Генрих Кардашев - Радиоэлектроника-с компьютером и паяльником

• Название: Радиоэлектроника-с компьютером и паяльником
• Автор: Генрих Кардашев
• Издательство: «Горячая линия-Телеком»
• Жанр: Радиотехника
• Год: 2007
• ISBN: 5-93517-327-1

Книга является практическим введением в изучение начал радиоэлектроники с помощью компьютера и самостоятельного технического творчества. В популярной форме рассказывается о радиоэлектронике, поясняется смысл используемых понятий и явлений, приводятся занимательные эпизоды из истории изобретений и открытий. Основу практической части составляют описания простейших и в тоже время интересных и полезных самоделок из электронных наборов Мастер КИТ. Даются подробные советы по их сборке, наладке и применению в быту. Параллельно принципы действия рассматриваемых устройств раскрываются путем моделирования их схем на компьютере в простой программе игрового типа — Electronics Workbench.

Для широкого круга читателей, которые хотели бы подружиться с радиоэлектроникой, сев за компьютер и взяв в руки паяльник.

---

Суда стали оборудовать аварийными автоматическими передатчиками и приемниками, работающими на единой «аварийной волне» 600 м и так называемой международной «частоте бедствия» 500 кГц. Три буквы «SOS» вошли в общий сигнал бедствия как основа, наряду с указанием позывных судна, его координат и служебных посылок, приводящих в действие аварийные системы.

Для радиолюбительской связи также выделены специальные частотные диапазоны. Ниже указаны некоторые любительские диапазоны:

160-метровый (1,8…2,0 МГц),

80-метровый (3,5…3,8 МГц),

40-метровый (7…7,1 МГц),

30-метровый (только телеграф 10,1…10,15 МГц),

20-метровый (14…14,35 МГц),

16-метровый (18,068…18,318 МГц),

15-метровый (21…21,4…5 МГц),

12-метровый (24,89…25,14 МГц),

10-метровый (28…29,7 МГц).

Основная масса радиолюбителей мира работает телеграфом, используя амплитудную манипуляцию незатухающих радиосигналов телеграфным кодом CW (азбукой Морзе), либо телефоном с однополосной модуляцией SSB. По мере развития компьютеров растет использование цифровых видов связи: радиолюбительский телетайп RTTY, модернизированный телетайп AMTOR, пакетная связь и т. п.

Надо сказать, что амплитудная модуляция (AM) на всех диапазонах встречается относительно редко: ее вытеснила более совершенная однополосная. Телеграф «дальнобойнее», так как слабые телеграфные сигналы легче принимать в условиях помех. Кроме того, «телеграфисту» не обязательно знать иностранный язык. Однако, чтобы работать телеграфом, надо уметь принимать на слух и передавать ключом знаки азбуки Морзе.

Рассмотрим принцип осуществления радиотелеграфии, составив условную модель передающей и приемной систем в программе EWB.

Моделирование радиотелеграфа

Для формирования модели примем, что используется код Морзе, когда знаки кодируются набором коротких (точки) и длинных (тире) посылок, разделенных паузами. В телеграфном коде длительность посылки для точки меньше, чем для тире в три раза.

Пауза между посылками (точками и тире) в букве равна длительности одной точки, между буквами — трем точкам, а между словами — семи точкам. Обычно при ручной телеграфии передается до 20 стандартных слов в минуту. Стандартным словом согласно международным договоренностям является «Париж». Это пятибуквенное слово, при написании в латинице «Paris», содержит в телеграфном коде 48 элементарных посылок. Отсюда длительность посылок составляет примерно 0,05 с.

На время передачи сигналов замыкают и размыкают телеграфный ключ передатчика и с помощью манипулятора получают импульсы постоянного напряжения, длительность которых и их передача во времени соответствуют принятой кодировке. Эти импульсы служат управляющим сигналом при модуляции колебаний несущей частоты, полученной в задающем радиочастотном генераторе. На выходе усилителя мощности ВЧ, т. е. в передающей антенне, радиосигнал принимает форму радиоимпульсов. Они представляют собой колебания ВЧ, имеющие огибающую в виде управляющих импульсов.

Для наглядного представления работы модели выберем для передачи какой-либо простой сигнал. Есть много интересных сигналов. Например англичане на ВВС (Би-Би-Си), во время Второй мировой войны начинали некоторые передачи не звуками Биг-Бена, а вступлением к знаменитой Пятой симфонии Бетховена: «ТА-ТА-ТА, ТА-А-АМММ». Эти — «три точки, тире», в переводе с кода Морзе, означают латинскую букву «V», символ победы «Victory». Композитор и не подозревал, что его «симфония Судьбы», начинающаяся, по словам Гете, как бы энергичным стуком Судьбы в дверь, получит такое прочтение в музыке морзянки.

Применительно к радиолюбительству уместнее начать с общего вызова «СQ CQ CQ». Это призыв к радиообмену: «Всем Всем Всем», принятый радиолюбителями, работающими на CW (телеграф на радиолюбительском жаргоне).

Примем в качестве частоты «несущей» 135,75 кГц, лежащую в длинноволновом диапазоне 135,7…136,8 кГц, разрешенном к использованию радиолюбителями. (Моделирование в КВ-диапазонах приводит к трудностям работы программы, и даже с принятой частотой результаты будут наблюдаться не в «реальном времени», а с большим замедлением.)

Во-первых, соберем простейший радиочастотный генератор, на транзисторе VT1 (рис. 81).

Рис. 81. Радиочастотный генератор

Генератор собран по одной из популярных схем «трехточки» Колпитца (Colpitts Oscilator), являющейся автогенератором с емкостной обратной связью. Колебательный контур L1-C2-C здесь соединен с усилительным элементом транзистором в трех точках: отсюда — название, аналогично соединяют контур и с генераторной лампой. Для расчета резонанса в этом параллельном контуре надо в формуле Томсона (см. выше) подставлять емкость в виде СхС2/(С+С2). Конденсатор С2 формирует на базе сигнал обратной связи и от его выбора по отношению к С зависит выполнение условий самовозбуждения в системе. Сделав предварительные прикидки, дальнейший подбор можно провести, экспериментируя с моделью. Для этого в верхней части схемы на рис. 81 собрана цепь с источником переменного напряжения Е2, подключаемого через ключ [В] ко входу контура и зажиму IN Боде-плоттера. Выходной сигнал с контура через конденсатор связи С3 подается на зажим OUT плоттера и вход А осциллоскопа. Держа ключ питания генератора [Space] разомкнутым, а ключ (В) замкнутым, получаем АЧХ контура (рис. 82).

Рис. 82. АЧХ генератора

Варьируя емкость [С], добиваемся совмещения резонансного пика с требуемой частотой.

После этого выключаем ключ [В] и переходим к наблюдению работы генератора на осциллоскопе (рис. 83, а), включив ключ [Space).

Рис. 83. Осциллограммы сигналов радиочастотного генератора:

а — непрерывная генерация; б — телеграфная модуляция

Увеличив длительность развертки с 2 мкс/дел до 0,2 мс/дел, и включая и отключая питание генератора ключом [Space], получим аналог телеграфного манипулирования ключом в виде радиоимпульсов определенной длительности и промежутком между ними (рис. 83, б). Нарастание и спад колебаний (переходные процессы в автогенераторе) определяются добротностью контура и в модели, чтобы их уменьшить, контур «загрублен» резистором R2.

Дополнительно следует отметить «не задокументированные» эффекты в работе программы: включение двух источников Е1 и Е2 в зависимости от величины R2 и характера Е2 приводит к изменению условий самовозбуждения, срывам генерации, увеличению или уменьшению показаний амплитуды резонансного пика на Боде-плоттере и т. п.

Являются ли эффекты, наблюдаемые при моделировании самовозбуждения, компьютерными артефактами («искусственно сделанный») или проявляются и в реальных автогенераторах, не проверялось. Да и схемы реальных модуляторов гораздо сложнее, например, в биполярных транзисторах модулируют ток базы или цепь коллектора с помощью специального модулирующего трансформатора. Вообще же, полученная картина показывает лишь принцип: работать с клавишей вместо телеграфного ключа — это все равно, что использовать для этих целей звонковую кнопку. Поэтому в дальнейших моделях придумаем что-нибудь поостроумнее.

Поскольку мы работаем на ПК, то создадим виртуальный сильно упрощенный вариант «эхо-репитера» (комплекс аппаратов, позволяющий записывать и передавать информацию в эфир), иллюстрирующий идею амплитудной телеграфии.

Для исследования репитера соберем схему (рис. 84, а), в которой в качестве электронного ключа будем использовать генератор цифровых слов WG (Word Generator). Этот прибор выбирается в панели Instruments по его пиктограмме

Рис. 84. Генерирование телеграфного радиосигнала:

а — схема виртуального передатчика; б — программирование генератора слов; в — окно редактирования перемножителя сигналов; г — осциллограммы сигналов

После двойного щелчка ЛКМ по схемному изображению генератора WG (рис. 84, а) откроется его лицевая панель с установочными и управляющими кнопками (рис. 84, б). На выходах генератора можно получить коды шестнадцатиразрядных двоичных слов, выбираемых на пользовательской панели.

Для набора слова надо щелкнуть ЛКМ в соответствующем разряде экранного буфера (заполненного нулями) и набрать с клавиатуры соответствующую цифру 0 или 1, стоящую в данном разряде. Дальше, как при печати таблиц, лучше пользоваться клавиатурой. Все комбинации задаются в шестнадцатеричном коде. Номер редактируемой ячейки показывается в окошке Edit блока Address, при этом верхняя ячейка всегда считается нулевой.