فرستنده AM

مقدمه:

تكنولوژي پيشرفته اي، امكان ارتباط مردم سراسر دنيا را با يكديگر در زندگي روزمره فراهم كرده را امري عادي تلقي مي كنيم.

اكنون خيلي از مردم چند شماره تلفن دارند تا كارهاي شخصي و دفتري، فكس و مودم خود را انجام دهند. تلفن هاي همراه نيز فراوان است. مي توان از طريق شبكه اينترنت و پست الكترونيكي متن، صدا و تصوير يا هر اطلاعات دلخواه را به سراسر دنيا فرستاد، و براي دستيابي به اطلاعات و سرگرمي در شبكة جهاني سياحت كرد.

تعداد ايستگاههاي تلويزيوني آنقدر زياد شده اند كه نمي توان از نظر زماني وقت جهت تماشاي برنامه هاي همة آنها گذاشت. وسايل الكترونيكي هوشمند كارهاي خانه و اداره را انجام مي دهند و كارها به اين وسايل هوشمند و بستگي شديدي پيدا كرده بطوريكه سخت مي توان باور كرد كه بخش غالب اين تكنولوژي در طي 50 سال گذشته توسعه يافته است. فرستنده AM را كه روش كار و چگونگي آن را در اين مبحث شرح مي دهيم بسيار ساده مي باشد.

بخش اول

–        فرستنده

–        مدولاسيون

–        مدولاسيون (AMPLIUDE MODULATION) AM

–        مدولاسيون (FREQUENCY MODULATION) FM

–        ميكروفون

–        تقويت كننده اوليه (PR-AMP)

–        تقويت كننده نهايي (POWER-AMO)

–        اسيلاتور محلي (LO-OSE)

–        مدولاتور

–        تقويت كنندة قدرت (POWER-AMP-RF)

فرستنده

فرستنده، سيگنال ورودي را پردازش مي كند تا يك سيگنال مخابراتي مناسب ايجاد كند.

مي‌دانيم كه صداي انسان كه توسط تارهاي صوتي حنجره ايجاد مي شود مساحت زيادي نمي تواند طي كند. زيرا هم قدرت آن كم است و هم سرعت آن. بنابراين براي ارسال امواج صوتي به يك منطقه دوردست نياز به اين است كه صدا را سوار بر يك وسيلة سريع بنماييم.

همانطوريكه انسان براي سفر به يك منطقه دور به يك وسيله سريع مانند اتومبيل يا هواپيما نياز دارد، صداي انسان نيز بايستي سوار يك وسيله سريع بشود كه به اين وسيله سريع، حمل كننده يا كرير مي گويند، كه چيزي جز امواج راديويي نيست كه با سرعت 300 هزار كيلومتر در ثانيه در حركت مي باشد.

به عمل سوار كردن امواج صوتي برروي امواج كرير مدولاسيون (مدوله شدن) مي گويند.

امواج صوتي را به دو روش سوار بر كرير مي شود:

1-   روش AM (مدولاسيون دامنه)

2-   روش FM (مدولاسيون فركانس)

مدولاسيون AM (Amplitude Modulation)

در اين نوع مدولاسيون، دامنه امواج راديويي ساخته شده توسط نوسان ساز دائماً متناسب با دامنه موج صوتي رسيده از ميكروفون تغيير مي كند. به عبارت ديگر موج صوتي به صورت لباس بر اندام موج راديويي پوشانيده مي شود كه به موج صوتي، پوشش موج راديويي يا پوشش موج حامل گويند.

بلوك دياگرام 1-1 يك مدار مدولاسيون AM و ارتباط طبقات آن با يكديگر را نمايش مي دهد.

معايب روش AM

1-   در اين روش چون امواج راديويي توسط آنتن به صورت هوايي پخش مي شود پارازيت هاي موجود در فضا برروي موج سوار شده، اگر بخواهيم توسط

فيلتر آنها را حذف كنيم صدا هم حذف مي شود. بنابراين پارازيت ها را نمي توان حذف كرد و ايستگاههاي دور در روش AM غالباً پارازيت دار مي باشند.

2-   توان تلفاتي اين روش تقريباً بالا مي باشد.

مزيت روش AM:

در اين روش چون امواج راديويي توسط آنتن به صورت هوايي پخش مي شود پس از برخورد با لاية بالايي جو كه از گازهاي مختلف تشكيل شده و داراي يونهاي مثبت و منفي هستند، منعكس شده و به زمين برخورد نموده و مجدداً منعكس شده و به همين علت برد آنها زياد مي باشد و البته به علت تغيير دما در ساعات مختلف و تغييرات لايه هاي گاز، برد آنها نيز در ساعات شبانه روزي فرق مي كند و يا صدا به علت رفت و برگشت امواج، خود به خود قوي و ضعيف مي شود.

مدولاسيون FM (Frequency Modulation)

در اين نوع مدولاسيون، فركانس امواج راديويي ساخته شده توسط نوسان ساز دائماً متناسب با امواج صوتي رسيده از ميكروفون تغيير مي كند.

شكل 1-2 بلوك دياگرام مدار مدولاسيون FM را نمايش مي دهد.

عيب روش FM:

به علت اينكه موج FM داراي فركانس بالايي است اگر موج هوايي پخش شود از جو گذشته و برنمي گردد به اين خاطر موج FM زميني پخش مي شود و درنتيجه بر اثر موانع زياد، برد آن كم است، براي اينكه برد آن زياد شود بايد بين راه از ايستگاههاي تقويت كننده و يا از ماهواره استفاده نمود، يعني امواج به فضا فرستاده شده و توسط گيرندة فضايي (ماهواره) دريافت شده و پس از تقويت مجدداً امواج به زمين ارسال شود كه هزينه آن زياد مي شود.

مزيت روش FM:

چون در اين روش بر اثر تغييرات موج صوتي، فركانس موج راديويي تغيير مي كند بنابراين چنانچه پارازيت هاي موجود در فضا برروي امواج FM سوار شوند توسط فيلترها، دامنه موج (بالا و پايين موج) حذف شده بدون آنكه به موج صوتي لطمه اي وارد شود صدا بسيار صاف و بدون نويز خواهد شد.

محدودة پهناي باند

پهناي باند براي هر دستگاه در سيستم AM، 10KHz كيلوهرتز است و در اين محدوده نبايد ايستگاه ديگري برنامه پخش كند براي مثال محدود باند MW از 535KHz تا 1605KHz كيلوهرتز است كه تفاضل اين دو، عبارت است از
1605-535=1070 كه اگر بر 10 تقسيم كنيم برابر با 1.7 يعني موج MW > 1.7 ايستگاه راديويي بدون تداخل مي تواند كار كند.

ساختمان يك فرستنده راديويي AM در شكل 1-3 نمايش داده شده است.

ميكروفون:

ميكروفون مبدل انرژي صوتي به انرژي الكتريكي مي باشد.

تقويت كننده اوليه (PR-AMP):

به دليل اينكه سيگنال توليد شده توسط ميكروفون بسيار ضعيف مي باشد، نياز به يك تقويت كنندة اوليه دارد. كه اين كار توسط PR-AMP انجام مي گيرد.

تقويت كننده نهايي (Power-AMP)

سيگنال تقويت شده صوتي كه توسط ميكروفون توليد و توسط Pr-AMP تقويت دامنه مي شود. چون از نظر جريان ضعيف است، براي مدولاسيون نيز بايد تقويت جريان (به حد مطلوب) شود كه اين عمل توسط بخش تقويت كننده نهايي انجام مي گيرد تا سيگنال صوتي آماده مدوله شدن با كرير شود.

اسيلاتور محلي (LO-OSC):

نوسان ساز فركانس كرير است (فركانسي كه سيگنال صوتي بر آن سوار مي شود)

مدولاتور (مخلوط كننده):

سيگنال آماده شدة صوتي را با سيگنال كرير توليد شده توسط بخش اسيلاتور محلي با هم مخلوط مي كند تا به صورت امواج راديويي آماده شود.

تقويت كنندة قدرت (Power-AMP-RF):

بدليل اينكه سيگنال راديويي ضعيف است و نمي توان آن را به آنتن فرستاد، لزوماً بايد تقويت شود كه اين تقويت توسط بخش تقويت كننده صوت (امواج راديويي) انجام مي شود كه جريان موج راديويي تقويت شده در قسمت ورودي و خروجي Power-AMP-RF از يك سري فيلترها استفاده شده تا هارمونيكهاي ناخواستة توليد شده را حذف كند و از فرستادن هارمونيكهاي صوتي به آنتن جلوگيري كند.

بخش دوم:

–        تغذيه و محافظ مدار

–        اسيلاتور

–        تقويت كننده صوت

–        كليد انتخاب كننده ورودي

–        ميكروفون و پري آمپلي فاير (PR-AMP MIC)

مدار تغذيه و محافظ مدار:

با توجه به قسمت تغذيه ولتاژ اين مدار، مدار محافظتي تغذيه (ولتاژ) دستگاه فرستنده AM مي باشد. نقشه شماره 1 نشان‌دهندة اين مدار مي باشد.

با توجه به نقشه مدار، جك S2 (فيش مادگي آداپتوري) براي قابل حمل كردن دستگاه استفاده شده است.

كليد SW2 (SW-Power) جهت روشن و خاموش كردن دستگاه مي باشد، با توجه به مدار، ولتاژ تغذيه مدار (30V.DC و ماكزيمم 2A مي باشد) فيوز F1 فيوز حفاظت جرياني مدار و ديود D1 زماني كه ولتاژ تغذيه معكوس بسته شود از مدار محافظت مي كند.

مقاومت R1 (6.8R-5W) مقاومت ضربه گير (سروج) مي باشد و در لحظه اوليه روشن شدن مدار چون خازن پر ظرفيت C1 خالي است اتصال كوتاه مي شود. در نتيجه جريان زيادي كشيده مي شود با توجه به اينكه مقاومت R1 در مسير اين جريان قرار دارد از اتصال كوتاه شدن لحظه اي منبع تغذيه و سوختن ناگهاني فيوز جلوگيري به عمل مي آورد.

خازن C1 كه يك خازن ظرفيت بالا و ولتاژ بالا مي باشد، رگولاسيون ولتاژ و گرفتن ريپل‌هاي ناخواسته و پشتوانه جرياني براي مدار مي باشد ديود D2 كه به صورت معكوس نصب شده از ورود فركانسهاي ناخواستة توليد شده در مدار و همچنين چون مدار خاصيت سلفي دارد، از ورود ولتاژهاي زياد ناگهاني معكوس به داخل خط تغذيه جلوگيري مي كند.

مدار اسيلاتور:

با توجه به شكل و بلوك دياگرام 2-1 نحوة كار اسيلاتور به صورت زير است:

هرگاه يك سيم پيچ با يك خازن به صورت موازي بسته شود، مدار تانك تشكيل مي گردد. با اعمال يك پالس به مدار تانك، انرژي در خازن ذخيره مي شود. اين انرژي در داخل سيم پيچ تخليه شده و ميداني را در اطراف آن به وجود مي آورد. وقتي خازن كاملاً دشارژ شد انرژي ذخيره شده در سيم پيچ، خازن را مجدداً شارژ مي كند و نوسانات تداوم مي يابد، در صورتي كه مقاومت اهمي سيم پيچ صفر باشد و مقاومت عايق خازن بينهايت باشد، نوسانات پايدار خواهد شد. از آنجا كه عملاً اين مقادير صفر و بينهايت نيستند نوسانات پايدار نخواهد بود و بعد از مدت زمان معيني كه مقدار آن بستگي به مقاومت سيم پيچ دارد، ميرا مي شود.

فركانس نوسان ساز از رابطه زير بدست مي آيد:

براي پايدار كردن نوسانات ميرا شونده از تقويت كننده و مدار فيدبك استفاده مي شود.

طبق اصل «بارك هاوزن» زماني نوسانات پايدار مي شوند كه ضريب تضعيف ولتاژ در مدار فيدبك از نظر عددي برابر با عكس ضريب تقويت ولتاژ مدار تقويت كننده شود. به طوريكه داريم:

AV: ضريب تقويت

B: ضريب تضعيف شبكه فيدبك

نقشه شماره 2 مدار اسيلاتور مي باشد. اين اسيلاتور L.C «هارتلي» (تقسيم ولتاژ سلفي در شبكه فيدبك) مي باشد.

با توجه به نقشه المانهاي L1 و C1 اجزاي تانك نوسان ساز مدار مي باشند كه L1 تشكيل شده از 70 دور سيم 0.3 به دور استوانه اي به قطر 5mm كه از دور 35 آن يك پريز گرفته شده است.

مقدار ظرفيت اين سلف از طريق فرمول زير محاسبه مي شود.

برحسب ميكروهانري

D: قطر سيم پيچ

N: تعداد دور سيم پيچ

L: طول سيم پيچ

مقدار ظرفيت سلف در اين اسيلاتور برابر است با:

D=0.5cm

N=70 دور

L=4cm

با توجه به اينكه با قرار دادن هسته فريت، فلوي مغناطيسي ايجاد شده در سلف تغيير كرده در نتيجه مقدار ظرفيت آن هم تغيير كرده، و با پيچاندن هستة فريت ميزان فركانس نوسان ساز را مي توانيم تغيير دهيم. شكل 3 مدار اسيلاتور و مدولاتور فرستنده را تشكيل مي دهد. C2 و L1 المانهاي تانك رزونانس مي باشند.

پتانسيومتر R2 و خازن C3 شبكة فيدبك را تغيير مي دهند، پس در حين كار فرستنده، پتانسيومتر بايد خوب تنظيم شود تا نوسان ساز فرستنده درست كار كند. البته پتانسيومتر تأثيراتي برروي پهناي باند فركانسي خواهد گذاشت.

پتانسيومتر R4 براي تنظيم باياس بيس ترازيستور TR1 و مقاومت R4 محدود كنندة جريان بيس (محافظت ترانزيستور B-E) مي باشد.

ترانزيستور TR1 از نوع «درالينگتون» با بتاي حدوداً B=750 مي باشد. اين ترانزيستور (D921)، ترانزيستور قدرت و محدودة فركانس 5MHZ و MAX =5A IC I و حداكثر توان تحملي 50W مي باشد كه براي مدار فرستنده بسيار مناسب مي باشد.

نكته: ترانزيستور TR1 بايد روي هيت سينگ (خنك كننده) نصب شود. خازن C4 خازن باي پس، براي افزايش بهره (گين) تقويت كننده مي باشد.

مقاومت R5 باياس پايه اميتر TR1 را تأمين مي كند بدليل اينكه جريان عبوري از مقاومت R5 بالا مي باشد اين مقاومت را مقاومت پروات انتخاب كرديم.

ترانس T1 ترانس مچينگ (چوك آبي معمولي) براي تطبيق (مچ كردن) طبقه تقويت كننده صوت و مدولاتور مي باشد. (سمت سه سر ترانس ورودي و سمت دو سر ترانس خروجي)

پتانسيومتر R6 براي تنظيم مقدار دامنة ولتاژ دو سر ترانس براي كوپل كردن به بخش مدولاتور مي باشد.

بخش تقويت كننده صوت:

با استفاده از آي سي TDA2003 و چند قطعة غيرفعال مي توان تقويت كنندة قدرت بسيار خوبي براي مدار فرستنده AM طراحي كرد و ساخت.

همانطور كه نقشه مدار نشان مي دهد، مدار كامل شده چندان پيچيده نمي باشد. (نقشه و شكل 4) سيگنال ورودي از طريق خازن C8  به پايه يك آي سي اعمال مي شود. حلقة فيدبكي از پايه 4 (خروجي مدار) به پايه 2 (ورودي فيدبك)‌
مي باشد.

ضريب تقويت مدار به نسبت، بين مقاومتهاي R10 و R11 بستگي دارد. در اين مورد ميزان تقويت مدار با تغيير R10 تا حدود صد برابر تغيير مي كند.

مقاومت R9 و خازن C9 موجب مي شود كه تقويت كننده در فركانسهاي بالا نيز پايداري خود را حفظ كند. خازن C7، خازن دي كوپلينگ براي انتقال سيگنال تقويت شدة صوتي به طبقه بعد مي باشد.

شبكه C6 و R8 به صورت بخشي از بار مصرفي عمل كرده و افزايش امپدانس خروجي در فركانسهاي بالاتر را جبران مي كند.

منبع تغذيه به پايه هاي 3 و 5 متصل شده و حداكثر تا ولتاژ 20 ولت مي باشد.

در صورتي كه ولتاژ تغذيه از اين مقدار نيز بيشتر شود الزاماً موجب آسيب ديدن مدار نخواهد شد. همچنين آي سي فوق در مقابل اتصال كوتاه و اضافه بار و افزايش بيش از حد حرارت محافظت شده است.

نكته: آي سي فوق بايد برروي هست سينگ (خنك كننده) وصل شود. پتانسيومتر R12 براي تنظيم مقدار دامنه سيگنال ورودي به تقويت كننده و جلوگيري از اعوجاج برروي سيگنال صوتي مي باشد.

قسمت كليد انتخاب ورودي (AUDIO-MIC)

با توجه به شكل نقشه 5 كليد انتخاب ورودي (Audio-Mic) از يك كليد سه حالته دو پل جداگانه تشكيل شده است. زماني كه در حالت يك (انتخاب ورودي (Audio)) قرار دارد. LED D4 روشن مي شود و ورودي صدا به تقويت كننده قدرت وصل مي شود، و از خروجي سيگنال صوتي دريافت مي شود.

زماني كه كليد، در حالت دو قرار مي گيرد. (انتخاب ورودي Audio) قطع شده و ورودي ميكروفون (داخلي) وصل شده. در اين حالت LED D3 روشن شده و ولتاژ تغذية بخش ميكروفون هم نيز برقرار مي شود تا مدار قسمت ميكروفون (پري آمپلي فاير) كار كند.

S1: جك مادگي ورودي صوتي مي باشد كه كار را براي حمل آسان مي كند.

IC2: يكي آي سي رگولاتور 18V (7818) ولتي مي باشد كه براي تنظيم (رگوله) ولتاژ بخش تقويت قدرت مي باشد.

مقاومت R7 مقاومت محدود كنندة جريان و محافظ IC رگولاتور 18 ولتي مي باشد.

نكته: آي سي IC2 بايد به هيت سينگ (خنك كننده) وصل شود. خازن C5، خازن نويزگير مي باشد. تا نويز و پارازيت ناخواسته به بخش تقويت كنندة صوت وارد نشود.

بخش ميكروفون و پري آمپلي فاير (PR-AMP-MIC)

همانطور كه از نقشه 6 پيداست اين بخش از يك تقويت كنندة ابتدايي ترانزيستوري كلاس A كه از يك ترانزيستور معمولي نوع NPN به شماره BC107 تشكيل شده است. در اين قسمت مدار از يك آي سي رگولاتور (7810) IC3 براي تغذيه استفاده شده مقاومت R17 باياس تغذية ميكروفون خازني را تأمين مي كند خازن C14، خازن نويزگير مي باشد.

خازن C12 خازن دي كوپلينگ است.