30.275MHz 调频无线对讲机原理、制作与调试

一、主要技术指标：
1．频率：    30.275MHz
2．调制方式：调频
3  频偏：    5KHz
5．通信方式：同频单工
6．电源电压：9.6V 10%(镍镉充电电池8节，负极接地。有些机型是6节)
7．消耗电流：
  静噪守候：10mA以下
  接  收：150mA以下
  近程发射：
  远程发射：0.7A以下
8．载频输出功率：2w
9．接收灵敏度：1.0uV以下(信噪比12dB以上)
1 0．静噪灵敏度：0.5uV
11．中频频率：455 KHz
12．音频不失真功率：大于200 nlw
1 3．体积：125 x 55 x 30 mm
14．重量：

 二、  工作原理
    整机由接收和发射两部分组成，两部分除天线和阻抗匹配电路外，其它电路都是相互独立的。

    1、接收机
    由天线接收到的高频无线电信号经L1，L2，c1，c2，c4组成的低通滤波器滤除频带以外的干扰信号，经c6送至D1，D2和L3组成选频电路，这个选频电路谐振频率为30.275MHz，选出对讲机发来的载频信号，而滤除其它干扰电波．经c7送到N1和N2组成的联级高频信号放大电路进行高频放大，这种联级高频信号放大电路具有增益高，工作稳定，无须使用中和电容等优点，N1组成共射电路，N2接成共基电路，共射电路具有增益高的优点，而共基电路具有工作稳定的特点，经N1，N2放大后的高频信号由L4，c9，T1，c12组成双调谐回路再次选频后经c16送入ICl(MC3361)的16脚内部混频级进行混频．
  N3和CRY1，L5等元件组成本机振荡器，L5和相应的回路电容谐振于10.243MHz的三次谐波上，即10.24333x3=30.730MHz，它比发射频率30.275MHz(10.0917的三倍频，即10.0917MHzx3=30.275MHz)高出一个中频455kHz(即30.730—30.275=0.455MHz)，本振信号也送到Icl的第1脚，在Icl内部进行混频。
  Ic1(Mc3361)是窄带调频接收专用集成电路，其内部包含振荡器，混频器，高增益的限幅中频放大器，鉴频器和有源滤波器，静噪触发电路及音频放大电路。它的限幅灵敏度为2uV，它是整机的主要增益级，中放增益可达65dB。
  在Ic1内部混频得到的455kHz中频信号由Icl的3脚输出，由陶瓷滤波器cRFl选出中频信号，而滤除其它谐波分量，选出的中频信号由Icl的5脚输入，在Icl内部进行高增益的中频放大，最后经鉴频器解调出音频信号，由Icl的9脚输出。
    从第9脚输出的信号一路由c30，R1 3和c32组成去加重电路去加重和滤波后经电位器VRl送入Ic2进行音频功放后推动喇叭发声，另一路则由电位器VR2送入Icl内部的有源滤波器选频放大后由Icl的11脚输出，经D3，D4进行倍压检波，控制其内部的静噪触发电路，在13脚输出一个控制电平，控制N4，N5的导通和截止，使IC2的电源受控，达到静噪目的。我们知道，调频接收机的灵敏度很高，在没有收到信号时，喇叭中将会发出极强的噪声，而一旦收到信号，它的信噪比却很高，噪声的主要频谱是分布在1 0—25kHz范围之间，音频信号的频谱范围则在100—3000Hz之间，我们可以采用一个特殊的滤波器选出这一噪声信号，经检波变成直流分量，再通过一个电子开关电路就可以控制一个电路工作，达到静噪目的，这样在接收机没有收到信号时，喇叭将寂静一片，以消除讨厌的噪声，一旦收到对讲机发来的信号，又能自动打开放大电路进行联络。同时，设置静噪电路还可以达到省电目的。
     N11组成稳压电源，稳压输出取决于Dzl的值，Dzl选用6．2V，稳压输出约为5．6V，N11同时又是收发转换的开关三极管，N9则是发射部分的电源开关管，当sw_PTT开关按下时，D6导通，N11截止，收信机失去电压而停止工作，N9由于是偏故而导通，电源经N9向Ic3供电，发射机前级得到电源而开始工作。所以这种收发转换电路也称为电子PTT开关，这是其它业余对讲机中所没有的新电路。它的优点是可以用微动开关来控制大电流，使电路工作更可靠。发射级的N7，N6虽然也接在公用的电源回路上，但守侯状态时，由于它得不到基极激励而截止，所以对讲机在守侯时，发射部分是不工作的。
    
    2、发射机
    发射部分由话音放大器，主振级，缓冲放大级，推动级和末级功率放大级组成。
    话音信号由N1 3，N14组成的两级音频放大器放大，经c74，c71，c70，L1 3组成高频滤波器滤除高频分量，防止振荡器的高频信号干扰话放级的工作，同时也将话音信号进行预加重，经c70送到变容二极管Dc以实现调频。
    主振级由N1 5，cRY2及外围元件组成，其振荡频率主要取决于cRY2的工作频率，在本电路中，cRY2选10.0917MHz(因10.0917x3=30.275MHz)，它的三倍频信号由T5，C64选频回路选频(即发射频率30.275MHz)，并由T5藕合至缓冲放大级。
    载频信号经N1 0组成缓冲放大器进行放大，T4和槽路电容c61也谐振在三次倍频上(即发射频率30.275MHz)，以滤除其它谐波分量，N7是推动放大级，为功放级提供足够的推动电流，经c55，c51，L8，选频和匹配藕合至末级功率放大级N6进行功率放大，N7，N6都工作在丙类放大状态，它们的工作点分别取决于R23和R21，由于丙类放大器输出的二次谐波分量很大，必须用Lc选频电路选出基波分量，推动电路中由c55，c51，L8选频，功放电路中由C48，C47，L6组成串联谐振电路选频，最后由L1，L2，C1，C2，C4组成低通滤波器对载频信号进行选频和阻抗匹配，载频电流由天线这个换能元件变成电磁波向空中辐射出去。
    电路图中的R7，D3这个支路的作用是，在收发转换瞬间，由于收信部分电容的储能作用，收信机的工作并非立即截止，而Icl的13脚未能从高电平立即变成低电平，Ic2的工作也就未能立即停止工作，这样，在收发转换瞬间，喇叭中就会发出短暂的收发噪声，使人听起来极不舒服，因此，在电源转换至发射电路时，经R7，D3，这个支路加至Icl的12脚，使Icl的1 3脚立即变成低电平，N4，N5截止，Ic2停止工作，以消除转换噪声。

三、制作工艺与元件选用
   对讲机制作的成败，除了与理论、经验、准确的工作频率和正确的调试方法等人为因素外，还有个关键的元件的质量问题，就是其中某个元件质量欠佳，可能会使您经过几个不眠之夜的奋斗，也未必能成功，根据笔者十多个对讲机的制作心得，接收机的灵敏度与N1，N2关系最密切。N1、N2除了与它们的高频特性有关外，还有个重要的参数是它们的噪声系数，普通的s9018等廉价高频管噪声系数均较大，难以实现预期的灵敏度。
    除了N1、N2高频三极管外，CRFl陶瓷滤波器对整机的灵敏度影响也很大，应选用正品元件，最好是选用五端的陶瓷滤波器，因为它的选频特性比三端滤波器要好。高频瓷片电容要选用漏电小，热稳定性好的元件。
    除了提到的这些元件，其他元件选用普通的元件即可，业余条件下完全可以，据笔者经验，那些非主要元件对收信灵敏度影响十分轻微。
    因为ICl是专用的窄带调频接收芯片，性能一般都得到保证。质量最优的要算MOTOROLA公司的产品，如图。其次MALAYSIA生产的也不错。值得一提的是笔者拿到了数片Made in China的MC3361芯片，通过采用德国的信号发生器(频率在50MHz量程精确到10Hz，。输出分辨率可达0．01uv)等仪器对比实验，国产的产品灵敏度与MOTOROLA公司的产品基本无差别。所以ICl的性能参数完全不必多虑。
 
    电阻选用一般碳膜电阻即可，对精度也无特殊要求，1／8w，1／16W均可。
    当然，对讲机都希望体积越小越好，业余制作的也不例外，所以元件应尽可能选用超小型的元件。
    发射部分的元件也是制作成败的关键部分，其中影响最大的要算推动级和功率级的晶体管，笔者曾试验过几种管子，型号均为2sc2078，只是产地不同。早先使用的是一般的管子(从外观看，丝印不是很清晰，工艺也较差)，使用9．6V电源，排除其他因素外，功率无论如何也调不到2w，发射级电流只有区区400mA多一点。以为是频率没有调在10.0917的三次谐波上，可能为四次或五次谐波，后用示波器和频率器校对无误，推断为功率管的质量欠佳，换上三菱生产的2sc2078，接通电源，电流猛升至近0．8A，功率计测量为2．6w。这说明末级的功率管质量好坏直接影响着功率输出，这将明显左右着对讲机的通话距离。
    此外，高频功率管是否选用频率越高越好呢?例如有些爱好者乐于采用象2SC1971，2SC1972等高达175Mt{z的VHF频段的管子，笔者不推荐使用频率过高的功率三极管，第一是因为这样的管子价格相当昂贵。第二是频率过高，电路反而容易自激，不易于调试。笔者就遇到这样的问题，在台式机中使用2sc1969，电路工作相当正常，功率也可达到8w左右，都使用了很长时间。后改为2sc1971，电路却严重自激，花了很大的功夫，采取了很多措施才能以解决，实际输出功率与2SC1969基本无异。
    除了晶体管外，石英晶体的频率一定要选用准确，频率偏差将明显影响着通话距离，调试部分我们将会说明。高频部分的线圈匝数己在电路图中标明，可在高频磁芯或中周磁芯上用φ0.17—0.35mm漆包线绕制，LI，L2线径需大些，因为它们亦是载频功率的传输回路，中频鉴频线圈用现成的455kHz(或465kHz)中周代替即可。
    其它元件没有特殊要求，阻容件的选用与接收部分一样。

四．装配与调试
    对讲机的装配方法与一般无线电整机的装配方法差不多，应当注意的是，元器件的引脚应尽可能的短，以便紧贴印刷板，引至天线座的连线也应尽可能的短，否则输出功率也会明显下降。如果输出端离天线座距离较远，一般来说大于1Omm就应当采用50同轴电缆连接。
    元件的布局，PcB的走线是业余制作的关键，如果乱走一通，调试中会出现许多不可预见的问题，级间的串扰、耦合、自激，而这些问题也许还不能通过其他方法解决，最后不得不重走一遍PcB，重新装配，重新调试，走许多弯路。高频板的PcB走线原则大致是：每一级均需尽可能放一块(一个区域)，同时工作的电路，大功率的输出级应尽可能远离小信号电路，级与级之间需采用大地线包围结构，巧妙地利用中周等铁质屏蔽罩隔离级间电路，可能的话，小信号(特别是接收部分)还需要安排屏蔽罩，并可靠接地。有一点非常重要，中频谐振线圈T2必须紧靠Icl的第8脚，如果走线过长就会出现灵敏度很低，并可能带来其他自激等问题，同样道理，中频滤波器CRF1也必须紧靠IC1。EDAPCB/PCBjishu/" target="_blank" class="infotextkey">PCB布局时绝不能忽略这一点。
    PcB元件的布局不要单纯追求美观工整，应以其能可靠工作为原则。当然既能保证电路可靠稳定地工作又可使元件布局美观漂亮，乃高手也!
    下图是笔者其中一款对讲机的PcB走线图，当然是经过N次修改完善后的作品，有兴趣不妨看一下，仅供参考，相信对初学者还是有所帮助的。
  
    整机的装配结束后，应仔细检查无误后方可开机调试，这四份电路的直流工作点是无须调整的，它们的工作状态，己在设计时予以充分保证，可检查一遍电压点，相差不多即可。无线对讲机的调试一般需借助仪器，以保证其性能指标，调整时所需的仪器一般有以下几种：
    1．高频信号发生器    (如xFG一6型)
    2．示波器    (如VP52 04型40MHz)
    3．数字频率计    (如cFc一8450型，0—1000MtIz)
    4．功率计    (如Gz一3型)
    5．直流稳压电源    (如wYJ－30V／5A型)
    6．万用表    (如MF一47型，如有数字表Fluke一87等高档仪表配合最佳)
    7．场强计    (可自制)
    当然还有扫频仪，完备的仪器将给调试带来极大的方便，同时也能保证整机的性能指标。
    对于一般的业余爱好者普遍没有上述仪器，但频率计是不可少的，在此我们将结合业余和专业的特点，
详细介绍调频无线对讲机的调试方法。

  1．发射机的调试
  调试顺序一般为：先调振荡级，倍频级，推动级，末级功率放大级。最后调话音放大电路。
    在总电源回路串一电流表(3A量程)，开机，按下发射开关，若此时，电流值大于1．5A，说明整机还有短路存在，应排除故障后方可再开机。虽然本机可以在1 3．6V电源下安全的工作，开始时也不要使用太高的电源电压，以防电路失谐时烧毁末级功率管，一般使用8．6V的电源电压就可以完成调试。注意末级功率管需加上足够大的散热器。
    首先判断主振级是否起振，方法是用万用表测量N1 5的发射极电压，正常为2V左右，若起振，该电压应和基极电压一样高，甚至比基极电压还要高，这是振荡电路起振的一个明显的特征，业余制作没有示波器，必须掌握这个原理，它对调试非常有用。有示波器可用示波器观察N1 5的集电极，将会观察到如图3的波形，若波形幅度过太小，可调T5，一般可以调出该波形来，若观察不到波形，说明电路还有故障(一般为T5绕制不良)，应找出原因，排除故障，电路不起振时将会工作在线性放大状态，发射极电压将比基极电压低0．65v左右。
    确定电路起振后，可用频率计探头接至N15的集电极，测出振荡频率，正常应为30.275MHz(或10.917MHz，视调整T5的情况和频率计的连接有关，测出频率为10.917MHz是因为测量的是晶体的基频，而测得的值为30．275MHz则为三次谐波)，若有误差，应调整c69的容量，直至达到要求，也可改变R32，R33的阻值预以调整，但不能改变太多它们的阻值，只能作小范围调整。要求载频频率误差不得大于1．5kHz，此时可用示波器观察T5次级的波形，调整T5的磁芯，使三次谐波的波形清晰，无毛刺，且幅度最大，但必须以波形稳定为原则，开关电源数次都能正常起振为好。然后观察N7的集电极，调整T4的磁芯，使波形最好，幅度最大，接近正弦波，参见图4。在天线端接一个5 0 Ω假负载，可串一个低电压小功率小灯炮并在略大于50Ω的假负载上，观察灯炮的亮度来判断输出功率。分别调整L8，L6，L1，L2，使输出功率最大，正弦波波幅最大，波形良好，参见图5，对着话筒讲话时，波形不变化，此时电流值约为0．75A。若没有示波器，可用自制的场强仪(参考
图6)放在天线旁监视，调整L8，L6，L1，L2使放在天线旁的场强计指示最大为好．
   
  有一点须注意：当调整在谐振频率上时，电流指示最小，但调整T5，T4时，若偏离谐振点，幅度会减小，电流也会减小，这在调整时必须区别对待，一般是调L8，L6，电流越大越好，功率会越大，而调L1，L2时电流应适当，经反复调试，确保频率准确，输出功率最大。
  有时，调试中会出现功率怎样也调不大，电流值达不到0．75A，此时应考虑所使用的功率管及推动管质量是否可靠，一般应选用质量好的正品三极管。末级功率管质量的好坏直接影响着功率的输出。
  调试时应以电路工作稳定为前提，不要一味追求大功率输出忽略稳定这个因素，同时应将电源电压降至7V或升至1 2V，电路都应能可靠稳定的工作。
  话音处理电路的调试：实际上这一级只要元件可靠，电路是无须调试的，若要检查，可在话筒输入端送入1kHz／50mV的音频信号，在N14的集电极用毫伏表或示波器测量，应有2Vp—p左右的音频电压。

  2．接收机的调试
  业余条件下，接收机的最后总调可以用调好的发射机作信号源来进行联合调试。业余条件下无频率计，用发射机的信号来调整，如果发射频率相差几kHz，接收机也跟着偏差几kHz，对制作影响不大，业余制作完全可以，只是性能指标略低。一般距离调试无需太大的功率，信号源辐射太强，接收机很难调到最佳点，即不易调到谐振点，以刚好能收到发射机的信号略带一点噪声为宜。
    首先用万用表测N11的发射极电压，正常应为5．6V，保险起见，可测电路各点的工作电压，数值参见电路图，一般应与电路图中的数值相近，否则说明电路仍存在问题。这样可对电路的工作状态有一个大致的了解。
  先判断本振级是否起振，方法与调发射机的主振级相似，用频率计测N3的集电极，频率应为30．730MHz，若有误差，可在CRYl的两端并上一个几P一20P的电容，使频率符合要求，同样，频率误差不得超过1_5KHz，有示波器，可用示波器观察T3次级的波形，调L5，T3使波形最好，幅度最大，达到80mV一100mVp—p。
  关闭静噪电位器，使喇叭出现噪声，调T2的磁冒，使喇叭中的噪声最大，还可以用示波器观察喇叭两端的波形，调T2，使噪声波形(此时波形应是杂乱无章的)幅度最大，波形对称。
  将信号发生器设置为：频率为30.275MHz，频偏5kHz，调制频率1kHz，在天线端输入此信号，逐步增大信号电平，一般在十多uV就可在喇吧中听到音频声，调T2，T1，L4，L3使声音最大，逐步减小信号电平，再调上述可调元件，必要时可调L5，T3，使音频声最大，音质最好，一般可将收信灵敏度调至1．0uV，当然此时并非一点噪声都没有，它是指在12dB的信噪比时的收信灵敏度。
  移开信号源，缓慢调整静噪电位器，使噪声刚好消失，将信号源的电平再降至0．5uV，重新把信号接上天线端，此时应能打开静噪门，收信机应能收到信号。
  如果能调出上述灵敏度，接收机就算基本调好了。交换两台机器，调好它们的发射接收部分，接下来就是进行联合调试．

  3．联合调试
  将调试好的整机，装入机壳，接好电池，连好天线，LED和话筒，这里需声明一下，天线对通话距离有着举足轻重的作用，业余自制的天线，在没有调好发射接收机时，很难保证其性能，有条件最好先选用成品的天线，并且一定是30MHz频段的，否则通话距离难以达到设计的要求。用一台作发射机(发射机应将未级功率级去掉，以减小射频功率)，而另一台作接收机，拉开两台机的距离至刚好收到信号为宜，微调接收机的T2，T1，L4，L3，L2，L1使收到的信号最强，音质最好，再拉开两机的距离，再调整，直到两机的通话距离最远，这里需注意，一般只能微调，因为经上述调整后，一般都将频率调得较准了，如果再大幅度的调整，有时只能越调越乱。
  接上发射机的未级功率管，接上本机天线，一般只需微调L1，L2，使发射机旁的场强计指示最大即可，因为匹配网络没能调好，将严重影响发射功率，也就是发射的电功率是足够大，但从天线辐射出去的电磁波能量却小得多，因为载频电流没有完全输送到天线上，而是有一部分的载频电流以驻波的形式返回了功放级，显然，这样的电路效率就会大打折扣，也将大大缩短通话距离。
  最简单也是最可靠的方法是利用场强计放在对讲机旁监测，发射机的调试以场强计的指示最大为准。凭自己多年的实践心得，不要小看自制的信号场强仪，它在整个制作过程中非常有用，如果认为仪器一定是成品的，或是进口高档仪器才能调试设备，这是普遍存在的一个误区，要充分相信自己制作的简单但很现实的仪器，依靠它们同样能制作和调试出性能优良的对讲机。这才不违背业余爱好的初衷。
 
  联合调试时，应使发射机的功率尽可能小，以使收信机调得较准，逐步拉开距离调试。一般发射机调好后就不宜再乱调发射机的线圈，否则，可能将发射机的状态调乱，调L1和L2时有时会出现发射机和接收机相互牵制的矛盾，这时应以照顾接收机为宜。
  上述调试方法仅供参考，在实际的调试中可能会遇到许多问题，应在实践中不断总结，并作好调试记录，业余爱好者有个通病，自己的作品可能做了一大堆，到头来却没有自己文字化的东西，有问题也不知道去查找原因，或者没有依据可查，因为没有记录，所以强烈建议业余爱好者养成一种勤做笔记(记录)的习惯，第一是成就的记录，第二，一旦有问题方便自己追溯和分析。只要认真分析电路工作原理，掌握调试要领，一定能制作出性能良好的无线对讲机。