Михаил Адаменко - Шпионские штучки, или Секреты тайной радиосвязи
В первую очередь речь идет о схемотехническом решении кварцевого генератора по схеме Батлера, выполненного на двух транзисторах. Отличительной особенностью данной схемы транзисторного ВЧ-генератора, характеризующегося качеством, надежностью и универсальностью, является включение кварцевого резонатора в цепь обратной связи между эмиттерами транзисторов. Различные модификации этой схемы широко используются при разработке генераторов с частотами от 10 МГц до 200 МГц.
Принципиальная схема одного из вариантов высокочастотного кварцевого генератора последовательного резонанса по схеме Батлера, выполненного на двух транзисторах, приведена на рис. 3.21. Частота генерируемого сигнала данной конструкции составляет от 6 МГц до 30 МГц при выходном напряжении 200 мВ. Потребляемый ток при напряжении питания 9 В не превышает 3 мА, выходное сопротивление около 200 Ом.
Рис. 3.21. Принципиальная схема кварцевого генератора последовательного резонанса по схеме Батлера, выполненного на двух транзисторах
В рассматриваемой схеме цепь положительной обратной связи образует П-образная цепочка, в состав «горизонтальной» части которой входят включенные последовательно кварцевый резонатор BQ1, подстроечный конденсатор С4 и катушка индуктивности L2, а «вертикальные» составляющие образуют резисторы R6 и R8, имеющие малые сопротивления. Цепь ПОС подключена к эмиттерам транзисторов VT1 и VT2 через разделительные конденсаторы С3 и С5. Таким образом, в рассматриваемой конструкции полные сопротивления цепей на контактах кварцевого резонатора BQ1, который работает в режиме так называемого последовательного резонанса, малы.
Транзистор VT1 по переменному току включен по схеме с общей базой, поскольку его базовый электрод подключен к шине корпуса через конденсатор С1. Положение рабочей точки транзистора стабилизируется обычной мостовой схемой, в состав которой входят резисторы R1, R2 и R5.
При генерации на основной гармонической составляющей в качестве нагрузки в цепь коллектора транзистора VT1 включен обычный резистор. При генерации на гармонических составляющих в качестве коллекторной нагрузки используется LC резонансный контур, настроенный на частоту соответствующей гармоники. Задачей резонансного контура является коррекция фазового сдвига, необходимого при выборе той или иной гармонической составляющей. Одновременно изменяется и глубина обратной связи. Часто в цепь нагрузки параллельно LC-контуру подключается резистор для того, чтобы снизить добротность резонансной цепи.
Сформированный на коллекторе транзистора VT1 сигнал через резистор R7 проходит на базу транзистора VT2, с эмиттера которого снимается сигнал, поступающий в цепь обратной связи. С учетом того, что база транзистора VT2 непосредственно связана с коллектором транзистора VT1, положение его рабочей точки определяется в том числе и величиной сопротивления резистора R10. Величина сопротивления этого резистора должна быть сравнительно высокой, поскольку на коллекторе транзистора VT1 присутствует большое положительное напряжение.
Нередко при разработке кварцевых ВЧ-генераторов последовательного резонанса используются схемотехнические решения, основанные на так называемой схеме Батлера на одном транзисторе. В зарубежной специализированной литературе такие схемы часто называют схемами 1/2 Баттлера. В отечественной специализированной литературе можно встретить такие названия, как, например, однокаскадные фильтровые схемы. В указанных однокаскадных генераторах транзистор активного элемента по переменному току может быть включен по схеме с общей базой или по схеме с общим коллектором.
Принципиальная схема кварцевого генератора последовательного резонанса по схеме Батлера, выполненного на одном биполярном транзисторе, включенном по схеме с общей базой, приведена на рис. 3.22. Частота генерируемого сигнала составляет 80 МГц при выходном эффективном напряжении 200 мВ на нагрузке 50 Ом. Потребляемый ток при напряжении питания 9 В не превышает 3 мА.
Рис. 3.22. Принципиальная схема кварцевого генератора последовательного резонанса по схеме Батлера на одном транзисторе, включенном по схеме с общей базой
Транзистор VТ1 по постоянному току включен по схеме с общим эмиттером. При этом положение рабочей точки этого транзистора определяется величиной сопротивлений резисторов R1 и R2, образующих делитель напряжения. По переменному току транзистор VТ1 включен по схеме с общей базой, поскольку по высокой частоте его база заземлена через конденсатор С1 сравнительно большой емкости. Стабилизация положения рабочей точки транзистора VT1 обеспечивается мостовой схемой, в состав которой помимо резисторов R1 и R2 входит и резистор R5 в цепи эмиттера транзистора VТ1.
К выходу активного элемента (коллектор транзистора VT1) подключен параллельный резонансный контур, образованный катушкой индуктивности L1 и цепочкой, состоящей из последовательно включенных конденсаторов С2 и С3, образующих емкостной делитель. Снимаемый точки соединения конденсаторов С2 и С3 сигнал обратной связи через кварцевый резонатор BQ1 подается на вход активного элемента (эмиттер транзистора VT1).
В кварцевом генераторе последовательного резонанса по схеме Батлера на одном транзисторе, включенном по схеме с общей базой, сигнал обратной связи может сниматься и с соответствующего отвода катушки L1, то есть с использованием индуктивного делителя. Однако в этом случае усложняется процесс настройки генератора. Тем не менее, такое схемотехническое решение иногда применяется при создании ВЧ-генераторов на частоту генерируемого сигнала до 40 МГц.
Необходимо отметить, что при использовании схемотехнических решений ВЧ-генераторов по схемам 1/2 Баттлера как с емкостным, так и с индуктивным делителем, на выходе генератора следует устанавливать буферный каскад.
В настоящее время существует большое количество вариантов схем высокочастотного кварцевого генератора по схеме Батлера на одном транзисторе, основанных как на рассмотренных, так и других схемотехнических решениях, например, с включением транзистора по схеме с общим коллектором. Однако ограниченный объем предлагаемого издания, к сожалению, не позволяет их рассмотреть. Необходимую дополнительную информацию, касающуюся вопросов схемотехники ВЧ-генераторов для миниатюрных радиопередающих устройств и радиомикрофонов, заинтересованные читатели могут найти в специализированной литературе и в сети Интернет.
4. Модуляторы высокочастотного сигнала
Принцип действия радиопередатчика в общих чертах заключается в том, что поступающая на его вход полезная информация преобразуется в электрический НЧ-сигнал, который соответствующим образом изменяет генерируемый ВЧ-генератором сигнал, передаваемый через антенный тракт на выход устройства. Формирование преобразованного ВЧ-сигнала, несущего полезную информацию, осуществляется специальным каскадом, который называется модулятором и является неотъемлемой частью радиопередающих устройств, начиная от простейших любительских конструкций и заканчивая современными профессиональными радиопередатчиками.
В данной главе рассматриваются особенности схемотехнических решений модуляторов, наиболее часто используемых при разработке малогабаритных транзисторных радиопередающих устройств. Отдельные разделы посвящены принципам формирования модулированного сигнала, а также отличительным схемотехническим особенностям модуляторов сигнала высокочастотных LC-генераторов и генераторов с кварцевой стабилизацией частоты, применяемых в миниатюрных радиопередатчиках. Особое внимание уделено рассмотрению некоторых схемотехнических решений, наиболее часто используемых при разработке и создании каскадов, обеспечивающих модуляцию ВЧ-сигналов с помощью варикапов.
Подробное описание принципов функционирования модуляторов малогабаритных радиопередатчиков, к сожалению, выходит за рамки предлагаемого издания в связи с его ограниченным объемом. Поэтому принципы работы таких устройств, как и протекающие в отдельных узлах и каскадах физические процессы, рассмотрены весьма упрощенно, а приводимые далее основные понятия и определения не претендуют на академическую точность.
4.1. Общие сведения
Прежде чем перейти к рассмотрению схемотехнических решений модуляторов, применяемых при разработке миниатюрных транзисторных радиопередающих устройств, автор считает необходимым привести некоторые основополагающие сведения, касающиеся теоретических основ модуляции высокочастотных радиосигналов.
Основные понятия и определения
Главное требование, предъявляемое практически к любому радиопередающему устройству, заключается в обеспечении передачи определенной информации. Поэтому в процессе функционирования радиопередатчика предназначенная для передачи информация, поступающая на вход такого устройства, сначала преобразуется в электрический сигнал низкой частоты и, если требуется, дополнительно обрабатывается в соответствующих каскадах низкочастотного тракта (например, ограничивается и/или усиливается). Окончательно сформированный на выходе НЧ-тракта сигнал воздействует на высокочастотный сигнал, генерируемый ВЧ-генератором, и соответствующим образом изменяет один или несколько его параметров. Преобразованный ВЧ-сигнал при необходимости подвергается дополнительной обработке в соответствующих каскадах высокочастотного тракта (например, в каскадах усиления и/или умножения), после чего передается в антенный тракт.
