什么？不用晶振也能設(shè)計(jì)無(wú)線電發(fā)射機(jī)？！

有時(shí)，發(fā)送小功率無(wú)線電信號(hào)創(chuàng)建信標(biāo)，將信號(hào)載波發(fā)送到附近的接收機(jī)，以QRP（小功率）或QRPP（極小功率）模式進(jìn)行發(fā)送等等非常有用。本文所示的電路很容易構(gòu)建，可以正常工作。它不使用任何電感器或晶體，而是其頻率由電阻器和電容器確定。電路的核心是74HC14 IC。

如何發(fā)送無(wú)線電信號(hào)

有許多發(fā)送信號(hào)載波的方法。如果信號(hào)是周期性的高頻信號(hào)，那么它就可以離開(kāi)天線并通過(guò)空間傳播，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)，就需要有振蕩器電路，它可以用不同的電子元器件（晶體管、變壓器、IC等）構(gòu)建。

擬定的電路

本文所示的電路非常簡(jiǎn)單，100%可以工作。圖1給出了振蕩器的一般原理圖，它使用一個(gè)邏輯非門74HC14，這是個(gè)使用數(shù)字施密特觸發(fā)反相器的施密特觸發(fā)RC振蕩器。

施密特?cái)?shù)字觸發(fā)器具有內(nèi)置的遲滯（約2V），閾值電壓為VT+（3.0V）和VT-（1.2V）。R1與電路連接構(gòu)成正反饋環(huán)路而產(chǎn)生振蕩。當(dāng)Vc小于VT-時(shí)，Vo變高并開(kāi)始通過(guò)R1（返回）對(duì)電容器C1充電。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-，則又會(huì)重復(fù)上述步驟，這樣就產(chǎn)生了振蕩輸出。理想情況下，使用這種配置，可以獲得大約30MHz的最大頻率。

圖1：振蕩器原理圖及其瞬態(tài)圖。

電氣原理圖

發(fā)射機(jī)的電路圖非常簡(jiǎn)單（見(jiàn)圖2），它由三個(gè)有源器件組成：數(shù)字非門74HC14（其他型號(hào)不適用）和兩個(gè)NPN晶體管。

圖2：發(fā)射機(jī)的完整原理圖。

首先來(lái)研究下由第一個(gè)觸發(fā)反相器所代表的電路的第一部分。在此，輸出信號(hào)通過(guò)兩個(gè)電阻器R1和X14進(jìn)行反饋，后者是一個(gè)電位器，可以用它來(lái)改變振蕩頻率。輸入端口通過(guò)33pF的電容器C1與C4并聯(lián)接地，后者為50pF或更大的可變電容器，這樣就也可以通過(guò)調(diào)整它來(lái)改變振蕩頻率。因此，X14電位器和可變電容器C4都可以用來(lái)改變振蕩器的工作條件。

第二級(jí)是個(gè)緩沖分離器，由X17數(shù)字非門表示。它將信號(hào)分離并進(jìn)行整形，其輸出通過(guò)負(fù)載R2（1，000Ω電阻）接地。數(shù)字端口的電源電壓為5V，最終輸出也將為5V。

第一個(gè)晶體管Q2是常用的BC546，它通過(guò)共集電極配置將電壓電平從5V升高到幾乎12V。晶體管Q2的集電極上會(huì)出現(xiàn)和X17幾乎相同的波形，但其相位將改變180°。

第二個(gè)晶體管Q3具有分離前一級(jí)（緩沖器）的功能，并將阻抗降低到75Ω，從而更適合于天線。這個(gè)配置稱為“射極跟隨器”，它將信號(hào)與前一級(jí)分離。

最終，信號(hào)通過(guò)470pF的電容器C6引到天線。使用這種配置，理論功率約為100mW，但實(shí)際上更低。如果天線的阻抗為75Ω（偶極子），則可以嘗試去掉R3。也可以嘗試從原理圖中去掉C6，而用短線將其替換。

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

圖3：器件的引腳排列。

觀察電路關(guān)鍵點(diǎn)處的信號(hào)圖，會(huì)非常有趣并且有用。圖4對(duì)下述幾個(gè)節(jié)點(diǎn)提供了信號(hào)曲線：

第一個(gè)邏輯反相器X16的輸出處的信號(hào)曲線（綠色）；

第二個(gè)邏輯反相器X17的輸出處的信號(hào)曲線（青色）；

第一個(gè)晶體管Q2的集電極上的信號(hào)曲線（紅色）；

第二個(gè)晶體管Q3的發(fā)射極上的信號(hào)曲線（黃色）。

圖4：電路四個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)處的信號(hào)曲線。

電子元器件

下面是這個(gè)項(xiàng)目中所使用的電子元器件的列表。它們不是關(guān)鍵元器件，可以在任何電子產(chǎn)品商店找到。

?R3：電阻75Ω、3W；

?R1、R2、R5：電阻1kΩ；

?R4：電阻100Ω；

?X14：電位器或微調(diào)器330Ω；

?C1：電容器33pF；

?C4：可變電容器50pF；

?C6：電容470pF；

?C7、C8：電容器100nF；

?Q2、Q3：NPN晶體管BC546；

?X17，X16：74HC14六路施密特觸發(fā)反相器IC；

?X18：7805；

?V1：電池12V。

PCB

可以在面包板上或者用PCB構(gòu)建電路。布局非常簡(jiǎn)單，但必須遵守PCB的基本規(guī)則。在圖5中，可以看到PCB走線和元器件的布置布局。

圖5：PCB和元器件布局。

圖6顯示了電路的三維重建。創(chuàng)建三維圖片是種明智的方法，它可以提供所用元器件空間的圖像，借此可以避免許多設(shè)計(jì)錯(cuò)誤并節(jié)省大量時(shí)間。

圖6：電路的三維渲染。

天線

可以使用長(zhǎng)電線作為天線，但如果想要提高發(fā)射機(jī)的性能，則可以創(chuàng)建一個(gè)調(diào)諧天線，例如偶極子天線（見(jiàn)圖7），在這方面有很多文獻(xiàn)可以參考。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，它由長(zhǎng)度為半個(gè)波長(zhǎng)的輻射元件組成，并在中心饋電。創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的半波偶極子非常容易，只需使用一定長(zhǎng)度的電線即可。計(jì)算天線長(zhǎng)度的公式為：

147/（頻率，單位：MHz）

這樣就得出偶極子的總長(zhǎng)度（單位：m）。例如，要制作一個(gè)7MHz的偶極子，可以計(jì)算出：

147/7=21m

因此，偶極子的每個(gè)元件應(yīng)為10.50m。

圖7：偶極子示例。

在圖8中，可以看到采用兩個(gè)10.50m元件的通用偶極子的性能。這里可以看到：

該偶極子的圖片；

駐波比（SWR）繪圖（天線諧振頻率的最小值）；

偶極子的輻射圖；

偶極子的三維輻射圖。

圖8：偶極子的性能。

傳播測(cè)試

當(dāng)電路完成并將元器件安裝到PCB上后，就可以打開(kāi)發(fā)射機(jī)。使用無(wú)線電接收機(jī)，就可以以大約7MHz的頻率“聽(tīng)到”設(shè)備的擺動(dòng)。顯然，必須使用RX來(lái)檢測(cè)這個(gè)頻率，然后試著遠(yuǎn)離接收機(jī)來(lái)檢查信號(hào)。傳輸距離還取決于無(wú)線電接收機(jī)的靈敏度。載波信號(hào)不是完美的正弦波，而是傳輸當(dāng)中有很多諧波（見(jiàn)圖9）?？梢蕴砑右粋€(gè)低通濾波器，衰減高頻中不想要的信號(hào)。在電磁波傳播的情況下，信號(hào)可以到達(dá)很遠(yuǎn)的地方。

圖9：具有諧波波形的信號(hào)載波的頻譜圖。

總結(jié)

本文所示的原理圖是構(gòu)建功能更強(qiáng)大的發(fā)射機(jī)的基礎(chǔ)。所有TX均基于小功率振蕩器，功率更大的電路則跟隨其后。不能使用74HC14的替代IC（只有74HC14非常相似）。

該電路僅生成信號(hào)載波，其傳輸未經(jīng)過(guò)調(diào)制。載波的頻率在相位、周期和幅度上固定。頻率還取決于電源電壓——要使用固定電壓，例如變壓器?？梢孕薷脑闹祦?lái)更改電路的行為或頻率。也可以使用這個(gè)電路以摩爾斯電碼傳輸，只需要一個(gè)大按鈕即可啟用或禁用發(fā)射機(jī)。或者，該電路可以連接到MCU，而自動(dòng)執(zhí)行生成摩爾斯電碼的過(guò)程。

也可以使用該設(shè)備以連續(xù)波（CW）模式進(jìn)行傳輸，在這種情況下，僅當(dāng)按鍵時(shí)才發(fā)射載波。盡管在某些領(lǐng)域，摩爾斯電碼正在剝離，但由于其出色的信號(hào)識(shí)別功能可以在相同的傳播條件下實(shí)現(xiàn)其他方法所通常無(wú)法實(shí)現(xiàn)的連接，業(yè)余無(wú)線電愛(ài)好者仍舊在所有頻帶上使用它。

互聯(lián)網(wǎng)正越來(lái)越掩蓋掉通過(guò)無(wú)線電波進(jìn)行通信的美麗，而如果電子愛(ài)好者能重新設(shè)計(jì)發(fā)送和接收電路，那將是很好的選擇。

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