Предыдущая статья

Часть 1. Блоки УКВ аппаратов. Статья 5. Генераторы для УКВ аппаратуры.

Общие вопросы построения генераторов.
К генераторам, исполняющим роль гетеродинов связных радиоприемников, кроме общих требований стабильности частоты и необходимого уровня мощности для подачи на смеситель, предъявляются еще дополнительные требования:

• высокая спектральная чистота колебаний (отсутствие заметно выраженных гармоник гетеродина);

• низкий уровень шумов.

Первое из этих требований можно выполнить путем тщательного выбора режима генератора для получения на выходе чисто синусоидальных колебаний, а также дополнительной фильтрацией этих колебаний. При этом ослабленные до минимума гармоники не участвуют в процессе преобразования частот, уменьшается эффект преобразования на гармониках гетеродина. Кроме того, возможны варианты, когда такое преобразование становится возможным вследствие появления гармоник гетеродина в самом смесителе. Это может происходить за счет нелинейной характеристики входного сопротивления смесителя.

Шум гетеродина часто возникает в результате модуляции вырабатываемых им колебаний по амплитуде и фазе в пассивных и активных элементах гетеродина. Хотя возникающий при этом шум и незначителен (на 90 - 100 дБ ниже уровня колебаний), но в чувствительных смесителях приемников он может приводить к появлению сильных уровней помех на боковых шумовых составляющих колебаний гетеродина.

При приеме сигналов распознать шумовую модуляцию трудно, так как неясно, является ли принимаемый шум внешним шумом эфира или результатом шумового преобразования в приемнике. Шумы гетеродина обычно исследуют с помощью анализатора спектра с высокой разрешающей способностью и динамическим диапазоном.

В любительских условиях для этой цели применяют узкополосный приемник с аттенюатором на входе. Изменяя настройку приемника около частоты исследуемого гетеродина, поддерживают одинаковый уровень сигнала на выходе приемника с помощью регулировки затухания в аттенюаторе. Затем строят график зависимости затухания от частоты, который и характеризует уровень шумовых боковых полос гетеродина.

Для борьбы с шумами гетеродинов следует принимать следующие меры.

• Необходимо максимально увеличивать добротность контура гетеродина, так как при этом сужается его полоса пропускания и полоса шумов.

• Непременно применять транзисторы с низким уровнем шумов (особенно из числа низкочастотных).

• Режим транзистора нужно стремиться сделать близким к ключевому, так как при этом он большую часть времени находится или в запертом, или в насыщенном состоянии, что соответствует минимальному уровню собственных шумов. Ключевой режим достигается большими значениями обратной связи в каскаде

• Тщательно заземлять по низкой частоте все цепи постоянного тока гетеродина и электроды транзистора (например, базу в схеме с ОБ).

Чтобы получить высококачественный генератор, обеспечивающий нормальную работу приемной и передающей аппаратуры, необходимо также учитывать следующие условия.

1. В качестве генераторных транзисторов следует применять транзисторы, граничная частота которых в 5... 10 раз превосходит рабочую частоту генератора. Для гетеродинов УКВ приемной аппаратуры следует выбирать СВЧ малошумящие транзисторы с граничной частотой более 1ГГц.

2. При изготовлении генераторов с LC контурами, особенно для частот выше 10 МГц, следует обратить внимание на механическую жесткость конструкции генератора. LC контур генератора следует помещать в жесткий экранированный корпус.

3. Для генераторов с LC контурами следующим за самим генератором каскадом должен быть буферный каскад с очень малой емкостной связью вход/выход. Такой буферный каскад желателен и для кварцевых генераторов, работающих на гармониках.

4. В радиоприемниках с высокой чувствительностью следует избегать применения различных полупроводниковых элементов (например, варикапов) для настройки или подстройки частоты контура. Применять нужно только конденсаторы переменной емкости с воздушным диэлектриком.

5. Генераторы с фазовой автоподстройкой частоты (ФАПЧ) обладают повышенным уровнем шумов и для применения в высокочувствительной приемной аппаратуре (в качестве первого гетеродина) нежелательны.

Генераторы с параметрической стабилизацией частоты.
Название "параметрическая стабилизация" предполагает, что стабильность генерируемой частоты должна поддерживаться за счет выбора оптимального режима работы транзистора, за счет применения высококачественной и высокодобротной контурной катушки, за счет применения в колебательном контуре конденсаторов с малым температурным коэффициентом емкости.

Существует довольно большое разнообразие схем транзисторных генераторов с параметрической стабилизацией, однако наибольшей популярностью среди радиолюбителей пользуются генераторы по так называемой «схеме индуктивной трехточки» и «схеме емкостной трехточки».

На рис. 5.1 показана схема генератора, выполненного по схеме емкостной трехточки.



Активным элементом генератора на рис. 5.1 является транзистор VT1 типа КТ368. Это высокочастотный и малошумящий транзистор, который способен создать хорошее качество генерируемого сигнала.

Рабочая частота генератора задается индуктивностью катушки L1 и суммарной величиной емкостей конденсаторов С1, С2, СЗ и С4. Перестройка рабочей частоты может осуществляться либо изменением емкости конденсатора С1, либо изменением индуктивности катушки L1. Все перечисленные элементы находятся в цепи базы транзистора VT1.

В цепи коллектора этого транзистора находится еще один колебательный контур, настроенный на частоту в два (или в три) раза выше рабочей частоты генератора. В таком случае говорят, что контур в цепи коллектора транзистора VT1 настроен на вторую (или третью) гармонику вырабатываемых генератором электромагнитных колебаний. На выходе 1 и 2 мы получим сигналы с частотой заданной гармоники.

Несмотря на наличие в цепи коллектора некоторого колебательного контура, можно считать, что транзистор VT1 включен по схеме с общим коллектором. Дело в том, что находящийся в цепи коллектора контур настроен на частоту, которая намного выше рабочей частоты генератора и поэтому сопротивление этого контура незначительное, можно сказать - стремится к нулю.

Если от генератора нужно получить только сигнал рабочей частоты, то коллектор транзистора VT1 следует напрямую соединить с источником питания, как это сделано в схеме на рис. 5.2. Это будет уже классическое включение транзистора по схеме с общим коллектором (или стоком, если транзистор полевой).



Рассмотрим подробнее работу всех основных элементов схемы генератора.

Цепь смещения
Компоненты цепи смещения R1, R2 и R3 выбираются из условия обеспечения заданного тока покоя. Цепь смещения рассчитывается и настраивается так же, как для обычной рабочей точки усилителя. Сигнал обратной связи, который поступает с эмиттера через С1, всегда присутствует на входе, поэтому транзистор постоянно находится в режиме колебаний.
При любых транзисторах ток через них должен обеспечивать требуемую выходную мощность. При правильном соотношении смещения и обратной связи выходная мощность генератора составляет приблизительно 0,3 мощности, потребляемой от источника питания.

Обычно падение напряжения на L2 и R4 весьма мало, поэтому коллекторное (или стоковое) напряжение равно напряжению питания Следовательно, для нахождения величины необходимого тока (при заданных величинах напряжении питания и выходной мощности) необходимо значение выходной мощности разделить на 0,3 и на величину напряжения питания. Кстати, резистор R4 служит для предотвращения возбуждения генератора на паразитных частотах и ставить его нужно только в крайних случаях явного нарушения работы генератора.

Сигнал обратной связи. Выходной сигнал появляется на коллекторе (или стоке) транзистора. При правильном соотношении цепей смещения и обратной связи напряжение выходного сигнала составляет около 90% напряжения питания. Глубина обратной связи определяется соотношением емкостей СЗ и С4. Например, если они равны, то сигнал обратной связи равен половине выходного сигнала. Если емкость конденсатора С4 в три раза больше емкости конденсатора СЗ, то сигнал обратной связи составляет приблизительно 0,25 напряжения выходного сигнала.

Может возникнуть необходимость изменить величину СЗ по отношению к С4 для того, чтобы установить более подходящее соотношение параметров цепей смещения и обратной связи. Например, если емкость С4 уменьшать, то глубина обратной связи будет возрастать и генератор будет работать в режиме, близком к классу С.

С увеличением значения С4 при постоянной емкости СЗ глубина обратной связи уменьшается и режим работы генератора приближается к классу А. Необходимо помнить, что любое изменение С4 (или СЗ) приводит к изменению частоты генерации. Следовательно, для поддержания неизменной рабочей частоты, при изменении отношения С4/СЗ необходимо изменять значение индуктивности L1.

В качестве первого приближения можно считать, что сигнал обратной связи должен быть равен или больше напряжения отсечки транзистора. При нормальных условиях такой сигнал будет достаточен для преодоления фиксированного (устанавливаемого резисторами R1, R2 и R3) смещения.
Величина сигнала обратной связи обычно лежит в пределах 10...40%, а при условии наилучшей стабильности — в пределах 15...25% напряжения выходного сигнала. Иногда, в целях уменьшения шумов гетеродина, устанавливают максимальную величину напряжения обратной связи.

Частота генерации схемы определяется резонансной частотой контура, в который входят L1, С1, С2, СЗ и С4. Заметим, что конденсаторы С2, СЗ и С4 включены последовательно, поэтому общая емкость должна быть найдена с помощью соответствующего соотношения. Необходимо также учитывать, что входная емкость транзистора складывается с емкостью С1.

На низких частотах входной емкостью можно пренебречь, поскольку ее величина пренебрежимо мала по сравнению с типичными значениями емкости С1. На высоких частотах, когда значения емкости С1 становится соизмеримым с входной емкостью, входная емкость транзистора имеет большое значение.
Например, если входная емкость равна 3 пФ, а для интересующей частоты необходима емкость С1, равная 1000 пФ или более, влияние выходной емкости незначительно.

Если же значение емкости С1 уменьшается до 5 пФ, то вместе с параллельной ей входной емкостью транзистора они образуют общую емкость, равную 8 пФ, т.е. входная емкость должна быть учтена в расчете частоты резонанса.

Входная емкость транзистора не всегда приводится в паспортах на приборы. Емкость, представляющая выходную емкость транзистора (между истоком и стоком для полевых и между коллектором и эмиттером для биполярных транзисторов), состоит из собственно выходной емкости и емкости обратной связи, которой, в силу ее малости по сравнению с выходной емкостью транзистора обычно пренебрегают.
Конденсатор С1 может быть переменным, но иногда бывает проще сделать переменной индуктивность катушки.

Значение емкости С4 обычно в три раза больше емкости СЗ (или суммы емкостей С1, С2 и входной емкости транзистора, где это имеет смысл). Таким образом, напряжение обратной связи (поступающее на базу с истока или эмиттера транзистора) составляет приблизительно 0,25 общего напряжения выходного сигнала (или около 0,2 напряжения питания при правильном соотношении обратной связи и смещения).

Резонансная цепь
Для обеспечения требуемой частоты может быть использовано сочетание любых катушек индуктивности и конденсаторов, т.е. катушка может быть выполнена очень большой или очень малой для соответствующих значений емкостей конденсаторов. Часто на резонансные цепи накладываются практические ограничения (такие, как параметры имеющихся готовых катушек переменной индуктивности).
Если нет специфических ограничений ориентировочное значение емкости С1 выбирают из расчета 2 пФ на 1 м длины волны. Например, если частота равна 30МГц, то длина волны равна 10 м, и емкость должна быть равна 20 пФ.

Длину волны в метрах находят из выражения.

Длина волны = 300/(частота, МГц)

На частотах ниже 1,5 МГц выбор емкости из расчета 2 пФ на 1 м длины волны может привести к необходимости использования очень больших катушек индуктивности. В этом случае емкость можно выбирать из расчета 20 пФ на 1 м длины волны.

Величина индуктивности L выбирается из условия обеспечения требуемой частоты с помощью выражения:

L = (2,53 x 10^4) / (f ^2 х С), где L имеет размерность в мкГн; f имеет размерность в МГц: С имеет размерность в пФ.

Другой метод нахождения реальных значений компонентов резонансной цепи состоит в применении катушек индуктивности, имеющих на рабочей частоте реактивное сопротивление 80...100 Ом. Это приближение особенно полезно для низких частот (ниже 1 МГц).
В Интернете на сайте, расположенном по адресу http://r3xb.by.ru/, в разделе «Программы» находится программа INDUKTIW, с помощью которой можно легко рассчитать параметры любых катушек и емкости групп конденсаторов.

Выходная цепь
Выходной сигнал для следующего каскада может быть снят или непосредственно с катушки индуктивности L2 с помощью выходной обмотки L3 (для низкоомных нагрузок) или конденсатора связи С7 (для высокоомных нагрузок). Обычно более удобна выходная цепь с конденсатором связи С7, который можно взять переменным .
Это дает возможность подключать генератор к переменной нагрузке (изменяющей сопротивление с изменением частоты). Если в коллекторной цепи VT1 генератора нет колебательного контура и коллектор непосредственно соединен с источником питания, то выходной сигнал берется с эмиттера.

Заметим, что КПД генератора в случае использования умножителя частоты уменьшается. Поэтому обычно генератор выдает на выход рабочую частоту, а дальнейшее умножение частоты выполняется в последующих специальных каскадах.

Шунтирующий и разделительный конденсаторы
Величина емкости шунтирующего конденсатора С5 должна быть такой, чтобы емкостное сопротивление его на рабочей частоте генератора не превышало 5 Ом. Допустимо и большее сопротивление (200 Ом), но вследствие малой мощности сигнала предпочтительнее низкое реактивное сопротивление.
Величина разделительной емкости С2 должна быть равна (примерно) емкости конденсатора С1 Величина разделительной емкости С7 должна быть равна сумме выходной емкости транзистора и емкости Сб.

Если конденсатор С7 является переменным, то среднее значение его емкости должно быть равно указанной сумме емкостей.

Высокочастотный дроссель
Высокочастотный дроссель Др1 служит для предотвращения утечки сигнала с эмиттера через резистор R3.
Величина индуктивности дросселя Др1 должна быть такой, чтобы его реактивное сопротивление на рабочей частоте находилось в пределах 1...3 кОм. Допустимый ток дросселя должен быть больше (по крайней мере на 10%), чем максимально возможный постоянный ток. Следует заметить, что большое реактивное сопротивление требуется на рабочей частоте. Но на высоких частотах это может привести к большому падению напряжения на дросселях, имеющих большую индуктивность, или к дросселям слишком больших размеров.

Расчет элементов и параметров генераторов
Профессиональный расчет элементов схемы генератора довольно сложен, к тому же радиолюбителям нет смысла делать такие расчеты. Далее мною предлагается вашему вниманию простейшие (прикидочные) расчеты наиболее важных элементов и параметров схемы генератора.

Сначала следует выписать на отдельный листок справочные данные по применяемому транзистору и назначить (примерно) требуемую выходную мощность генератора.
Для упрощения расчета принимаем, что контур L2C6 и резистор R4 отсутствуют и что коллектор VT1 напрямую соединен с шиной питания 10В. Следовательно, напряжение на коллекторе равно 10 В. Выход сигнала осуществляется с эмиттера транзистора VT1, как это показано на рис. 5.2.



Пусть генератор по схеме на рис. 5.2 должен генерировать сигнал с частотой 20 МГц. Настройка должна осуществляться изменением индуктивности катушки L1. Напряжение питания 10 В. Транзистор КТ368 имеет входную емкость 1,7 пФ, выходную емкость 3 пФ и допускает мощность рассеяния коллектора равную 225 мВт при напряжении 15 В. Планируем получить выходную мощность генератора 40...50 мВт.

1. Значения сопротивлений R1, R2 и R3 должны быть выбраны экспериментально так, чтобы через транзистор протекал ток величиной 5 мА. который мог бы обеспечить выходную мощность 40. .50 мВт при коллекторном напряжении 10 В.
Приняв выходную мощность, равной 45 мВт и разделив ее на 0.3, получим входную мощность (она же равна общей рассеиваемой мощности), равную 150 мВт.

2. На этом этапе расчета попробуем удостовериться в том, что транзистор допускает рассеивание мощности 150 мВт при максимально допустимой рабочей температуре. По данным справочника, допустимая рассеиваемая на транзисторе мощность при температуре 25°С равна 225 мВт максимально допустимая температура транзисторов составляет 70°С. Для расчета можно принять, что уменьшение допустимой мощности при температурах выше 25°С равно 2 мВт/°С.

Проведем расчет для условия, что транзистор работает при 60°С. При этом условии допустимая мощность уменьшается на 2*(60-25) ~70 мВт и составляет 225-70=155 мВт. Этот прикидочный расчет показывает, что при токе коллектора 5 мА рассеивание на транзисторе входной мощности 150 мВт безопасно, но находится на грани допустимого. Поэтому желательно уменьшить величину коллекторного тока и выполнить расчет для вновь принятой величины тока.

3. Назначим ориентировочное значение выходного напряжения рабочей частоты генератора и величину напряжения обратной связи. При питающем напряжении 10 В напряжение выходного сигнала должно быть равно 10 х 0,8 = 8 В. Разумеется, оно зависит от соотношения компонентов цепей смещения и обратной связи.

Ориентировочно выберем значение емкости С4 втрое больше, чем СЗ плюс входная емкость. При таком их соотношении сигнал обратной связи составляет 25% от выходного напряжения, или 8 * 0,25 = 2 В. Учитывая, что к цепи смещения приложено постоянное напряжение и сигнал обратной связи, можно ожидать, что напряжение обратной связи 2 В будет слишком большим, но в первом приближении оно приемлемо.

4. Проведем ориентировочный расчет элементов частотозадающего колебательного контура. Для реальных значений индуктивности L и емкости С резонансного контура выберем емкость С1 из расчета 2 пФ на1 м длины волны. Длина волны равна 300/20 (МГц) = 15 м, а емкость при этом получается С1 = 2 х 15 = 30 пФ.

Емкость переходного (разделительного) конденсаторе получаем как сумму емкости С1 и входной емкости транзистора С2 = С1 +1,7 = 30 + 1,7 = 31,3 пФ ближайшее номинальное значение будет С2 = 33 пФ.

Величину емкости конденсатора СЗ можно принять равной величине емкости С2. Это предположение не противоречит никаким условиям и вполне оправдывается экспериментами.
Тогда емкость С4 = СЗ х 3 = 33 х 3= 99 пФ. Принимаем С4 = 100 пФ.

5. Рассчитаем данные частотозадающего контура. Для начала рассчитаем суммарную величину трех последовательно соединенных конденсаторов С2, СЗ и С4.

Величина общей емкости параллельной L1, равна Сп = 1 / (1 / С2 + 1 / СЗ + 1 / С4) = 1/(1/33 + 1/33 + 1/100) = 14,3 пФ.

Получается что параллельно индуктивности L1 подключена емкость С1 + Сп = 30+14,3 = 44,3 пФ.

Для этой емкости и частоты резонанса 20МГц значение индуктивности L1 = (2,53 х 10^4) / [(20)^2 х 44.3] = 1,4 мкГн.

Для удобства катушка индуктивности должна перестраиваться от 0,20 до 0.25 мкГн

Расчеты количества витков контурных катушек различной конструкции можно выполнить с помощью разработанной мною компьютерной программы INDUKTIW.

Необходимо помнить, что неправильно выбранное соотношение компонентов цепей смещения и обратной связи обусловливает искажение формы сигнала, уменьшение выходной мощности или и то и другое одновременно. Критерием правильности выбора рабочей точки является хорошая форма сигнала на рабочей частоте и стабильность частоты при требуемой выходной мощности.

6. Величину емкости конденсатора С5 (и других блокировочных конденсаторов, если они будут применены в схеме) можно ориентировочно рассчитать по формуле
Хс = 1 / (2п х F х С), где Хс - величина реактивного сопротивления конденсатора (должно быть не более 5 Ом). F - рабочая частота в Гц, С - емкость в Ф, п - число Пи.

С5 =1 / (2п х F х 10^6 х Xc) = 1 / (6.28 х 20 х 106^ х 5) = 0.001590 Ф = 1590 пФ. Несколько большая емкость (скажем. 2000 пФ) гарантирует реактивное сопротивление, меньше, чем 5 Ом, на рабочей частоте.

7. Величину индуктивности дросселя Др1 рассчитаем исходя из известной формулы:- XL = (2п х F х L). При этом L - индуктивность дросселя в Гн. L = XL/ (2п х F ) = 2000/(6.28 х 20 х 10^6) = 0.000016 Гн = 16 мкГн. Любые значения индуктивностей между 15 и 20 мкГн вполне подойдут для схемы.

Лучшей проверкой правильности выбора индуктивности дросселей в генераторе является измерение в шине питания высокочастотной составляющей напряжения при работающем генераторе. Высокочастотной составляющей не должно быть либо она должна составлять доли вольта (обычно несколько микровольт для типичного транзисторного генератора).

Если сигнала ВЧ в шине питания нет, то реактивное сопротивление достаточно велико. Затем нужно измерить падение напряжения на дросселе на постоянном токе. Оно также должно составлять доли вольта (микровольты).

Приведенный выше расчет элементов схемы достаточен для осмысленного выбора любого элементе из любой приведенной ниже схемы генераторов.

На рис. 5.3 приведена схема генератора, выполненного на полевом транзисторе.



Генераторы, выполненные на базе полевых транзисторов отличаются малыми шумами и хорошей стабильностью генерируемой частоты.

На рис. 5.4 и рис. 5.5 приведены схемы транзисторных генераторов, выполненных по схеме индуктивной трехточки.






По стабильности генерируемой частоты генераторы по схеме индуктивной трехточки не отличаются от генераторов, выполненных по схеме емкостной трехточки. Расчеты элементов схемы можно проводить по приведенным выше формулам.

Следует учесть, что величина напряжения обратной связи в этих генераторах зависит от места отвода в контурной катушке, к которому подается обратная связь с эмиттера транзистора VT1. Можно считать, что если отвод от контурной катушки выполнен от середины, то напряжение обратной связи равно половине выходного напряжения.

При перемещении отвода к заземленному (по ВЧ) концу катушки напряжение обратной связи уменьшается. И, наоборот, при удалении отвода от заземленного конца катушки напряжение обратной связи увеличивается. Помните, что когда мы говорим об обратной связи в схеме генератора, то имеем в виду положительную обратную связь, которая усиливает основной сигнал на входе. Бывает также и отрицательная обратная связь, ослабляющая сигнал на входе. Отрицательная обратная связь часто применяется в усилителях низкой частоты для улучшения качества усиливаемого сигнала.

И еще две схемы генераторов
На рис 5.6 показана электрическая принципиальная схема генератора, часто применяемая на частотах до 450 МГц



В схеме рис. 5.6 транзистор задействован по схеме с общей базой. Обратная связь осуществляется через конденсатор С1 и зависит от величины емкости этого конденсатора. На частотах порядка 400 МГц емкость С1 должна быть равна (примерно) 1...2пФ. на более низких частотах емкость С1 должна иметь большую величину и может составлять 10...30 пФ.

На рис. 5.7 показана схема еще одного простого генератора.



В этом генераторе транзистор подключен по схеме с общим коллектором. Колебательный контур располагается в цепи базы. Особенностью схемы является междуэлектродная положительная обратная связь, которая всегда присутствует в транзисторах, и при более высокой частоте получается довольно большая величина обратной связи. С понижением частоты эта обратная связь уменьшается.

Большие неприятности междуэлектродная обратная связь доставляет при изготовлении усилителей высокой частоты. Если не предпринимать никаких действий по её нейтрализации, усилитель превращается в генератор, как говорят "начинает возбуждаться".

Схему такого генератора можно увидеть Интернете на сайте, расположенном по адресу http://shustikov.by.ru/

Для частоты 50 МГц элементы схемы имеют следующие значения: С1 = 22 пФ, С2 = 100 пФ, катушка L1 имеет 10 витков на каркасе диаметром 4 мм. Для частоты 1500 МГц значения следующие: С1 = 0,5 пФ, С2 = 3,3 пФ, контур L1 выполнен в виде отрезка медного провода диаметром 1,5 мм и длиной 25 мм, который расположен параллельно основанию платы на высоте 3...4 мм.

Генераторы с кварцевой стабилизацией частоты
Во многих случаях генераторы с параметрической стабилизации не могут обеспечить нужную стабильность генерируемой частоты. Особенно важной является стабильность частоты при создании аппаратуры для цифровых видов связи. Выход из создавшегося положения обычно находят в применении генераторов с кварцевой стабилизацией частоты, которые обычно называют Кварцевые Генераторы (КГ).

В КГ значение генерируемой частоты задают тонкие пластинки, специально вырезанные под определенным углом из кристалла кварца, к которым в определенных местах подводится переменное электрическое напряжение. На определенной частоте возникает резонанс. Резонансная частота такого кварцевого резонатора зависит от толщины и других геометрических параметров пластинки, а также от угла, под которым пластинка вырезана из куска кварцевого кристалла. В диапазоне высоких, так же как и в диапазоне средних и низких частот широко применяются КГ собранные по емкостной трехточечнои схеме.

Принципиальная схема одного из вариантов такого КГ показана на рис. 5.8



Собственно генератор выполнен на транзисторе VT1. а транзистор VT2 работает как буферный каскад выполненный в виде эмиттерного повторителя. Буфер предназначен для ослабления связи генератора на VT1 с последующими каскадами которые будут подключены к выходу КГ.

Все элементы этой и последующих схем генераторов можно определять по формулам расчета, приведенного выше в первом разделе этой главы, а расчет некоторых других элементов схемы приведен ниже.
Резисторами R1 и R2 устанавливается величина тока, которая должна соответствовать выбранной для этого генераторе мощности Основная регулировка коллекторного тока транзистора выполняется изменение сопротивления R1. С уменьшением этого сопротивления коллекторный ток увеличивается, и наоборот. Если получается так, что сопротивление R2 получается очень маленьким последовательно с этим резистором
можно включить дроссель как это сделано на рис 5.1.

На рис 5.9 показана схема КГ, выполненная по схеме емкостной трехточки в которой задействованы два транзистора, соединенные между собой последовательно, по каскадной схеме.



Изображенный на данном рисунке генератор предназначен в основном для работы на частотах до 30 ... 40 МГц. Если вы сравните эту схему со схемой на рис 5 1, то найдете много общего. Цепь базы на рис 5.9 отличается от аналогичной цепи на рис. 5.1 наличием кварцевого резонатора Q1, резистора R1 и катушки L1, вместо LC контура на рис 5.1.
Цепь эмиттера VT1 на рис. 5.9 ничем не отличается от аналогичной цепи на рис. 5.1 те же самые конденсаторы СЗ и С4, регулирующие величину обратной связи.
Транзистор VT2 добавлен (по сравнению со схемой рис. 5.1) для некоторого увеличения мощности генератора Подобная схема в которой последовательно соединены два транзистора, из которых один задействован по схеме с общим змиттера, а второй - по схеме с общей базой, называется несходной схемой.

В коллекторной цепи VT2 располагается контур L2C5C6 настроенный на одну из гармоник резонансной частоты кварца.

Резистор R6 в этой схеме играет довольно важную роль - препятствует возбуждению генератора на частоте настройки контура L2C5C6 Для КГ это очень важно. Два конденсатора (С5 и С6) в контуре служат для того чтобы подать сигнал на низкоомную нагрузку Вы уже знаете (по рис 5.1), что на низкоомную нагрузку сигнал можно по дать и с дополнительной катушки связи. Каскадная схема генератора и подача выходного напряжения с точки соединения С5 и С6 мною применена в схеме на рис 5.9 только для демонстрации различных возможностей построения схем генераторов.

Для работы на более высоких частотах, чем основная резонансная частота кварцевого резонатора, в схемы КГ приходится вносить дополнения, способствующие более надежной работе генератора на этих частотах. В основном четкая работа КГ на высокочастотных диапазонах достигается тем, что резонаторы в этом случае, как правило, возбуждаются на частотах высших гармоник частоты резонанса - третьей, пятой и т. д.
Это позволяет создавать простые, экономичные и малогабаритные КГ в диапазоне 30...150 МГц.

В подобных генераторах необходимо обеспечить устойчивую работу резонатора на нужной гармонике электромагнитных колебаний. Для этого необходимо обеспечить гарантированную работу КГ на заранее назначенной гармонике, или, как говорят, выполнить выбор специальных дополнений, улучшающих работу генератора на нужной более высокой частоте. Выбор (селекция) может быть выполнен(а) либо по частоте, либо
по амплитуде Метод выбора по амплитуде не находит применения в любительской практике и рассматриваться не будет.

На рис. 5.10 изображена схема, поясняющая один из принципов селекции по частоте.



Это схема генератора с выбором гармоники посредством контура в цепи эмиттера. Обеспечить такой выбор (селекцию на частоте) можно, включив в схему генератора вместо одного из конденсаторов связи контур, имеющий для частот низших гармоник индуктивную реакцию, а для частоты гармоники на которой необходимо обеспечить возбуждение, — емкостную.

Собственно КГ выполнен на транзисторе VT1. Каскад на транзисторе VT2 буферный, уменьшающий влияние нагрузки на частоту генератор. В то же время этот каскад, благодаря контуру L3C7C8 в коллекторной цепи, служит и усилителем сигнала на частоте гармоники (частоте настройки контура L3C7C8). Генератор устойчиво работает при использовании кварцевых резонаторов, работающих с колебанием третьего или пятого порядка на частотах до 150 МГц. Селекция нужной частоты гармоники осуществляется с помощью контура L2C5 в цепи эмиттера VT1. Элементы контура L2 и C5 рассчитываются, исходя из необходимости обеспечения индуктивной реакции для колебаний низшего порядка.

Описание схемы
Резистор R1 предотвращает паразитное возбуждение через статическую емкость резонатора, R2, R3, R5 обеспечивают термостабилизацию рабочей точки и необходимый режим по постоянному току транзистора VT1. Нагрузкой VT1 служит резистор R4, с которого напряжение высокой частоты через разделительный конденсатор СЗ подается на вход усилительного каскада на транзисторе VT2.

Конденсаторы С1 и С4 - разделительный и блокировочный соответственно. Резисторы R6, R7 и R8 служат для обеспечения необходимого режима транзистора VT2, конденсаторы С6 и С9 - блокировочные, R9 служит для обеспечения устойчивость работы усилительного каскада (предотвращения возбуждения на частоте контура L3C7C8). Контур L3C7C8 обеспечивает фильтрацию высших гармоник и согласование с нагрузкой.
Если нет необходимости в установке рабочей частоты генератора и ее коррекции при эксплуатации, то индуктивность L1 можно исключить.

Пример простейшего расчета дополнительного контура.
Профессиональный расчет элементов схемы кварцевого генератора представляет собой довольно громоздкое описание на двух и более страницах. Радиолюбители, как правило, подобных расчетов не делают и обходятся простейшими «прикидочными» расчетами, в которых допускаются приблизительные обобщенные исходные данные, упрощенные математические формулы, полученные в результате многих экспериментов.

Ниже приводятся формулы, необходимые для расчета дополнительного контура ( L2C5 на рис. 5 10).

Для устойчивой работы в широком интервале температур частота настройки контура L2C5 обычно выбирается из условия fpeз < (0,6 - 0,8) fр. Если контур настроен на более высокую частоту, то возрастают изменения частоты и напряжение генератора из-за изменения L2 и С5 (см. рис. 5.10).
Чтобы обеспечить на частоте гармоники, ближайшей к рабочей частоте генератора и расположенной ниже этой рабочей частоты, индуктивную реакцию контура, необходимо, чтобы резонансная частота контура удовлетворяла условию:

(5.1)

где f pез - частота настройки контура;

fр - рабочая частота, излучаемая генератором;

f(n-z) - частота гармоники, ближайшей к рабочей частоте.

Следующими условиями обеспечиваются емкостная реакция контура на частоте генератора fp и индуктивная реакция на частотах гармоник более низкого порядка. Элементы контура выбирают из соотношений:

С6 = Сэ-к / [1 – (fрез / fp)^2] (5.2)

С6 = 1 / С5 x (2тт x fp)^2 x (fрез / fp)^2 (5.3)

где Сэ-к - емкость обратной связи, включенная между эмиттером и коллектором транзистора VT1, определенная при расчете схемы генератора (можно брать из таб. 5.1)



Во всех трех формулах емкость имеет размерность Ф (Фарады),частота - МГц, индуктивность - Гн (Генри).

Напоминаю соотношения единиц измерения:

1Ф = 1 х 10^12 пФ, 1МГц = 1 х 10^8 Гц, 1Гн = 1 х 10^6 мкГн

Ориентировочные данные о параметрах емкостной трехточечной схемы в диапазоне высоких частот приведены в таблице 5.1. Таблица может применяться при выполнении прикидочных расчетов КГ различных вариантов исполнения. Если в предыдущих расчетах (в начале этой главы) конденсаторы в цепи базы VT1 выбирались ориентировочно, то с помощью этой таблицы можно выбирать особенно не задумываясь. А в принципе, это одно и то же.

В таб. 5.1 приняты следующие обозначения: В корпус вакуумный, Г - корпус герметизированный.

1. Расчет для третьей гармоники
Имеется кварцевый резонатор на частоту 20 МГц на базе которого нужно создать генератор с рабочей частотой 60 МГц (третья гармоника кварца).

При этих данных частота настройки дополнительного контура L2C5 должна удовлетворять условию формула( 5.1):



С другой стороны, резонансная частота контура должна соблюдать следующее условие:

fpез < (0,6...0,8), fр = (60 х 0,6 ... 60 х 0,8) = (36 ... 48) МГц.

Весь полученный интервал частот больше величины 34.6МГц, поэтому частота настройки контура может быть любой в полученных пределах. Назначим частоту настройки контура L2C5 равную 42 МГц.
Далее определяем емкость конденсатора С5. Из табл. 5.1 находим, что эквивалентна емкость контура Сэ-к = 36...75 пФ. По формуле (5.2) получим:

С5 = (36...75) / [1-(42/60)^2] = (36...75) / (1 -0,49) = 71 ... 146 пФ.

По формуле (5.3) определяем индуктивность контура:

L2 = 1 / C5 x (2тт х fp)^2 x (fрез / fp)^2 = 1 / (71…146) x 10^-12 x (2 x 3.14 x 60 x 10^6)^2 x
x (42 x 10^6 / 60 x 10^6)^2 = (0,2…0,98) мкГн

2. Расчет для пятой гармоники.
Имеем кварцевый резонатор на частоту 20 МГц, на базе которого нужно создать генератор, работающий на пятой гармонике кварца —100 МГц.

При работе на частоте 100 МГц и использовании резонаторов с колебаниями пятой гармоники резонансная частота контура L2C5 должна рассчитываться по формуле (5.1)



С другой стороны, резонансная частота контура должна выбираться из условия:
fpез = (0,6…0,8) х fp = (0,6...0,8) х 100 = (60 ...80) МГц.
Таким образом, назначим величину fpез = 79 МГц Из табл. 5.1 находим, что эквивалентная емкость контура Сэ-к = 30...60 пФ.

По формуле (5.2) получим.

C5 = (30…60) / [1 – (79 / 100)^2 ] = (30…60) / 0,38 – 79…157 пФ

По формуле (5.3) определяем индуктивность контура:

L2 = 1 / C5 x (2тт х fp)^2 x (fрез / fp)^2 = 1 / (79…157) x 10^-12 x (2 x 3.14 x 100 x 10^6)^2 x
x (79 / 100)^2 = (0,051…024) мкГн

Аналогично определяются L2 и С5 для любой частоты в диапазоне 30...150 МГц. Ориентировочные значения емкости С2 выбираются в соответствии с данными табл. 5.1.

Резонатор в цепи обратной связи
Как уже было сказано, кроме емкостной трехточечной схемы в диапазоне высоких частот применяются и схемы с кварцевым резонатором в цепи обратной связи. Такие схемы позволяют обеспечить ту же мощность в нагрузке при меньшей мощности, рассеиваемой на резонаторе, по сравнению с емкостными трехточечными схемами. Однако КГ, собранные по схеме с резонатором в цепи обратной связи имеют худшую стабильность частоты, что необходимо учитывать при выборе его схемы.

На рис 5.11 приведена схема КГ с резонатором в цепи обратной связи, параметры элементов приведены для частоты примерно 100 МГц. Катушка индуктивности L включена для компенсации статической емкости резонатора. Генератор устойчиво работает на частотах до 250... 300 МГц.



Еще одна схема КГ с резонатором в цепи отрицательной обратной связи приведена на рис. 5.12



Производить выбор той или иной схемы генератора с кварцевой стабилизации частоты следует исходя из конкретных условий и требований к стабильности частоты. Также стоит учитывать имеющееся наличие радиодеталей.

Нейтрализация емкости резонатора
При разработке высокочастотных КГ необходимо принимать меры к устранению шунтирующего влияния на резонатор емкости Со (собственной емкости резонатора), особенно на частотах выше 100 МГц.

На частотах выше 100 МГц в КГ применяются способы нейтрализации и компенсации статической емкости, причем наиболее широко способ компенсации как простой и эффективный.

Компенсация Со осуществляется подключением параллельно кварцевому резонатор катушки с определенной индуктивностью значение которой выбирается из условия равенства реактивных сопротивлений Со и катушки (по абсолютному значению) на частоте генерации.

Определить индуктивность компенсационной катушки можно исходя из условия, что в резонансном контуре величины реактивных сопротивлений индуктивности и емкости равны между собой. Математически это
условие записывается в виде простой формулы:

XL = Хс, где XL = 2п х f х L , Хс = 1 / 2п x f x C

Из приведенных выше соотношении следует вывод основной формулы резонансного колебательного контура, по которой можно рассчитать любой элемент контура:

2п x f x L = 1 / 2п x f x L

Недостатком этой записи известного соотношения является то, что все элементы формулы измеряются в основных единицах измерения (Герц, Фарада, Генри), что не всегда удобно. Если провести преобразование соотношения к более удобным единицам измерения – МГц, пФ и мкГн, то получится удобная запись:



Отсюда легко получается формула для вычисления любого параметра резонансного контура:



Если нам известна величина емкости Со (можно выбрать из таб. 5.1), то легко вычисляется необходимая величина индуктивности по формуле (5.6). Например Со = 1,5пФ и резонансная частота f = 50 МГц. Тогда величина индуктивности параллельной кварцевому резонатору катушки будет:



Следует заметить, что этой формулой мы уже пользовались при расчете контурной катушки для генератора с параметрической стабилизацией частоты.

Высокочастотные КГ выполняются также и по схеме с резонатором в цепи обратной связи. При этом в них применяются компенсации Со и селекция нужной частоты резонатора. В качестве элементов активной части высокочастотных КГ используются транзисторы, микросхемы по частотным свойствам удовлетворяющие условию, позволяющие получить устойчивую работу КГ.

Кварцевый генератор с изменением частоты
В этом разделе я хочу рассказать о том, как можно выполнить стабилизированный кварцевым резонатором генератор с плавным изменением частоты. Подобные генераторы стали применяться радиолюбителями с 70-х годов прошлого столетия, но достаточно подробного описания методов построения и настройки подобных генераторов я нигде в любительской литературе не встречал. Ниже мною будут приведено описание экспериментов с одним из вариантов подобного генератора, затем будут даны рекомендации по разработке кварцевого генератора с плавным изменением частоты.

Экспериментальный генератор
Чтобы выявить роль и влияние катушки индуктивности в процессе плавного изменения генерируемых кварцевым генератором частот, мною был построен небольшой стенд, основу которого представлял экспериментальный кварцевый генератор (КГ).
Генератор выполнен по схеме емкостной трехточки. Его схема показана на рис. 5.13.



Генератор не имеет каких либо особенностей.

Транзистор VT1 выполняет функцию собственно генератора, генерируемая частота которого стабилизирована кварцем Z1, а каскад на VT2 является эмиттерным повторителем, служащим для уменьшения влияний цепи измерительного прибора А1 на частоту генератора. Катушка индуктивности L1 и конденсатор С1 служат для изменения частоты генерируемых электромагнитных колебаний.
Питается генератор от стабилизированного источника напряжения +9 Вольт Конденсатор С1 имеет емкость 75 пФ, катушка L1 состоит из 45 витков провода ПЭЛ-0,3, намотана на каркасе диаметром 9 мм, между щечками с расстоянием 5 мм. Катушка имеет подстроечный сердечник серого цвета (по-видимому из альсифера) с резьбой Мб х 0,75.
Число витков катушки L1 выбрано по результатам проведенных ранее других подобных экспериментов.

В схеме использовался кварц А523 (7,692 МГц) от старинной УКВ радиостанции РСИУ, корпус которого представляет собой пластмассовый цилиндр коричневого цвета, диаметром 20 мм и длиной 40 мм с двумя выводами от кварцевой пластины.

Все остальные радиодетали каких либо особенностей не имеют, обычный «ширпотреб». В качестве прибора для измерения излучаемой генератором частоты использовался связной коротковолновый радиоприемник Р-250М.
Контроль за наличием излучаемых генератором электромагнитных колебаний осуществлялся вольтметром переменного тока А1.

Рассмотрим подробно процесс проведения эксперимента

• Сначала следует убедиться в работоспособности генератора. Для этого нижний по схеме вывод от кварца подключаем непосредственно к земле, включаем питание и по приемнику находим излучаемый генератором сигнал. При этом радиоприемник должен находиться в режиме приема телеграфных сигналов, чтобы можно было наиболее точно настраиваться на частоту излучаемых колебаний по нулевым биениям.

Нулевые биения соответствуют такой настройке приемника, когда на его выходе никаких звуковых сигналов не прослушивается, но стоит только хотя бы немного повернуть ручку настройки приемника в ту или иную сторону, то тут же на выходе приемника появляется гармонический звуковой сигнал. Вольтметр А1 должен показывать какую-то величину, подтверждающую излучение генератором электромагнитной энергии, т.е. подтверждающую работу генератора. Записываем величину излучаемой частоты.

• Восстанавливаем подключение катушки L1 к нижнему выводу кварца. При этом подстроечный сердечник должен быть полностью выведен из катушки, т.е. катушка должна иметь минимально возможную для нее величину индуктивности. Включаем питание. При этом вольтметр А1 должен сразу же подтвердить работу генератора. Частота излучаемых генератором колебаний при этом включении несколько (незначительно) должна измениться по сравнению с предыдущим включением.

Настраиваем радиоприемник на новую частоту по нулевым биениям, записываем величину этой частоты и присваиваем ей номер 1. Вводим в корпус катушки подстроечный сердечник. Делать это следует очень осторожно и медленно, чтобы не пропустить момент возникновения на выходе радиоприемника гармонического звукового сигнала, подтверждающего факт начала влияния сердечника на индуктивность катушки. Как только появится сигнал, следует повернуть сердечник в обратную сторону, до момента отсутствия сигнала.

• Далее начинается основной этап проведения эксперимента. Для этого вводим подстроенный сердечник в катушку ровно на один оборот сердечника. При этом изменится индуктивность катушки, что повлечет за собой изменение частоты излучаемых генератором колебаний. Записываем новую величину частоты под номером 2.

• Вводим подстроечный сердечник в катушку еще ровно на один оборот и записываем новую величину частоты под номером 3.

• Точно таким же образом вводим сердечник в катушку еще на один оборот и записываем новую величину частоты под следующим порядковым номером. Такую процедуру следует проводить несколько раз. При этом постоянно необходимо контролировать наличие показаний вольтметра А1. Если стрелка вольтметра упала до нуля, значит, генератор перестал работать и эксперимент считаем законченным.

В моем случае удалось до прекращения генерации ввести сердечник внутрь катушки на 10 оборотов. Результаты проведенного эксперимента приведены в таб. 5.2.



Каждое из полученных значений частоты соответствует определенной величине индуктивности катушки, заданной положением подстроенного сердечника, и определенной величине емкости конденсатора С1.

Если вместо конденсатора постоянной емкости 75 пФ установить переменный конденсатор 4 ...75 пФ, то при минимальной емкости этого конденсатора (4 пФ) вырабатываемая генератором частота будет равна максимально возможной частоте, т.е. очень близкой к частоте в шаге 1 (7,962 МГц для данного случая). При максимальной емкости переменного конденсатора (75 пФ) частота генерируемых колебаний будет определяться положением подстроечного сердечника внутри катушки.

Например, если индуктивность катушки соответствует положению шага 5, то при максимальной емкости переменного конденсатора генерируемые колебания будут иметь частоту 7,957 МГц. При изменении емкости переменного конденсатора от минимума (4 пФ) до максимума (75 пФ) частота генерируемых кварцевым генератором колебаний будет плавно изменяться от 7,962 до 7,957 МГц, т.е. диапазон изменения частоты будет составлять 7,962 - 7,957 = 0,005 МГц = 5 кГц.

Максимально возможный диапазон перестройки частоты для данного кварца будет иметь место при максимально допустимой индуктивности катушки L1, в данном случае максимально допустимая индуктивность получается в шаге 10. При этом максимально возможный диапазон перестройки частоты получается 7,961 - 7,771 = 0,090 МГц = 90 кГц.
Это довольно большой диапазон перестройки, но следует помнить, что с увеличением диапазона перестройки ухудшается стабильность частоты кварцевого генератора. В каждом отдельном случае нужно находить какую то оптимальную величину диапазона перестройки исходя из допустимой для создаваемого аппарата стабильности частоты.

Как правило, радиолюбитель использует только какой-то узкий диапазон частот. Например, любитель дальних связей телеграфом постоянно работает только на DX-участке диапазона, владелец пакетной радиостанции станции, работающей постоянно в составе любительской пакетной сети, использует практически одну фиксированную частоту.
Если учесть, что коротковолновый любительский диапазон имеет
ширину 100 кГц, то иметь исключительно простой в изготовлении и наладке кварцевый генератор с плавным изменением частоты в пределах 50 кГц это находка для радиолюбителя, не желающего возиться со сложнейшими схемами синтезаторов частоты.

Большие возможности имеет принцип плавного изменения частоты кварцевых генераторов при построении УКВ гетеродинов. Дело в том, что в этих гетеродинах используются каскады умножения частоты. При этом диапазон перестройки частоты при переходе от одного каскада к другому увеличивается пропорционально увеличению частоты. Например, после удвоения частоты диапазон перестройки увеличивается в два раза, после утроения частоты - в три раза и т.д.

Как еще больше расширить диапазон перестройки КГ?
Дальнейшее расширение диапазона плавной перестройки частоты кварцевого генератора можно получить путем подключения параллельно кварцу Z1 еще нескольких аналогичных кварцев. Один из вариантов построенного по этому принципу генератора описан В. Артеменко (UT5UDJ) в статье «ГПД на основе перестраиваемого кварцевого генератора», опубликованной в журнале «Радиомир. KB и УКВ» №3 за 2003 год.

Мною проведен ряд экспериментов, в которых использовалось параллельное подключение нескольких кварцев. При этом использовалась экспериментальная установка, схема которой приведена на рис. 5.13.
Изменения коснулись только цепочки, состоящей из Z1, L1 и С1. Новый вариант этой цепочки представлен на рис. 5.14.



Здесь показано, что параллельно кварцу Z1 могут быть подключены точно такие же по номиналу кварцы (Zla, Z16 и Z1в), изготовленные одним и тем же предприятием. Катушка L1 должна быть подобрана именно для примененного в данный момент кварца Z1. К нижнему по схеме выводу катушки L1 подсоединены четыре конденсатора постоянной емкости (С1а, С1б и С1в), которые переключателем S1 могут поочередно подключаться на землю. Это как бы своеобразный имитатор конденсатора переменной емкости, созданный из элементов с фиксированной емкостью.
Продолжим далее описанный выше эксперимент с целью определить влияние числа подключенных параллельно одинаковых кварцев на ширину диапазона плавной перестройки кварцевого генератора.

Мною было проведено много экспериментов с различными кварцами. Не все кварцы «с распростертыми объятиями» принимали подключаемого к нему соседа, но большинство из них прилично работали с одним или двумя параллельными кварцами. Лучше других допускали параллельное подключение высокочастотные кварцы (13,5. .22,5 МГц), конструктивно выполненные в малогабаритных металлических корпусах.

Кварцы от радиостанции РСИУ (в цилиндрических карболитовых корпусах) работали не более чем с двумя параллельно подключенными такими же кварцами. Высокочастотные кварцы в малогабаритных металлических корпусах хорошо работали даже с тремя параллельно подключенными кварцами, но при этом тон биений становился дребезжащим и ухудшалась стабильность генерируемой частоты.

На рис. 5.15 приведены графические зависимости частоты генерируемых колебаний от количества подключенных параллельно одинаковых кварцевых резонаторов на частоту 22,5 МГц. Кривая 1 получена при единственном кварце, кривая 2 - при двух параллельно подключенных кварцах, кривая 3 - при трех кварцах и кривая 4 - при четырех кварцах.



Ширина диапазона генерируемых частот при четырех подключенных кварцах впечатляет, но сигнал становится дребезжащим и стабильность резко ухудшается. Однако в некоторых случаях подобными явлениями можно пренебречь, уделив побольше внимания жесткости конструкции генератора, жесткому креплению самого кварца и катушки L1.

Рекомендации по разработке генератора
При создании нового генератора первым делом следует убедиться в работоспособности кварца. При этом следует помнить, что кварцы одного и того же номинала могут иметь различную способность вызывать генерирование электромагнитной энергии, или, как говорят, могут иметь различную активность.

Если в наличии имеются несколько одинаковых кварцев, то для генератора с плавным изменением частоты следует выбирать наиболее активный кварц, т.е. тот кварц, который способен создать наибольшую амплитуду генерируемой частоты, измеренную вольтметром А1. При всех проверках работоспособности кварцев катушка L1 и конденсатор С1 должны быть исключены из схемы, а нижний по схеме вывод кварца должен быть подключен к земле.

• Если вдруг окажется, что ни один из имеющихся кварцев не вызывает генерацию электромагнитных колебаний и стрелка вольтметра А1 находится на нуле и при подключении питания не шевелится, то следует убедиться в работоспособности транзисторов VT1 и VT2, а также всех входящих в схему пассивных деталей - конденсаторов и резисторов.

• Если вы полностью убеждены в работоспособности всех элементов схемы и если схема нормально работает с заведомо исправным кварцем, то нужно заняться подбором конденсаторов С2 и СЗ. Эти конденсаторы определяют величину положительной обратной связи, которая влияет на процесс генерации. Вы должны параллельно каждому из этих конденсаторов подключить по еще одному конденсатору примерно с такой же емкостью.

Затем емкости подключаемых конденсаторов можно увеличить. Часто бывает так, что амплитуда генерируемых колебаний бывает больше, если емкость конденсатора С2 много меньше емкости конденсатора СЗ. Соотношение величин этих емкостей также следует подбирать, контролируя показания А1. После того, как вы достигли максимальных показаний вольтметра А1, следует нижний по схеме вывод кварца Z1 подключить на землю через конденсатор постоянной емкости величиной 75 или 100 пФ (катушку L1 не подключать).

В этом положении следует проверить работоспособность генератора с подключенным последовательно с кварцем конденсатором. Затем можно провести эксперименты с заменой этих конденсаторов на другие, с меньшими емкостями или подключить конденсатор переменной емкости 5 ... 100 пФ -Если генератор перестает работать при малых величинах емкостей, то параллельно конденсатору переменной емкости нужно подключить подстроечный конденсатор и установить его на минимальную емкость, при которой уже начинается работа генератора, т.е. минимальная емкость переменного конденсатора и емкость подстроечного конденсатора в сумме должны обеспечить начало работы генератора.

Далее между нижним выводом кварца Z1 и конденсатора С1 следует включить катушку L1. Катушка должна иметь индуктивность порядка 16 мкГн и иметь подстроечный сердечник. Для начала можно взять конструкцию катушки, принятую в моем эксперименте. При первом подключении катушки (подстроечный сердечник должен быть удален из катушки) возможны следующие случаи.

• Генератор не хочет работать с подключенной катушкой. Это может быть в том случае, если индуктивность катушки велика. В этом случае следует отмотать от катушки часть витков и продолжить эксперимент.

• Если генератор нормально работает с подключенной катушкой L1, то нужно ввести в катушку подстроечный сердечник. Делать это следует осторожно, постепенно вводить сердечник и одновременно наблюдать за стрелкой вольтметра А1. Если при каком - то положении сердечника генератор перестает работать, то следует вывести сердечник назад и убедиться в возобновлении работы генератора. Такая катушка может быть использована в схеме нового генератора и позволит выполнить максимально возможный для этого кварца диапазон перестройки частоты.

• Если при работающем генераторе сердечник полностью введен в катушку, а генерация не прерывается, то следует на эту катушку домотать какое - то количество витков, а затем снова убедиться в том, что генератор прекращает работать при определенном положении подстроечного сердечника и снова начинает работать при выводе сердечника из катушки.

Таким образом можно добиться нормальной работы генератора. Далее следует установить величину диапазона перестройки частоты новым генератором. Все это можно легко выполнить по методике, описанной в предыдущем моем эксперименте. Совет один - не стоит устанавливать максимальную величину диапазона перестройки частоты вашего генератора, если хотите получить высокую стабильность частоты.

Если нет кварца ...
Если нет кварца на нужную частоту, то выход можно найти двумя путями:

1. Получить нужную частоту путем сложения или вычитания частот двух отдельных кварцев. Например, необходимую частоту 2,3 МГц можно получить в результате применения кварца с частотой 7,62 МГц и кварца с частотой 5,32 МГц.

2. Получить нужную частоту можно путем применения схемы деления имеющейся частоты на определенный делитель. Например, необходимую частоту 2,66 МГц можно получить при делении частоты указанного выше кварца 5,32 МГц на делитель 2.

На рис. 5.16 представлена схема, которую я применяю для получения необходимой частоты путем вычитания или сложения частот двух отдельных кварцев.



Схема представляет собой два кварцевых генератора, выполненных на транзисторах VT1 и VT2. Притом генератор на VT1 выполнен по схеме с плавной перестройкой частоты. Сигналы от каждого из этих генераторов через конденсаторы С4 и С7 поступают, соответственно, на трансформаторы Т1 и Т2. Эти два трансформатора совместно с четырьмя диодами VD1 ... VD4 создают балансный смеситель частот.
На выходе из смесителя располагается колебательный контур L2C5C6, который может быть настроен либо на сумму, либо на разность частот, генерируемых кварцевыми генераторами на VT1 и VT2. Каскад на транзисторе VT3 является усилителем частоты, на которую настроен контур L2C5C6. Далее через конденсатор СЮ колебания с необходимой нам частотой можно подавать на любые другие каскады, например, на каскады умножения частоты или последующего сложения с другими сигналами. Или на усилитель, если данная схема служит генератором вспомогательных сигналов.

В устройстве применены обычные широко применяемые радиодетали. В используемом мною аппарате кварц Z1 имеет частоту собственных колебаний 7,961 МГц, а кварц Z2 - 5,661 МГц.
Оба кварца - от радиостанции РСИУ. Катушка L2 намотана на каркасе диаметром 9 мм между двумя щечками с расстоянием 5 мм. Трансформаторы Т1 и Т2 выполнены на ферритовых кольцах 7x4x2 с магнитной проницаемостью 600.

Как показали многочисленные опыты, величина магнитной проницаемости в подобных конструкциях большого значения не имеет. Можно применять ферритовые кольца других размеров.
Каждый из трансформаторов имеет по 10 витков специального жгутика, выполненного из трех проводов ПЭЛ-0,3. Изготавливается такой трансформатор следующим образом.

• Сначала определяется длина провода, которая сможет обеспечить выполнение 10 витков на выбранном вами кольце, плюс 4 ... 6 мм на выводы.

• Затем отрезаются три одинаковых кусочка изолированного провода (например, ПЭЛ-0,2) и свиваются вместе в один жгутик.

• Наматывать жгутик на кольцо нужно очень осторожно, чтобы не повредить изоляцию провода. После намотки следует очистить от изоляции и полудить кончики проводов, проверить омметром отсутствие замыкания
между проводами.

• Омметром находим конец и начало первичной обмотки и отгибаем их в сторону. У двух оставшихся проводов соединяем начало одного провода с концом другого. Это будет средняя точка вторичной обмотки трансформатора. Проверяем омметром прохождение тока через вторичную обмотку. Эту операцию необходимо проводить всегда, т.к. очень часто бывают ошибки при соединении начала одного провода с концом другого при создании вторичной обмотки.

В схеме смесителя можно применять любые высокочастотные диоды.

Число витков катушки L2 и емкости CS и С6 выбирается исходя из условия получения нужной частоты колебательного контура. Расчет числа витков катушек индуктивности различных конструкций можно выполнить при помощи компьютерной программы INDUKTIW, которая находится в Интернете на сайте по адресу http://r3xb-tga.narod.ru/


Автор
Тяпичев Г.А.

Продолжение здесь