И. Васильев
Самым совершенным любительским передатчиком в настоящее время является передатчик с кварцевым кристаллом. Почти везде, где нужно иметь надежную связь на очень дальние расстояния при небольшой мощности передатчика, применяются схемы с кристаллом кварца. Особенно ценно применение кварца в маломощных любительских установках. Заграничные любители давно уже используют кварц в своих передатчиках, но у нас, за неимением кварцевых кристаллов, широкого распространения среди любителей кварцевые передатчики не получили. И только недавно наши некоторые предприятия стали изготовлять наш собственный советский кварц.
Ввиду того, что кристалл кварца теперь вполне доступен для любителей (стоимость кристалла от 10 до 20 руб.), в настоящей статье мы даем описание любительского передатчика, стабилизованного кристаллом кварца. Мы не будем останавливаться на общих основных свойствах кристалла кварца, а укажем только на несколько практических схем, которые легко можно использовать для любительского передатчика.
Главное преимущество применения кристалла кварца — это совершенно устойчивый тон передатчика (на любительском жаргоне — тон «СС»), который никогда не изменяется вследствие качания антенны или небольших изменений режима в цепи генераторной лампы. Правильно использованный кристалл кварца делает чрезвычайно устойчивой волну любительского передатчика.
Для мощных передатчиков применение кристалла кварца встречает большие затруднения по причине возможного разрушения кристалла от слишком сильных механических колебаний («перегрузка кристалла»). Это затруднение еще более увеличивается при использовании кристалла для коротких волн. Из основных свойств кристалла кварца известно, что частота колебаний кварца зависит от его размеров. Например, чем больше по толщине кристалл, тем более длинным волнам соответствуют колебания и, обратно, чем тоньше кристалл, тем более короткие волны с его помощью можно возбуждать.
Толщине кристалла в 1 мм соответствует волна около 110 метров. При такой толщине и при мощности передатчика в 20 ватт уже возможны случаи поломки кристалла от перегрузки. Чтобы использовать кварц для стабилизации мощного передатчика, применяют метод предварительного усиления колебаний небольшой мощности (5—10 ватт), уже стабилизованных кристаллом кварца. По этому способу схема передатчика получается очень сложной и мало доступной для любительских условий.
Если иметь в виду обычную любительскую установку, мощностью 20 ватт, то на тех волнах, на которых работают большинство любителей, применение кварцевого кристалла с собственной волной 30—40 метров уже опасно: кристаллы кварца на 30—40 метров настолько тонки, что при нагрузке в 20 ватт они неизбежно «разлетятся».
Поэтому для любительских передатчиков лучше всего применять кристалл на 80 метров или 160 метров, которые вследствие того, что они толще значительно прочнее 40-метровых, и применить схему с «удвоением частоты».
Метод удвоения частоты заключается в следующем.
Допустим, что в цепь сетки генераторной лампы включен кварцевый кристалл с собственной длиной волны в 160 метров. Несмотря на то, что кварц рассчитан на 160 метров, мы можем заставить работать наш передатчик и на других волнах, например на 2, 3 и т. д. гармонике кварца. На рис. 1 показано несколько способов получения желаемой волны генератора. В схеме «а» вся система настроена на одну и ту же волну, т. е. кварцевый кристалл взят на 160 метров, анодный контур лампы настроен на 160 метров и цепь антенны тоже настроена на 160 метров. В этом случае передатчик будет работать на основной волне кварца, т. е. на 160 метров. Но с тем же передатчиком можно получить и другую волну (схема «в»); здесь кристалл дает частоту, соответствующую волне 160 метров, анодный контур тоже настроен на волну в 160 метров, но антенна настроена только на волну в 80 метров. Несмотря на то, что анодный контур генератора настроен на 160 метров, антенна будет излучать волны 80 метров, т. е. работать на второй гармонике генератора. То же самое можно сделать и с кристаллом 80 метров; здесь возможна работа передатчика на 40 метров (схема «d»). (На рис. 1 для упрощения схемы батареи анодные, сеточные и накала не указаны.)
Необходимо отметить, что во всех этих случаях анодный контур настраивается на волну кристалла.
Из приведенных схем можно видеть, что антенну передатчика можно настраивать на основную волну генератора, на 2-ю его гармонику (на 3-ю, 4-ю и т. д.), т. е. работать на волнах, отличных от волн кристалла. На второй гармонике антенна излучает большую мощность, чем на 3-й или 4-й. Указанные схемы дают простейший способ удвоения частоты.
Среди любителей принято считать, что кварцевые передатчики работают только от постоянного тока. На самом деле это не так. Кварцевый передатчик может работать как от постоянного, так и от переменного тока.
Схема кварцевого передатчика с полным питанием от переменного тока показана на рис. 2. Такой передатчик очень просто и легко сделать в течение нескольких часов. Такой передатчик работает несравненно лучше передатчика такой же мощности, но без кварца. Кварцевый передатчик переменного тока хотя и не дает «fb DC», но дает такой тон, который значительно лучше обычного «RAC» и, кроме того, дает очень устойчивую волну, которую почти невозможно получить от всех других схем без применения кварца. Некоторое преимущество в использовании переменного тока для кварцевых передатчиков (кроме экономии) заключается еще в том, что при чрезвычайно устойчивой волне передатчика в приеме не требуется такой остроты настройки, которая обычно необходима для кварцевых передатчиков постоянного тока. Этим и объясняется, почему на «кварцевые передатчики» переменного тока легче настроиться и легче следить за его передачей, в особенности при больших фэдингах.
Конденсаторы в схеме передатчика взяты обычные, применяемые в приемниках (расстояние между пластинками удвоено). Емкость конденсатора С = 500 см и C1 — 300 см. Особенно тщательно нужно подобрать дроссель высокой частоты ДР—1. Почти невозможно дать точные данные о намотке этого дросселя. Этот дроссель, когда он включен в схему, должен соответствовать той частоте, на которую рассчитан кристалл. Например для кристалла, соответствующего волне в 80 метров, на круглый каркас диаметром 2,5 см нужно намотать приблизительно 60 витков (в один слой, провод 0,5 мм ПШД).
Дросселя ДР — обычные, по 100 витков на каркасе, диаметром в 2,5 см. Все эти дросселя нужно разместить как можно дальше от катушек самоиндукции (анодного контура и антенны). На аноды ламп дается 200 вольт переменного тока, через трансформатор Т1 и 4 вольта на накал от трансформатора Т. (Регулировка накала производится в первичной обмотке трансформатора Т.) На сетки ламп дано смещение в 45 вольт — сухие элементы. Лампы взяты Р—5. Больше двух ламп на кристалл нагружать нельзя, во избежание порчи кристалла.
Катушка L анодного контура для 80-метрового кристалла должна иметь 14 витков провода 2 мм на круглом каркасе диаметром 75 мм. На катушке сделаны ответвления через каждые три витка. Для катушки антенны взято 8 витков того же провода на круглом каркасе в 80 мм.
Конденсаторы С3 слюдяные по 1 000 см. Конденсаторы С2 по 2 микрофарады каждый.
Нельзя указать хороших способов включения ключа в кварцевых передатчиках по простой схеме. Ключ в цепи сетки или анода неизбежно будет срывать генерацию кристалла. Метод, указанный на рис. 2 — включение ключа в цепь батареи смещения сетки, не является совершенным методом; тем не менее этот метод лучше, чем все другие. Можно было бы включить ключ непосредственно в антенну (в антенну или противовес) тем более, что токи антенны при небольшой мощности передатчика легко позволяют это сделать, — но дело в том, что сам оператор, при непосредственной работе на ключе, будут влиять на настройку антенны и тем самым расстраивать ее. Чтобы этого избежать, применяют обычные реле: контакты реле включены непосредственно в цепь антенны, а обмотка включена в общую цепь с ключом, — таким образом приближение или прикосновение руки оператора к ключу уже не меняет настройки антенны.
Кварцевый передатчик постоянного тока по качеству значительно превышает кварцевые передатчики с питанием от переменного тока. Прежде всего такой передатчик даст возможность использовать кристалл с «предварительным усилением», т. е. применять кристалл для стабилизации мощных передатчиков. На рис. 3 дано несколько схем, в которых применено «удвоение частоты» и «предварительное усиление». В этих схемах лампа «А» служит генераторной лампой, а лампа «В» служит для усиления колебаний уже стабилизованных кристаллом. В схеме «а» анодный контур генераторной лампы настроен на волну кристалла, а анодный контур усилительной лампы настроен на вторую гармонику генератора. Антенна тоже настроена на вторую гармонику. В результате получается удвоение частоты (кристалл на 160 метров, а передатчик будет работать на 80 метрах). В схеме «b» применен способ последовательного удвоения частоты: анодный контур генератора настроен на волну кристалла; контур усилительной лампы настроен на вторую гармонику генератора, а цепь антенны настроена на вторую гармонику усилителя. Таким образом передатчик с кварцевым кристаллом, дающим частоту соответствующую волне в 160 метров, можно заставить работать на 40 метрах. То же самое осуществлено в схемах «с» и «d». В схеме «d» кварцевый передатчик с кристаллом на 80 метров может работать на 20 метрах. Из всех этих схем наиболее выгодной для любительского диапазона является схема «с»; в схеме «с» антенна настроена на основную волну усилителя, а не на вторую его гармонику, как это сделано в других схемах. (Схема «а» принципиально равноценна схеме «с», но волна, на которую она рассчитана — 80 м.)
Во всех этих схемах мы получаем удвоение частоты, т. е. работаем на второй гармонике кристалла кварца и делаем это при помощи настройки анодного контура усилительной лампы на вторую гармонику генератора, в то же самое время анодный контур генератора всегда остается настроенным на волну кристалла.
Для кварцевого передатчика с питанием от постоянного тока может быть использована схема, приведенная на рис. 4. Катушка самоиндукции L2, индуктивно связанная с L1, имеет 8 витков двухмиллиметрового провода на каркасе в 75 мм. Катушка L1 для 80 метров с кристаллом 160 метров должна иметь 14 витков того же провода на каркасе в 75 мм, ответвления через каждые 3 витка. Катушка L смонтирована около генераторной лампы; для кристалла 160 метров L имеет 18 витков на каркасе в 75 мм.
Для работы на 40-метровом диапазоне с кварцевым кристаллом в 160 метров данные самоиндукций генератора и усилителя остаются те же самые, но антенна настраивается на 40 метров.
Если для 40-метровой работы применяется кристалл в 80 метров, то L2 — остается без изменений, L1 — имеет только 6 витков и L — 14 витков с ответвлениями через каждые 3 витка.
Дроссель высокой частоты взят такой же, как и для передатчика переменного тока.
Конденсатор связи С4 — взят емкостью 120 см (обычный слюдяной конденсатор, употребляемый в приемниках для гридлика). Переменные конденсаторы С1, С2, и С3 по 500 см.
Чтобы не применять отдельной батареи смещения, в схеме генератора использован метод гридлика, т. е. в цепь генератора включена утечка сетки R сопротивлением 80 000 ом (лучше всего сделать переменным).
В цепь сетки усилительной лампы включена батарея смещения в 45 вольт (сухие элементы). На аноды ламп дается не более 250 вольт.
Питание генераторной и усилительной лампы в целях экономии сделано от переменного тока. На анод генераторной лампы (Р—5) лучше всего давать не более 120 вольт, в то время как для усилительной лампы можно использовать лампу УТ—15 и дать на анод до 250 вольт постоянного тока.
Имея только один измерительный прибор в антенне, очень трудно хорошо настроить кварцевый передатчик. Очень хорошо иметь измерительные приборы в анодах каждой лампы, но так как эти приборы дороги, мы укажем способ настройки кварцевого передатчика по одному только прибору в цепи антенны (антенный миллиамперметр до 0,5 ампер).
Опишем вначале настройку кварцевого передатчика с питанием от переменного тока. Прежде всего нужно заставить кристалл генерировать. Для каждого кристалла известно, на какой волне он генерирует. Подобрав приблизительно самоиндукцию L и С на волну кристалла, настраивают при помощи волномера коротковолновый приемник на 2-ю гармонику кварца, заставляя приемник слегка генерировать, и слушают. В то же самое время конденсатор С нужно медленно вращать. Когда контур LC будет настроен на волну кристалла, в приемнике будет слышен высокий свист, показывающий, что генератор с кристаллом генерирует. Если свиста не слышно, следует изменить несколько число витков катушки L и снова вращать конденсатор С — пока не убедятся, что кристалл генерирует. Как плоскости кристалла, так и пластины, между которыми расположен кристалл, должны быть хорошо отшлифованы.
Когда высокий тон будет принят в приемнике, продолжают увеличивать емкость конденсатора С до тех пор, пока кристалл не откажется генерировать. Тогда слегка возвращаются назад.
Таким образом можно легко найти ту настройку, на которой контур с кристаллом должен генерировать. Когда кристалл начал генерировать, связывают индуктивно антенный контур L1 с анодным контуром генератора и, подстраиваясь конденсатором С1, находят наибольшую отдачу в антенне. Если между L и L1 взята очень сильная связь, то кристалл может отказаться генерировать. Когда обе схемы приближаются к резонансу, тогда нужно или уменьшить связь или слегка расстроить антенный контур.
При настройке кварцевого передатчика постоянного тока вначале поступают так же, как и при настройке передатчика переменного тока, но после того, как кристалл начал генерировать, присоединяют конденсатор связи С4 к катушке самоиндукции L и посредством волномера, индуктивно связанного с L1, подстраивают контур L1C2 (анодный контур усилителя) на вторую гармонику кварца. Если кварц взят на 80 метров, анодный контур усилителя нужно настроить на 40 метров. После того, как это сделано, связывают анодный контур усилителя с контуром антенны и, подстраивая антенну конденсатором С3, добиваются наибольшей отдачи.
Наивыгоднейшая работа передатчика получается после нескольких экспериментов с подбором связи усилительной лампы с анодным контуром генератора, выбором сеточного смещения и вообще при правильном режиме работы ламп.