воскресенье, 29 ноября 2015 г.

Распайка контактов вентилятора из СВЧ микроволновой печи.

Многим приходила идея, использовать вентилятор из старой микроволновки по своему усмотрению. К сожалению, нигде не написано как правильно его подключить к сети 220 В.
В СВЧ печи установлен вентилятор на асинхронном двигателе с питанием от однофазной цепи. В вентиляторе, который попал мне в руки (SMF-3RDEA E Class 230V 50Hz BE 03.H.22 D / СВЧ печь Samaung M1736NR), имеется три вывода.
Отдельно стоящий и два более близкие. Отдельно стоящий - это начало обмотки, ближний к нему - первый отвод (работа вентилятора на повышенной скорости), второй отвод (работа вентилятора на номинальной скорости)
Таким образом, оптимально подключать начало "0" и конец "2" к сети 220 В. 
В случае затруднения с определением этих контактов, следует измерить сопротивление. Оно максимально между контактами "0" и "2" (порядка 500 Ом) 

Лавриненков Игорь Сергеевич 


Для связи mail:  lis-soft /*at*/rambler   точка   ру 


Пайка контактов к микроконтроллеру Arduino. (на примере Arduino Nano)

Пайка контактов к микроконтроллеру Arduino вполне доступная операция для любителя электроники. Напишу здесь некоторые рекомендации в помощь тем, кто будет это делать впервые.

Для пайки потребуется паяльник с небольшим жалом 1...3 мм. Бескислотная паяльная паста. Припой.

Порядок действий:
1. Взять стек контактов и смазать паяльной пастой короткие части.
2. Определить где верх платы Arduino (обычно там есть сигнальные диоды, подписи разъемов и кнопка Reset). и вставить стек контактов длинными частями кверху.
3. Перевернуть плату (верх платы обращен вниз), придерживая стек, опустить на стол.
4. Взяв небольшую капельку припоя на жало паяльника, поднести его к кончику контакта на 1...2 секунды. Контакт нагревается, припой равномерно стекает по контакту, припаивая его к плате с образованием небольшой выпуклости вокруг контакта.
5. Повторить операцию для всех контактов стека.

Несколько изображений.
Рабочее место:
Припаянные контакты:




Желаю удачи!

Лавриненков Игорь Сергеевич


Для связи mail:  lis-soft /*at*/rambler   точка   ру 

суббота, 28 ноября 2015 г.

QRPP CW Маяк 18 МГц (17 м) с ключеванием от Arduino

В третьей версии маяка используется схема генерации N7KSB, линейные фильтры, двухтактный усилитель мощности и управление от микроконтроллера Arduino.

Структурная схема маяка:


Схема генератора:
Вывод 1 используется для ключевания, высокий уровень "1" - генерация отключена, низкий уровень "0" - генерация включена.
На стабилизатор напряжения КР142EH5Б установлен алюминиевый радиатор охлаждения.
Плата генератора:
Плата спроектирована под поверхностный монтаж, микросхема 
MM74HC240 в корпусе типа SO20 (SO-20).

Проверка генератора в действии:
Осциллограмма – генератор нагружен на 50 Ом.
Осциллограмма  -генератор нагружен на фильтр и 50 Ом.

Осциллограмма снятая перед фильтром – (генератор нагружен на фильтр и 50 Ом.)


ФНЧ ослабляет высшие гармоники, делая сигнал более приемлемым. 
Постоянная составляющая на выходе генератора = 2.5 В. (!)
Рассмотрим теперь спектрограммы сигнала генератора.

ВСЕ ИЗМЕРЕНИЯ ЧЕРЕЗ АТТЕНЮАТОР 10 дБ!
Генератор нагружен на 50 Ом. Спектр. 1 гармоника 18 дБм (63 мВт)
Генератор нагружен на 50 Ом. Спектр. 3 гармоника 5 дБм (3 мВт)
Генератор нагружен на 50 Ом. Спектр. 2 гармоника -9 дБм (0.126 мВт)
Генератор нагружен на 50 Ом. Спектр. 22 гармоника -26 дБм

Оставим включенным только блок генерации в MM74HC240 (красный треугольник на схеме)
Получаем на выходе  -29 дБм.  (6 мкВт)
Изменим ситуацию, включен только блок усиления (желтые треугольники на схеме). На выходе шум уровень не более -30 дБм. 
В дальнейшем  используется только коммутация усилительной части микросхемы (желтые треугольники), генераторная часть (красный треугольник) работает постоянно.

Фильтр низких частот.

Схема фильтра:

Плата фильтра: 
АЧХ + ФЧХ:

Номиналы фильтра подобраны в программе Micro-Cap 7.1.6

Посмотрим, как фильтр подавляет высшие гармоники.
ВСЕ ИЗМЕРЕНИЯ ЧЕРЕЗ АТТЕНЮАТОР 10 дБ!
Спектр на выходе фильтра: 
W1 = 22 дБм =0.16 Вт.  (По мощемеру Pсуммарное = 0.16 Вт)
W2 = 1.6 дБм = 1.4 мВт.   W3 = -4.6 дБм = 0.4 мкВт
Спектр на входе фильтра: 
W1 = 9.1 дБм = 8 мВт. По мощемеру P = 8 мВт

Усилитель мощности (SM0VPO)

Усилитель мощности (УМ) проектируется по статье SM0VPO (Harry Lythall)
[ http://sm0vpo.altervista.org/tx/rf_pa_cct_00.htm  BASIC LINEAR AMPLIFIER]
в переводе:
[http://radiomaster.ru/articles/view/63/  Широкополосный КВ усилитель мощности]
Схема двухтактного усилителя:
С1=100 мкФ + 33 нФ + 15 нФ
С2=22 нФ
R1=1 кОм
R2=30 Ом
TR1, TR2 =2SC2344,     h21e = 60
На транзисторы установлены алюминиевые радиаторы охлаждения.
R3 = 1.2 Ом
T1 входная обмотка содержит  8 витков
выходная обмотка содержит  1+1 витков
T2  входная обмотка содержит  8 витков
выходная обмотка содержит 2+2  витков
Трансформаторы выполнены на сердечниках биноклях (трансфлюкторах)  МЗ0ВН, 16х9х7.

Возможно, обозначив на схеме три емкости как С1, автор хотел разместить их рассредоточено по плате(?) ведь все эти три емкости между шиной (+) и (- GND)


Плата:
Измерения мощности и КПД с УМ: (емкостная свзяь Ген-Фильтр1)

Напряжение пит.
Ток
Мощность ВЧ
Мощность потр.
КПД
10
0.6
1.14
6
0.19
10.5
0.61
1.18
6.4
0.184
11
0.63
1.24
6.93
0.178
11.5
0.64
1.28
7.36
0.173
12
0.65
1.32
7.8
0.169
12.5
0.66
1.36
8.25
0.164
13
0.67
1.4
8.71
0.16
13.5
0.68
1.43
9.18
0.155
14
0.69
1.47
9.66
0.152
14.5
0.7
1.5
10.15
0.147
15
0.71
1.52
10.65
0.142
16
0.73
1.58
11.68
0.135
КПД снижается, с ростом мощности.
Главная гармоника (18.08 МГц) = 30 дБм (1 Вт)
Посмотрим на спектр сигнала
Все измерения на Анализаторе через добавочное 10 дБ.

При закорачивании емкости связи (между Генератором и Фильтром №1) Главная гармоника уменьшается до 29 дБ. Остальные гармоники тоже уменьшаются, при этом ток потребления не изменяется.

Постоянная составляющая на выходе генератора = 2.5 В! 
После установки фильтра №2. Получаем спектр:

Еще раз посмотрим сигнал без фильтра:

Фильтр 2 режет 1 гармонику с 31 дБм до 29 дБм.   Т.е.  с 1260 мВт до 790 мВт
Фильтр 2 увеличивает 2 гармонику с 10.4 дБм до 11.9 дБм.   Т.е.  с     10 мВт до  16   мВт
Фильтр 2 режет 3 гармонику с 19.6 дБм до -5.89 дБм.   Т.е.  с   80  мВт до   0.3     мВт


Сигнал имеет передний фронт 7 мкс:

Общий вид сигнала после Фильтра №2


Расчетная дальность прямой слышимости маяка. (по В.Полякову) При Ga = 1. 
D=sqrt30*Ga*P/E, где Е=1 мкВ/м предельный порог различения СW сигнала на слух. 
D = sqrt30*1* 1/1*10^(-6) =5470 км 
Расчетная дальность приема. (по Реду)

Пусть будет 1 скачок c минимальным ослаблением 60 дБ.
1 Вт = +30 дБм.
Pприем = 30 дБм – 60 дБ = -30 дБм =  1х10-6  Вт = 7х10-3 В
Pприем =   1  мкВт = 7  мВ = S4
Пусть будет 1 скачок c ослаблением 70 дБ на 2000 км.
1 Вт = +30 дБм.
Pприем = 30 дБм – 70 дБ = -40 дБм = = 0.1х10-6  Вт = 2.24х10-3 В
Pприем =   0.1  мкВт = 2.24  мВ = S3
(чувствительность приемника = 0.25 мкВ в SSB)

Внешний вид комплекта маяка. 



В качестве контроллера маяка используется Arduino. Запрограммировать его можно для работы в CW (Морзе), а также Feld Hell (Hellscriber)  

Подробные исследования по закладке CW/Hell у авторов:
Max Klimenko:
[ http://pastebin.com/46yPSy28 , http://max-ter.livejournal.com/571.html]
Mark VandeWettering:
[ http://brainwagon.org/2012/01/11/hellduino-sending-hellschreiber-from-an-arduino/ ]

На испытаниях маяка его сигнал зафиксировала станция в Бельгии, удаленность около 2350 км! 
[RBN DX de ON5KQ-#: 18120.4 R2AJA CW 8 dB 20 WPM CQ 1339Z 2015-09-26 13:40:00]

Лавриненков Игорь Сергеевич 


Для связи mail:  lis-soft /*at*/rambler   точка   ру 

QRPP CW Маяк 18 МГц (17 м) с воспроизведением сигнала с Audio CD.

Радиомаяк R2AJA на базе генератора по схеме N7KSB. Рассмотрено создание и оптимизация фильтра, генератора, модулирующего каскада.  Радиомаяк изготовлялся на частоту 18.121 МГц (17 М) Расчеты и оптимизация фильтра выполняется тоже под эту частоту. Проверяются исходные данные, предложенные автором генератора.
Схема маяка:
Маяк состоит из следующих компонентов:

Задающий ВЧ-генератор построен на микросхеме 74НС240 [1]. Микросхема состоит из двух частей назовем их «А» и «Б» по 4 инвертора.  Причем   один инвертор в блоке «А» является задающим генератором (показан красным цветом),  а четыре (желтых) в блоке «Б» используются в качестве усилительных.  Три (синих) инвертора  в блоке «А» не используются. Частота генерации определяется, устанавливаемым кварцем и может быть сотен КГц до десятков МГц. Частичная подстройка частоты может быть выполнена подбором емкости С3 в пределах 10…100 пФ.  В данной статье описание и расчет делается для маяка с частотой около 18.116 МГц.
Выходной фильтр строится на реактивных элементах L1,C8,L2,C9  и рассчитывается, на пропускание   частот 17-метрового КВ диапазона, с максимальным ослаблением высших гармоник. 

НЧ кодирующее устройство – любое устройство, способное воспроизводить записанный звук морзе-последовательности: аудиоплеер, диктофон, телефон (на схеме (Рис.1.) показан только НЧ вход). 
Демодулятор аудиосигнала строится на  диоде VD2 и транзисторах VT1, VT2,  которые коммутируют питание  ВЧ-генератора.
Питание   ВЧ-генератора стабилизировано использованием стабилизатора напряжения КР142ЕН5Б  с выходным напряжением 6 В. 
В качестве индикатора работы используется светодиод VD1  который вспышками отображает передаваемую морзе-последовательность.

Особенности ВЧ-Генератора.

В следующей таблице приведена зависимость выходной мощности маяка от напряжения питания. Измерения мощности  проведены на ваттметре типа М3-56. 
Напряжение, В
Ток, А
Мощность, мВт
7
0.1
196
6.75
0.09
178
6.5
0.09
162
6.25
0.08
148
6
0.08
134
5.75
0.07
119
5.5
0.07
107
5.25
0.06
96
5
0.06
85
4.5
0.05
65
4
0.05
50
3.5
0.04
36
3
0.03
24
2.5
0.02
13
2
0.01
4
1.5
0.01
2
1
0
0

Напряжение выше 7 В. может привести к недопустимому повреждению микросхемы  74НС240 [1] и, как показывают измерения, не ведет к значительному росту выходной мощности. 
Максимальную  выходную мощность, описанную N7KSB  как 500 мВт получить не удалось,  возможно, автор указал потребляемую мощность вместо мощности излучения.

На следующем графике показана зависимость   излучаемой  и потребляемой мощности от напряжения питания маяка:
Синий цвет – потребляемая мощность, красный – излучаемая. 
Рассчитаем КПД данного маяка как 
n = P/S
и построим график зависимости КПД от напряжения питания.
КПД достигает максимальных величин при V пит от 4.5 В и составляет 0.29.  Дальнейшее увеличение напряжения питания не ведет к росту КПД.
          При взгляде на схему маяка возникает мысль, что можно доработать схему  N7KSB  таким образом,  ввести в действие три инвертора из полукомплекта «А» с задающим генератором. Для этого нужно  выводы №17, №15, №13 отключить от земли и подключить (синие) инверторы в параллель с усилительным полукомплектом «Б».
Однако такая доработка приводит к потере стабильности генерации. 
Генерация начинается и исчезает на разных частотах спонтанно.

Расчет выходного фильтра. 

Расчет выходного фильтра проводился в программе MicroCap.  Моделируемая схема фильтра и его АЧХ показаны ниже.

Максимум пропускания фильтра около частоты 18.2 МГц, полоса пропускания по уровню 0.5 около 2 МГц.
Для намотки бескаркасных катушек был использован 
медный провод  с диаметром жилы d = 1.0 мм, и диаметром витка  D = 10 мм.
L1 (5 витков) = 0,304 мкГн
L2 (11 Витков) = 0,918 мкГн
Расчет индуктивностей  выполнен в программе Coil 32. 

Общая тенденция для подбора элементов фильтра следующая:  чем выше частота, тем меньше значения емкостей и индуктивностей. Автор  статьи [2] предлагает использовать следующие номиналы элементов:
Диапазон(м)
10
15
20
С1 (пФ)
330
470
680
С2 (пФ)
100
150
220
L1 (витков)
3
4
5,5
L2 (витков)
7
10
12

Измерение АЧХ фильтра на высокочастотном генераторе  с анализатором спектра показано ниже.
В полосе частот от 0 до 48 МГц фильтр проявляет себя как ФНЧ. Сложная зависимость от частоты в  пределе измерений от 0 до 145 МГц может быть объяснена влиянием емкостей подводящих проводов средств измерений  и межвитковых емкостей катушек.

Особенности демодулятора. 

Схема модели демодулятора построена на германиевом диоде.
Его задача – выделить огибающую из звуковых посылок, записанных в плеере.
Огибающая попадает на базу составного транзистора VT1, VT2 тем самым коммутирует питание ВЧ части маяка. При использовании  в детекторе емкости С7 = 0.1 мкФ, модулятор также генерирует АМ. Это связанно тем, что емкость пропускает звуковые колебания после детектора на микросхему, тем самым колебания выходного тока питания транзистора соответствуют колебаниям звуковой частоты. Для перехода от АМ модуляции к SSB, емкость следует увеличить до 1 мкФ.

Вид выходного сигнала маяка

Примерный вид ВЧ сигнала показан ниже.
Примерный вид спектра сигнала маяка показан ниже.
Спектр сигнала маяка. Полоса 30 МГц (добавлено 40 дБ ослабление).

Спектр сигнала маяка. Полоса 100 МГц (добавлено 40 дБ ослабление).
Подавление фильтром  гармоник генератора не хуже 30 дБ.
Осциллограмма CW последовательности маяка. R=50 Ом,  Vpp = 4.2 В,  Pизл=130 мВт

Записать CW последовательность в аудиофайл можно в  программе WinMorse v 2.0.  Важно, чтобы файл был записан с максимально возможной громкостью, а выходное устройство воспроизведения было настроено на громкость, близкую к максимальной, чтобы выделяемое детектором напряжение было около 0.3 В. 

Выбор антенны.

Антенну предпочтительно использовать   типа диполя соответствующего размера, плечи которого прикреплены непосредственно к схеме маяка.  Также подойдет антенна типа Inverted – V.  Размер каждого плеча для частоты 18.2 МГц около  4.16 м.  Можно подводить сигнал на антенну, используя  50-омный коаксиальный кабель, но нежелательно, из-за незначительной мощности маяка.

Выбор частоты маяка.

Выбор рабочей частоты маяка следует сделать исходя из возможности радиолюбителя подобрать кварцевый резонатор в радиолюбительском диапазоне, а также  изготовить  и установить   антенну соответствующего размера. Следует помнить и про влияние солнечной активности на прохождение КВ. Как правило, диапазоны 10 М и 12 М закрыты, однако если они открываются, дальность прохождения КВ будет максимальна, относительно других диапазонов.  Диапазоны 15 М, 17 М открыты значительно чаще, а 20 М доступен почти всегда. 
Важно чтобы выбранная частота не мешала проводить связи другим радиолюбителям, поэтому для испытаний радиолюбительских маяков  имеет смысл использовать обозначенные частотным планом «окна», либо верхние части диапазонов. 
Правильный подбор частоты работы маяка, чтобы его могло принять максимальное количество абонентов, достаточно интересная тема для рассмотрения в отдельной статье.

Расчетная дальность действия маяка

Попробуем оценить расчетную дальность прямой слышимости маяка. (по В.Полякову [3]) 
При Ga = 1. 
D=sqrt30*Ga*Pизл/E, где Е=1 мкВ/м предельный порог различения СW сигнала на слух. 
Pизл = 100 мВт
D = sqrt30*1*0.1/1*10^(-6) = 547 км
Попробуем оценить уровень сигнала маяка на расстоянии 2000 км.
(по Э.Реду [4])
Согласно графику
Пусть сигнал маяка сделает 1 скачок c ослаблением 70 дБ на 2000 км. 
Мощность Маяка Pизл = 0.1 Вт = +20 дБм 
Тогда мощность сигнала в точке приема запишется как
Pприем = 20 дБм – 70 дБ = -50 дБм = 0.01х10-6  Вт = 0.71х10-3 В
Pприем =   0.01  мкВт = 0.71 мВ , что эквивалентно показанию S-метра приемника «3».

Внешний вид комплекта маяка. 

Выводы


Представленная схема маяка может быть повторена начинающими радиолюбителями, без освоения микроконтроллерной техники, используя доступные компоненты и материалы.   
В зависимости от аудиозаписи маяк может работать в режиме CW и Feld Hell (Hellscriber)

Литература


[1]   MM74HC240 Inverting Octal 3-STATE Buffer.  Datasheet. http://lib.chipdip.ru/320/DOC000320346.pdf 
[2]   Виктор Беседин, UA9LAQ «Искусство работы QRP» . Перевод статьи про микропередатчик N7KSB. http://cqham.ru/artqrp.htm/ г.Тюмень. май 2003. 
[3]   В.Поляков, "О глобальном распространении КВ", CQ-QRP №41 зима 2013.
[4]   Э.Ред. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике. Изд. «Мир», Москва, 1990.

* данная статья доступна также в электронном журнале CQ-QRP #51 (Лето 2015)

Лавриненков Игорь Сергеевич 
Для связи mail:  lis-soft /*at*/rambler   точка   ру