vede až k patologickým jevům, neschopnosti rozlišovat skutečnou kvalitu a celkovému nepochopení obsahu tohoto pojmu. A tak můžeme potkávat stále více pacientů, kteří by sice nad poslechem AM vždy jen ohrnuli nos, ale přitom se snaží zvýraznit s pomocí jakési plastové krabičky vydávající neposlouchatelné skřeky, technickou kvalitou hluboko pod úrovní pouličního tlampače. Kvalitu obsahovou raději ani hodnotit nebudeme, to je již práce pro odborníky. Chci tím říci, že zatímco v minulém století jsme se od zvuku AM postupně dostávali kvalitativně výš, dnes se vracíme zpět a v mnoha případech jsme se už dostali i pod tuto metu. Zvuk AM není to nejhorší, co dnes můžeme slyšet. Použitím některých triků dokonce můžeme dostat docela slušný výsledek. Je také třeba si uvědomit, že potenciální posluchači AM se nerekrutují z většinových skupin obyvatelstva. A to je vlastně další velké plus.

S vysílací lokalitou je to v případě AM poněkud komplikovanější než se na první pohled může zdát. AM má z principu i jednu nepěknou vlastnost a tou je změna indukovaného napětí v závislosti na modulačním signálu. V praxi to znamená, že AM přijímačem se v těsné blízkosti vysílače stávají i elektrická zařízení, u kterých by se o tom výrobci ani nezdálo. Bohužel. Z vlastní zkušenosti mohu zmínit například naplno řvoucí domácí telefon u hlavního vchodu do bytového domu, ve kterém byla zem vysílače připojena na uzemněnou vodovodní instalaci. Samozřejmě, ten domácí telefon a jeho instalace je fušeřina, nevím, jak by takový krám mohl fungovat v Liblicích nebo v Topolné. Ale jednou tam je a dokud tam je, vysílání AM je v takové lokalitě výrazně zkomplikováno. Možná by šlo nějak zajistit jeho poruchu a výměnu, možná tam ale dají něco ještě horšího... S přímým rušením příjmu televize problémy nebývají, frekvence jsou již velmi odlišné. Naopak jsou to spíše televize, nabíječky mobilních telefonů a další brak, který svými odfláknutými spínanými zdroji ruší na AM pásmech. Průšvih však nastane, pokud se silný AM signál dostane do napájení anténního zesilovače. Sice to není naše chyba, ale máme opět o problém navíc.

Koncepce vysílače

Zapojení bylo navrženo s ohledem na minimální náročnost mechanického provedení, výbornou reprodukovatelnost a snadnou obsluhu. Veškeré součástky jsou umístěny na jednostranné desce plošných spojů a dají se bez problému koupit. Nemusíte se bát žádných strašáků, jako jsou transformátory, obrovské a drahé otočné kondenzátory, elektronky, speciální stínicí boxy a jiné hrůzy. Tedy ne že bych byl proti takovým komponentám nějak zaujatý, ale v dané výkonové kategorii dnes nemá jejich užití opodstatnění. Extrémně konzervativní povahy by možná vytkly použití jednočipového mikrokontroléru PIC18F1220. V prvotní fázi návrhu s ním nebylo počítáno, ale nakonec jsem podlehl, neboť počet součástek se jeho zásluhou snížil téměř na polovinu při nesrovnatelně vyšší kvalitě a spolehlivosti. Vhodný programovací software včetně zapojení jednoduchého programátoru je volně dostupný v několika variantách, takže to definitivně přestávám považovat za nějakou překážku.

amtxblk.gif (10588 bytes)
Blokové schéma AM vysílače.

Klíčovým prvkem vysílače je zesilovač pracující ve třídě E (class E, návrhový software existuje). Význam tohoto typu zesilovače stoupl s rozšířením rychlých MOSFET tranzistorů s malým odporem v sepnutém stavu. Jde o nelineární zesilovač buzený obdélníkovým signálem požadovaného kmitočtu, na jeho výstupu dostáváme zesílený signál sinusového průběhu. Pro vysílač tohoto typu jde o bezkonkurenčně nejlepší volbu. Vyznačuje se vysokou účinností (často až 80 %) a velmi jednoduchým obvodovým řešením. Narozdíl od lineárních zesilovačů lze nosný kmitočet generovat obvodem typu 4046 s výstupem TTL, bez potřeby speciálního směšovače či filtru a se snadným přeladěním přes celé pásmo středních vln. Vysílací frekvence se nastavuje pomocí jumperů v binárním tvaru přímo v kHz. Pro úplnost se zmíníme ještě o dalším možném způsobu řešení koncového stupně, který se dnes používá v profesionální praxi, a tím je cosi, co můžeme nazvat jako výkonový D/A převodník. Vysílač se skládá ze spousty (např. 48) zesilovačů o stejném výkonu nebo z několika zesilovačů odstupňovaných po dvojnásobcích výkonu a výstupy všech zesilovačů, které pracují v některé z energeticky úsporných tříd, jsou sloučeny do jediného výstupu. Taková struktura tvoří výkonový D/A převodník, který lze přímo digitálně řídit - jednotlivé zesilovače zapínat a vypínat a tím dosáhnout AM modulace. Vzhledem ke značné složitosti se takový přístup začíná vyplácet až od výkonů kolem 1 kW.

Výstupní impedance vysílače je 50 ohmů. Přizpůsobení se provádí pomocí cívky s proměnnou indukčností. V praxi je to vyřešeno pomocí 5 oddělených cívek, z nichž 4 mohou být nezávisle zkratovány pomocí relé. Ta jsou řízena přes rotační hexadecimální přepínač. Celkem tak máme k dispozici 16 různých hodnot indukčnosti, které vystačí k téměř plynulému přeladění přes celé pásmo středních vln. Protože hodnoty kondenzátorů jsou až na jednu výjimku fixní, v souvislostech se vztahy pro návrh zesilovače třídy E z toho plyne jedna drobná nevýhoda. Výstupní výkon je závislý na frekvenci, na horním konci pásma je vyšší, při stejném napájecím napětí. Zapojení i obsluha se tím ale značně zjednodušuje, horní konec pásma je navíc pro vysílání mnohem zajímavější, takže to příliš nevadí. Je vhodné si uvědomit, že relativní šířka pásma středních vln je obrovská a nevídaná, horní frekvence je oproti dolní více než trojnásobná! Z toho plyne určitá obtížnost návrhu snadno přeladitelného koncového stupně.

S danými hodnotami součástek je výstupní výkon omezen na nějakých 25 W při napájení 30 V. Výkonový potenciál zapojení je sice vyšší, sahá až někam ke 100 W, jenže i při těch 25 W už některé komponenty docela topí a pro vyšší výkony by vyžadovaly zcela jiné mechanické provedení. Kdo potřebuje vyšší výkon, určitě už si poradí i s tím, jak toho bezpečně dosáhnout. Budiž mu tento návod inspirací.

Amplitudová modulace nosné vlny je obvykle zajištěna až v posledním zesilovacím stupni pomocí změny jeho napájecího napětí. Tato konstrukce není výjimkou, jiný způsob by zde ani nepřicházel v úvahu. Přes zesilovač zvukového modulačního signálu tedy "teče" celý výstupní výkon vysílače. V návaznosti na jednočipový mikrokontrolér je jediná rozumná volba zesilovač třídy D pracující s pulzně-šířkovou modulací (PWM). Jeho účinnost v takových zapojeních se pohybuje kolem 90 % a vzhledem k nízkým nárokům na jeho parametry (nestavíme Hi-Fi soupravu) je obvodově velmi jednoduchý. V zapojení není použit modulační transformátor, který jinak bývá jednou z nejkritičtějších komponent, navíc výrazně degradující kvalitu zvuku. Napájecí napětí pro koncový vf zesilovač je odebíráno přímo z výstupu modulačního zesilovače. Ve stavu bez modulace je tedy na jeho výstupu přibližně polovina napájecího napětí. A to je asi jediná nevýhoda oproti řešení s transformátorem, které při stejném napájecím napětí může dát až 4x vyšší výstupní výkon (výkon je úměrný druhé mocnině napětí, víme?). Pro dosažení plného výstupního výkonu je tedy třeba vysílač napájet napětím kolem 30 V. Je to ale mnohem výhodnější. Transformovat napájecí napětí směrem k vyšším hodnotám je dnes pomocí snadno dostupných měničů přímo hračka oproti případu, kdy za stejným účelem transformujeme zvukový signál za modulačním zesilovačem.

Hloubka modulace je nastavena na 80 %. Čistě z pohledu energetické účinnosti přenosu je nejvýhodnější hloubka modulace 100 %, i za cenu toho, že výkon ve stavu bez modulace bude odpovídat jen polovině napájecího napětí. V praxi ale není výhodné navrhovat vysílač na hloubku modulace 100 %. V prvé řadě je třeba vytvořit určitou rezervu pro překmity modulačního signálu, které zde mohou vzniknout ve filtru zesilovače třídy D. Jakýkoliv překmit přes 100 % totiž znamená značné zkreslení zvuku, případně i vznik nepříjemných přechodových jevů, neboť v extrémním případě dochází až k otočení polarity napájecího napětí výstupního vf zesilovače. U starších rozhlasových vysílačů hrozilo i zničení koncového stupně, jejich hloubka modulace proto často nedosahovala ani 70 %. Zanedbatelný není ani fakt, že s hloubkou modulace vzrůstá zkreslení v přijímači.

Před samotnou modulací je zvukový signál optimalizován filtrací přes několik dolních propustí, zvýrazněním vysokých frekvencí zejména v rozsahu 3-5 kHz, kompresí dynamiky a ořezáním špiček. Veškeré tyto úkoly jsou prováděny digitálně uvnitř jednočipu, bez nadsázky tedy můžeme vysílač označit i hrdou zkratkou DSP. Tento postup zpracování zvuku je navíc ekvivalentní až několikanásobnému zvýšení vysílacího výkonu oproti případu, kdy se na nějakou optimalizaci vykašleme. Kvalita modulace je vskutku vynikající. Rodina jednočipů PIC18F sice není určena k digitálnímu zpracování signálů, ale obsahuje dostatečně rychlý A/D převodník a vzhledem ke slušnému výpočetnímu výkonu a integrované jednocyklové násobičce je možné naprogramovat jednoduché DSP struktury jako FIR filtry nebo zesilovač s programovatelným zesílením. Pro jistotu ještě připomínám, že mluvíme o nasazení pro AM vysílač. Proto nám skutečně nijak nevadí například pouze 10bitový A/D převodník, 16bitové zpracování a 8bitový PWM výstup. Počet bitů má vliv pouze na odstup signálu od šumu a ten je u AM omezený už ze samé podstaty.

Vzorkovací frekvence A/D převodníku je 31,25 kHz. Před výstupní dolní propustí je vzorkovací frekvence zvýšena na čtyřnásobek, tedy na 125 kHz. To usnadňuje filtraci tohoto kmitočtu za modulačním zesilovačem. Přestože pravidla pro vysílání na AM určují maximální přenášenou frekvenci 4,5 kHz, v tomto vysílači toto pravidlo úmyslně není respektováno a uvedená hranice je posunuta na přibližně dvojnásobek. Neděste se, jde o běžnou praxi i u oficiálních rozhlasových stanic. Na kvalitu zvuku to má totiž velmi pozitivní vliv. Praxe ukázala, že na běžném přenosném přijímači není při použití tohoto vysílače poznat rozdíl mezi FM a AM. Zde bohužel platí obecně známé pravidlo, že čím levnější přijímač, tím lepší zvuk na AM, neboť filtrace vyšších kmitočtů (a tím i mezikanálová selektivita) nebývá tak dokonalá.

Technické parametry

Napájecí napětí 10-33 V (stabilizované či z baterie)
Napájecí proud až 2.5 A při 33 V
Frekvenční rozsah PLL 1-4095 kHz (krok 1 kHz)
Využitelný frekvenční rozsah 530-1800 kHz
Optimální frekvenční rozsah 700-1600 kHz
Hloubka modulace Typicky 80 %, špičkově 90 %
Harmonické zkreslení (1 kHz)   <1 %
Odstup signál/šum 50 dB
Frekvenční rozsah audio (-3 dB)   40-6200 Hz
Výstupní impedance 50 ohmů
Potlačení frekvence PWM 50 dB
Potlačení druhé harmonické 30 dB
Potlačení třetí harmonické 50 dB
Rozměr desky 144 x 90 mm

amtxg1.gif (1711 bytes)
Výstupní výkon v závislosti na frekvenci, napájecí napětí 30 V.

amtxg2.gif (1591 bytes)
Výstupní výkon v závislosti na napájecím napětí, frekvence 1233 kHz.

amtxg3.gif (1818 bytes)
Celková účinnost vysílače v závislosti na frekvenci, napájecí napětí 30 V.

Výstupní výkon měřen při modulaci sinusovým signálem a hloubce modulace 80 %. Výkon bez modulace získáme dělením číslem 1.6.

Schéma zapojení

amtxsch.gif (38262 bytes)
Klikni pro zvětšení.

Seznam součástek

Q1, Q7, Q9 - BC640
Q2, Q3, Q8 - BC639
Q4 - IRF9530
Q5, Q6 - IRF630
D1 - LED červená 5mm - indikátor Hard clipping
D2 - LED žlutá 5mm - indikátor Soft clipping
D3 - LED modrá 5mm - indikátor Gate
D4, D5, D6, D8, D9, D10, D11, D12, D13, D14, D15, D16, D17, D18, D19, D20, D21, D22 - BAT46 - rychlá Schottky dioda
D7 - Zenerova dioda 8V2/0.5W
D23 - Zenerova dioda 56V/1.3W

U1 - 7805
U2 - 7808
U3 - PIC18F1220-I/P (naprogramovaný)
U4 - 74HC4040 (74HCT4040)
U5 - 74HC4046 (74HCT4046)

R1, R14, R23 - 4k7
R2, R4, R5, R6, R16, R17, R18 - 680R
R3 - trimr 10k stojatý (např. řada 10H)
R7, R8, R9 - 10k
R10, R11, R20, R24, R25, R27, R34 - 270R
R12, R13, R28 - 5R6
R15 - 47k
R19, R29, R30, R31, R32 - 47R
R21, R26 - 4k3
R33 - 1k
R21 - 4k3, viz text
R22 - 47k, viz text

C1, C6, C7, C21 - 470n/63V (fóliový)
C2, C22, C26 - 6n8 (fóliový)
C3, C4 - 15p (keramický)
C5, C8, C9, C10, C11, C12, C13, C14, C15, C28, C30 - 100n/50V (keramický, smd 1206)
C16 - 2n2/250V (fóliový)
C17, C27 - 220p/100V (keramický, smd 1206)
C18 - 3n3/250V (fóliový)
C19 - 680n/63V (fóliový)
C20 - 100u/10V (elektrolytický)
C23, C24 - 4n7/250V (fóliový)
C25 - 220p (fóliový), možno i keramický smd 1206
C29 - 22n/250V (fóliový)
C31 - 2200M/35V (elektrolytický)

L1, L4 - tlumivka 10uH miniaturní
L2 - 470uH, vzduchové jádro, přibližně 210 závitů lakovaným vodičem 0.8 mm na kostřičce o průměru 1 cm a délce 1.5 cm
L3 - 25uH/3A (18 závitů vodičem 0.8 mm na prstencovém feritovém jádru o vnějším průměru 2.5 cm)
L5 - cívka samonosná, 19 závitů vodičem 1 mm na průměru 1 cm, délka 2 cm
L6 - cívka samonosná, 3 závity vodičem 1 mm na průměru 2 cm, délka 0.5 cm
L7 - cívka samonosná, 11 závitů vodičem 1 mm na průměru 1 cm, délka 2 cm
L8 - cívka samonosná, 11 závitů vodičem 0.8 mm na průměru 2 cm, délka 1.5 cm
L9 - cívka samonosná, 19 závitů vodičem 0.8 mm na průměru 2 cm, délka 2 cm
Závity samonosných cívek jsou počítány na jejich horní straně.

Y1 - krystal 10,000 MHz
J1 - konektor CINCH do plošného spoje
J2 - konektor napájecí 2.1 mm do plošného spoje
J3 - pojistkové pouzdro + pojistka 4A pomalá
J4-J15 - konektorové kolíky zahnuté + jumper
J16 - konektor BNC do plošného spoje
J17, J18 - konektorové kolíky přímé + jumper
J19 - rotační přepínač hexadecimální 0-F
J20 - pájecí kolíky + žárovička 6V/50mA nebo LED - indikace výkonu
J21 - konektorové kolíky pro případné připojení ventilátoru (max. 100 mA při 8 V)
LS1, LS2, LS3, LS4 - relé 5A, cívka 6V, jeden přepínací kontakt

Dále budete potřebovat:
Deska plošných spojů jednostranná, šířka minimálně 90 mm
Chladič délky 8 cm
Chladič malý plochý TO220
Izolační slídová podložka a izolační podložka pod šroubek pro TO220 (3x)
Šroubky, matičky atd.
Žárovičky jako umělou zátěž, např. 10x 24V/170mA

Nákup a zhotovení některých součástek

Možná se ptáte, proč cívka L2 neobsahuje feritové jádro, které by počet závitů snížilo na pouhý zlomek. To máte tak, nejlepší cívka je vždycky taková, kde se obejdeme bez jádra. Sice to může vyžadovat použití dlouhého a také silného vodiče, ale chová se to skutečně jako cívka. Zejména můžeme počítat s tím, že půjde o lineární prvek. Cívka s feritovým jádrem má indukčnost závislou na protékajícím proudu. Bude-li takovou cívkou procházet zvukový signál, dojde ke zkreslení, v případě větších proudů dokonce ke značnému zkreslení. A to přece nechceme. U cívky L3 už jsme na tom lépe, jelikož její indukčnost je o řád menší a změna této indukčnosti v kombinaci s okolními součástkami již neovlivňuje přenos frekvencí v akustickém pásmu. K navinutí cívky L2 jsem použil tři distanční sloupky typu vnitřní-vnější závit délky 15 mm a dvě malé desky s otvorem uprostřed přidělané mezi sloupky. Po navinutí se tato konstrukce odstraní a závity cívky se zafixují například pomocí stahovacích pásků. Za provozu tato cívka "hraje" a to tím hlasitěji, čím horší je její provedení.

Všimněte si, že cívky L5 až L9 jsou na desce umístěny tak, aby vždy dvě sousední měly na sebe kolmá vinutí. Kdyby byly všechny pěkně v jedné řadě a pomocí relé bychom některou z nich zkratovali, na výstupu vysílače bychom toho moc nenaměřili. Tedy aspoň do doby, než by se zkratovaná cívka indukovaným proudem vypařila a uvolnila tak signálu cestu.

Pojistku v napájecí cestě není dobré vynechat. Vysílač neobsahuje nějakou speciální ochranu proti "zaseknutí" tranzistorů MOSFET a pokud z důvodu nějaké závady zůstanou sepnuté, budou zkratovat napájecí zdroj. Zejména v případě napájení z autobaterie je pak o zábavu postaráno.

Kondenzátory, u kterých není uvedeno provozní napětí, stačí koupit na minimální napětí, jaké se v daném provedení prodává. U těch ostatních berte uvedené napětí jako nezbytné minimum. Nic nezkazíte tím, když bude pro jistotu vyšší. Nepoužívejte keramické kondenzátory na místech, kde mají být osazeny fóliové. Odchylka kapacity u keramických kondenzátorů typu Y5V je asi 1 % na 1 °C a protože se v provozu zahřívají, vysílač by začal vykazovat prvky vlastní inteligence. Ani některé typy fóliových kondenzátorů se nehodí, neboť i při dostatečně dimenzovaném napětí se po chvíli provozu roztečou jako sněhulák při oblevě. Nutno vyzkoušet, osobně jsem shledal nepoužitelnými některé kondenzátory WIMA. V podrobných specifikacích kondenzátorů je totiž uvedeno, že s rostoucí frekvencí klesá maximální povolené napětí, u každého typu jinak. Bohužel sehnat v ČR vysloveně vhodný typ je trochu problém, sklady některých prodejců součástek jsou již zaplaveny blbinami a na pořádné věci není místo. Ze snadno dostupných fóliových kondenzátorů se kupodivu osvědčily ty nejlevnější typy. Asi nejlepší možnost je poskládat C16, C18, C23 a C29 z paralelních kondenzátorů s keramickým dielektrikem NP0 či COG. Ty jsou běžně dostupné do hodnoty 1 nF.

Tranzistory Q4, Q5 a Q6 musí být izolovány od chladiče. Tuto skutečnost je vhodné ověřit ihned po jejich osazení. U Q6 je vhodné použít i teplovodivou pastu, tento tranzistor topí mnohem více než ostatní. Stabilizátor U2 naopak izolován není.

Obvod U5 74xx4046 vyrábí téměř každý známý výrobce polovodičů. Bohužel není garantována shoda v parametrech integrovaného VCO oscilátoru. Aby rozsah přeladění oscilátoru pokryl tak akorát celé pásmo od 530 do 1800 kHz, je třeba správně zvolit hodnoty rezistorů R21 a R22. Větší rozsah přeladění, než potřebujeme, je nežádoucí. Zjednodušeně řečeno, R22 určuje spodní mezní kmitočet, R21 určuje horní mezní kmitočet (větší hodnota vždy znamená nižší kmitočet). Ve výsledku by ladicí napětí (pin 9 obvodu U5) mělo být kolem 1,2 V při 530 kHz a 4,2 V při 1800 kHz (tolerance 0,3 V je zcela v pořádku). Pro typy uvedené v následující tabulce už hodnoty odporů hledat nemusíte:

   MM74HC4046N CD74HCT4046AE
R21 4k3 22k
R22 47k 120k

amtxsh.jpg (6811 bytes)Obvod U5 je nutné osadit přímo na desku, nikoliv do patice. Každý milimetr znamená větší plochu smyček, což má při horní hranici výkonu za následek horší stabilitu oscilátoru, zejména při reprodukci basů. Na běžném přijímači to sice nepoznáte, ale lepší přijímače mají úzký mezifrekvenční filtr a možnost přepnutí na synchrodetektor, který může vylepšit kvalitu příjmu při špatných podmínkách. K tomu je však nutné, aby oscilátor vysílače byl zcela stabilní. Definitivně se tato podmínka zajistí tím způsobem, že po osazení všech součástek položíte ze strany spojů malý kousek (zbytek) nevyleptané desky plošných spojů rozměru nejméně 2x3 cm a to tak, aby vývody kondenzátoru C25 byly někde v jejím středu a přirozeně tak, aby měděná plocha směřovala od desky. V rozích, v místech označených šipkami, se toto stínění připájí na zem třeba pomocí odstřižených vývodů součástek. Obrázek vedle to názorně zobrazuje. Jak bylo řečeno, nejde o nutnou úpravu, ale doporučenou. Lze experimentovat s velikostí a umístěním desky i výběrem pájecích bodů. Ještě jednou opakuji, že na přijímači z tržnice rozdíl nepoznáte.

Jak jste si asi už všimli, téměř celý vysílač pracuje v pulzním režimu, ačkoli obsahuje i analogové obvody pracující s minimálním napětím (audio vstup, PLL). To spolu s poměrně silným magnetickým polem cívek klade vysoké nároky na návrh plošného spoje, zejména na topologii zemního a napájecího rozvodu. Pokud se rozhodnete pro vlastní návrh, vše důkladně promyslete. I tak je možné, že napoprvé neuspějete a vaše zařízení by ocenili spíše soudruzi za totáče jako rušičku Svobodné Evropy. Ti soudruzi samozřejmě nikam nezmizeli, na svých židlích sedí dodnes, jen vymýšlí jiné metody, jak vám za vaše peníze zkomplikovat život.

Ovládací software pro U3 - PIC18F1220

Program pro U3 je ke stažení zde: amtxmw.zip (verze 1.0a). Pojistky: WDT: Enabled, OSC: HS+PLL, MCLRE: I/O RA5.

Oživení

Po kompletním osazení a důkladné kontrole připojte na výstup umělou zátěž 50 ohmů (například složenou ze žároviček, viz obrázek) a připojte napájení o napětí 12 V. Odběr proudu by neměl přesáhnout 0,8 A, bez ohledu na nastavenou frekvenci.

Test U3:
Bez zvukového signálu svítí modrá LED, se signálem problikává žlutá nebo i červená. Na pinu 18 je přítomen TTL signál o frekvenci 125 kHz, na pinu 10 o frekvenci 1 kHz.

Test audio zesilovače:
Na středním vývodu Q4 nebo Q5 je přítomen obdélníkový signál o rozkmitu 0 až plné napájecí napětí. Stejnosměrné napětí na kondenzátoru C19 je mírně přes polovinu napájecího napětí.

Test frekvenční syntézy:
Výstupní frekvence v úrovních TTL je přítomna například na pinu 4 obvodu U5. Ladicí napětí najdete na pinu 9. Bližší popis je výše.

amtxdl.gif (1736 bytes)
Umělá zátěž. Odpor žárovky závisí na protékajícím proudu, proto pro jiný rozsah výkonů bude i jejich počet či uspořádání odlišné.

Obsluha

Doporučený postup:

  1. Připojte umělou zátěž.
  2. Nastavte vysílací frekvenci (dle obrázku).
  3. Připojte nízké napájecí napětí (například 12 V).
  4. Nastavte nejvyšší vf napětí (největší svit) na výstupu pomocí hexadecimálního přepínače. (Poloha 0 odpovídá nejmenší indukčnosti a tedy nejvyšší frekvenci.)
  5. Odpojte napájení, připojte anténu místo umělé zátěže.
  6. Připojte napájení, vylaďte anténu, nastavte plné napájecí napětí.
  7. Zopakujte bod 4 vyzkoušením sousedních poloh.
  8. Připojte zvukový signál. Nastavte trimr R3 na hodnotu, kdy většinu času problikává žlutá LED a červená se téměř nikdy nerozsvítí.

amtxqrg.gif (9431 bytes)
Nastavení vysílací frekvence.

Tipy:

Přehled ovládacích a nastavovacích prvků:

R3 - citlivost audio vstupu
J4-J15 - vysílací frekvence
J19 - indukčnost výstupní cívky
J17 - měkké ořezávání - výrazné (jumper zapojen) / potlačené (bez jumperu)
J18 - komprese dynamiky - velká (jumper zapojen) / malá (bez jumperu)

Deska plošných spojů

amtxpl.gif (52173 bytes)
Osazení součástkami. Klikni pro zvětšení.

amtxpcb.gif (36058 bytes)
Strana spojů, již zrcadlově otočená, rozměr 144 x 90 mm. Klikni pro zvětšení.

amtxt.jpg (100192 bytes)
Ilustrační foto - takhle nějak by to mělo vypadat.

Naměřené průběhy

Podmínky měření: 30 V, 1233 kHz, 15 W - bez modulace (není-li uvedeno jinak).

amtxpwm.gif (5581 bytes)
Průběh PWM na společném výstupu Q4 a Q5, sonda 1:10.

amtxexc.gif (5948 bytes)
Budicí napětí na gate tranzistoru Q6. (Tento průběh nemá souvislost s předchozím, i když vypadá podobně.)

amtxq.gif (6821 bytes)
Napětí na výstupu Q6, sonda 1:10.

amtxout.gif (7240 bytes)
Výstupní napětí vysílače, sonda 1:10.

amtxspec.gif (7019 bytes)
Výstupní spektrum vysílače.

amtxmod.jpg (29731 bytes)
Výstupní napětí při modulaci signálem 1 kHz. Vlivem nastavení delšího času nosná opticky splývá v jeden "pás", jehož obálka kopíruje modulační signál.

amtxag.gif (2058 bytes)
Frekvenční průběh zvuku celého vysílače (před nasazením komprese).

Pár slov k vysílací anténě

Problematice vysílacích antén se tento návod blíže nevěnuje, několik důležitých postřehů se ale jistě hodí. Předejde se tak možnému zklamání při použití nedostatečné antény, kdy i při plném výkonu se sotva dostanete na dosah třeba jen jednoho kilometru. Rozměry klasické vysílací antény jsou vždy v určitém vztahu k délce vlny. Oproti FM tedy na středních vlnách počítáme až se stonásobkem rozměrů! Na myšlenku, že anténu nějak natáhnete kolem okna nebo na balkóně, rovnou zapomeňte. Přiznejme, že sestavení AM vysílače je vlastně zcela triviální ve srovnání s tím, co nás čeká potom - výběr, stavba a ladění vysílací antény. Jenže právě kvůli tomu to děláme, že? ;)

Začneme třeba od koaxiálního kabelu pro vedení od vysílače k anténě. Jelikož výstup vysílače je uzpůsoben na 50 ohmů, stejnou impedanci musí mít i kabel. Není třeba vybírat typ s malým útlumem, na SV mají prakticky všechny koaxiální kabely útlum zanedbatelný. Vhodný typ je tedy obyčejný RG58, který je levný, lehký a snadno ohebný.

Jako vysílací anténu lze pro začátek doporučit drátovou anténu typu T nebo obrácené L. Více se o těchto typech dozvíte třeba hledáním antén pro radioamatérské pásmo 160 metrů (1800 MHz), popisů najdete dost a dost. Pro nižší frekvence je třeba rozměry přepočítat dle nepřímé úměry. Myslete na to, že narozdíl od radioamatérů vždy potřebujeme svislou polarizaci, antény typu dipól natažené přes celou zahradu nám jsou tedy na dvě věci. Svislý rozměr antény musí být vždy co největší, jinak půjde její účinnost do kopru. Jestli kvůli tomu polezete po stromech, vypustíte balón, pošlete cvičeného holuba nebo překonáte rekord v hodu kamenem do výšky, to už je na vás. Neméně důležitým prvkem je dobré uzemnění. Připojení na trubku vodovodní instalace je většinou zcela nedostatečné. V novějších stavbách lze zkusit připojení na společný zemnicí bod, lepší je ale zřídit vlastní zemnicí soustavu. Doporučit lze několik holých vodičů délky v desítkách metrů vedených pod povrchem země paprskovitě od paty antény. Před vysíláním nezapomeňte zemnící soustavu zalít vodou, ne proto, aby dříve zkorodovala, ale se zvýšila vodivost okolní půdy. Pokud bude svislý rozměr antény příliš malý (například jen několik metrů) či pokud bude uzemnění nevyhovující, bude účinek podobný jako bychom vysílali do kondenzátoru. Čili v místě antény velmi silné pole, o kus dál už nic, většina energie se zmaří vlivem odporu vodičů.

Nezkoušejte blbiny typu vysílání do feritové antény nebo do fázového vodiče síťového rozvodu! Vyvarujte se dotyku na živý výstup vysílače, vf napětí sice nezabíjí, ale může nepříjemně popálit. Při podezření na blížící se bouřku odpojte anténu!

amtxel.gif (725 bytes)A to je k anténě všechno? Není, ještě tu něco chybí. Jestliže je impedance koaxiálního kabelu 50 ohmů, jak je to s impedancí antény? Shoda může nastat spíše jen zázrakem, daleko častěji bude impedance antény vyšší, neboť její rozměry budou vzhledem k délce vlny nedostatečné. A když je anténa menší, musí na ní být vyšší napětí, aby vyzářila požadovanou část energie. A vyšší napětí odpovídá transformaci na vyšší impedanci. Vidíte, jak to do sebe hezky zapadá? Potřebujeme tedy obvod, který zajistí transformaci z 50 ohmů výše. Kam přesně, to lze nejlépe zjistit experimentálně. Pravdou také je, že budeme trochu bojovat s převahou kapacitní složky impedance. Nejsnazší je použít přizpůsobovací obvod typu L tvořený cívkou a kondenzátorem, viz obrázek. Jejich hodnoty je nutné vyzkoušet, cílem je dosáhnout co nejvyššího napětí na svorkách antény (v daných souvislostech tedy mezi zemí a drátem). Pro začátek lze zvolit C = 1 nF a L jako 30 závitů na průměru 2 cm. Existují i jednoduchá zařízení označená jako anténní tunery, kde stačí jen točit knoflíky.

K měření vf napětí, pokud není k dispozici osciloskop, lze použít běžný voltmetr v kombinaci s diodou a kondenzátorem (tedy něco na způsob jednocestného usměrňovače). Dioda musí být schopna snést požadované napětí v závěrném směru a musí být dostatečně rychlá.


Čtěte dále: Úprava zapojení a zkušenosti z provozu.


(C) 2011 Pira.cz. Komerční využití tohoto zapojení není dovoleno.
Publikováno: 19.4.2009. Poslední úprava: 10.3.2011.