带有施密特触发器逆变器的简单无线电发射器

有时，发送低功率无线电信号以创建信标、将信号载波发送到附近的接收器、以 QRP 或 QRPP 模式发送等等是有用的。此处显示的电路非常容易构建并且可以正常工作。它不使用任何电感器或晶体，但其频率由电阻器和电容器决定。电路的核心是 74HC14 IC。

如何发射无线电信号

传输信号载波的方法有很多种。如果信号是周期性和高频的，它可以离开天线并穿越太空。这是产生载波信号的要求。为了产生周期性的交替信号，需要一个振荡器电路。它可以用不同的电子元件（晶体管、变压器、IC等）构建。

建议的电路

我们看到的电路非常简单，可以 100% 工作。我们看图1，它显示了振荡器的一般原理图。它使用逻辑非门，即 74HC14。它是一个使用数字施密特触发器反相门的施密特触发器 RC 振荡器。数字施密特触发门具有内置迟滞（约 2 V），阈值电压为 VT+ (3.0 V) 和 VT– (1.2 V)。R1 将电路连接到振荡所需的正反馈回路中。当 Vc 小于 VT– 时，Vo 变为高电平并开始通过 R1 对电容器 C1 充电（返回）。当 Vc 超过阈值电压 VT+ 时，Vo 变低，C1 通过 R1 开始放电。如果 Vc 超过阈值电压 VT-，则重复这些步骤。因此，创建了振荡输出。理想情况下，我们可以使用这种配置获得大约 30 MHz 的最大频率。

图 1：振荡器原理图及其瞬态图

电气原理图

变送器的电气图非常简单（见图2)，它由三个有源元件组成：数字非门 74HC14（其他型号不适用）和两个 NPN 晶体管。让我们检查由第一个触发反相门表示的电路的第一部分。这里，输出信号通过两个电阻R1和X14反馈，后者是一个电位器，具有改变振荡频率的功能。输入端口通过与 C4 并联的 33 pF (pF) 电容器 C1 接地，这是一个 50 pF 或更大的可变电容器，以改变振荡频率。那么X14电位器和可变电容C4都有改变振荡器工作状态的功能。第二级是缓冲分隔符，由 X17 数字非门表示。它对信号进行分离和平方，它的输出在负载 R2 上接地，这是一个 1,000-Ω 电阻器。数字端口的供电电压为 5 V，最终输出电压也为 5 V。第一个晶体管 Q2 是通常的 BC546，通过公共集电极配置将电压电平从 5 V 提高到几乎 12 V。在晶体管 Q2 的集电极上，我们可以找到几乎相同的栅极波形，但其相位将改变 180°。第二个晶体管Q3具有分离前级（缓冲器）的功能，将阻抗降低到75Ω，这更适合天线。这种配置被称为“发射器跟随器”。信号与前一级分离。最后，信号通过 470 pF 的电容器 C6 引导至天线。使用这种配置，理论功率约为 100 mW，但在实践中，它会更少。如果您的天线阻抗为 75 Ω（偶极子），您可以尝试移除 R3。您也可以尝试从原理图中移除 C6 并用短线替换它。

图 2：发射器的完整示意图

在图 3中，您可以看到数字非门 74HC14 和晶体管 NPN BC546 的引脚排列。

图 3：组件的引脚排列

观察电路关键点处的信号图是非常有趣和有用的。正如您在图 4中看到的，在以下这些节点上有四个图表：

第一个逻辑反相器 X16 输出端的绿色信号图

第二个逻辑反相器 X17 输出端信号的青色图

第一个晶体管Q1集电极上信号的红色图

第二个晶体管 Q3 的 emettitor 上的信号黄色图

图 4：电路关键点处的四张信号图

电子元器件

这是该项目中使用的电子元件列表。它们不是关键组件，您可以在任何电子产品商店中找到它们。

• R3：电阻 75 Ω 3 W

• R1、R2、R5：电阻 1k

• R4：电阻 100 Ω

• X14：电位器或微调器 330 Ω

• C1：电容 33 pF

• C4：可变电容 50 pF

• C6：电容 470 pF

• C7、C8：电容 100 nF

• Q2、Q3：晶体管 NPN BC546

• X17,X16：IC 74HC14 Hex 反相施密特触发器

• X18：7805

• V1：电池 12 V

印刷电路板

您可以在面包板上、空气中或使用 PCB 构建电路。布局非常简单。您必须遵守 PCB 的基本规则。在图 5中，我们可以看到 PCB 走线和组件的布置布局。

图 5：PCB 和组件布局

图 6显示了电路的 3D 重建。创建 3D 图片是一种可取的方法，因为它可以为您提供所用组件的空间图像，并且可以避免许多设计错误并节省大量时间。

图 6：电路的 3D 渲染

天线

您可以使用长线作为天线。但如果您想提高发射机的性能，您可以构建一个调谐天线，例如偶极天线（参见图 7）。这方面的文献很多。最简单的偶极子是水平天线。最常见的偶极子是半波长偶极子。基本的“半波”偶极子本身非常简单，因为它由一个半波长长并在中心馈电的辐射元件组成。创建一个简单的半波偶极子非常容易；你所需要的只是一些长度的电线。天线长度的计算公式为：

147 / (频率MHz)

这给出了以米为单位的偶极子的总长度。例如，要制作 7 MHz 偶极子，您可以计算：

147 / 7 = 21 米

所以偶极子的每个元素应该是10.50米。

图 7：偶极子示例

在图 8中，我们可以看到具有两个 10.50 米的元素的通用偶极子的性能。在这里，我们可以看到：

这个偶极子的图片

SWR 图（天线谐振频率处的最小值）

偶极子的辐照图

偶极子的 3D 辐照图

图 8：偶极子的性能

正在播出

当电路完成并且元件安装在 PCB 上时，您可以打开发射器。使用无线电接收器，您可以“听到”设备上大约 7 MHz 的嗖嗖声。显然，您必须使用 RX 来检测此频率。然后尝试远离接收器检查信号。传输距离还取决于无线电接收器的灵敏度。载波的信号不是完美的正弦波，传输中存在很多谐波（见图9）。您可以添加一个低通滤波器来衰减高频下不需要的信号。在电磁波传播的情况下，您的信号会到达很远的地方。

图 9：具有波形谐波的信号载波频谱图

结论

此处显示的示意图是构建更强大的发射器的基础。所有 TX 都基于一个低功率振荡器，随后是更强大的电路。您不能使用 74HC14 的替代 IC（只有 74HC14 非常相似）。该电路只产生一个信号载波。它的传输没有被调制。载波的频率在相位、周期和幅度上是固定的。频率还取决于电源的电压。使用固定电压，例如变压器。您可以修饰组件的值以更改电路的行为或频率。您还可以使用此电路以摩尔斯电码传输。您只需要一个大按钮即可启用或禁用发射器。或者，该电路可以连接到 MCU 以自动生成莫尔斯字母表。您可以使用设备以 CW 模式进行传输。在这种情况下，仅发射载波并且仅在按键被按下时发射。尽管在某些领域，莫尔斯被剥离，但无线电爱好者仍然在所有频段上使用它，因为出色的信号识别允许在相同传播条件下使用其他方法通常无法实现的连接。如果电子爱好者重新设计传输和接收电路会很好，因为互联网已经越来越多地掩盖了通过无线电波进行通信的美丽。在相同的传播条件下。如果电子爱好者重新设计传输和接收电路会很好，因为互联网已经越来越多地掩盖了通过无线电波进行通信的美丽。在相同的传播条件下。如果电子爱好者重新设计传输和接收电路会很好，因为互联网已经越来越多地掩盖了通过无线电波进行通信的美丽。


审核编辑：刘清