Danas ćemo razmotriti radiodifuzni FM predajnik za frekvencijski opseg 76-108 MHz podesive snage u rasponu 0,5 – 5 W (0,1 – 7 W). To je kineski modul koji se može nabaviti već po cijeni nižoj od 30 eura. Naravno, bilo kakvo radijsko emitiranje bez valjanih dozvola je zakonski zabranjeno, tako da o tome treba voditi računa kod bavljenja ovim uređajem.
Dobili smo dva primjerka ovih predajnika, jedan novi u KIT-u i jedan sastavljen. Sastavljeni uređaj je dobro radio neko vrijeme (ukupno oko 10 sati rada) no u jednom trenutku je nestalo izlaznog VF signala na antenskoj utičnici, dok displej i kontrole rade i dalje. Vlasnik želi da pokušam popraviti ovaj uređaj, a ako se to pokaže nemogućim ili neisplativim, onda ćemo sastaviti novi KIT komplet.
Predajnici u najjeftinijoj inačici dolaze kao nedovršeni KIT komplet, te je potrebno zalemiti nekoliko elementa posljednja dva stupnja tranzistorskog VF pojačala za što nisu potrebne nikakve posebne tehnike lemljenja.
Ovo je sastavljen uređaj (sada neispravan). Razlike su u tipu pojednih kondenzatora i u veličini displeja.
Usporedba displeja na dva kompleta, vidi se da dolaze u dvije veličine sa vidljivim površinama cca 32×28 mm i 30×17 mm. Displej pokazuje svega tri veličine koje moguće mijenjati (frekvenciju, jačinu audio ulaza i izlaznu VF snagu) tako da veličina samog LCD-a i nije od nekog praktičnog značaja. Čini se da su raniji modeli imali veći displej, a sad se prešlo na posve dovoljne manje displeje.
Kada se dobije jedan ovakav moderni uređaj sa namjenskim čipovima i mikrokontrolerima, jedino što se osim vizualne inspekcije može provjeriti to je prisutnost napona na regulatorima napona. U našem slučaju su ugrađeni regulatori za 5 i 3,3 V, a pošto displej radi (3,3 V) onda su vrlo vjerojatno ovi naponi ispravni. Provjera je to i potvrdila, a vizualno se ne uočavaju nikakve nagorjele ili na drugi način oštećene komponente.
Pločica sadrži četiri integrirana kruga:
- LM358 (x2) – dvostruko operacijsko pojačalo
- AB24CR437N.1-82 (JieLi), na drugoj pločici AB1747CJ2R12.1-82 (JieLi) – ovaj kineski čip je očito označen tvorničkim kodom na osnovu kojeg se ne mogu naći nikakvi podaci. S obzirom da se nalazi u blizini utora za MicroSD/TF memorijsku karticu ovo je vjerojatno čip za mp3 dekodiranje (mp3 svirač). Pretpostavljam da je riječ o nekom mp3/wav čipu vrlo sličnom kao što je primjerice QJ008-16S. Čini se da kineska tvrtka JieLi (JL) svoju seriju čipova za mp3 dekodiranje označava slovima AB.
- QN8066 (Quintic) – stereo FM prijemnik i predajnik za frekvencijski opseg 60-108 MHz. To je cjelovito single-chip rješenje za gradnju stereo FM prijemnika i predajnika za razne namjene, upravljiv preko standardne I2C sabirnice.
Naravno, nedostaje nam glavni mikrokontroler za upravljanje FM čipom QN8066, te displejom i digitalnim kontrolama. On se nalazi na pločici displeja. To je u jednom slučaju 8-bitni MCU iz Nuvoton NuMicro MS51 serije pune oznake MS51FB9AE (16 KB Flash, 1 KB RAM, 4 KB ROM, 18 I/O, 4 Timer, 6 PWM, 12-bit ADC, UART, SPI, I2C). U drugom slučaju je ugrađen također Nuvoton 8-bitni MCU no ovaj put iz 1T 8051 serije N76E003AT20 (18 KB Flash, 1 KB RAM, 4 KB ROM, 18 I/O, 6 Timer, 5 PWM, 12-bit ADC, UART, SPI, I2C).
Mi se sada u svrhu popravka moramo usmjeriti na analizu sklopova i upravljačkih krugova na kojima se bazira ovaj konkretni kineski modul. Kinezi su tradicionalno i ovdje vrlo škrti u davanju bilo kakvih podataka i informacija o samom sklopu, a one koje se daju više su usmjerene na komercijalne (reklamne) svrhe nego što opisuju stvarne tehničke specifikacije. Iako se uređaj prodaje kao djelomično sastavljen, nigdje nećete dobiti ni barem dio elektroničke sheme potrebne za dovršetak sklopa. Elementi na pločici nisu označeni čak ni numerički i jedini način da uređaj sastavite do kraja je preko fotografije nekog već završenog uređaja. Stoga je najbolje da si sami nacrtamo elektroničku shemu ovog predajnika.
Audio ulazi
Što se tiče analognih audio ulaza, može se izravno spojiti neki stereo linijski ulaz maksimalne amplitude 1 Vpp ili neki kondenzatorski (electret) mikrofon. Mikrofonski ulaz je mono i na njemu je prisutno napajanje cca 2 V. Kao mikrofonsko pojačalo koristi se jedno operacijsko pojačalo unutar čipa LM358 dok je drugo pojačalo neiskorišteno. S obzirom da su svi audio ulazi (linijski, mikrofonski i SD/TF/USB) međusobno paralelno spojeni preko jednostavne pasivne otporničke mreže (pasivni mikser ili zbrajalo signala), ovdje nije poželjan stalan rad mikrofonskog pojačala jer bi isto unosilo nepotreban šum u audio kanal kada se mikrofon ne koristi. Stoga je ugrađena tranzistorska sklopka koja isključuje napajanje pojačala ukoliko nije spojen mikrofon.
Međutim, unatoč sklopu za isključivanje pojačala, mikrofonski mono razdjelnik signala na dvije stereo linije preko dva otpornika od 20 kΩ svakako loše utječe na razdvajanje stereo kanala, odnosno preko njih se ostvaruje određeno preslušavanje između kanala. Kad bi ovaj predajnik htjeli koristiti za kvalitetno stereo odašiljanje, svakako bi bilo dobro razdvojiti stereo audio ulaze preko neke selekcijske sklopke ili preko aktivne miksete.
Digitalni audio kanal prihvaća MicroSD/TF kartice sa mp3 ili wav audio datotekama. Na pločici odmah pored mp3 dekoderskog čipa uočavaju se četiri lemne rupe koje su vjerojatno ostavljene za USB priključak. Time bi se mp3 ili wav audio datoteke mogle reproducirati i sa USB memorijskih stikova.
FM TX integrirani krug QN8066
Za FM RX/TX čip QN8066 je dostupna osnovna tvornička dokumentacija prevedena na engleski jezik što svakako veseli. Štoviše, na GitHub-u možete naći Arduino Library za QN8066 kao i nekoliko gotovih primjera namjenskog upravljanja ovim čipom. Sam čip je jeftin za nabavu, no više se isplati kupiti neki gotov modul sa QN8066 jer će već biti ugrađen oscilator takta na 32,768 kHz kao i određena NF i VF pojačala (ovisno o modulu). Kod našeg modula je upravljački MCU sa displejom na posebnoj pločici koje su spojene konektorom, tako je vrlo lak fizički dostup I2C linijama. Stoga je upravo ovaj model predajnika posebno pogodan za modifikacije sa vlastitim MCU-om, displejom i namjenskim kontrolama.
Interna blok shema integriranog kruga QN8066.
Izlazno VF pojačalo
Deklarirana snaga izlaznog pojačala za naš modul je 5-7 W, ovisno o oglasu. Pojačalo sadrži četiri stupnja tranzistorskog pojačanja: pretpojačala sa SMD tranzistorima S9018 i 2SC3356 (snaga do 100 mW), driver sa tranzistorom 2SC4767 ili 2SC2851 (snaga do 1 W), te izlazni tranzistor 2SC1971 sa izlaznom snagom do 7 W (12 V napajanje, pobuda 0,8 W). Ovo su neke maksimalne teoretske vrijednosti, no svakako ćemo provjeriti stanje i u praksi.
U KIT kompletu dobivate rabljene (reciklirane) tranzistore za izlazne stupnjeve VF pojačala. Možda je i bolje za tu cijenu dobiti rabljene ali originalne japanske tranzistore nego neke loše kineske kopije VHF tranzistora snage.
Regulacija izlazne snage
Regulacija izlazne snage se vrši regulacijom napona napajanja driver tranzistora 2SC4767. U tu svrhu MCU generira PWM signal koji se vodi na regulator sa LM358 i regulacijskim tranzistorom MJD122G. Prvo operacijsko pojačalo čipa LM358 je u tipičnom spoju aktivnog nisko-propusnog filtra, točnije aktivnog Sallen Key Butterworth nisko-propusnog filtra drugog reda, kakav smo već susretali u objavama o tonskim kontrolama. Zadaća ovog filtra je pretvaranje PWM signala iz MCU-a u proporcionalnu vrijednost istosmjernog napona. Ovaj (referentni) napon se dovodi na neinvertirajući ulaz drugog operacijskog pojačala koje je u spoju komparatora napona. Na drugi ulaz komparatora (invertirajući ulaz) dolazi uzorak izlaznog napona dobiven preko djelitelja napona sa otpornicima 10 kΩ i 4,7 kΩ. Time se ujedno vrši stabilizacija izlaznog napona. Koji god da se napon promjeni (regulacijski ili izlazni) komparator će to pretvoriti u razliku napona kojim se upravlja izlazni regulacijski tranzistor.
Izlazni tranzistor MJD122G je spojen kao serijski regulator na liniji napajanja 12 V i to je zapravo Darlingtonov spoj dva tranzistora u jednom kućištu koji može disipirati snagu do 20 W (max 100 V, 8 A).
Sada kada razumijemo sklop, lako ćemo pronaći u čemu je problem sa nedostatkom izlaznog VF signala. No, prije toga možemo sastaviti novi KIT i izvršiti neka mjerenja.
Ovdje sam snimio frekvencijski odziv izlaznog antenskog filtra predajnika. Markeri označavaju frekvencijski opseg 88-108 MHz. Vidi se da je propusna širina filtra cca 60-133 MHz, a potiskivanje drugih harmonika je najmanje -40 dB.
Izlazna snaga predajnika se digitalno podešava u 300 koraka (0-300). MCU za svaki korak napravi promjenu PWM signala koji se nakon filtriranja (LM385) linearno mijenja u promjenu napona. Međutim, ta linearnost se kasnije kvari na odzivu regulacijskog i driver tranzistora tako da promjena snage u konačnici neće biti potpuno linearna kako mijenjamo vrijednosti 0-300, no bit će blizu tome. Veći utjecaj na izlaznu snagu ima podešenost promjenjivog induktiviteta između izlaznih tranzistora za svaku odabranu frekvenciju, temperaturna stabilnost i stabilnost napona napajanja.
Stoga je nakon svake promjene frekvencije (pogotovo ako je ta promjena veća) potrebno ugoditi promjenjivu zavojnicu na najveću izlaznu snagu. Temperaturna stabilnost će se postići nakon nekoliko minuta rada što će uvelike stabilizirati i daljnju (nekontroliranu) promjenu izlazne snage. Pri punoj snazi hladnjak brzo postane topao, tako bi za duži rad na najvećoj snazi svakako bilo dobro na hladnjak montirati neki ventilator.
Prema podacima u tablici vidimo kako promjena napona napajanja driver tranzistora jako utječe na izlaznu snagu. Na 12 volti napajanja regulator će dati maksimalno 8,5 V za driver tranzistor, no povećanje napona napajanja za samo 0,5 V (na 12,5 V) povećati će i napon driver tranzistora na 9 V te posljedično tome izlaznu snagu na 5,4 W (potrošnja 980 mA). Vjerojatno bi uz daljnje povećanje napona napajanja (do 13,5 V) dobili izlaznu snagu oko deklariranih 7 W, no tada svakako trebamo osigurati i bolje hlađenje za oba tranzistora.
Regulatori napona za 5 V i 3,3 V trebaju osigurati struju od 120 mA tako da povećanje ulaznog napona za 1,5 V ne bi trebalo značajno povećati njihovo zagrijavanje. Regulacijski tranzistor MJD122G se grije nešto više, no bakrena masa tiskane pločice na koju su zalemljeni dovoljno odvodi toplinu sa ovih elemenata.
Inače, driver tranzistor 2SC4767 bez problema radi na 13,5 V (maksimalno 16 V) i može dati oko 900 mW snage uz pobudu od 30 mW. Isto tako, izlazni tranzistor 2SC1971 bez problema radi na 13,5 V (maksimalno 17 V) i može dati oko 7 W snage uz pobudu od 600 mW.
Sve podatke dobivene našim mjerenjem treba uzeti s rezervom jer se oni mogu razlikovati kod svakog pojedinačnog primjerka predajnika. Sasvim sigurno nećete uz svaki primjerak dobiti tranzistore istih pojačanja, niti će regulator za driver tranzistor imati posve isti odziv. Iako je sam FM čip prilično napredan, ovo je i dalje jednostavni predajnik sa svega jednim podešavajućim elementom i bez automatskih krugova regulacije koji bi održavali stabilnu izlaznu snagu. Može se koristiti za laboratorijske eksperimente i VF pokuse, ali svakako ne za neko kontinuirano radiodifuzno emitiranje. Čak i da ga se pokuša legalizirati, ovakav predajnik posve sigurno ne zadovoljava tehničke uvjete niti može biti pouzdan za takav rad. Može biti zanimljiv kao podloga za testiranje svih mogućnosti čipa QN8066, odnosno za programiranje sučelja preko kojeg će se moći pristupiti svim kontrolama (prijemnik i predajnik).
Na kraju smo našli da je na neispravnom modulu problem u izlaznom tranzistoru. Driver tranzistor uredno dobiva regulacijski napon cca 0-9 V i na kolektoru mjerimo VF signal čija amplituda prati promjenu regulacijskog napona.
Tranzistor 2SC1971 (Mitsubishi) se ne proizvodi unatrag barem 10 godina i teško se nabavljaju primjerci iz starih zaliha. Što je još gore, na Internetskim stranicama gdje se i nudi ovaj tranzistor, gotovo uvijek je riječ o lažnjacima. Kao moguća zamjena popularan je RD06HVF1 koji ima isti tip kućišta, raspored nožica i električne specifikacije kao i 2SC1971. Međutim, RD06HVF1 je N-MOSFET dok je 2SC1971 bipolarni NPN tranzistor. Stoga je potrebno napraviti neke modifikacije za osiguranje ispravnog prednapona na GATE-u MOSFET-a (GATE napon vođenja za RD06HVF1 je 1,9-4,9 V).
Kinezi preko ovih modula recikliraju i ponovno prodaju stare tranzistore odlemljene iz tko zna kojih uređaja, što nije nužno loše, no kad otkaže takva komponenta onda je gotovo nemoguće istu ponovno nabaviti. Štoviše, jeftinije, lakše i sigurnije je kupiti novi KIT komplet jer ćete uz njega dobiti rabljene ali ispravne i originalne tranzistore. Jednako tako, za modifikaciju naših predajnika na tranzistor RD06HVF1 potrebno je napraviti dosta zahvata na tiskanim vezanima i naći prikladno mjesto za smještaj novih elemenata. S obzirom da se zahvati rade na dijelu gdje je prisutna najveća VF snaga, elementi se ne mogu montirati bilo kako jer se lako stvore neželjeni parazitski putovi za VF signal. U današnje vrijeme je jednostavnije, pa čak i ne puno skuplje, kupiti gotov modul UHF VF pojačala iste snage ako baš želimo osposobiti ovaj predajnik.
Iako je samogradnja u elektronici možda postala neisplativa, učenje kroz eksperimente, mjerenja i analizu gotovih sklopova jednako je dobar način za upoznavanje sa elektroničkim sklopovima. Danas kada su napredni mjerni instrumenti za RF elektroniku postali dostupni gotovo svima, svakako se treba orijentirati na njihovu praktičnu upotrebu.
Nekada su se u samogradnji radili radio uređaji koji su se najčešće podešavali „na sluh“ ili nekim okvirnim posrednim metodama. Mnoga mjerenja i podešavanja se nisu mogla precizno napraviti jer radioamateri nisu imali precizne generatore signala, analizatore spektra, osciloskope i druge instrumente za tu namjenu. Stoga je sada pravo vrijeme da se svi ti uradci ponovno izvuku iz prašine, te testiraju njihove stvarne specifikacije. Isto vrijedi i za nove sklopove koje možete jeftino nabaviti iz Kine. Nekada je popularna bila gradnja i sklapanje elektroničkih uređaja, danas je popularno rasklapanje i analiza gotovih uređaja. Iz jednog i drugog se svašta može naučiti 🙂