Михаил Адаменко - Шпионские штучки, или Секреты тайной радиосвязи
При разработке радиопередающей аппаратуры профессионалы и любители используют различные схемотехнические решения модуляторов. Однако особой популярностью при разработке транзисторных микропередатчиков пользуются схемотехнические решения, позволяющие осуществить модуляцию сигнала с помощью непосредственного воздействия модулирующего низкочастотного сигнала на параметры элементов, входящих в состав высокочастотного генератора. При использовании таких схемотехнических решений как амплитудная, так и частотная модуляция высокочастотного сигнала может осуществляться несколькими способами.
Во-первых, в процессе модуляции в соответствии с мгновенным значением уровня модулирующего сигнала могут изменяться параметры и режимы работы активного элемента ВЧ-генератора. Во-вторых, могут изменяться параметры и режимы работы селективного элемента. И, в-третьих, модулировать ВЧ-сигнал можно с помощью изменения параметров цепи положительной обратной связи. На практике в транзисторных микропередатчиках чаще всего применяются первые два способа модуляции, отдельные варианты которых и будут рассмотрены в соответствующих разделах данной главы.
Одним из основных способов осуществления модуляции ВЧ-сигнала является непосредственное воздействие модулирующего низкочастотного сигнала на параметры активного элемента, входящего в состав ВЧ-генератора. В миниатюрных транзисторных радиопередатчиках активный элемент обычно выполнен на одном транзисторе, поэтому при использовании соответствующих схемотехнических решений обеспечивается изменение параметров и режимов работы этого транзистора. Режим работы транзистора ВЧ-генератора может изменяться, например, в том случае, когда в соответствии с модулирующим сигналом изменяется напряжение питания каскада. Такой способ модуляции часто применяется для получения амплитудной модуляции ВЧ-сигнала как LC-генераторов, так и генераторов с кварцевой стабилизацией частоты. Помимо этого нередко используются схемы, в которых мгновенное значение модулирующего сигнала изменяет величину напряжения смещения, подаваемого на базу транзистора, то есть влияет на положение рабочей точки транзистора. Весьма популярны схемотехнические решения, позволяющие осуществить модуляцию посредством изменения определенных параметров транзистора активного элемента, например, величины межэлектродных емкостей. Такие способы модуляции обычно применяются для получения частотной модуляции сигнала LC-генератора.
Не менее широко в радиолюбительских конструкциях транзисторных микропередатчиков применяются схемотехнические решения, обеспечивающие модуляцию посредством воздействия модулирующего НЧ-сигнала на параметры селективного элемента, который обычно представляет собой параллельный резонансный контур. Параметры такого контура могут изменяться, например, в том случае, когда в соответствии с модулирующим сигналом изменяется емкость входящих в состав контура элементов. В результате с помощью простых схем можно добиться формирования ЧМ-сигнала с весьма приемлемыми параметрами.
Особой популярностью пользуются схемотехнические решения, в которых для получения ВЧ-сигнала, модулированного по частоте, применяются специальные полупроводниковые элементы, например, варикапы. Модуляторы на варикапах применяются для получения частотной модуляции сигналов не только LC-генераторов, но и генераторов с кварцевой стабилизацией частоты.
Конечно же, в специализированной литературе и в сети Интернет можно найти немало схемотехнических решений транзисторных микропередатчиков, в которых для модуляции ВЧ-сигналов используются и другие способы. Однако рассмотрение особенностей функционирования таких устройств выходит за рамки предлагаемой книги. Поэтому в данной главе основное внимание уделено описанию простейших схем, обеспечивающих реализацию упомянутых выше способов модуляции.
Необходимо отметить, что одна из неблагоприятных особенностей приводимых далее схемотехнических решений АМ– и ЧМ-модуляторов, обусловленная их простотой, заключается в наличии так называемых паразитных модуляций. Дело в том, что при изменении определенных параметров и режимов работы отдельных элементов ВЧ-генератора с помощью простейших схем модуляции практически всегда одновременно с изменением, например, амплитуды несущего высокочастотного сигнала в соответствии с мгновенным значением сигнала, содержащего полезную информацию (амплитудная модуляция), происходит изменение частоты ВЧ-сигнала (частотная модуляция). И, наоборот, при осуществлении частотной модуляции в качестве паразитной проявляется амплитудная модуляция сигнала несущей частоты. Таким образом, при использовании одного и того же схемотехнического решения можно создать микропередатчик, с помощью которого, например, в КВ-диапазоне можно передавать АМ-сигналы, а в УКВ-диапазоне – ЧМ-сигналы. При этом выбор диапазона и, соответственно, вид модуляции зависит от параметров и номиналов элементов соответствующих каскадов, в первую очередь генератора ВЧ-сигнала.
4.2. Модуляция с помощью варикапа
В малогабаритных транзисторных радиопередающих устройствах и радиомикрофонах для получения частотно-модулированного сигнала нередко применяются специальные полупроводниковые приборы, называемые варикапами. С их помощью можно модулировать по частоте сигналы, формируемые как LC-генераторами, так и генераторами с кварцевой стабилизацией частоты.
Принцип действия и основные параметры варикапа
Варикап представляет собой разновидность полупроводникового диода, одним из основных свойств которого является зависимость так называемой барьерной емкости от приложенного к нему обратного напряжения. При этом отрицательный полюс источника напряжения должен быть подключен к положительному выводу варикапа. В процессе подачи на варикап управляющего напряжения, например, НЧ-сигнала, мгновенное значение этого сигнала вызывает соответствующее изменение величины обратного напряжения на электродах варикапа. В результате происходит и изменение его барьерной емкости. Таким образом, в схемах модуляторов варикап используется в качестве аналога конденсатора переменной емкости, управляемого не механически, а электрически, посредством изменения величины обратного напряжения.
Необходимо отметить, что в модуляторах миниатюрных радиопередатчиков нередко в качестве варикапов используются кремниевые стабилитроны при обратном напряжении, величина которого меньше напряжения стабилизации, когда обратный ток еще очень мал, и, следовательно, обратное сопротивление стабилитрона весьма велико.
Основными параметрами варикапа являются его номинальная емкость, коэффициент перекрытия по емкости в рабочем интервале напряжений, максимальная рабочая частота, добротность конденсатора, роль которого выполняет варикап, а также температурный коэффициент варикапа.
Номинальная емкость варикапа представляет его барьерную емкость при заданном напряжении смещения. На основании зависимости барьерной емкости от приложенного к выводам варикапа обратного напряжения строится так называемая вольт-фарадная характеристика варикапа, имеющая участок, форма которого близка к линейной. Для того чтобы варикап работал именно на этом участке характеристики, на его электроды следует подать исходное напряжение смещения, величина которого определяет положение рабочей точки варикапа, то есть его номинальную барьерную емкость.
Под коэффициентом перекрытия по емкости в рабочем интервале напряжений понимается отношение общих емкостей варикапа при двух заданных значениях обратного напряжения. Обычно определение данного коэффициента производится для емкостей в рабочем интервале напряжений, то есть коэффициент перекрытия по емкости представляет собой отношение максимальной и минимальной емкостей варикапа.
Значение максимальной рабочей частоты определяет граничную частоту, при превышении которой основные параметры варикапа перестают соответствовать паспортным данным. Добротность конденсатора, роль которого выполняет варикап, рассчитывается как отношение реактивного сопротивления на заданной частоте к сопротивлению потерь при заданной емкости варикапа или обратном напряжении. Особого внимания заслуживает температурный коэффициент варикапа, который характеризует зависимость величины его емкости от температуры окружающей среды.
Помимо указанных параметров при выборе варикапа для каскада модуляции миниатюрного радиопередатчика следует обратить внимание на такие параметры, как максимальная рассеиваемая мощность, максимально допустимое обратное постоянное напряжение, а также постоянный обратный ток при этом напряжении.
Основные схемы включения варикапа
