F30-5对讲机原理与制作.doc

在上个世纪90年代，F30系列无线对讲机的制作曾经风靡一时，引得众多无线电爱好者争相制作，广泛交流，并不断改进出新，掀起了一股业余无线电制作的高潮，成为一代无线电爱好者久久难忘的美好回忆。今天当我们再次回顾这些经典的制作项目时，依然有着非常亲切感觉。希望通过这款经典制作，重新唤起大家对学习业余无线通信技术的热情，再次点燃无线电爱好者的制作激情。本刊也将继续提供10米波(30MHZ)的调频对讲机的套件，感兴趣的朋友不妨动手试试！

F30-5调频无线对讲机
无线对讲机作为一种简单的通信工具，由于它不需要中转和地面交换机站支持，就可以进行移动通信，所以深受人们喜爱，目前广泛的应用于生产、保安野外工程等小范围通信领域中。
本次制作实验是针对单工对讲机电路进行的，简明起见，以下讲述中将不再特意强调“单工”。图1是本次实验用的无线对讲机电路方框图。

图1
本调频对讲机电路的主要电性能指标参数：
1、接收机灵敏度………………………≤lμv
2、信号选择性 ………………………≥50db(±25KHz)
3、限幅灵敏度 ………………………≤1.5μv
4、频率稳定度 ………………………≥10-6
5、最大调制频偏………………………≥±3KHz
6、待机静态电流………………………≤lOmA
7、高频发射功率………………………≥2W(75Ω)
8发射机工作效率………………………≤50％
9、音频输出功率………………………≥50mW
10 电池供电电压………………………9.6V(8节5号充电电池)
工作原理

图2
F30-5型无线对讲机外观如图2所示， F30-5型对讲机在接收电路上使用两只高频场效应管作为高放，采用了二次变频电路，具有灵敏度高、选择性好等优点。发射电路采用的是分立元件，由4只三极管组成4级放大电路，发射功率可达3W左右。图2中，面板上的数字按键和顶部的频道转换开关是装饰用的，并无实际应用。图3是电路原理图。

图3

1.发射部分原理分析
驻极话筒MIC用于话音信号的拾取，并将话音转化为电信号，通过C25送入放大电路。电阻R19是驻极话筒偏置电阻，改变该电阻阻值，将会影响话筒输出信号幅值，一般可以在2k~10k之间选用合适的阻值。JT1晶体与电容C19、C18、D4组成一个并联谐振网络，晶体在回路中可以等效为一个高Q值电感。为了满足调制需要，晶体回路中串入了由变容二极管D4组成的调频电路。经过BG6放大的话音信号，通过C22、R10送入调制电路。改变变容二极管的容量，就可以微调振荡器的中心谐振频率fo，由于变容二极管是依靠反向电压VD来控制其结电容量Co变化的，所以只要改变控制电压VD，就可以达到改变电容量的目的。从而实现话音信号对振荡器频率调制的要求。 JT1、BG5 、C19等组成的主振级，其振荡频率为晶体标称频率。振荡器的三倍频选出，是由C17、L9组成的并联谐振回路来完成的。当振荡器工作时，由于它们的谐振点略低于三倍频，对晶体振荡器来讲，该并联谐振回路呈现为容性。不会对振荡电路造成影响。但对于三次谐波来讲，该并联谐振回路呈现为阻性，并利三次谐波产生谐振，使并联谐振回路两端的三次谐波电压幅值达到最大，此电压经电容C16送往下一级放大器进行电压放大。从而完成了电路的振荡、调频、倍频的全过程。
BG3及外围元件组成高频放大级，实际上是一个甲类高频谐振放大电路，而由BG2及外围元件组成的激励级，则是一个丙类谐振功率放大电路。偏置电阻R3是专门为激励管BG2提供基极直流偏置而设置的。为了保证为基极提供足够大的电流。一般选择R3的阻值都较小，否则会影响激励放大器的输出功率。
末级管BGl的基极下偏置电阻R2阻值仅51Ω，由于从激励级送来的高频激励信号幅度、功率己经足够大，完全可以使末级功放管BGl可靠的工作在开关状态下。为了保证末级功放管BGl有较强的高频输出功率，除了选用放大倍数较高的高频功率管外，还应该保证末级功放管BGl有足够大的工作电流Ic，为此特意将基极电阻选择的较小，以保证有BGl基极有足够大的激励电流Ib， 在功放管BGl的集电极回路里，串接有由L4、C6组成并联谐振回路，能较好的谐振在发射信号的主频fo上，而对主频以外的各次谐波分量，能起到较好的滤除作用。
但由于LC组成的并联谐回路一般Q值都比较低，要靠它将高次谐波滤除干净有一定的困难。所以在信号的回路中，串入了一级由L3、C4组成的串联选频回路，以便能更好的达到滤除谐波分量的目的。
由BG4和D3等组成了一级简单的稳压电路，主要是为发射电路中部分需要稳压供电的电路提供电源。

2、接收机电路原理
当外界的信号通过天线进入电路后，首先通过由C1、L1、C2、L2、C3等组成的带通滤波器网络进行滤波处理后，送至由B1、C28组成的并联谐振回路，进行选频，并联谐振回路的谐振点选择在接收信号中心频率fo上，对fo以外的信号进行衰减。B1采用抽头分压部分耦合接入方式，主要是为了使天线与电路阻抗匹配，满足天线输入网络输出阻抗低和BG8输入阻抗高之间的阻抗变换。
为了防止由于发射电路工作时，天线上所产生的高频电压(20Vpp值以上)，击穿场效应管的BG8的栅极，所以电路中加入了由二极管Dl、D2组成的电压限幅电路，利用二极管正向压降较低(0.7V)的特性，将输入电压限幅在0.7V以下，以保证BG8高放管的安全。
本电路中承担高频放大任务的放大管是BG8，该管选用高频双栅场效应管(3SKl22)，为了提高放大器交流增益，电路采用共源极放大方式设计，在漏极回路中串入了由C32、B2组成的并联谐振选频回路，使电路的信号选择性能进一步得到提高。本级放大器能够产生约20db的电压增益，有效的提高了接收机的灵敏度。
采用10.7M、455kHz两种陶瓷滤波器，其中10.7M为三端型、455K为五端型，由它们完成对一中频、二中频的选频滤波任务。
本机的一次混频，采用高频双栅场效应管“3SKl22”担任混频管。高频信号经过C33直接送至混频管BG9的栅极G1，而本振信号则直接注入栅极G2，从混频的注入方式来看，相当于三极管混频器的共基极注入混频电路形式。
本地振荡电路采用晶体三倍频振荡器，振荡管是BG1O，电容C40、C41、和晶体JT2组成谐振网络，其中C40、C41为分压电容，调整它们的比值，可以改变振荡器的电压反馈系数。振荡器的基准频率fo由晶体定决。
在振荡管BG1O的集电极回路中，串有由C39、B5组成的并联谐振选频回路，它负责将振荡器的三次谐波从电路中选出，完成对fo的三倍频输出。由于振荡器的中心频率为fo，由C39、B5组成的回路谐振点在3fo，对三倍频等效为阻性。但对基频信号频率fo，并联谐振回路则呈现为容性，由于等效容抗很小，可以看成为交流短路。所以不会破坏振荡器的工作条件，使振荡器能够正常工作。
为了使晶体准确的振荡在其标定频率fo点上，振荡回路中有一个和晶体相串联的微调 电容C37，微调该电容，可以微调振荡器谐振频率fo。
经混频后得到的10.7M中频信号由B4和C36组成的并联谐振回路选出，经B4的次级线 圈送至JT4。 JT4是一个10.7M的带通陶瓷滤波器，用于再次进行10.7M的选频处理。它的电气特性近似于晶体，但品质因素Q值要比晶体低一些。
在外差式调频接收机电路中，混频、中放、鉴频等电路是必不可少的单元电路，这些电路元件多、电路复杂、调整不便。这个接收机电路中所采用的集成电路，采用调频接收电路 MC3361，该电路中包括有二混频、二本振、限幅中放、鉴频器、静噪电路等功能单元。
MC3361鉴频后的信号，从第9脚输出，通过由C59、R40、C58、R39组成的L型滤波器滤波后分为两路输出。一路经R39、C55送至音量电位器W1，另一路经C57送至静噪调整电位器W2。由于送至W2的信号中含有噪声信号的高频份量，将这些噪声送至MC3361第10、11脚组成的带通放大器进行电压放大，使放大后的噪声电压具有一定幅值，经由D6、D8倍压检波后得到一个直流电压值。再将此电压送至后级由MC3361第12、13脚组成的电压比较器进行电压比较。一旦反相输入电压高于同相端的电压值，比较器的输出端电平就会出现翻传，由“0”变为“1”，通过第13脚去控制三极管BGl4和BGl3由导通变为截止，切断音频电路电源。从而完成从信号采样、噪声滤波、噪声放大、检波、电压比较、电源控制的全过程。
由于从鉴频器得到的信号，电压幅度小、信号微弱，不能直接推动扬声器发音，所以必需对音频信号进行功率放大，本电路就是采用小功率、低电压的音频功放电路LM386。
接收电路的稳压电源由BG12及外围元件组成。它们的稳压输出值由稳压管的额定电压值和调整管的管压降决定，稳压输出电源供除音频放大电路以外的接收电路使用。
3．关于晶振频点的选用
电路中一共需要用到3只晶振。
JT1是发射机用晶振，它的频点需要我们事先计算来确定。我们假设发射频率是29.6MHz，发射电路是采用了3倍频的方式得到的29.6MHz，那么晶振的频率就是29.6/3=9.8667MHz，实物JT1晶振标称值就是9.8666MHz。
JT2是接收机一级本地振荡频率电路用晶振。由于接收机采用的超外差式电路，一中频频率为10.7MHz，那么一本振需要的频率就是29.6+10.7=40.3MHz，该频率同样是通过3倍频的方式得到，因此，一本振JT2晶振频率就是40.3/3=13.4333MHz。
JT3是10.245MHz，它是第二本振频率。由于在电路中，一中频是10.7M，二中频是455KHz,那么二本振就是10.7M-455KHz=10.245MHz。该频率是常见的二级本地振荡频率。很多接收机电路都有采用。10.245MHz晶振元件很常见，易于采购。

制作步骤：
在对这款对讲机的工作原理有了初步了解之后，我们就可以动手组装了。图4是全套散件的照片。

图4
零配件一共分成了6个小袋包装，分别是电阻元件袋、电容元件袋、电感元件袋、二三级管集成电路等元件袋、电位器插座件袋，以及塑料旋钮与螺丝附件袋。在拿到套件后，可对比附带的元件清单，清点一下元件的数量。确认无误后就可以开始装配了。
1.焊接元件
比照原理图，按照“先低后高”的原则，焊接各元件。其中短跨接线可用剪下的二极管引脚来代用，共有4根，位置分别在印制板上标有⑤-⑤、⑥-⑥、⑧-⑧以及C15的上面。长跨接线有5根，按照印制板上的连线焊装。电解电容位置上印有白色实心半圆的一侧是负极。驻极话筒需要事先焊好引脚，如图5所示，然后再装在印制板上。注意：与驻极话筒外壳相接的一端是负极，不要装反。
图5
实物中变容二极管D4是由三极管B561代用，装配时B561中间引脚C极不用，B极与JT1相接，E极与地相接。电阻RF、RJ、LED、场效应管暂不装。焊装完毕的印制板如图6所示。

图6
2．安装电位器和天线插座
将机壳上盖面板与屏蔽框上部靠在一起，并将天线插座、带开关的音量电位器、静噪电位器、耳机座分别安装在上盖上，并注意调整好位置，再全部拧紧螺母固定。如图7所示。

图7
3．印板与屏蔽框组合
图8是收发转换开关，按图示把中间引脚稍微掰弯一点，以利于稍后的装配。焊接前可用刀片把3个焊片上的氧化层刮一下，并上锡。

图8
印制板是通过外围预留的6个长方型焊盘与屏蔽框焊在一起的。先把印制板放入屏蔽框中比划一下，摆好位置，把屏蔽框上对应需要焊接的位置用刀片刮一下，以清除氧化层，然后上锡，必要的话可以加入一些松香等助焊剂。
接下来将印制板和收发转换开关再次放入屏蔽框中，其中收发转换开关是垂直安装，置于印制板的上端缺口处。如图9所示。摆好位置后将印制板和屏蔽框焊好，并将收发开关焊牢。

图9
之后焊装两只贴片封装的场效应管。特别建议在焊接这个两只管子的时候，将电烙铁断电，用余热焊接，以免电烙铁的感应电将场效应管击穿而导致损坏。焊接时要注意分辨引脚顺序，图10是场效应管的外观图片，从图中可以看出，左上角的引脚较大，而印制板上场效应管的4个引脚焊盘中，也有一个较大的，一一对应就可以使引脚定位。如图11所示。

图10 图11

4．焊接导线
参照印制板上文字标注，将带开关的音量电位器、静噪电位器、天线插座、喇叭分别用引线与印制板相接，再将收、发LED指示（原理图编号为DF、DJ）插入屏蔽框顶部的预留位置，并把限流电阻RF、RJ的一端直接与DF、DJ的正极引脚焊在一起，RF的另一端与收、发开关中间引脚焊在一起，RJ的另一端与收、发开关上端焊盘焊在一起，该焊盘还需用剪下的元件引脚，与印制板上的接收电路相接。如图12所示。

图12
由于套件所配的耳机插座还是早期的φ2.5mm单声道的产品，相关的耳机市面上已经很少见，因此，耳机插座的引线可以省略不装。
图13是此步完成后的整机图片。

图13
至此，对讲机的元器件装配部分暂告一个段落，接下来就可以开始调试步骤了。

调试
1.发射机的调试
按照图14所示，将1只104（0.1μ）瓷片电容和1只6.3V/0.5A的小灯泡串联起来，接在发射天线上。

图14
将发射机接入9.6V稳压电源，同时监测总电流，从前往后依次轻微调整各空芯线圈，最终使总电流在1A以内，且灯泡发光亮度最大。如图15所示。

图15
如果存在总电流过大或过小，灯泡亮度太亮或太暗，那么都表明电路还存在一些问题，解决的主要途径还是检查焊装质量，是否存在元件错焊、损坏、焊点短路、连线断路的情形。
2.接收机的调试
调试前先按照图16，自制一个简易场强仪，它可以配合数字万用表直流电压档来使用，可以用来测试本振的工作状态。对照原理图将板上元件焊好后，其信号输入端通过引线接2只红、黑鳄鱼夹，用于测试电路板。输出端通过引线接2只红、黑香蕉插头，便于直接插入数字万用表的插座上。各引线的长度尽量短些为好，以避免引入不必要的干扰信号。实际使用可参考图17。

图16

图17

将接收机通电后，将红色鳄鱼夹夹在⑺测试点上，黑色鳄鱼夹接地（夹在屏蔽框上即可），数字万用表选用直流电压档的较低档位，调整B5磁芯，观察数字万用表上的电压指示，在磁芯靠近中周底部区域时使数字万用表上显示的数值为最大，就可以认定一本振已经能够正常工作了。
再将红色鳄鱼夹夹在⑻测试点上，观察数字万用表的显示，有一个明显的电压值就可以初步认定二本振已经起振了。
在上述两部测试中，只观察数字万用表是否有明显的数值显示，以此来作为参考，具体数值并无实际对应关系。有数值就表明振荡电路已经起振，数值大表明振荡的幅值也较高。如果没有测试数值，就表明振荡电路没起振，需要检查电路，排除故障。
两级本振都正常后，就可以以先前调好的发射机作为信号源，来调试接收机。在发射机的天线插座上接图18的小灯泡，间断通电工作，并给话筒送话。接收机在天线插座上接一段5-10cm长的电线作为临时天线，将静噪电位器旋至不静噪位置，音量电位器旋至适中，与发射机拉开5米左右距离，从前往后依次调整B1、B2、B4，同时兼顾调整B3监频中周，使接收机喇叭收到的信号音量最大最清晰。
调整时需注意：
① 接收机应使用电池做为电源，如果使用外接实验电源，则电源导线可能会成为天线，导入过多的发射机信号，从而引起调试出现偏差。
② 发射机工作时亦可通过降低电源电压来实现降低发射功率，达到减小发射信号强度的目的，以利于接收机的调试例如将电源电压降低到7V时，发射机不仅发射功率明显下降，发射管发热量也显著下降，从而可以连续通电工作，方便接收机的调试。
③ 从前往后依次调整一遍B1、B2、B4后，各中周还需要再次微调，以改善接收效果。之后，再拉开一段距离，再次微调各中周，以求达到最佳接收效果。
④ 必要时可以将正式天线接上，拉开距离实测，以验证调试效果。
单方向调整好后，将两机对调，重复上述步骤，完成另一方向的调整。按照本步骤介绍的业余方法，虽然没有校准发射和接收本振频率，仅作了是否起振的判断，以及对振荡幅值的估算，但由于晶振频率制造精度有了显著提高，10.7M和455KHz滤波器亦有一定的带宽，频率上的偏差在业余条件下的调试感受并不明显，最终结果依然可以满足一般要求。
调整时都要注意，中周的磁芯需要用无感改锥调整，如果没有专用无感改锥也可以用优质竹牙签削制。或者用钟表改锥代用，每次调整后金属改锥需远离中周，再确定调整效果。磁芯的一字槽比较小，旋转调整时用力要轻，不要用蛮力，磁芯的一字槽一旦碎裂也很难处理，只能拆下中周才能更换磁芯，比较麻烦。
各中周一旦调整好后，最好用高频石蜡封固。业余条件下用优质蜡烛也可以，点燃蜡烛后将蜡滴入磁芯中，如图18所示。

图18

整机装配
1．装屏蔽板
将绝缘纸放置在印板的走线面。该绝缘纸与收发开关有一定重叠，需要剪掉一小块。如图19所示。

图19
将屏蔽板扣在绝缘纸上，四角与屏蔽框焊接在一起，焊接前，用刀将焊接处刮干净，并上锡，再焊接。焊点要扁平，不要凸出，以免装入机壳时受阻。焊好后如图20所示。

图20
2．装机壳后盖
后盖有两根电源引线，左边是正极，与音量电位器上的开关相接，右边是负极，与屏蔽框接在一起。同时把模拟的塑料频道转换开关装上，底部用1只M6螺母固定在屏蔽框上。如图21所示。

图21
用2颗M2×4螺丝将后盖与屏蔽框固定，如图22所示。

图22
用热溶胶或者胶水将喇叭固定在机壳前盖的喇叭槽中，如图23所示。

图23
将屏蔽框装入机壳的前盖中，并在前盖底部用2颗M2×4螺丝固定。用一颗M1.6×6自攻螺丝将机壳后盖与前盖紧固，如图24所示。

图24
用导线将电池槽内的电池簧片与接触电极连接起来。电池槽上端的接触电极是与机壳后盖上的电极相接触，为机器供电之用。下端的接触电极是与专用充电器相接的，如果没有专用充电器，下端接触电极可不焊接引线。导线的焊接点要扁平，如有凸出将影响电池装入。要区分好接触片的正、负极。如图25所示。

图25
将电量充足的8节5号电池，最好是充电电池装入电池槽中，由于电池槽比较紧凑，电池直径误差不能过大，如果电池较粗可能不能顺利的装入电池槽中。
将电池槽的盖板扣上，把电池盒推入机器中，同时将腰带卡子从上往下推入机壳后盖预留的槽中，把提绳装在侧面的孔中。如图26所示。图27是机器顶部图。

图26

图27
至此，F30-5调频无线对讲机全部组装调试完毕，装好天线，就可以试验通信了。从整个装配过程来看，装调好F30-5无线对讲机还是需要一定的理论知识和技能经验的，有较高的装配难度。但是如果能够完整的将本套件装调好，也就标志着你的技能水平已经迈上了一个新的台阶。