Flight


100% жук.
Описание работы отдельных узлов и схемы в целом.

Часть 2

Ну а теперь, плавно отталкиваясь от темы низких частот, мы переходим к тому, из-за чего все здесь собрались.
И так, генератор высокой частоты.

Схема генератора ВЧ

Глядя на данную схему, сразу можно не понять, что и как в ней происходит, какие функции выполняет тот или иной элемент в схеме.
Заранее скажу, что в данной схеме происходит не только генерация высокой частоты. Здесь так же происходит и частотная модуляция, посредством подачи на вход низкочастотного сигнала.
Данный каскад вполне можно назвать комбинированным. Здесь присутствует не только сам генератор, но и усилитель высокой частоты, частотный модулятор. Вообщем, грубо говоря, «Три в одном».
И заметьте, всё это реализовано в данном однотранзисторном каскаде.
Как генератор высокой частоты, транзисторный каскад здесь включен с общей базой. То есть, база по высокой частоте в данном случае «замкнута» на корпус, посредством конденсатора С5, который для диапазона высоких частот имеет очень малое сопротивление. Он обеспечивает прохождение сигнала ВЧ через переход «База-Эмиттер» транзистора. В этом случае мы видим, что в отличие от каскада сообщим эмиттером (как например каскад усиления НЧ на транзисторе VT1), здесь выходной сигнал, снятый с коллектора, для возбуждения генератора, через конденсатор С8 поступает на эмиттер.
Конденсатор С5 в данной схеме выполняет двойную роль. Первую роль мы уже рассмотрели, а вторая заключается в том, что он ограничивает спектр звукового сигнала по верхним частотам, приходящего с каскада усиления НЧ. Его емкость не следует выбирать ниже 500 пикофарад и выше 1500..2000 пФ(1..2 нФ). Иначе, в первом случае может наблюдаться неустойчивая генерация, или полное её отсутствие, а во втором, звуковой сигнал в верхней границе звукового диапазона будет подрезан, и такие звуки, как, к примеру, речь, шепот, будут плохо слышны в приемнике.
Но вернемся к схеме генератора.
Генератор можно представить как усилитель с общей базой, входом которого является эмиттер транзистора, а выходом – коллектор.


К выходу данного усилителя подключен делитель, состоящий из конденсаторов С8 и С6. Часть выходного сигнала снимается с этого делителя, и снова попадает на эмиттер, то есть на вход усилителя. Таким образом, у нас в каскаде образована положительная обратная связь, которая способствует возникновению генерации. Амплитуда выходного высокочастотного сигнала зависит от добротности контура, от рабочей точки транзистора, напряжения питания схемы, отношения емкостей конденсаторов делителя С8, С6 (от их емкостей так же зависит частота и форма выходного сигнала).

Частотозадающей цепью в схеме, как в генераторе (и нагрузкой в коллекторной цепи транзистора, как в усилителе) является колебательный контур, образованный катушкой L1 и конденсатором С7.
Рабочая точка смещения задается резистором R4. Идеальным условием в схеме здесь так же требуется, чтобы транзистор был выведен в линейный участок характеристики (см. описание каскада усилителя НЧ), т.е. на нагрузочном резисторе R5 должна быть половина напряжения питания 4.5 вольт при питании схемы от 9 вольт. Но на практике, как и с каскадом усилителя НЧ, так же допустимы отклонения в небольших пределах.
Теперь давайте разберемся, как в данном каскаде происходит частотная модуляция.
Для этого посмотрим на рисунок, представленный ниже.


Из схемы выше условно убран делитель из конденсаторов С6 и С8, так как можно считать, что в процессе частотной модуляции в каскаде он практически не участвует.
Известно, что переходы транзистора, кроме свойств полупроводника, еще и обладают свойством конденсатора Сп.
В частности, переход «База-Коллектор», как видно из рисунка, входит в состав колебательного контура. Колебательный контур на рисунке обведен линией синего цвета.
Как вы заметили, в колебательный контур здесь включены такие элементы, как С1, С5, С7, L1. Да-да, конденсатор С1, кроме своей основной роли в схеме здесь тоже участвует.
(Для сведения, основная роль конденсатора С1 заключается в том, чтобы высокочастотный сигнал, присутствующий в генераторе ВЧ, не попадал в остальные узлы схемы через общие шины источника питания, что может привести к паразитным обратным связям и неустойчивой работы схемы целиком).
Под воздействием сигнала низкой частоты, поступающего на базу, емкость перехода Сп изменяется, и, соответственно, приводит к изменению частоты генератора.
На рисунке ниже показано, как происходит изменение частоты генератора ВЧ под воздействием модулирующего низкочастотного сигнала.


Ну вот, с генератором вроде как разобрались, и постепенно подобрались к последнему узлу схемы, удвоителю частоты.


Данный каскад работает в классе «С», т.е. начальное напряжение смещения на базу транзистора не подается. Транзистор в таком случае работает не в линейном, а в ключевом режиме. Напомню так же, что при отсутствии входного сигнала высокой частоты на базе, каскад практически не потребляет энергии.
Благодаря работе транзистора в режиме класса «С» (напомню, что напряжение смещения на транзистор в данном случае не подается), выходной сигнал на коллекторе имеет искаженную форму, вследствие чего он становится обогащенным гармониками, кратными основной частоте.
Для выделения нужной гармоники (в нашем случае 2-ой) в цепь коллектора включен колебательный контур, настроенный на удвоенную частоту генератора ВЧ. Он подавляет побочные гармоники сигнала, и пропускает ту, которая соответствует его частоте резонанса.
Использование удвоителя частоты позволило нам избавиться от дополнительной экранировки между контуром генератора и контуром удвоителя, поскольку они имеют большой разброс по резонансной частоте. В противном случае оконечный каскад может сам превратиться в генератор с неуправляемой и не предсказуемой частотой, что в конечном итоге приведет к полной неработоспособности схемы как радиомикрофона. При этом резко возрастет потребляемый каскадом ток, и транзистор после непродолжительной работы выйдет из строя. По этому при изготовлении данного устройства немалое внимание следует уделять и катушкам, соблюдать все указания автора схемы по их данным, таким как диаметр провода и самих катушек, количество витков и строго перпендикулярное положение их между собой.
В качестве неудачного примера можно рассмотреть тот случай, когда оба контура настроены на одинаковую резонансную частоту.
Сигнал, снятый с контура генератора ВЧ, поступает на оконечный каскад. Выходной контур начинает излучать радиоволны вокруг себя и в его электромагнитное поле попадает катушка генератора ВЧ. В свою очередь, полученную энергию она снова отправляет в оконечный каскад. И так происходит по кругу. Вот вам и результат – возникновение обратной связи и паразитное возбуждение схемы.
Взглянем на рисунок, который визуально отобразит выше сказанное.


Контур паразитной обратной связи на рисунке показан красными стрелками. Здесь хорошо видно, как сигнал, поданный на вход оконечного каскада, в виде электромагнитного излучения катушки L2 попадает в катушку L1, а с нее, снова на вход оконечного каскада. Получается определенный непрерывный цикл в виде паразитной генерации.
Раз уж коснулись темы паразитных обратных связей, то рассмотрим еще один возможный момент ее возникновения даже при «правильных» катушках.
Посмотрим на тот же рисунок, расположенный выше.
Здесь паразитное кольцо выделено синими стрелками. Оно может возникнуть при недостаточной емкости конденсатора С2, либо его отсутствия в схеме. На рисунке видно, что этот конденсатор прерывает кольцо, «замыкая» его на общий провод схемы. Тем самым, подавляя его и устраняя эту связь.
Почти тоже действие выполняет и конденсатор С1. Он «замыкает» возможную высокочастотную составляющую на общий (минусовой) провод, наведенную контурами и антенной на общую для всех 3-х каскадов плюсовую шину питания. Если этот конденсатор исключить из схемы, то часть сигнала может попасть в каскады и схема в конечном итоге поведет себя непредсказуемо.
Ну, вот, пожалуй, и всё…
Надеюсь, что данная статья окажется хотя бы, сколько то полезной, при выборе схемы легендарного 100%-ного, а также при разработке других схем передатчиков и понимания происходящих в них процессов.