НЧ комплекс с передачей звука по двухпроводной линии

Описанный комплекс состоит из передатчика и приемника.

По устройству и принципу действия он аналогичен переговорным устройствам, передающим звук по электрической сети 220 В. В отличие от них, комплекс передает звук по двухпроводной (желательно витой) или по телефонной линии. Это позволяет использовать очень маленькую мощность сигнала для передачи. Благодаря этому:

• - отсутствует радиоизлучение сигнала;

• - звук не загрязнен импульсными помехами, присутствующими в электрической сети.

Сигнал передатчика не мешает нормальному функционированию телефонной связи и не может быть прослушан без специального приемника. Передача ведется на частоте 30— 60 кГц с узкополосной частотной модуляцией.

Рассмотрим передатчик. Передатчик комплекса (рис. 3.1. а) собран на цифровой КМОП микросхеме К561ЛН2, шесть инверторов которой используются в качестве инвертирующих ОУ. Сигнал с микрофона ВМ1 усиливается инвертирующим усилителем на DD1.1. Резистор R1 определяет величину усиления и задает линейный режим работы инвертора, конденсатор С2 препятствует просачиванию ВЧ сигнала на усилитель и микрофон.

Задающий генератор собран на трех инверторах DD1.2—DD1.4 на основе интегратора и триггера Шмитта. Неинвертирующий триггер Шмитта собран на элементах DD1.2, DD1.3, R3, R4. Элемент DD1.4 инвертирует сигнал.

Рис. 3.1. Принципиальная схема НЧ комплекса с передачей звука по двухпроводной линии

а — передатчик НЧ комплекса; б — приемник НЧ комплекса

Цепочка R5, С4 является интегратором, кроме того, резистор R5 в обратной связи инверторов DD1.2—DD1.4 переводит их в линейный режим работы.

Частота сигнала генератора может подстраиваться подбором резистора R5 и при напряжении питания схемы 3 В должна составлять 35—40 кГц. Частотная модуляция генератора получается благодаря изменению порога срабатывания триггера Шмитта воздействием звукового сигнала через цепочку R2, С3.

С выхода генератора сигнал поступает на инвертирующий буферный каскад, выполненный на элементах DD1.5, DD1.6, включенных параллельно для увеличения нагрузочной способности. Выходы элементов DD1.5, DD1.6 подключены к линии через резистор R7 для предотвращения перегрузки передатчика сопротивлением линии, разделительные конденсаторы С6, С7 и двухполярный стабилитрон VD3, VD4, который предотвращает возбуждение схемы на звуковых частотах при значительном уменьшении напряжения питания. Стабилитрон VD1 защищает микросхему DD1 от импульсных помех в линии, предотвращает возникновение «триггерного эффекта».

Формирователем напряжения питания схемы при работе от телефонной линии напряжением 60 В служат элементы VD2, С5, R7, которые обеспечивают схему напряжением питания 2,5—3,5 В при токе нагрузки около 0,5 мА. Эти элементы и стабилитроны VD3, VD4 можно исключить при работе схемы от трехвольтового элемента питания на чистой линии.

Напряжение питания схемы около трех вольт выбрано из соображений экономичности (КМОП элементы, в линейном режиме потребляют меньшую мощность при меньшем питающем напряжении) и для более эффективного осуществления частотной модуляции генератора (при уменьшении напряжения питания увеличивается выходное сопротивление инверторов). В целях простоты и экономичности передатчик не имеет стабилизатора напряжения питания.

Частота его передачи может находиться в диапазоне 30—60 кГц в зависимости от величины напряжения питания. Уровень сигнала в линии непосредственно у передатчика не превышает 0,5 В, что может сравниться с цифровой помехой от факса или компьютера. Прием сигнала передатчика осуществляется при настройке приемника на его частоту. Используя в конструкции передатчика микросхему К564ЛН2, резисторы и конденсаторы для поверхностного монтажа, можно получить действительно миниатюрное устройство.

Рассмотрим приемник. Приемник, принимающий узкополосную ЧМ в диапазоне частот 30—100 кГц (рис. 3.1. б), в основном выполнен на микросхеме К174УР7 в типовом включении. Микросхема изображена в виде двух элементов DA2.1, DA2.2, так как DA2.2 является независимым ОУ в составе микросхемы и для удобства чтения схемы он изображен отдельно. Для фильтрации и усиления входного сигнала служит микросхема двойного балансного смесителя DA1, включенная дифференциальным усилителем с регулируемым коэффициентом усиления. Подстройка усиления осуществляется резистором R3, который изменяет смещение одного из двух встречно включенных дифференциальных усилителей.

Катушки фильтров L1, L3, контур частотного детектора L5, катушки связи L2, L4 выполнены на основе тройного ферровариометра от старых советских автомобильных приемников типа AM 302, Былина 207, А 64 и т. п.

Такое решение, прежде всего, позволяет получить большой диапазон перестройки приемника по частоте и достаточно высокую избирательность.

С выхода 10 частотного детектора микросхемы DA2 сигнал поступает на неинвертирующий усилитель низкой частоты, выполненный на DA2.2, и на эмиттерный повторитель на VT1 с выхода которого снимается сигнал для подачи на микрофонный вход записывающего устройства.

После УНЧ на DA2.2 также включен повторитель на VT2, к выходу которого можно подключить головные телефоны или линейный вход внешнего устройства. Общее питание устройство получает от интегрального стабилизатора на DA3. Микросхема DA1 питается через фильтрующую цепочку R4, С4, микросхема DA2 — через параметрический стабилизатор на R8, VD1.

Катушки L1, L3 одинаковые и имеют диапазон изменения индуктивности ориентировочно 0,2—4 мГн, величина индуктивности катушки L5 вчетверо меньше. Катушки связи L2, L4 имеют по 50 витков провода диаметром 0,1 мм и намотаны поверх своих контурных катушек. Между L2 и L1 желательно проложить тонкий слой изоляции. Фактически, L1 и L3 намотаны на всю длину каркаса контура в два слоя проводом диаметром 0,1 мм, L5 — в один слой тем же проводом.

Согласованность перестройки катушек достигается начальной установкой положения ферритовых сердечников относительно каркасов катушек по величине максимального усиления сигнала (можно измерить на L4) и чистоте звука (для L5). Подстройку положения сердечников лучше проводить в середине диапазона. В примененном вариометре возможность подгонки положения сердечников была предусмотрена конструктивно.

Настройку уровня усиления резистором R3 достаточно выполнить один раз по стабильной работе приемника при различной длине линии. При правильном изготовлении и минимуме настроек комплекс обеспечивает отличное качество передачи звука на расстоянии до 1 км по паре в кабеле, хорошее качество на расстоянии до 4 км и удовлетворительное качество на расстоянии до 8 км по кабелю.