帶有施密特觸發(fā)器逆變器的簡(jiǎn)單無(wú)線電發(fā)射器

有時(shí)，發(fā)送低功率無(wú)線電信號(hào)以創(chuàng)建信標(biāo)、將信號(hào)載波發(fā)送到附近的接收器、以 QRP 或 QRPP 模式發(fā)送等等是有用的。此處顯示的電路非常容易構(gòu)建并且可以正常工作。它不使用任何電感器或晶體，但其頻率由電阻器和電容器決定。電路的核心是 74HC14 IC。

如何發(fā)射無(wú)線電信號(hào)

傳輸信號(hào)載波的方法有很多種。如果信號(hào)是周期性和高頻的，它可以離開(kāi)天線并穿越太空。這是產(chǎn)生載波信號(hào)的要求。為了產(chǎn)生周期性的交替信號(hào)，需要一個(gè)振蕩器電路。它可以用不同的電子元件（晶體管、變壓器、IC等）構(gòu)建。

建議的電路

我們看到的電路非常簡(jiǎn)單，可以 100% 工作。我們看圖1，它顯示了振蕩器的一般原理圖。它使用邏輯非門，即 74HC14。它是一個(gè)使用數(shù)字施密特觸發(fā)器反相門的施密特觸發(fā)器 RC 振蕩器。數(shù)字施密特觸發(fā)門具有內(nèi)置遲滯（約 2 V），閾值電壓為 VT+ (3.0 V) 和 VT– (1.2 V)。R1 將電路連接到振蕩所需的正反饋回路中。當(dāng) Vc 小于 VT– 時(shí)，Vo 變?yōu)楦唠娖讲㈤_(kāi)始通過(guò) R1 對(duì)電容器 C1 充電（返回）。當(dāng) Vc 超過(guò)閾值電壓 VT+ 時(shí)，Vo 變低，C1 通過(guò) R1 開(kāi)始放電。如果 Vc 超過(guò)閾值電壓 VT-，則重復(fù)這些步驟。因此，創(chuàng)建了振蕩輸出。理想情況下，我們可以使用這種配置獲得大約 30 MHz 的最大頻率。

圖 1：振蕩器原理圖及其瞬態(tài)圖

電氣原理圖

變送器的電氣圖非常簡(jiǎn)單（見(jiàn)圖2)，它由三個(gè)有源元件組成：數(shù)字非門 74HC14（其他型號(hào)不適用）和兩個(gè) NPN 晶體管。讓我們檢查由第一個(gè)觸發(fā)反相門表示的電路的第一部分。這里，輸出信號(hào)通過(guò)兩個(gè)電阻R1和X14反饋，后者是一個(gè)電位器，具有改變振蕩頻率的功能。輸入端口通過(guò)與 C4 并聯(lián)的 33 pF (pF) 電容器 C1 接地，這是一個(gè) 50 pF 或更大的可變電容器，以改變振蕩頻率。那么X14電位器和可變電容C4都有改變振蕩器工作狀態(tài)的功能。第二級(jí)是緩沖分隔符，由 X17 數(shù)字非門表示。它對(duì)信號(hào)進(jìn)行分離和平方，它的輸出在負(fù)載 R2 上接地，這是一個(gè) 1,000-Ω 電阻器。數(shù)字端口的供電電壓為 5 V，最終輸出電壓也為 5 V。第一個(gè)晶體管 Q2 是通常的 BC546，通過(guò)公共集電極配置將電壓電平從 5 V 提高到幾乎 12 V。在晶體管 Q2 的集電極上，我們可以找到幾乎相同的柵極波形，但其相位將改變 180°。第二個(gè)晶體管Q3具有分離前級(jí)（緩沖器）的功能，將阻抗降低到75Ω，這更適合天線。這種配置被稱為“發(fā)射器跟隨器”。信號(hào)與前一級(jí)分離。最后，信號(hào)通過(guò) 470 pF 的電容器 C6 引導(dǎo)至天線。使用這種配置，理論功率約為 100 mW，但在實(shí)踐中，它會(huì)更少。如果您的天線阻抗為 75 Ω（偶極子），您可以嘗試移除 R3。您也可以嘗試從原理圖中移除 C6 并用短線替換它。

圖 2：發(fā)射器的完整示意圖

在圖 3中，您可以看到數(shù)字非門 74HC14 和晶體管 NPN BC546 的引腳排列。

圖 3：組件的引腳排列

觀察電路關(guān)鍵點(diǎn)處的信號(hào)圖是非常有趣和有用的。正如您在圖 4中看到的，在以下這些節(jié)點(diǎn)上有四個(gè)圖表：

第一個(gè)邏輯反相器 X16 輸出端的綠色信號(hào)圖

第二個(gè)邏輯反相器 X17 輸出端信號(hào)的青色圖

第一個(gè)晶體管Q1集電極上信號(hào)的紅色圖

第二個(gè)晶體管 Q3 的 emettitor 上的信號(hào)黃色圖

圖 4：電路關(guān)鍵點(diǎn)處的四張信號(hào)圖

電子元器件

這是該項(xiàng)目中使用的電子元件列表。它們不是關(guān)鍵組件，您可以在任何電子產(chǎn)品商店中找到它們。

? R3：電阻 75 Ω 3 W

? R1、R2、R5：電阻 1k

? R4：電阻 100 Ω

? X14：電位器或微調(diào)器 330 Ω

? C1：電容 33 pF

? C4：可變電容 50 pF

? C6：電容 470 pF

? C7、C8：電容 100 nF

? Q2、Q3：晶體管 NPN BC546

? X17,X16：IC 74HC14 Hex 反相施密特觸發(fā)器

? X18：7805

? V1：電池 12 V

印刷電路板

您可以在面包板上、空氣中或使用 PCB 構(gòu)建電路。布局非常簡(jiǎn)單。您必須遵守 PCB 的基本規(guī)則。在圖 5中，我們可以看到 PCB 走線和組件的布置布局。

圖 5：PCB 和組件布局

圖 6顯示了電路的 3D 重建。創(chuàng)建 3D 圖片是一種可取的方法，因?yàn)樗梢詾槟峁┧媒M件的空間圖像，并且可以避免許多設(shè)計(jì)錯(cuò)誤并節(jié)省大量時(shí)間。

圖 6：電路的 3D 渲染

天線

您可以使用長(zhǎng)線作為天線。但如果您想提高發(fā)射機(jī)的性能，您可以構(gòu)建一個(gè)調(diào)諧天線，例如偶極天線（參見(jiàn)圖 7）。這方面的文獻(xiàn)很多。最簡(jiǎn)單的偶極子是水平天線。最常見(jiàn)的偶極子是半波長(zhǎng)偶極子?；镜摹鞍氩ā迸紭O子本身非常簡(jiǎn)單，因?yàn)樗梢粋€(gè)半波長(zhǎng)長(zhǎng)并在中心饋電的輻射元件組成。創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的半波偶極子非常容易；你所需要的只是一些長(zhǎng)度的電線。天線長(zhǎng)度的計(jì)算公式為：

147 / (頻率MHz)

這給出了以米為單位的偶極子的總長(zhǎng)度。例如，要制作 7 MHz 偶極子，您可以計(jì)算：

147 / 7 = 21 米

所以偶極子的每個(gè)元素應(yīng)該是10.50米。

圖 7：偶極子示例

在圖 8中，我們可以看到具有兩個(gè) 10.50 米的元素的通用偶極子的性能。在這里，我們可以看到：

這個(gè)偶極子的圖片

SWR 圖（天線諧振頻率處的最小值）

偶極子的輻照?qǐng)D

偶極子的 3D 輻照?qǐng)D

圖 8：偶極子的性能

正在播出

當(dāng)電路完成并且元件安裝在 PCB 上時(shí)，您可以打開(kāi)發(fā)射器。使用無(wú)線電接收器，您可以“聽(tīng)到”設(shè)備上大約 7 MHz 的嗖嗖聲。顯然，您必須使用 RX 來(lái)檢測(cè)此頻率。然后嘗試遠(yuǎn)離接收器檢查信號(hào)。傳輸距離還取決于無(wú)線電接收器的靈敏度。載波的信號(hào)不是完美的正弦波，傳輸中存在很多諧波（見(jiàn)圖9）。您可以添加一個(gè)低通濾波器來(lái)衰減高頻下不需要的信號(hào)。在電磁波傳播的情況下，您的信號(hào)會(huì)到達(dá)很遠(yuǎn)的地方。

圖 9：具有波形諧波的信號(hào)載波頻譜圖

結(jié)論

此處顯示的示意圖是構(gòu)建更強(qiáng)大的發(fā)射器的基礎(chǔ)。所有 TX 都基于一個(gè)低功率振蕩器，隨后是更強(qiáng)大的電路。您不能使用 74HC14 的替代 IC（只有 74HC14 非常相似）。該電路只產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)載波。它的傳輸沒(méi)有被調(diào)制。載波的頻率在相位、周期和幅度上是固定的。頻率還取決于電源的電壓。使用固定電壓，例如變壓器。您可以修飾組件的值以更改電路的行為或頻率。您還可以使用此電路以摩爾斯電碼傳輸。您只需要一個(gè)大按鈕即可啟用或禁用發(fā)射器。或者，該電路可以連接到 MCU 以自動(dòng)生成莫爾斯字母表。您可以使用設(shè)備以 CW 模式進(jìn)行傳輸。在這種情況下，僅發(fā)射載波并且僅在按鍵被按下時(shí)發(fā)射。盡管在某些領(lǐng)域，莫爾斯被剝離，但無(wú)線電愛(ài)好者仍然在所有頻段上使用它，因?yàn)槌錾男盘?hào)識(shí)別允許在相同傳播條件下使用其他方法通常無(wú)法實(shí)現(xiàn)的連接。如果電子愛(ài)好者重新設(shè)計(jì)傳輸和接收電路會(huì)很好，因?yàn)榛ヂ?lián)網(wǎng)已經(jīng)越來(lái)越多地掩蓋了通過(guò)無(wú)線電波進(jìn)行通信的美麗。在相同的傳播條件下。如果電子愛(ài)好者重新設(shè)計(jì)傳輸和接收電路會(huì)很好，因?yàn)榛ヂ?lián)網(wǎng)已經(jīng)越來(lái)越多地掩蓋了通過(guò)無(wú)線電波進(jìn)行通信的美麗。在相同的傳播條件下。如果電子愛(ài)好者重新設(shè)計(jì)傳輸和接收電路會(huì)很好，因?yàn)榛ヂ?lián)網(wǎng)已經(jīng)越來(lái)越多地掩蓋了通過(guò)無(wú)線電波進(jìn)行通信的美麗。


審核編輯：劉清