Текст книги "КВ-приемник мирового уровня? Это очень просто!"
Автор книги: Александр Кульский
Жанр:
Технические науки
сообщить о нарушении
Текущая страница: 17 (всего у книги 23 страниц)
Глава 23. Схемные особенности УВЧ и гетеродинов
«Аматор»: Готовясь к сегодняшней беседе, мы с Незнайкиным пересмотрели массу литературы, касающейся усилителей радиочастоты.
«Спец»: Может поделитесь и со мной полученными знаниями?
«Незнайкин»: Ну, прежде всего, во многих книгах вместо понятия «усилитель высокой частоты» или УВЧ, фигурирует УСИЛИТЕЛЬ СИГНАЛЬНОЙ ЧАСТОТЫ – УСЧ. Или также УСИЛИТЕЛЬ РАДИОЧАСТОТЫ – УРЧ.
«С»: Дельно подмечено. Хотя, в сущности, это всего лишь игра в терминологию. Тем не менее, мы примем это во внимание. Итак?…
«А»: В УСЧ в области умеренно высоких частот наибольшее распространение получили схемы с общим эмиттером (ОЭ). Это в том случае, если применяются биполярные транзисторы. Если используются FET, то их адекватным включением является схема с общим истоком (ОИ). Как уже говорилось ранее, схемы с ОЭ или ОИ позволяют получить НАИБОЛЬШЕЕ усиление по мощности.
Можно использовать как германиевые, так и кремниевые транзисторы. Последние более экономичны и стабильны при повышенных температурах.
«С»: Согласен, но есть и еще один нюанс. Новые разработки германиевых транзисторов почти не проводятся, а вот кремниевых – сколько угодно.
«А»: Но в литературе, в основном, приведены схемы селективных или избирательных усилителей, нагрузкой которых являются перестраиваемые по частоте колебательные контура. Это поясняется тем, что необходимо обеспечить высокую чувствительность радиоприемного устройства за счет предварительного усиления полезного сигнала и его частотной селекции от помех.
«С»: Все это так. И в то же время, как говорил Шельменко-денщик: «трошечки, да не так!»
Действительно, до сих пор применение высокоселективных усилителей сомнений не вызывало (и не вызывает). Во многих случаях… А вот в приемниках с ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ ВВЕРХ дело обстоит ИНАЧЕ. Здесь нужен именно ШИРОКОПОЛОСНЫЙ входной усилитель. При этом, что совершенно естественно, МАЛОШУМЯЩИЙ и с хорошим ДИНАМИЧЕСКИМ ДИАПАЗОНОМ. И в то же время, попытка применить для этого АПЕРИОДИЧЕСКИЕ усилители обычного типа с резисторной нагрузкой; кроме разочарования и досады, других сколько-нибудь положительных эмоций у разработчиков так и не вызвала!
«А»: Получается, что ни селективные, ни апериодические усилители для этого не годятся?
«С»: Резистивные УСЧ (УРЧ, УВЧ) используются в диапазонах ДВ и СВ…
Но не волнуйтесь, друзья мои, все вовсе не так плохо! Как любит говорить один мой знакомый философ: «… если тебе предлагают на выбор, одно из двух… выбирай третий путь!» Так и в радиотехнике. Техническая мысль не дремала!
Вот так и вошли в жизнь усилители, основанные на использовании ШПТЛ!
«А»: Мы начинали разговор о ШПТЛ, но мне еще сложно представить себе схему усилителя, использующего этот компонент!
«С»: Я уже упоминал о том, что ШПТЛ бывают самыми разнообразными. С простыми, достаточно сложными и очень сложными обмотками. И применяются ШПТЛ не только в усилителях, но и в смесителях сигналов, для преобразования импедансов и т. п. Мне приходилось встречать достаточно разнообразные усилители на ШПТЛ. Но ВСЕ ОНИ основаны на применении ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ или ООС. Наиболее простой схемой этого типа с использованием преимуществ ШПТЛ, является так называемая R-структура. Но имеется и еще более удачная схема, основанная на, так называемой, С-структуре. Несмотря на «простоту», ВЧ-усилители на ШПТЛ, имеющие С-структуру, характеризуются ОЧЕНЬ МАЛЫМИ искажениями входного сигнала.
«А»: А как у С-структур обстоит дело со стабильностью параметров?
«С»: Я бы сказал так: ВЫШЕ ВСЯКИХ ПОХВАЛ! Поэтому я здесь привожу основную схему, которую мы будем полагать базовой (рис. 23.1).
Более того, ниже я привожу АЧХ представленного С-усилителя. Для того случая, когда ШПТЛ намотан на кольце типа М 0,16 ВТ-8 типоразмер К10x6x2 и имеет 16 витков. Коэффициент усиления каскада зависит от величины Rс. При Rс = 10 Ом, усиление по напряжению (именно его мы наблюдаем на экране осциллографа) равно 8—10. Увеличение Rс улучшает линейность, но уменьшает коэффициент усиления. Поэтому, в данном случае, взято оптимальное значение Rс.
«А»: А применить кольцо на высокочастотном феррите типа 50ВЧ или 30ВЧ, не изменяя количества витков, возможно?
«С»: Вполне… Но старайтесь придерживаться типоразмера.
«А»: АЧХ действительно имеет такую равномерность или это преувеличение?
«Н»: А какой тип транзистора лучше всего применить в усилителе?
«С»: АЧХ усилителей С-структуры на ШПТЛ действительно отличаются равномерностью частотной характеристики в широком диапазоне частот. Что касается типа транзистора, то в малошумящих усилителях из транзисторов, производимых в СНГ, можно рекомендовать только: КТ399А, КТ368А, КТ3120А.
«Н»: А если применить «семечку» – КТ315 или, например, КТ316?
«С»: Коэффициент усиления каскада упадет, примерно, в 1,5 раза! Полоса, практически, не меняется. Но, и КТ315, и КТ316 не являются оптимальными для применения в малошумящих каскадах радиоприемных устройств. Поэтому инициатива применения в этой схеме случайных транзисторов не является признаком высокого интеллекта.
«А»: Ну, теперь на очереди – гетеродин?
«Н»: А их в приемнике не меньше двух! Уточни, какой именно ты имеешь в виду?
«С»: А что тут много рассуждать? Начнем с ГПД – генератора плавного диапазона. Кстати, дорогой Аматор, я все забываю как-то узнать у тебя. На тот кварцевый фильтр, который тебе удалось раздобыть, есть какие-нибудь паспортные данные?
«А»: Да, вот они! Фильтр типа ФП2П-4-1-В.
Номинальная частота – 55,5 МГц;
Ширина полосы пропускания по уровню 3 дБ – 16 кГц;
Относительное затухание в полосе задерживания – 60 дБ;
Затухание вносимое – 0,2 дБ;
Сопротивление нагрузки: Rвн. вх, кОм – 2; Rвн. вых, кОм – 2;
Емкость нагрузки: Сн. вх, пФ – 50.
«С»: Ну что же, неплохо. Но, чтобы вышесказанное было более наглядным, попробуем изобразить АЧХ этого фильтра на фоне АЧХ обыкновенного селективного усилителя ВЧ, которую так любят приводить в монографиях по радиотехнике многие авторы (рис. 23.2).
«Н»: То есть, даже обыкновенный контур, имеющий Q = 100 обладает в ТРИДЦАТЬ ПЯТЬ РАЗ более широкой полосой пропускания, чем кварцевый фильтр ФП2П-4-1-В! Значит и ШУМИТ этот фильтр в 35 раз меньше?
«С»: Совершенно верно! Даже не в 35, а, примерно, в 50, если принять во внимание наличие «пьедестала» в колебательном контуре! Поэтому самое лучшее, что нам остается сделать, при использовании этого фильтра, это – постараться не растерять те великолепные возможности, которые могут обеспечить кварцевые фильтры подобного класса!
«А»: Не имей мы этого фильтра, эквивалентная добротность которого достигает 5000, подобной характеристики нам не получить!
«С»: Ну, это преувеличение! «Цепь Юзвинского» позволяет получить такую же характеристику. Но в этой цепи немало преобразователей и активных элементов. Она потребляет ток и ее «принципиалка» значительно сложнее.
«Н»: Но мы говорили о ГПД?
«С»: Вот о нем-то и речь! Теперь, имея РЕАЛЬНЫЙ фильтр, мы ЗНАЕМ, что наша ПЕРВАЯ ПРОМЕЖУТОЧНАЯ ЧАСТОТА равна 55,5 МГц! Теперь известны и частотные параметры ГПД. В самом деле:
1-ый КВ-диапазон – 30–25 МГц; диапазон ГПД – 85,5—80,5 МГц;
2-ой КВ-диапазон – 25–22 МГц; диапазон ГПД – 80,5—77,5 МГц;
3-ий КВ-диапазон – 22–18 МГц; диапазон ГПД – 77,5—73,5 МГц;
«С»: Ну что же, неплохо. Но, чтобы вышесказанное было более наглядным, попробуем изобразить АЧХ этого фильтра на фоне АЧХ обыкновенного селективного усилителя ВЧ, которую так любят приводить в монографиях по радиотехнике многие авторы (рис. 23.2).
«Н»: То есть, даже обыкновенный контур, имеющий Q = 100 обладает в ТРИДЦАТЬ ПЯТЬ РАЗ более широкой полосой пропускания, чем кварцевый фильтр ФП2П-4-1-В! Значит и ШУМИТ этот фильтр в 35 раз меньше?
«С»: Совершенно верно! Даже не в 35, а, примерно, в 50, если принять во внимание наличие «пьедестала» в колебательном контуре! Поэтому самое лучшее, что нам остается сделать, при использовании этого фильтра, это – постараться не растерять те великолепные возможности, которые могут обеспечить кварцевые фильтры подобного класса!
«А»: Не имей мы этого фильтра, эквивалентная добротность которого достигает 5000, подобной характеристики нам не получить!
«С»: Ну, это преувеличение! «Цепь Юзвинского» позволяет получить такую же характеристику. Но в этой цепи немало преобразователей и активных элементов. Она потребляет ток и ее «принципиалка» значительно сложнее.
«Н»: Но мы говорили о ГПД?
«С»: Вот о нем-то и речь! Теперь, имея РЕАЛЬНЫЙ фильтр, мы ЗНАЕМ, что наша ПЕРВАЯ ПРОМЕЖУТОЧНАЯ ЧАСТОТА равна 55,5 МГц! Теперь известны и частотные параметры ГПД. В самом деле:
1-ый КВ-диапазон – 30–25 МГц; диапазон ГПД – 85,5—80,5 МГц;
2-ой КВ-диапазон – 25–22 МГц; диапазон ГПД – 80,5—77,5 МГц;
3-ий КВ-диапазон – 22–18 МГц; диапазон ГПД – 77,5—73,5 МГц;
4-ый КВ-диапазон – 18–15 МГц; диапазон ГПД – 73,5-70,5 МГц
5-ый КВ-диапазон – 15–12 МГц; диапазон ГПД – 70,5-67,5 МГц
6-ой КВ-диапазон – 12—9 МГц; диапазон ГПД – 67,5-64,5 МГц
7-ой КВ-диапазон – 9–7 МГц; диапазон ГПД – 64,5—62,5 МГц
8-ой КВ-диапазон – 7–5 МГц; диапазон ГПД – 62,5-60,5 МГц
Таким образом, для перекрытия всех полурастянутых КВ диапазонов, ГПД должен перестраиваться по частоте от:
fmax = 85,5 МГц до fmin = 60,5 МГц.
При этом стабильность частоты должна быть достаточно высокой!
«А»: Я полагаю, что схемы гетеродинов для обычных приемников нас не спасут?
«С»: Никоим образом, поскольку они «типичное не то»! Кроме того, перестраиваемым элементом ГПД является не конденсатор переменной емкости, а варикапная матрица. О синтезаторах частоты мы уже упоминали. Так вот, у нас они применены не будут!
Но гетеродин – дело очень серьезное, особенно в приемнике с преобразованием ВВЕРХ! Поэтому предлагаю следующую, опробованную на практике, принципиальную электрическую схему ГПД для нашего радиоприемника. В ее основе – модификация великолепной, профессиональной американской разработки!
«Н»: Так почему бы нам побыстрее не зарисовать эту «принципиалочку»?!
«А»: Что мы и делаем… Уважаемый Спец, пока мы рисуем, расскажите, чем интересна эта схема (рис. 23.3)?
«С»: Прежде всего тем, что по своим параметрам является профессиональной! Хотя бы из-за того, что наличие в задающем генераторе достаточно сильной обратной связи, позволяет получить спектрально чистый сигнал, содержащий очень мало гармоник! Да и амплитуда выходного напряжения задающего генератора весьма невелика и составляет, примерно, 0,25 вольта. Но, будучи подана на вход буферного усилителя, а с его выхода на оконечный широкополосный усилитель, достигает величины 3–5 вольт!
«Н»: Здесь на схеме я вижу, по крайней мере, два ШПТЛ! Их данные отличаются отданных ШПТЛ для УВЧ?
«С»: Да, несколько отличаются. Прежде всего, это касается количества витков. ШПТЛ, обозначенные на схеме, как Тр1 и Тр2 – одинаковы полностью! Способ намотки точно такой же, как и для ШПТЛ УВЧ. Но количество витков – 10; провод – ПЭВ-2-0,2; кольца М0,16-ВТ-8. Типоразмер: К10x6x2.
«А»: То, что варикапы запитываются высокостабильным напряжением +30 вольт, это понятно! Не зря же мы так подробно рассматривали принципиальную электрическую схему для его получения! Но вот как быть с низковольтным питанием ГПД? Запитывать непосредственно от общего стабилизатора +12 вольт?
«С»: Друзья мои! Как говорилось в сравнительно недавнем прошлом, «экономика должна быть экономной»! Бессмысленная сама по себе, эта фраза, будучи применена буквально, к вопросу низковольтного питания нашего ГПД, для нас может обернуться крушением всех надежд! Я имею в виду разрабатываемый приемник!
«А»: Иными словами, здесь экономия на качестве электропитания не проходит?
«С»: Ни в коем случае и никогда! Поэтому, не пускаясь в дальнейшие рассуждения, приведем схему прецизионного автономного стабилизатора, который всего лучше выполнить на ОДНОЙ ПЛАТЕ С ГПД. Заметьте, что входное напряжение мы берем с ВЫХОДА СН +12 вольт!
«Н»: Но вы еще не сказали, какого типа каркас используется в катушке Lк задающего генератора?
«С»: Вот здесь и используется каркас типа VI! А теперь зарисуем «принципиалочку» прецизионного стабилизатора для ГПД (рис. 23.4).
«А»: У меня вопросов не имеется. Поскольку номиналы резисторов уточним позднее.
«Н»: У меня тоже!
«С»: В таком случае, раз уж мы говорим о гетеродинах, я полагаю что здесь, ниже, мы представим и принципиальную схему второго, кварцевого гетеродина. А уже после этого перейдем к рассмотрению смесителей.
«А»: А какую частоту генерации мы принимаем для второго гетеродина, частота колебаний которого стабилизирована. кварцем?
«С»: Все зависит от того, какую мы выберем ВТОРУЮ ПРОМЕЖУТОЧНУЮ частоту. Из определенных конструктивных соображений, вторая ПЧ (промежуточная частота) выбирается равной 1,465 кГц. Итак, вторую ПЧ принимаем равной именно этой величине – 1,465 кГц!
«А»: Следовательно, второй гетеродин будет содержать кварц, частота резонанса которого – 54,045 МГц?
«С»: Вот что значит прилежно изучать в школе математику! Следует сказать, что резонансную частоту LC-генератора можно стабилизировать, если в цепь обратной связи включить кварцевый резонатор. Для обеспечения лучшей стабильности, целесообразно использовать частоту его (кварца) последовательного резонанса. В качестве исходных схем генераторов, обычно используются схемы Хартли или Колпитца.
«А»: А что они из себя представляют?
«С»: Да вот, посмотрите на рис. 23.5.
Для возникновения колебаний необходимо, чтобы колебательный контур был настроен на частоту кварцевого резонатора. Но можно выбрать частоту колебательного контура как ЦЕЛОЕ КРАТНОЕ резонансной частоты колебаний кварца и возбудить, тем самым, резонатор на соответствующей КРАТНОЙ ГАРМОНИКЕ!
«Н»: Какую же из двух схем выбирать?
«А»: Можешь кинуть монетку… А там – как ляжет! А что посоветует нам Спец?
«С»: Я просто приведу практически проверенную и хорошо зарекомендовавшую себя принципиальную схему (рис. 23.6).
«А»: Задающий генератор здесь собран по схеме Хартли, это понятно! А какие параметры имеет задающая индуктивность?
«С»: Каркас этой катушки изготовлен из фторопласта и соответствует типу V.
«Н»: А что это за включение двух транзисторов после задающего генератора?
«А»: Это одно из очень удачных схемотехнических решений – так называемая КАСКОДНАЯ СХЕМА. В данном случае применена каскодная схема с емкостной связью! Среди особых достоинств этих схем можно полагать следующие:
1. Малую внутреннюю обратную связь, почти на ДВА ПОРЯДКА меньшую, чем у обычного каскада с ОЭ. Это обеспечивает ВЫСОКИЙ УСТОЙЧИВЫЙ коэффициент усиления.
2. Коэффициент шума всей схемы равен коэффициенту шума первого каскада.
3. Выходная проводимость мала, что позволяет применять ПОЛНОЕ включение контура в цепь коллектора выходного транзистора. Это, в свою очередь, обеспечивает ВЫСОКУЮ СЕЛЕКТИВНОСТЬ.
4. Схема обладает ВЫСОКИМ ВХОДНЫМ сопротивлением, следовательно, не нагружает задающий генератор.
«Н»: А насколько эта схема требовательна к высокостабильному питанию?
«С»: Ну, в этом отношении, ВСЕ гетеродины – гурманы! Но… в разной степени. Поскольку в данном случае колебания стабилизированы кварцем, то вполне достаточно ограничиться упрощенным стабилизатором. Вот, например, таким (рис. 23.7).
«А»: Это для запитки всего генератора или только КАСКОДНОГО УСИЛИТЕЛЯ?
«С»: Только КАСКОДНИКА! Что же касается собственно задающего генератора, то, как говорится, кашу маслом не испортишь! Поэтому для задающего генератора применим вот такой, рассмотренный выше, вариант СН (рис. 23.8).
«А»: Как я понимаю, кварцевый генератор вместе с автономным стабилизатором, лучше собрать на отдельной плате?
«С»: Дружище, ты в этом абсолютно прав! Ну, а если всю эту прекрасную технику ты разместишь в аккуратном, экранированном блочке – обечайке, и выведешь его выход на ВЧ-разъем, то, кроме хорошего, ничего плохого в этом просто не будет!
«А»: Я, пожалуй, последую этому доброму, дружескому совету!
Глава 24. «Мелочам» – особое внимание!
«Спец»: После того, как мы разобрались с гетеродинами, пора взяться и за СМЕСИТЕЛИ!
«Аматор»: А вы не считаете, что на этом вопросе следует остановиться немного более подробно?
«С»: Почему бы и нет? Но, должен сказать, и задачка же это! Преобразование частоты – один из самых важнейших разделов радиотехники! И, следует заметить, один из самых непростых ее разделов. Имеется множество школ и направлений! Порой одни не понимают других…
«А»: Как в том анекдоте, где коллекционер марок возмущался по поводу того, как это можно, да как это только может в голову прийти кому-то коллекционировать спичечные этикетки?!
«С»: Отчасти… Тем не менее, современная электроника действительно в этом вопросе идет СРАЗУ ПО НЕСКОЛЬКИМ ПУТЯМ!
«Незнайкин»: Это как знаменитый граф Сен-Жермен, который выехал из какого-то города СРАЗУ через ВСЕ ВОРОТА?
«С»: Уважаю юмор! Но вот интересно, как бы вы поступили, будучи специалистами по преобразователям частоты?
«А»: Досадно, но мы с Незнайкином не можем еще считать себя таковыми…
Может быть когда-нибудь, в будущем…
«С»: Но живем-то мы в настоящем! Поэтому попытаемся здраво уяснить себе основное. Преобразование частоты сводится, в сущности, к реализации ДВУХ процессов:
а) перемножению двух переменных напряжений – СИГНАЛА и ГЕТЕРОДИНА;
б) ВЫДЕЛЕНИЮ, посредством некоего фильтра ОДНОЙ ИЗ многочисленных КОМБИНАЦИОННЫХ ЧАСТОТ, взятой нами в качестве ПРОМЕЖУТОЧНОЙ.
«Н»: То есть мы по определению, творим произвол?
«С»: В отличие от произвола политического, технический в данном случае ВО БЛАГО! В самом деле, мы можем взять РАЗНОСТЬ двух частот, но можем взять и их СУММУ!
Так вот, перемножение осуществляется посредством подачи преобразуемых колебаний в электрическую цепь, коэффициент передачи которой ПЕРИОДИЧЕСКИ ИЗМЕНЯЕТСЯ с частотой гетеродина! Однако, эта цепь должна быть КАК МОЖНО БОЛЕЕ ЛИНЕЙНА по отношению к принимаемому СИГНАЛУ.
«А»: Но, несмотря на это, в преобразователях частоты (смесителях) имеются и НЕЛИНЕЙНЫЕ элементы?
«С»: Так ОНИ-ТО и служат для получения коэффициента передачи, изменяющегося с частотой гетеродина! Поэтому можно сказать, что элементы преобразователя должны быть подобраны таким образом, чтобы оставаясь ВСЕГДА ЛИНЕЙНЫМИ по отношению К ВХОДНОМУ СИГНАЛУ, являться ВСЕГДА НЕЛИНЕЙНЫМИ по отношению к высокочастотному СИГНАЛУ ГЕТЕРОДИНА!
«А»: Но ведь это возможно только в одном единственном случае! Если НАПРЯЖЕНИЕ СИГНАЛА МАЛО ПО СРАВНЕНИЮ С НАПРЯЖЕНИЕМ ГЕТЕРОДИНА!
«С»: Блестяще!.. Кто знает, дорогой Аматор, возможно пройдут годы и ТВОЕ имя будет вписано золотыми буквами в историю покорения человечеством преобразователей частоты!
«Н»: Я горжусь тобой, дружище!
«А»: Поздравительные адреса прошу класть на краешек вон того стула!
«С»: Отдохнули?… А теперь, как сказал Бывалый, пора… на работу!
Так вот, НЕЛИНЕЙНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ, пригодными для преобразования частоты, обладают транзисторы, диоды, электронные лампы и многие другие приборы. Но, испытав в свое время, как преобразователи на биполярных транзисторах, так и на FET; как на варикапах, так и на лампах, могу сказать только одно.
Я выбрал вполне определенный тип преобразователя!
Преобразователь частоты на диодах Шоттки! А если еще точнее – ШИРОКОПОЛОСНЫЙ ДИОДНЫЙ КОЛЬЦЕВОЙ СМЕСИТЕЛЬ (преобразователь частоты) НА ДИОДАХ ШОТТКИ!
«А»: Кажется я где-то читал, что они не обладает усилением?
«С»: Не беда! В своей великолепной монографии «СХЕМОТЕХНИКА РАДИОПРИЕМНИКОВ» немецкий специалист Эрих Рэд довольно подробно и с большим знанием дела рассматривает эти смесители.
«А»: А что вы можете сказать о них, исходя из приобретенного опыта?
«С»: Я полностью разделяю мнение Рэда. По ходу дела – мы еще не раз уточним – почему именно! На то есть много причин. Кстати, ШИРОКОПОЛОСНЫЕ диодные кольцевые смесители называют еще ДВОЙНЫМИ БАЛЛАНСНЫМИ. Предпочтение, естественно, отдается мощным кольцевым смесителям на диодах Шоттки.
«А»: Чем же они так хороши для подобных применений?
«С»: Они, прежде всего, являются СВЕРХБЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИМИ и ИСКЛЮЧИТЕЛЬНО МАЛОШУМЯЩИМИ! Будем также помнить, что у подобных смесителей есть целый ряд и других важных для нас параметров.
Это, скажем, ВНОСИМОЕ ЗАТУХАНИЕ А, КОЭФФИЦИЕНТ ШУМА F и РАЗВЯЗКА между входами Ах. Вносимое затухание характеризуется обычно величиной не более 5,5 дБ. Шум у этих преобразователей ОЧЕНЬ МАЛ и обычно порядка 1 дБ. Что касается развязки, то здесь все зависит от разновидности используемой схемы.
«А»: Ну, а на какой схеме остановимся мы? Соответственно, какая величина развязки будет ее характеризовать?
«С»: Вот у этого смесителя величина развязки между входом сигнала и выходом смесителя имеет значение несколько превышающее 25 дБ. А вот величина развязки гетеродинного выхода и информационного входа – порядка 40 дБ (рис. 24.1).
«Н»: А какого типа диоды Шоттки могут быть здесь использованы?
«С»: Ну, прежде всего, типа КД-514А. Заметим, что предлагаемый смеситель достаточно оптимален для нашего приемника.
«А»: Сама схема смесителя представляется мне относительно простой! А как намотаны трансформаторы?
«С»: Это все та же, уже хорошо освоенная нами намотка. С одной небольшой разницей. Уже после намотки скрученной пары, одиночным проводом по ранее проложенным виткам наматывается катушка связи.
«Н»: Выводы 5 и 6 у каждого из трансформаторов – это она и есть?
«С»: Ну конечно же! Кстати, количество витков Тр2 равно 10 (как скрученной пары, так и катушки связи), а для Тр1 – 12.
«Н»: Кольцо такое же, как в УВЧ?
«С»: Да, М 0,16-ВТ-8.
«А»: То есть и в смесителе мы встречаем все те же ШПТЛ?
«С»: А ты разве очень грустишь по этому поводу?
«А»: Нисколько! Скорее из-за того, что еще не встречался с таким понятием, как ДИПЛЕКСОР.
«С»: Это еще не повод для грусти! Ведь встречался же ты с такими понятиями, как фильтр низких частот (ФНЧ), фильтр высоких частот (ФВЧ)?
«А»: А то…
«С»: Ну вот! А в мировой радиотехнике прижился очень емкий термин ДИПЛЕКСОР. Иными словами, диплексором можно считать любой фильтр, собранный на пассивных компонентах. Бывают диплексоры Г-образные и П-образные. Так вот здесь у нас применен Г-образный диплексор.
«Н»: Какова его роль?
«С»: Да вы только представьте себе, какое количество ВНЕДИАПАЗОННЫХ сигналов и гармоник может быть в самом пиковом случае в выходном сигнале смесителя! Ну и зачем они нам?
«А»: Абсолютно не к чему! Диплексор и будет способствовать их подавлению.
«С»: И притом весьма эффективно! Кстати, характеристическое сопротивление (или ИМПЕДАНС) подобного фильтра выбирается в современной радиотехнике равным 50 Ом, что позволяет великолепно согласовать его с остальными высокочастотными узлами. У а входе и выходе диплексор должен нагружаться сопротивлениями, равными его импедансу.
НЕСОБЛЮДЕНИЕ ЭТОГО правила резко ИСКАЖАЕТ кривую СЕЛЕКТИВНОСТИ! Причем именно в полосе пропускания.
«Н»: А если так не повезет, что диодов Шоттки раздобыть не удастся?
«С»: Лучше всего постараться так, чтобы удалось! Но уж если очень не повезет, а также и в том случае, если будет охота поэкспериментировать, то можно посоветовать: КД-520; КД-503; 1Д-507А. Иные германиевые диоды приведут к значительному увеличению шумов.
«А»: На чем лучше всего мотать катушки диплексора?
«С»: Используются каркасы типа I и II.
«Н»: Ну хорошо, а дальше? Выход диплексора поступает непосредственно на кварцевый фильтр?
«С»: Электроника не терпит суеты. И схемотехника, дорогой Незнайкин, в частности. Поэтому я даю здесь схему согласования кварцевого фильтра с выходом диплексора. Подобную схему предложил в свое время RC2AM.
Проверив возможности данной схемы, я и рекомендую ее вам (рис. 24.2).
«А»: Полевые транзисторы служат для развязок и согласования импедансов?
«С»: В основном для этого.
«А»: А что представляет собой собственно усилитель первой промежуточной частоты, стоящий ПОСЛЕ кварцевого фильтра?
«С»: Теоретики немецкой фирмы Роде в свое время определили, что коэффициент усиления собственно первой ПЧ не должен превышать 20 дБ или 10 раз по напряжению. Но и быть меньше этой величины не должен! Поэтому принимаем именно такое значение.
«А»: А как насчет принципиальной схемы?
«С»: Как всегда, вот и она. Посмотри в нижней части рис. 24.2
«Н»: Ну это вообще… Я мало что понимаю.
«А»: Тебя удивило обозначение VT3?
«С»: Вот что значит забывать классику, мои дорогие друзья! Помните фильм «Золото Маккены»? Самое начало? Легенду о грифе-стервятнике?
«А»: Это не там человек, увидав над своим домом кружащегося грифа, испугавшись, сбежал в далекую пустыню? А вскоре, уже в пустыне, снова увидал над своей головой все того же грифа. Он спросил грифа, как тот оказался в пустыне?…
«С»: …На что гриф ответил, что в городе он просто так навестил этого человека. А вот дожидался его именно здесь!!
«Н»: Ну и намеки у вас! Прямо мороз по коже! Что, сейчас снова в моде инфернальный юмор? Ну причем легенда о грифе к рассматриваемой схеме усилителя первой промежуточной частоты?
«А»: Я, кажется, понял причем! Вы Спец, хотите сказать, что до сих пор мы старательно обходили вопрос о двухзатворных MOSFET. Об их особенностях и использовании. Но ДВУХЗАТВОРНИК встретил нас здесь!
«С»: Я всегда любил разговаривать с высокоинтеллектуальными собеседниками, дорогой Аматор! Полагаю, что не только мы, но и электроника вообще, уже не сможет обойтись без двухзатворных MOSFET.
«А»: Согласен, но в схеме смесителя нашего приемника мы их не увидели.
«С»: Они, кстати, совсем не плохи и в схемах смесителей. Но мы пошли по иной тропе… А вот в схемах резонансных, селективных усилителей, ДВУХЗАТВОРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ – КОРОЛИ!
«Н»: «…Хорошая девочка Лида! Да чем же она хороша?»
«С»: Сейчас объясню. Любопытно, что в обычном своем (см. нашу схему) подключении, любой двухзатворный MOSFET ВКЛЮЧЕН КАСКОДНО! А преимущества каскодных схем нам уже известны. Далее, двухзатворные MOSFET характеризуются ЗНАЧИТЕЛЬНЫМ ВХОДНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ! А что из этого следует?
«А»: Это дает возможность подключать НЕПОСРЕДСТВЕННО в стоковую цепь резонансные системы. При этом, не шунтируя их, то есть сохраняя узкую полосу.
«Н»: Ну, а чем хуже обычный MOSFET?
«С»: Емкостью Миллера, например! Впрочем, некоторые конкретные цифры не помешают. Исследователи установили, что транзистор КП305 на пример, в цепи стока которого включен резонансный контур, эквивалентен на частоте 50–60 МГц сопротивлению от 2 до 3 кОм. А значит, шунтирует контур!
«А»: Ну, а двухзатворный?
«С»: А вот MOSFET типа КП306; КП350; КП327; КП359 имеют в этом случае эквивалентное сопротивление около 20 кОм! А это уже совсем иное дело!
«А»: Может это покажется странным, но я никогда не мог понять, в чем разница между КП306 и КП350?
«С»: Только в том, что КП306 более подходит для УВЧ, чем КП350. Поскольку в его техническом паспорте ОСОБО ОГОВОРЕН такой параметр, как КВАДРАТИЧНЫЙ УЧАСТОК переходной характеристики по первому затвору! Вот этот участок характеристики мы и будем сейчас использовать.
«Н»: Не могли бы вы более подробно рассказать о двухзатворных приборах?
«С»: Это огромная отдельная дисциплина! Могу только отметить, что двухзатворный MOSFET – это кристаллический аналог тетрода.
В центре канала, который обычно управляется обеднением и обогащением, помещена узкая низкоомная область – экран, который отсекает влияние поля стока на первый затвор. Это эквивалентно действию экранирующей сетки тетрода.
Двухзатворники, кроме того, характеризуются низким уровнем шумов. А также тем интересным обстоятельством, что допускают управление своим режимом по постоянному току путем изменения потенциала второго затвора.
«А»: У меня-только один вопрос! Зачем включен каскад на jFET? Что это может означать?
«С»: Только одно. Нам, просто до зарезу, нужно знать, какова реальная амплитуда сигнала на входе кварцевого полосового фильтра!
«Н»: А как мы употребим это знание? Куда его применим?
«С»: Знание (где-то по большому счету) – это сила, Незнайкин! И применять его можно широко! Но в данном случае… это уже забота радиоприемника! Поскольку выпрямленный и отфильтрованный сигнал, однозначно характеризующий Uвх фильтра, является управляющим для электронных цепей ПЕРВОЙ ПЕТЛИ АВТОМАТИЧЕСКОЙ РЕГУЛИРОВКИ УСИЛЕНИЯ, иначе – АРУ1.
«А»: Именно этот сигнал и управляет р-i-n-диодом входного аттенюатора?
«С»: Точно так! Не желаешь ли увидеть одно из возможных практических решений этой задачи?
«А»: Еще бы нет! Заранее убежден, что эта цепь АРУ мало напоминает соответствующую цепь обычного радиоприемника, нет?
«С»: Ты, пожалуй, прав! Впрочем, вот она, суди сам (рис. 24.3).
«А»: Ну и ну! А не слишком здесь много всего нарисовано, дорогой Спец? Да и электричества такой узелок берет, очевидно, море?
«С»: А вот и не угадал, дружище! Эта схема, в действительности, полна скрытных и явных достоинств. Прежде всего, расставим все точки над «i» в вопросе расходования энергии. Ты можешь заметить, что схема содержит три операционных усилителя (ОУ) типа КР140УД1408А. Это отличные, высокоточные и, в то же время, массовые ОУ. Их ток потребления, между прочим, на уровне 0,5 мА на корпус! Что касается ОУ К140УД17, то их ток потребления – не более 10 мА.
«Н»: Как, все три ОУ потребляют только 1,5 мА?
«С»: Невероятно, но факт! Далее. Задача управления р-i-n-диодом в качестве аттенюатора не так проста. И вопрос, откуда брать для этого управляющий сигнал, дискутировался годами! Имеется значительное количество самых разнообразных вариантов схемной реализации этого узла. Поэтому то обстоятельство, что управляющий сигнал берется ДО второго преобразователя частоты, далеко не случаен. Но как его лучше получить? А если мы, проходя диапазон, встретились с очень мощной помехой? Вот почему в нашем случае применен «хитрый» детектор, который детектирует НЕ ОГИБАЮЩУЮ сигнала, а непосредственно УРОВЕНЬ НЕСУЩЕЙ!
«А»: Но на выходе широкополосного диодного детектора амплитуда постоянного сигнала очень мала. Так вот для чего здесь используется высококачественный усилитель постоянного тока, выполненный на ОУ D3, D4 и D5?!
«С»: Исключительно для этого! Вообще должен заметить, что собственно ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ (а именно так именуются дифференциальные усилители высокого качества), собранный по предложенной схеме, является стандартным, всесторонне проверенным узлом. Такая конфигурация широко используется в профессиональной аппаратуре.
«А»: Я встречал в литературе упоминание о том, что на западе такой усилитель выпускается в виде отдельной микросхемы.
«С»: Причем очень широко! Особенно преуспели в этом японские фирмы и такая американская, как BURR-BROWN. Но мы исходим из того, что имеем… Между прочим, коэффициент усиления инструментального усилителя может регулироваться в ШИРОКИХ ПРЕДЕЛАХ заменой всего ОДНОГО резистора, обозначенного, как R15. При уменьшении R15 – коэффициент увеличивается и наоборот.
