Радиостанция - своими руками

Технология построения и настройки радиостанции на 27 МГц + 8 конструкций (модификаций) радиусом действия на 2–4 км

Документация предназначена для начинающих радиолюбителей, самостоятельно конструирующих портативные радиостанции индивидуального пользования.

В первой части приводятся основы построения радиостанции, описаны Функциональные блоки приемника и передатчика и их работа, рассмотрено влияние схемных элементов на работу радиостанции, даны рекомендации по выбору оптимальных режимов. Акцент делается на основные принципиальные схемные решения.

Во второй части даны практические схемы радиостанций и их описание, а также методика настройки. Приводятся схемы простых приборов-помошников для настройки и контроля радиостанций.

При составлении документации мы исходили из того, что подавляющее большинство радиолюбителей, особенно начинающих, не имеют в своем распоряжении таких приборов как осциллограф, частотомер и т.п., а также возможности приобретения дефицитных радиодеталей, таких как кварцевые резонаторы.

В процессе проработки документации было опробовано множество схем, из которых выбраны, доработаны и испытаны наиболее приемлемые для повторения. При этом выяснилось, что большинство схем, приведенных в литературе, содержат неточности, ошибки и принципиальные недоработки, и, как следствие, неповторяемы в домашних условиях.

Мы надеемся, что подготовленные нами материалы окажутся для вас полезными и помогут сделать первые шаги в увлекательный мир радиосвязи.

1. Основы построения радиостанции

1.1. Радиостанция состоит из приемника и передатчика.

Радиопередатчик преобразует звуковые колебания (речь, музыку и т.п.) в электромагнитные колебания, излучаемые антенной. Эти электромагнитные колебания принимаются приемником и вновь преобразуются в звуковые.

Дня любительской радиосвязи выделено несколько диапазонов. Радиостанции, описанные в данной документации, рассчитаны на работу в любительском диапазоне 10 метров на частоте 27,120 МГц. Тип модуляции в передатчике используется наиболее простой - амплитудная модуляция. Приемники построены по сверхрегенеративной схеме.

1.2. Общие принципы работы сверхрегенеративного приемника.

Этот тип приемника лучше других подходит для построения несложных радиостанций:
- нет дефицитных деталей;
- небольшое число схемных элементов;
- простота схемы;
- достаточная чувствительность.

Многие начинающие радиолюбители, собирая подобные приемники, были разочарованы, Приемник или совсем не запускался, или был слишком "капризным" в настройке. Это в большей мере объясняется тем обстоятельством, что во многих публикациях схемные решения очень критичны к номиналам элементов, особенно транзистора.

Схемы, приведенные в данной документации, запускаются, как правило, сразу после сборки.

Сверхрегенеративный приемник (рис. 1) состоит из трех функциональных блоков:
- входная цепь;
- сверхрегенератор;
- усилитель низкой частоты.

Входная цепь состоит из антенны и фильтра L1, С2, С3 и предназначена для повышения селективности приемника. Дело в том, что сверхрегенеративный приемник обладает довольно широкой полосой (250-500 КГц). Поэтому, если исключить из приемника входную цепь, то наряду с основным сигналом могут прослушиваться другие радиостанции, работающие в этом диапазоне. Кроме того, при достаточно высокой чувствительности приемника, могут наводиться различные электрические помехи. Входная цепь сама по себе не усиливает основной сигнал, даже наоборот, несколько ослабляет, но зато существенно подавляет радиостанции, которые работают на ближайших частотах. Входная цепь может быть исключена, тогда конденсатор С1 подключается к контуру L2С5С7 непосредственно.

Рис. 1. Сверхрегенеративный приемник.

Задачей сверхрегенератора является усиление и демодуляция принятого высокочастотного сигнала. Сверхрегенератор выполнен как усилитель с обратной связью. Схема, при правильной настройке, обладает максимальной чувствительностью, которую может обеспечить транзистор VT1 с хорошими высокочастотными параметрами. Самый приемлемый и простой метод отбора "хороших" транзисторов, пpи отсутствии приборов, - это практическая проверка их работы по схеме. Схема (рис. 1) сверхрегенератора позволяет без изменений использовать практически любые высокочастотные транзисторы малой и средней мощности обратной или прямой проводимости.

В последнем случае необходимо изменить полярность питания.

В сверхрегенераторе возникают три вида колебаний:
- высокочастотные - равные принимаемой частоте (27,12 МГц);
- вспомогательные - 30-50 КГц;
- низкочастотные - соответствующие амплитудной модуляции.

Для нормальной работы приемника необходимо, чтобы высокочастотные колебания сверхрегенератора совпадали с принимаемой частотой передатчика, а частота вспомогательных колебаний была в пределах 30-50 ГКц.

Для обеспечения регенерации ВЧ-колебаний, резонансная частота контура L2-C5-C7 должна совпадать с частотой работы передатчика (устанавливается конденсатором С7), а с помощью С8 получают оптимальную обратную связь, т.е. наибольшую чувствительность сверхрегенератора перед самым наступлением самовозбуждения. При уменьшении емкости С8 до определённого предела 4-15 пФ, чувствительность приемника возрастает, а затем наступает срыв генерации.

Кроме того, емкость перехода "коллектор-эмиттер" транзистора VT1, также влияет на процесс генерации. Емкость перехода образует своеобразный конденсатор, подключенный параллельно С8. Если емкость перехода VT1 достаточно большая (20-30 пФ), то регулировкой конденсатора С8 не удается добиться высокой чувствительности приемника. Можно, в этом случае, вообще исключить конденсатор С8 и обратная связь будет осуществляться только за счет емкости перехода "коллектор-эмиттер" транзистора VT1. Частоту вспомогательных колебаний определяет в основном цепочка R4C9.

Эмиттерный ток транзистора VT1, протекающий через резистор R4, одновременно заряжает конденсатор С9. Эмиттер становится более отрицательным, и на базу подается более низкое напряжение смещения, чем на эмиттер. Ток транзистора уменьшается, и транзистор запирается. Далее, конденсатор С9 начинает разряжаться через R4, эмиттерное напряжение падает, и процесс возобновляется. При заданных номиналах R4-C9 частота составляет от 30 до 50 КГц.

Дроссель Dr1 (20-60 МКГН) отфильтровывает ВЧ-колебания, а остатки замыкаются на массу через С9. Поэтому, если вы изменяете номиналы цепочки R4-C9, не следует С9 выбирать менее 1000 пФ, чтобы сопротивление остаткам ВЧ было минимальным.

Транзистор VT1 включен по схеме с общей базой. Резисторы R1 R2 устанавливают рабочую точку транзистора. Эта точка должна быть выбрана таким образом, чтобы она колебалась между режимами усиления и самовозбуждения.

Схема сверхрегенератора (рис.1), обеспечивает максимальную чувствительность приемника простым регулированием за счет конденсаторов С7, С8. Если вы применяете другие типы транзисторов, то, возможно, необходимо будет подобрать резистор R2 для повышения чувствительности.

При выборе транзистора VT1 с хорошими характеристиками чувствительность приемника доводится до 1-2 мкв.

Цепочка R5-C10-C11 служит для разделения низкой и вспомогательной частоты. Низкочастотный сигнал с остатками вспомогательной частоты поступает на R5.

Усилитель низкой частоты прост, не требует настройки, и обеспечивает достаточную выходную мощность. Кроме того, цепочка R5-С10-С11 является фильтром, ослабляющим прохождение вспомогательной частоты C10 в УНЧ не следует устанавливать более 2 мкф.

1.3. Общие принципы конструирования передатчиков.

Радиопередатчик состоит из генератора высокой частоты (ГВЧ), усилителя мощности высокой частоты (УМВЧ), оконечного каскада и модулятора.

1.3.1 Генератор высокой частоты (ГВЧ).

Основой любого передатчика является ГВЧ (рис. 2). Главная задача ГВЧ - генерирование высокочастотных колебаний, основная характеристика - стабильность частоты. Под стабильностью понимается отклонение, изменение частоты ГВЧ от заданной. Для нашего случая удовлетворительной стабильностью 0,01 - 0,001% отклонения, т.е. допускается отклонение от частоты 27.120 МГц не более, чем на 27.12 КГц. Причем такая стабильность должна сохраняться при изменениях температуры, напряжения питания, влажности и других неблагоприятных факторов. Рабочая точка транзистора VT1 устанавливается резисторами R1, R2. Конденсатор С3 и колебательный контур L1-C2-C1 определяют несущую частоту генератора. Для обеспечения надежной работы передатчика, ГВЧ настраивают на точку максимальной устойчивости колебаний путем подстройки колебательного контура. Температурную стабилизацию ГВЧ обеспечивает цепь R3-С4, обратную связь - С5.

Рис. 2. Генератор высокой частоты.

Рассмотрим основные причины, вызывающие нестабильность ГВЧ (рис. 2).

1). Нестабильность вызывается изменением параметров транзистора VT1, в основном, из-за колебаний температуры и напряжения питания. Кремниевые транзисторы в этом отношении более предпочтительнее германиевых. Кроме того, при выборе транзистора VT1, необходимо по справочным данным выбрать тот тpанзиcтоp, у которого предельная частота 200 МГц и более, а также с возможно меньшими внутренними емкостями переходов. Чем лучше эти параметры, тем стабильнее, с меньшими искажениями, работает ГВЧ. При работе транзистор нагревается, а это, в свою очередь, изменяет его параметры (обратные токи транзистора и т.п.) и может вызвать уход частоты на существенную величину.

Для предотвращения этого процесса транзистор нужно выбирать по мощности и коллекторному току с запасом. В этом случае VT1 будет работать в облегченном режиме - внутренний нагрев будет минимальным, оптимальным является коллекторный ток VT1 - в 8-10 раз меньше, чем максимальный справочный, соответственно и по мощности.

2). Очень важным элементом ГВЧ, влияющим на стабильность частоты, является колебательный контур, состоящий из катушки индуктивности L1 и конденсаторов С1, С2.

Стабильность частоты тем выше, чем больше добротность колебательного контура, а это зависит как от катушки индуктивности L1, так и от типа и величины емкостей С1, С2.

Добротность катушки индуктивности определяется сопротивлением материала (провода), размерами и формой катушки, типом сердечника. Высокой стабильностью обладают катушки, выполненные печатным способом, в основном, за счет минимальной межвитковой емкости. Внутренний диаметр (меньший виток) печатной катушки рекомендуется делать не менее 10 мм, ширину проводника - не менее 0,5 мм, расстояние между витками - не менее 0,3 мм. Достаточно стабильную катушку можно изготовить и из обычного медного провода.

а). Не стремитесь к миниатюризации катушки. Внутренний диаметр должен быть не менее 8 мм.

б). Собственное сопротивление проводника должно быть минимальным, а отсюда, диаметр провода в пределах 1-1,5 мм. Материал - медь (марка провода ПЭВ, ПЫЛ).
Если есть возможность использовать посеребренный провод, или самостоятельно нанести серебряную пленку на провод, например, с помощью отработанного фиксажа, это еще более повысит добротность катушки.

в). Катушки желательно использовать бескаркасные, а если используется каркас, то керамический. При колебаниях температуры каркас может расширяться и соответственно изменять геометрию катушки, а это, в свою очередь, изменяет индуктивность и частоту.

г). Высокой стабильностью характеризуются однослойные катушки с принудительным шагом. Это объясняется тем, что чем ближе витки друг к другу, тем больше их емкость и взаимосвязь. А это ухудшает характеристики контура.

д). При размещении катушки на плате необходимо учитывать, что другие схемные элементы, расположенные вблизи (5-10 мм) кaтушки, могут быть причиной нестабильности. Особенно не рекомендуется располагать такие детали, как электролитические конденсаторы, металлические транзисторы с торцов катушки. Конденсатор С1 лучше использовать керамический с воздушным диэлектриком (емкость С1 - 4/20 пФ, С2 - 10 пФ), конденсатор С2 керамический и служит для подавления гармоник.

е). Для стабилизации частоты мощность ГВЧ выбирают небольшой (5-10 МВТ), а нагрузку поддерживают слабой. Основную мощность получают за счет усилителя мощности высокой частоты. Если вы имеете в своем распоряжении кварцевый резонатор на частоту 27,12 МГц, то его можно включить в схему вместо С3 ГВЧ (рис. 2). Это обеспечит отличную стабильность.
ж). Проводники, соединяющие схемные элементы, желательно делать короче, без наложения друг на друга монтажных проводов.

1.3.2 Усилитель мощности высокой частоты (УМВЧ) и высокочастотный фильтр.

Основное назначение УМВЧ - усиление мощности высокочастотных колебаний, а фильтра - согласование антенны и передатчика для более эффективного излучения электромагнитных колебаний и подавление побочных излучений.

УМВЧ и фильтр могут быть объединены в одном блоке, применение современных кремниевых транзисторов позволяет с помощью простых однокаскадных УМВЧ получитъ мощность излучения на антенне до 600 МВт, а это обеспечивает дальность связи до 2-5 км. При построении передатчиков с УМВЧ требуется тщательная настройка фильтра для подавления побочных излучений (гармоник), иначе передатчик будет создавать помехи бытовой и другой теле-радиоаппаратуре. Рассмотрим работу УМВЧ и окончательного каскада по схеме на рис. 3.

Рис. 3. Усилитель мощности высокой частоты.

Высокочастотные колебания поступают на базу тpaнзиcтopa VT1, рабочая точка которого выбирается н фиксируется жестко делителем R1, R2. Высокочастотный сигнал усиливается транзистором VT1 и выделяется на дросселе Dr1, который оказывает большое сопротивление высокой частоте. Для более стабильной работы вместо дросселя Dr1 необходимо включить колебательный контур LC, настроенный на основную несущую частоту (27,120 МГц). Для компенсации влияния тeмпepaтуpнoгo peжимa тpaнзистора VT1 в эмиттер включается цепочка R3-C1. С уменьшением резистора R3 возрастает коллекторный ток VT1 и, следовательно, мощность УВМЧ. Нужно помнить при этом, что слишком большой коллекторный ток вызывает нагрев транзистора.

Поэтому необходимо:

1). Выбиратъ мощность транзистора VT1, превышающую фактическую в 2-5 раза. Это определяется по максимальному коллекторному току, по справочным данным транзистора и фактически измеренному.

2). Для отвода тепла от транзистора надо использовать радиаторы.

Усиленный сигнал через конденсатор С2 поступает на П-фильтр C3-L1-C4 и далее, через катушку L2 на антенну. Усиленный высокочастотный сигнал содержит не только основную частоту, но и ее гармоники. Мощность гармоник часто сопоставима с мощностью основной частоты. Для их подавления требуется особенно тщательно подобрать номиналы и настроить П-фильтр. Схемные элементы П-фильтpa необходимо подбирать индивидуально, для каждого передатчика, потому что, его характеристики зависят от транзистора VT1, а также от сопротивления и емкости антенны. Обычно бывает достаточно подстройки сердечниками катушек L2, L1.

В домашних условиях самой грубой оценкой эффективности подавления гармоник П-фильтром может служить ваша теле-радиоаппаратура.

1.3.3. Модуляция.

Как уже было сказано, в данных радиостанциях используется амплитудная модуляция. Высокочастотные колебания, их амплитуда (величина) изменяются пропорционально низкочастотным колебаниям. Низкочастотные колебания с микрофона усиливаются УНЧ и управляют величиной высокочастотных колебаний (рис. 4).

Рис. 4. Амплитудно-модулированное высокочастотное колебание.

На рис. 4-а показаны немодулированные высокочастотные колебания несущей 27,12 МГц, а амплитуда постоянна UВЧ (а-в). Здесь нет наложения низкочастотных колебаний и не передается никакая информация.

Амплитудно-модулированные колебания (рис. 4-в) высокочастотного сигнала изменяются в соответствии с низкочастотными колебаниями (рис. 4-б).

Амплитуда высокочастотных колебаний (рис. 4-в) изменяется на величину UВЧ (а-с) и UВЧ (b-d), т.е. присутствует немодулированная составляющая величина UВЧ (с-d), которая не изменяется. Величина изменяющейся амплитуды в процентном отношении называется – глубиной модуляции. При амплитудной модуляции очень важно добиться максимальной (100%-ной) глубины модуляции. Иначе, даже при мощном излучении ВЧ-колебаний будет существенно ограничен радиус действия радиостанции. Можно считать, что мощность передатчика, за счет которой обеспечивается немодулированная составляющая, просто теряется. Например, если мощность передатчика 100 МВТ при глубине модуляции 30%, то это равноценно мощности передатчика 30 МВТ и глубине модуляции 100%.

Наиболее простым способом амплитудной модуляции является модуляция по питанию. Если на ГВЧ подается меньше питания, то соответственно снижается амплитуда высокочастотных колебаний, генерируемых ГВЧ. Следовательно, изменяется питание ГВЧ в соответствии с изменением низкочастотного сигнала, мы можем модулировать высокочастотные колебания.

Рис. 5. Схема модулятора.

Схема модулятора (рис. 5) состоит из УНЧ на транзисторах VT1, VT2 и модулированного транзистоpa VT3. Через разделительный конденсатор С4 усиленные низкочастотные колебания поступают на базу транзистора VT3. Резистор R5 устанавливает смешение базы VT3 так, чтобы величина тока в точке (А) была равна половине тока, если бы минус ГВЧ подключить непосредственно к минусу питания. При этом величина амплитуды ВЧ-колебаний также будет равна примерно половине от максимальной. В этом случае положительные полуволны низкочастотных колебаний будут открывать VT3, а отрицательные, наоборот, закрывать. Соответственно, амплитуда ВЧ-колебаний будет пропорционально возрастать и убывать. Чтобы добиться 100% модуляции необходимо выбрать такую мощность НЧ-сигнала, чтобы положительной полуволной полностью открывался VT3, а отрицательной - полностью закрывался. Если мощность НЧ-сигнала будет недостаточной, то положительная полуволна не будет полностью открывать транзистор VT3, а значит амплитуда ВЧ-сигнала не будет достигать своего максимума. Соответственно отрицательная полуволна полностью не закроет VT3 и ВЧ-сигнал не достигнет своего минимума, то при недостаточной мощности НЧ-сигнала размах амплитуды ВЧ-колебаний ограничен.

Если НЧ-сигнал, наоборот, слишком мощный, то возникает перемодуляция. При этом транзистор VT3 полностью открывается еще до того, как НЧ-сигнал достигнет своего максимума. И при дальнейшем возрастании амплитуды НЧ амплитуда ВЧ-колебаний не увеличивается. Это ограничивает амплитуду сверху. Соответственно, возникает ограничение и снизу. Кнопка S1 служит для прерывистого тонального вызова.

2. Методика настройки радиостанции.

2.1. Настройка передатчика.

Для проверки работоспособности передатчика, настройки и контроля его, необходимо изготовить простой детекторный приемник. В домашних условиях, при отсутствии приборов и опыта работы с ними, детекторный приемник позволит настроить передатчик на частоту 27.12 МГц с допустимыми отклонениями, оценить мощность излучения и глубину модуляции. Детекторный приемник (рис. 6) необходимо настроить на частоту 27.120 МГц.

Рис. 6. Детекторный приемник.

Желательно настройку приемника провести с помощью генератора стандартных сигналов (ГСС). Установив частоту ГСС, равную 27,120 МГц, настраивают приемник конденсатором С1 по максимальному сигналу в наушниках. При этом приемник нужно постепенно относить дальше от ГСС, подстраивая приемник. После настройки нельзя менять антенну. Вместо ГСС можно использовать самостоятельно изготовленный ГВЧ, стабилизированный кварцевым резонатором (рис. 2). Если тaкoй возможности нет, то необходимо более тщательно сделать катушку L1 и антенну, а конденсатор С1 заменить на постоянный, емкостью 30 пФ. Отклонение от частоты 27,12 МГц при этом будет приемлемым, т.е. в любительском диапазоне, катушка L1 выполняется безкаркасная, внутренним диаметром 8 мм, количество витков - 17, шаг - 0,5 мм, диаметр провода - 1 мм. Антенна - провод диаметром - 1 мм, длиной - 25 см.

Передатчик настраивают в следующем порядке:
1. настройка модулятора.
2. настройка ГВЧ на частоту 27,12 МГц.
3. настройка УМВЧ на максимум усиления и минимум гармоник.
4. настройка модулятора на 100% глубину модуляции.
5. подстройка передатчика в собранном виде.

Для проверки модулятора нужно подключить головные телефоны вместо ГВЧ (рис. 5) и подать питание на модулятор 9 В. При этом модулятор должен работать как обычный УНЧ. Чувствительность подстраивается подбором резистора R1. Вызов проверяется замыканием контактов переключателя S1, при этом должен прослушиваться прерывистый звуковой сигнал (тональностъ изменяется емкостью С5).

Для настройки ГВЧ нужно подключить его к модулятору, зафиксировать (включить) кнопку тонального вызова S1, а к конденсатору С6 ГВЧ (рис. 2) подпаять в качестве антенны кусок провода длиной 5-7 см и диаметром 0,5-0,7 мм, включить питание. Ваш ГВЧ будет работать как передатчик, несущая частота которого около 27 МГц и модулирована тональным сигналом.

Расположите приемник рядом (10-20 см) с ГВЧ. Настройка ГВЧ на частоту 27,12 МГц производится конденсатором С1 (рис. 2). При настройке на частоту 27,120 МГц должен прослушиваться тональный вызов.

После этого можно подстроить глубину модуляции, это лучше сделать вдвоем: один говорит в микрофон модулятора и изменяет сопротивление R5 (рис. 5), а другой контролирует слышимость по приемнику, максимально разборчивая слышимость соответствует глубокой модуляции.

Следующим блоком настраивается УМВЧ. Для этого необходимо включить полную схему передатчика с антенной.

Простой способ контроля настройки передатчика на максимальную мощность - максимум тока потребления передатчика. Включите амперметр между источником питания и передатчиком, контролируя величину тока в УМВЧ (рис. 3). Сначала, если вы вместо дросселя подключили контур, настраивайте колебательный контур LC в резонанс подстройкой конденсатора. Далее выбирают оптимальную рабочую точку транзистора делителем R1 R2. Контроль настройки ориентировочно оценивается по току потребления. Подстройка фильтра подавления гармоник осуществляется сердечниками катушки L1 L2 при подключенной антенне. Эффективность подавления контролируется по отсутствию помех на всех каналах телевизора и радиоприемника. После настройки фильтра обычно хорошо подавляются побочные излучения, но 100% подавления не гарантируется. Для этого нужно проверить передатчик на характериографе.

2.2. Настройка приемника.

Для настройки приемника необходимо иметь источник излучения модулированных высокочастотных колебаний. Лучше использовать ГСС, при отсутствии его можно заменить ГВЧ или передатчиком, уже настроенным на частоту 27,12 МГц. Перед настройкой приемника убедитесь в его работоспособности. Для этого достаточно подать питание и, подстраивая величину обратной связи (конденсатор С8 - рис. 1), добиться появления шума в наушниках. После этого настройка приемника проводится совместно с передатчиком или ГСС. Настройка проста. Подстраивая конденсаторы С7 и С8, необходимо добиваться максимального сигнала в наушниках приемника, постепенно отходя от передатчика. Настройку нужно проводить с той антенной, которая будет на Вашей радиостанции. Изменение длины и формы антенны потребует новой подстройки приемника. Частота приемника подстраивается конденсатором С7, а чувствительность - С8. Если приемник содержит входную цепь, то конденсатором С2 подстраивается входной контур на частоту 27,120 МГц.

Радиус действия определяется следующими основными функциями:
- мощностью передатчика;
- чувствительностью приемника;
- условиями окружающей среды.

Мощность несложных передатчиков в радиостанции (рис. 7) может быть увеличена без существенных переделок до 250-300 МВт. Это достигается за счет:

а) замены транзистора VT1 на транзистор средней мощности КТ603, КТ608, КТ645, КТ630 с возможно большим коэффициентом усиления;

б) увеличения напряжения питания до 12 В, подаваемое на передатчик (питание приемника не следует изменять);

в) усиления связи колебательного контура L1-C2-C5 с антенной (чем ближе от коллектора VT1 место подключения антенны, тем сильнее связь и излучаемая мощность на антенне);

г) уменьшения сопротивления резистора R3 (при этом возрастает коллекторный ток VT1 и амплитуда ВЧ-колебаний).

Внесение изменений в передатчик требует подстройки несущей частоты конденсатором С5. Иногда, при замене VT1, необходимо подстроить делитель R1 R2. При увеличении мощности передатчика возрастает мощность излучения гармоник, создающих помехи в эфире. Частично от этого можно избавиться подбором согласованной длины антенны и увеличением емкости конденсатора с 2 до 30 пф.

Если все же не удается избавиться от помех, то необходимо дополнительно подключить II-фильтр, т.е. включить катушки L1, L2 и конденсаторы С3, С4 (рис. 3).

Более "безобидным" средством увеличения радиуса действия является повышение чувствительности приемника. Это достигается:
1) более точной регулировкой конденсаторами С19, С20 чувствительности (рис. 7);
2) заменой транзистора VT5 на ГТ311Ж, КТ311И, КТ325В, КТ3102, КТ3102Е и т.п.;
3) более точным подбором номинала резистора R10.

Длина и форма антенны сильно влияет как на чувствительность приемника, так и на мощность излучения передатчика. При выборе штыревых антенн наиболее приемлемой считается длина антенны 125 см (1/8 длины волны).

2.4. Детали и конструкция.

В радиостанциях, схемы которых приведены ниже, используются в основном функционально однотипные детали.

Катушки индуктивностью 0,8 МКГН выполняются, как описано в п.3.1. для детекторного приемника, плюс питания (во всех схемах) подключается к среднему витку катушки, а снимается высокочастотный сигнал с 5-го витка, считая от коллектора транзистора.

В УМВЧ (рис. 3) катушки выполнены на каркасе из полистирола диаметром 7 мм с подстроечником из карбонального железа. Катушка L1 содержит 9 витков, а L2 - 15 витков медного провода диаметром 0,8 мм. Конструкция катушек передатчика (рис. 9), включающая L2 индуктивностью 0,8 МКГН описана выше, а L4 наматывается поверх L2 и состоит из 4 витков провода диаметром 0,8 мм, распределенных равномерно поверх катушки L2. Аналогично выполняются катушки L2, L1 в передатчике (рис. 8). Катушка L3 (рис. 9) наматывается на каркасе из полистирола диаметром 7 мм с подстроечником из карбонального железа, количество витков - 10, диаметр провода 0,5 мм.

В качестве антенны используется штырь или гибкий провод длимой 50-150 см.

В качестве микрофона и телефона используется телефоны типа ТОН-2М. При применении другого микрофона нужно будет подстроить первый каскад модулятора. В приемнике может быть применены и другие УНЧ, в том числе и рассчитанные на динамические головки, но не следует изменять 1-ый каскад УНЧ приемника.

Рис. 7.

Рис. 8.

Рис. 9.

Рис. 10.

Рис. 11.

Рис. 12.

Рис. 13.

Рис. 14.

R11 - 75 Ом, вложено 2 по 33 Ома, следует включать последовательно.
С14 – 30 пф, вложено 2 по 68 пф, следует включать последовательно.
R16 R8 подбирается при регулировке.

Антенна подключается к нижнему контакту переключателя Р1.2 (смотреть на сборочном чертеже).

На плату установить перемычки 1-1, 2-2, 3-3, 4-4, 5-5. Монтаж согласно схеме и сборочному чертежу.

Настройка и наладка радиостанции производится согласно документации.

Переключатель Р1.1 и Р1.2 включаются одновременно для перехода в режим передачи. Переключатель Р3 в режиме передачи включает тональный вызов.

Переключатель Р2 может быть любого типа в зависимости от конструкции вашего корпуса.

Резисторы типа МЛТ-0,125.

Конденсаторы типа КД, КН, КПК, К50-6.

Сборный чертеж печатной платы радиостанции на 27 МГц

Составитель: Патлах В.В.

Высокочастотные генераторы предназначены для получения электрических колебаний в диапазоне частот от десятков кГц до десятков и даже сотен МГц. Такие генераторы, как правило, выполняют с использованием LC-колебательных контуров или кварцевых резонаторов, являющихся частотозадающими элементами. Принципиально схемы от этого существенно не изменяются, поэтому ниже будут рассмотрены LC-генераторы высокой частоты. Отметим, что в случае необходимости колебательные контуры в некоторых схемах генераторов (см., например, рис. 12.4, 12.5) могут быть без проблем заменены кварцевыми резонаторами.

(рис. 12.1, 12.2) выполнены по традиционной и хорошо зарекомендовавшей себя на практике схеме «индуктивной трехточки». Они различаются наличием эмиттерной RC-цепочки, задающей режим работы транзистора (рис. 12.2) по постоянному току. Для создания обратной связи в генераторе от катушки индуктивности (рис. 12.1, 12.2) делают отвод (обычно от ее 1/3…1/5 части, считая от заземленного вывода). Нестабильность работы генераторов высокой частоты на биполярных транзисторах обусловлена заметным шунтирующим влиянием самого транзистора на колебательный контур. При изменении температуры и/или напряжения питания свойства транзистора заметно изменяются, поэтому частота генерации «плавает». Для ослабления влияния транзистора на рабочую частоту генерации следует максимально ослабить связь колебательного контура с транзистором, до минимума уменьшив переходные емкости. Кроме того, на частоту генерации заметно нпияет и изменение сопротивления нагрузки. Поэтому крайне необходимо между генератором и сопротивлением нагрузки иключить эмиттерный (истоковый) повторитель.

Для питания генераторов следует использовать стабильные источники питания с малыми пульсациями напряжения.

Генераторы, выполненные на полевых транзисторах (рис. 12.3), обладают лучшими характеристиками.

Собранные по схеме «емкостной трехточки» на биполярном и полевом транзисторах, показаны на рис. 12.4 и 12.5. Принципиально по своим характеристикам схемы «индуктивной» и «емкостной» трехточек не отличаются, однако в схеме «емкостной трехточки» не нужно делать лишний вывод у катушки индуктивности.

Во многих схемах генераторов (рис. 12.1 - 12.5 и другие схемы) выходной сигнал может сниматься непосредственно с колебательного контура через конденсатор небольшой емкости или через согласующую катушку индуктивной связи, а также с неза- земленных по переменному току электродов активного элемента (транзистора). При этом следует учитывать, что дополнительная нагрузка колебательного контура меняет его характеристики и рабочую частоту. Иногда это свойство используют «во благо» - для целей измерения различных физико-химических величин, контроля технологических параметров.

На рис. 12.6 показана схема несколько видоизмененного варианта ВЧ генератора - «емкостной трехточки». Глубину положительной обратной связи и оптимальные условия для возбуждения генератора подбирают с помощью емкостных элементов схемы.

Схема генератора, показанная на рис. 12.7, работоспособна в широком диапазоне значений индуктивности катушки колебательного контура (от 200 мкГч до 2 Гн) [Р 7/90-68]. Такой генератор можно использовать в качестве широкодиапазонного высокочастотного генератора сигналов или в качестве измерительного преобразователя электрических и неэлектрических величин в частоту, а также в схеме измерения индуктивностей.

Генераторы на активных элементах с N-образной ВАХ (туннельные диоды, лямбда-диоды и их аналоги) содержат обычно

источник тока, активный элемент и частотозадающий элемент (LC-контур) с параллельным или последовательным включением. На рис. 12.8 показана схема ВЧ генератора на элементе с лям- бдаобразной вольт-амперной характеристикой. Управление его частотой осуществляется за счет изменения динамической емкости транзисторов при изменении протекающего через них тока.

Светодиод HL1 стабилизирует рабочую точку и индицирует включенное состояние генератора.

Генератор на аналоге лямбда-диода, выполненный на полевых транзисторах, и со стабилизацией рабочей точки аналогом стабилитрона - светодиодом, показан на рис. 12.9. Устройство работает до частоты 1 МГц и выше при использовании указанных на схеме транзисторов.

Ма рис. 12.10 в порядке сопоставления схем по степени их сложности приведена практическая схема ВЧ генератора на туннельном диоде. В качестве полупроводникового низковольтного стабилизатора напряжения использован прямосме- щенный переход высокочастотного германиевого диода. Этот генератор потенциально способен работать в области наиболее высоких частот - до нескольких ГГц.

Высокочастотный генератор, по схеме очень напоминающий рис. 12.7, но выполненный с использованием полевого транзистора, показан на рис. 12.11 [Рл 7/97-34].

Прототипом RC-генератора, показанного на рис. 11.18 является схема генератора на рис. 12.12 .

нот генератор отличает высокая стабильность частоты, способность работать в широком диапазоне изменения параметров частотозадающих элементов. Для снижения влияния нагрузки на рабочую частоту генератора в схему введен дополнительный каскад - эмиттерный повторитель, выполненный на биполярном транзисторе VT3. Генератор способен работать до частот свыше 150 МГц.

Из числа всевозможных схем генераторов особо следует выделить генераторы с ударным возбуждением. Их работа основана на периодическом возбуждении колебательного контура (либо иного резонирующего элемента) мощным коротким импульсом тока. В результате «электронного удара» в возбужденном таким образом колебательном контуре возникают постепенно затухающие по амплитуде периодические колебания синусоидальной формы. Затухание колебаний по амплитуде обусловлено необратимыми потерями энергии в колебательном контуре. Скорость затухания колебаний определяется добротностью (качеством) колебательного контура. Выходной высокочастотный сигнал будет стабилен по амплитуде, если импульсы возбуждения следуют с высокой частотой. Этот тип генераторов является наиболее древним в ряду рассматриваемых и известен с XIX века.

Практическая схема генератора высокочастотных колебаний ударного возбуждения показана на рис. 12.13 [Р 9/76-52; 3/77-53]. Импульсы ударного возбуждения подаются на колебательный контур L1C1 через диод VD1 от низкочастотного генератора, например, мультивибратора, или иного генератора прямоугольных импульсов (ГПИ), рассмотренных ранее в главах 7 и 8. Большим преимуществом генераторов ударного возбуждения является то, что они работают с использованием колебательных контуров практически любого вида и любой резонансной частоты.

Еще один вид генераторов - генераторы шума, схемы которых показаны на рис. 12.14 и 12.15.

Такие генераторы широко используют для настройки различных радиоэлектронных схем. Генерируемые такими устройствами сигналы занимают исключительно широкую полосу частот - от единиц Гц до сотен МГц. Для генерации шума используют обратносмещенные переходы полупроводниковых приборов, работающих в граничных условиях лавинного пробоя. Дня этого могут быть использованы переходы транзисторов (рис. 12.14) [Рл 2/98-37] или стабилитроны (рис. 12.15) [Р 1/69-37]. Чтобы настроить режим, при котором напряжение генерируемых шумов максимально, регулируют рабочий ток через активный нтемент (рис. 12.15).

Отметим, что для генерации шума можно использовать и резисторы, совмещенные с многокаскадными усилителями низкой частоты, сверхрегенеративные приемники и др. элементы. Для получения максимальной амплитуды шумового напряжения необходим, как правило, индивидуальный подбор наиболее шумящего элемента.

Для того чтобы создать узкополосные генераторы шума, на выходе схемы генератора может быть включен LC- или RC-фильтр.

Низкочастотные генераторы.

Низкочастотные генераторы, или генераторы низких частот (ГНЧ), являются источниками синусоидального сигнала в разных диапазонах частот: F<20 Гц (инфразвуковые), 20 Гц... 20 кГц (звуковые), 20...200 кГц (ультразвуковые). Диапазон частот может быть расширен до F> 200 кГц. В приборах некоторых типов наряду с синусоидальным сигналом вырабатывается сигнал, называемый меандром .

Рис. 2.1. Структурная схема аналогового ГНЧ

ГНЧ применяются для всестороннего исследования трактов радиоприемных устройств, для питания мостов переменного тока и пр.

Задающий генератор определяет форму и все частотные параметры сигнала: диапазон частот, погрешность установки частоты, нестабильность частоты, коэффициент нелинейных искажений.

Если на лицевой панели прибора форма сигнала не указана, то она всегда синусоидальная. В качестве задающего используются генераторы типа RC, колебательная система которых состоит из фазирующих RC - цепей. Весь частотный диапазон генератора поделен на 3-4 поддиапазона. Каждому поддиапазону соответствует определенное значение сопротивления резистора (рис. 2.2), что позволяет изменять частоту дискретно.

Рис. 2.2. Принцип установки частоты задающего генератора

Плавная установка частоты осуществляется конденсатором переменной емкости, который обслуживает все поддиапазоны. Задающие генераторы типа RC просты, дешевы, имеют малый коэффициент нелинейных искажений и малые массогабаритные размеры.

Формула частоты колебаний генератора типа RC :

В некоторых ГНЧ дискретное регулирование частоты осуществляется не резистором, а конденсатором. Тогда плавная установка частоты обеспечивается переменным резистором-потенциометром. Усилитель ослабляет влияние последующих блоков на задающий генератор, делая его частотные параметры более качественными, обеспечивает усиление сигнала по напряжению (мощности) и позволяет плавно изменять напряжение на выходе.

Согласующий трансформатор предназначен для ступенчатого согласования выходного сопротивления генератора с сопротивлением подключаемой нагрузки.

Наличие у трансформатора средней точки (с.т.) позволяет получать два одинаковых по значению, но противоположных по фазе выходных напряжения (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Электрическая принципиальная схема согласующего трансформатора со средней точкой

Выходной согласующий трансформатор используется в генераторах с повышенным уровнем выходной мощности. У большинства низкочастотных генераторов выходной трансформатор отсутствует.

Переключатель нагрузки обеспечивает согласование выходного сопротивления Д вых генератора с сопротивлением нагрузки R n . Если не выполняется согласование, то напряжение на выходе не соответствует установленному по индикатору генератора, генератор даже может выйти из строя. Наиболее распространенными значениями Д вых являются 5, 50, 600 и 6000 Ом. Для согласования сопротивлений по выходу 1 в комплекте с прибором поставляется специальная нагрузка 50 Ом с кабелем.

Контроль выходного напряжения обеспечивается электронным вольтметром типа У-Д либо электромеханическим вольтметром выпрямительной системы. Индикатор выходного напряжения всегда показывает среднеквадратичное значение синусоидального сигнала.

Аттенюатор обеспечивает получение на выходе разных по значению напряжений, изменяющихся дискретно. При этом входное и выходное сопротивления аттенюатора не меняются и согласование не нарушается. Иногда ослабление указывается не в вольтах, а в децибелах.

Ослабление, вносимое аттенюатором, рассчитывается по формуле:

, (2.2)

где U вх (B) - напряжение на входе аттенюатора; U вых (B) - напряжение на выходе аттенюатора.

Рассмотрим два примера.

Пример 1. Определить напряжение на выходе генератора в вольтах, если на входе оно составляет 1 В, а на выходе U = 60 дБ. На основании формулы запишем:

Пример 2. Определить значение затухания, вносимого аттенюатором генератора, если напряжение на его входе составляет 1 В, а на выходе 100 мВ.

На основании формулы запишем

Цифровые ГНЧ.

Цифровые ГНЧ по сравнению с аналоговыми имеют более качественные метрологические характеристики: меньшую погрешность установки и нестабильности частоты, меньший коэффициент нелинейных искажений, стабильность уровня выходного сигнала.

Такие генераторы получают все большее распространение по сравнению с аналоговыми за счет более высокого быстродействия, упрощения установки частоты, исключения субъективной ошибки в задании параметров выходного сигнала. Благодаря встроенному микропроцессору в цифровых ГНЧ можно по заданной программе автоматически перестраивать частоту сигнала.

Работа цифровых ГНЧ основана на принципе формирования числового кода с последующим преобразованием его в аналоговый гармонический сигнал, который аппроксимируется функцией, моделируемой с помощью цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). Структурная схема цифрового ГНЧ представлена на рис. 2.4.

Рис. 2.4. Структурная схема цифрового ГНЧ

Задающий генератор импульсов с кварцевой стабилизацией частоты вырабатывает короткие импульсы в периодической последовательности, которые поступают на делитель частоты. На выходе делителя частоты с регулируемым коэффициентом деления образуется последовательность импульсов с заданным периодом следования, определяющим шаг дискретизации.

Счетчик подсчитывает поступающие на него импульсы, кодовая комбинация накопленных в счетчике импульсов подается в цифро–аналоговый преобразователь, который вырабатывает соответствующее напряжение. После переполнения счетчик обнуляется и готов к началу формирования следующего периода.

Тема 2.2. Генераторы сигналов высокой частоты

Высокочастотные и сверхвысокочастотные генераторы, или генераторы высоких и сверхвысоких частот (ГВЧ и ГСВЧ), являются источниками синусоидального и не менее одного модулированного по какому-либо параметру сигналов (амплитудно-модулированного -АМ-сигнал, частотно-модулированного - ЧМ-сигнал) с известными параметрами. Форма сигналов на выходе ГВЧ представлена на рис. 2.5.

Рис. 6.5. Синусоидальный (а) и амплитудно - модулированный (б) сигналы на выходе ГВЧ

Если на лицевой панели прибора форма сигналов не указана, то это всегда синусоидальный и АМ-сигнал.

Приведенные сигналы характеризируются следующими параметрами: f - несущая (модулированная) высокая частота, F - модулирующая низкая частота, M -коэффициент амплитудной модуляции.

М=(А-В)·100%/(А+В) (2.3)

ГВЧ и ГСВЧ перекрывают следующие диапазоны несущих частот: 200 кГц... 30МГц (высокие) и f > 30 МГц (сверхвысокие). Диапазон частот может быть расширен до f < 200 кГц. Такие генераторы применяются для всестороннего исследования высокочастотных трактов теле- и радиоприемных устройств, для питания схем напряжением высоких и сверхвысоких частот. Структурная схема ГВЧ приведена на рис. 2.6.

Рис. 2.6. Структурная схема ГВЧ

Задающий генератор I определяет значение несущей частоты и форму сигнала. В качестве задающего генератора используется генератор типа LC , колебательная система которого представляет собой параллельный контур, состоящий из катушки индуктивности L и конденсатора С . Частота колебаний выражается формулой:

(2.4)

Весь частотный диапазон ГВЧ поделен на поддиапазоны, количество которых может достигать восьми. Каждому поддиапазону соответствует конкретная катушка индуктивности, а плавная установка частоты (в границах поддиапазона) осуществляется с помощью конденсатора переменной емкости. ГВЧ имеет два выхода: микровольтовый и одновольтовый.

С выхода задающего генератора I напряжение поступает на два канала: основной и вспомогательный. Основной канал содержит усилитель-модулятор и высокочастотный аттенюатор (выход «μV»). С этого выхода снимается немодулированное синусоидальное или модулированное регулируемое высокочастотное колебание, калиброванное по напряжению. Как и в ГНЧ, индикатор показывает среднеквадратичное значение синусоидального напряжения.

Вспомогательный канал содержит усилитель и выход «1V». С этого выхода снимается неконтролируемое, смодулированное (т.е. синусоидальное), нерегулируемое высокочастотное напряжение 1...2 В на согласующую нагрузку

Вход AM предназначен для подключения внешнего модулирующего генератора (задающего генератора I) при положении тумблера «Внеш.» или внутреннего модулирующего генератора (задающего генератора II) при положении тумблера «Внутр.». Обычно значение модулирующей частоты - фиксированное (400 или 1000 Гц). Если на лицевой панели оно не указано, то принимается равным 1000 Гц.

Особенностью ГСВЧ является использование специальных сверхвысокочастотных усилительных приборов: клистронов, ЛОВ-ламп обратной волны, лавинно-пролетных диодов, диодов Ганна, магнитронов, а также колебательных систем на объемном резонаторе или четвертьволновом отрезке волновода, коаксиальной линии.

На калиброванном выходе ГСВЧ мощность не превышает нескольких микроватт, а на некалиброванном - нескольких ватт. Кроме синусоидального сигнала, ГСВЧ могут вырабатывать импульсно-модулированный сигнал (ИМ-сигнал).

Тема 2.3. Генераторы импульсных сигналов

Импульсные генераторы, или генераторы импульсов (ГИ), нашли применение при настройке и регулировании импульсных схем, используемых в телевидении и связи, ЭВМ, радиолокации и т.д. Широко используются генераторы, обеспечивающие получение напряжений прямоугольной формы. Параметры импульсного сигнала могут регулироваться в широких диапазонах.

ГИ является источником двух сигналов: основного и дополнительного (синхронизированных импульсов - СИ). К основным параметрам этих сигналов, регулируемым в широких пределах (рис. 2.7), относятся U m - амплитудное значение напряжения, t и - длительность импульса, t 3 - время задержки (временной сдвиг) основных импульсов по отношению к синхроимпульсам, Т - период повторения импульсов.

Рис. 2.7. Параметры выходных сигналов ГИ

К косвенным (вторичным) параметрам сигналов ГИ относятся - скважность , которая должна быть ≥ 2 и рассчитывается по формуле:

, (2.5)

где F = 1/T - частота повторения импульсов.

Структурная схема ГИ приведена на рис. 2.8.

>

Рис. 2.8. Структурная схема ГИ

Задающий генератор вырабатывает короткие импульсы с частотой F и может работать в автоколебательном (положение ключа «1») пли в ждущем (положение ключа «2») режимах. В режиме внешнего запуска частота следования импульсов определяется внешним генератором, подключенным к гнезду «Вход». Разовый запуск обеспечивается нажатием кнопки устройства внешнего и разового запуска.

Блок формирования синхронизирующих импульсов (СИ) обеспечивает необходимую форму СИ.

Блок задержки создает временной сдвиг на время t з основных импульсов относительно СИ, поступающих от задающего генератора.

Блок формирования основных импульсов обеспечивает получение на выходе импульсов необходимой формы и длительности.

Усилитель увеличивает амплитуду импульсов, позволяет менять их полярность и осуществляет согласование по сопротивлению с нагрузкой, поставляемой в комплекте с генератором.

Аттенюатор уменьшает амплитуду импульсов в фиксированное число раз.

Измерительный блок представляет собой вольтметр, контролирующий амплитудное значение импульсного сигнала.

К основным метрологическим характеристикам генераторов, которые необходимо знать при выборе прибора, относятся следующие:

Форма сигнала;

Диапазон регулирования параметров;

Допустимая погрешность установки каждого параметра;

Максимальная допустимая временная нестабильность параметров;

Допустимые искажения формы сигнала.

Предлагаемые генераторы высокой частоты предназначены для получения электрических колебаний в диапазоне частот от десятков кГц до десятков и даже сотен МГц. Такие генераторы, как правило, выполняют с использованием LC-колебательных контуров или кварцевых резонаторов, являющихся частотозадающими элементами. Принципиально схемы от этого существенно не изменяются, поэтому ниже будут рассмотрены LC-генераторы высокой частоты. Отметим, что в случае необходимости колебательные контуры в некоторых схемах генераторов (см., например, рис. 12.4, 12.5) могут быть без проблем заменены кварцевыми резонаторами.

Генераторы высокой частоты (рис. 12.1, 12.2) выполнены по традиционной и хорошо зарекомендовавшей себя на практике схеме «индуктивной трехточки». Они различаются наличием эмиттерной RC-цепочки, задающей режим работы транзистора (рис. 12.2) по постоянному току. Для создания обратной связи в генераторе от катушки индуктивности (рис. 12.1, 12.2) делают отвод (обычно от ее 1/3… 1/5 части, считая от заземленного вывода). Нестабильность работы генераторов высокой частоты на биполярных транзисторах обусловлена заметным шунтирующим влиянием самого транзистора на колебательный контур. При изменении температуры и/или напряжения питания свойства транзистора заметно изменяются, поэтому частота генерации «плавает». Для ослабления влияния транзистора на рабочую частоту генерации следует максимально ослабить связь колебательного контура с транзистором, до минимума уменьшив переходные емкости. Кроме того, на частоту генерации заметно влияет и изменение сопротивления нагрузки. Поэтому крайне необходимо между генератором и сопротивлением нагрузки включить эмиттерный (истоковый) повторитель.

Для питания генераторов следует использовать стабильные источники питания с малыми пульсациями напряжения.

Генераторы, выполненные на полевых транзисторах (рис. 12.3), обладают лучшими характеристиками.

Генераторы высокой частоты, собранные по схеме «емкостной трехточки» на биполярном и полевом транзисторах, показаны на рис. 12.4 и 12.5. Принципиально по своим характеристикам схемы «индуктивной» и «емкостной» трехточек не отличаются, однако в схеме «емкостной трехточки» не нужно делать лишний вывод у катушки индуктивности.

Во многих схемах генераторов (рис. 12.1 — 12.5 и другие схемы) выходной сигнал может сниматься непосредственно с колебательного контура через конденсатор небольшой емкости или через согласующую катушку индуктивной связи, а также с неза-земленных по переменному току электродов активного элемента (транзистора). При этом следует учитывать, что дополнительная нагрузка колебательного контура меняет его характеристики и рабочую частоту. Иногда это свойство используют «во благо» — для целей измерения различных физико-химических величин, контроля технологических параметров.

На рис. 12.6 показана схема несколько видоизмененного варианта ВЧ генератора — «емкостной трехточки». Глубину положительной обратной связи и оптимальные условия для возбуждения генератора подбирают с помощью емкостных элементов схемы.

Схема генератора, показанная на рис. 12.7, работоспособна в широком диапазоне значений индуктивности катушки колебательного контура (от 200 мкГн до 2 Гн) [Р 7/90-68]. Такой генератор можно использовать в качестве широкодиапазонного высокочастотного генератора сигналов или в качестве измерительного преобразователя электрических и неэлектрических величин в частоту, а также в схеме измерения индуктивностей.

Генераторы на активных элементах с N-образной ВАХ (туннельные диоды, лямбда-диоды и их аналоги) содержат обычно источник тока, активный элемент и частотозадающий элемент (LC-контур) с параллельным или последовательным включением. На рис. 12.8 показана схема ВЧ генератора на элементе с лям-бдаобразной вольт-амперной характеристикой. Управление его частотой осуществляется за счет изменения динамической емкости транзисторов при изменении протекающего через них тока.

Светодиод НИ стабилизирует рабочую точку и индицирует включенное состояние генератора.

Генератор на аналоге лямбда-диода, выполненный на полевых транзисторах, и со стабилизацией рабочей точки аналогом стабилитрона — светодиодом, показан на рис. 12.9. Устройство работает до частоты 1 МГц и выше при использовании указанных на схеме транзисторов.

На рис. 12.10 в порядке сопоставления схем по степени их сложности приведена практическая схема ВЧ генератора на туннельном диоде. В качестве полупроводникового низковольтного стабилизатора напряжения использован прямосме-щенный переход высокочастотного германиевого диода. Этот генератор потенциально способен работать в области наиболее высоких частот — до нескольких ГГц.

Высокочастотный генератор частоты , по схеме очень напоминающий рис. 12.7, но выполненный с использованием полевого транзистора, показан на рис. 12.11 [Рл 7/97-34].

Прототипом RC-генератора, показанного на рис. 11.18 является схема генератора на рис. 12.12 .

Этот генератор отличает высокая стабильность частоты, способность работать в широком диапазоне изменения параметров частотозадающих элементов. Для снижения влияния нагрузки на рабочую частоту генератора в схему введен дополнительный каскад — эмиттерный повторитель, выполненный на биполярном транзисторе VT3. Генератор способен работать до частот свыше 150 МГц.

Еще один вид генераторов — генераторы шума, схемы которых показаны на рис. 12.14 и 12.15.

Такие генераторы широко используют для настройки различных радиоэлектронных схем. Генерируемые такими устройствами сигналы занимают исключительно широкую полосу частот — от единиц Гц до сотен МГц. Для генерации шума используют обратносмещенные переходы полупроводниковых приборов, работающих в граничных условиях лавинного пробоя. Для этого могут быть использованы переходы транзисторов (рис. 12.14) [Рл 2/98-37] или стабилитроны (рис. 12.15) [Р 1/69-37]. Чтобы настроить режим, при котором напряжение генерируемых шумов максимально, регулируют рабочий ток через активный элемент (рис. 12.15).

Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год

Мы рассмотрели одну из разновидностей генераторов с применением колебательного контура. Такие генераторы применяются в основном лишь на высоких частотах, а вот доля генерации более низких частот применение LC генератора может быть затруднительным. Почему? Давайте вспомним формулу: частота KC-генератора рассчитывается по формуле

То есть: для того чтобы уменьшить частоту генерации необходимо увеличить емкость задающего конденсатора и индуктивность дросселя и то, конечно, повлечет увеличение размеров.
Поэтому для генерации относительно низких частот применяются RC-генераторы
принцип работы которых мы и рассмотрим.

Схема самого простого RC-генератора (её еще называют схема с трехфазной фазирующей цепочкой), показана на рисунке:

По схеме видно, что это всего-навсего усилитель. Причем он охвачен положительной обратной связью (ПОС): вход его соединен с выходом и поэтому он постоянно находится в самовозбуждении. А частотой RC-генератора управляет так называемая,фазовращающая цепочка, которая состоит из элементов С1R1, C2R2, C3R3.
С помощью одной цепочки из резистора и конденсатора можно получить сдвиг фаз не более чем на 90º. Реально же сдвиг получается близким к 60º. Поэтому для получения сдвига фазы на 180º приходится ставить три цепочки. С выхода последней RC-цепи сигнал подается на базу транзистора.

Работа начинается в момент включения источника питания. Возникающий при этом импульс коллекторного тока содержит широкий и непрерывный спектр частот, в котором обязательно будет и необходимая частота генерации. При этом колебания частоты, на которую настроена фазовращающая цепь, станут незатухающими. Частота колебаний определяется по формуле:

При этом должно соблюдаться условие:

R1=R2=R3=R
C1=C2=C3=C

Такие генераторы способны работать только на фиксированной частоте.

Кроме использования фазовращающей цепи есть еще один, более распространенный вариант. Генератор так-же построен на транзисторном усилителе, но вместо фазовращающей цепочки применен так называемый мост Вина- Робинсона (Фамилия Вин пишется с одной "Н"!!). Вот так он выглядит:

Левая часть схемы- пассивный полосовой RC-фильтр, в точке А снимается выходное напряжение.
Правая часть- как частотно-независимый делитель.
Принято считать, что R1=R2=R, C1=C2=C. Тогда резонансная частота будет определяться следующим выражением:

При этом модуль коэффициента усиления максимален и равен 1/3, а фазовый сдвиг нулевой. Если коэффициент передачи делителя равен коэффициенту передачи полосового фильтра, то на резонансной частоте напряжение между точками А и В будет равно нулю, а ФЧХ на резонансной частоте делает скачок от -90º до +90º. Вообще же должно выполнятся условие:

R3=2R4

Но только вот одна проблема: все это можно рассматривать лишь для идеальных условий. Реально-же все не так уж просто: малейшее отклонение от условия R3=2R4 приведет либо к срыву генерации или к насыщению усилителя. Чтобы было более понятно, давайте подключим мост Вина к операционному усилителю:

Вообще же именно так использовать эту схему не получится, поскольку в любом случае будет разброс параметров моста. Поэтому вместо резистора R4 вводят какое-либо нелинейное или управляемое сопротивление.
К примеру нелинейный резистор: управляемое сопротивление с помощью транзисторов. Или можно еще заменить резистор R4 микромощной лампой накаливания, динамическое сопротивление которой с ростом амплитуды тока увеличивается. Нить накаливания обладает достаточно большой тепловой инерцией, и на частотах несколько сотен герц уже практически не влияет на работу схемы в пределах одного периода.

Генераторы с мостом Вина обладают одним хорошим свойством: если R1 и R2 заменить переменным,(но только сдвоенным), то можно будет регулировать в некоторых пределах частоту генерации.
Можно и емкости С1 и С2 разбить на секции, тогда можно будет переключать диапазоны, а сдвоенным переменным резистором R1R2 плавно регулировать частоту в диапазонах.

Почти практическая схема RC-генератора с мостом Вина на рисунке ниже:

Здесь: переключателем SA1 можно переключать диапазон, а сдвоенным резистором R1 можно регулировать частоту. Усилитель DA2 служит для согласования генератора с нагрузкой.