Путеводитель в мир электроники. Книга 2 - Борис Семенов

Чтобы устранить искажения при переходе напряжения через нуль, иногда используют режим класса АВ — когда на базу подается небольшое приоткрывающее транзистор напряжение (появляется ток покоя). Это выравнивает выходную характеристику, но снижает КПД каскада. Схема для этого режима может быть такой же, как и для каскада в режиме класса А, только соотношение резисторов R1—R2 будет другим.

В высокочастотных усилителях довольно часто применяют режим класса С. Рабочая точка у такого усилителя смещается за пределы области отсечки, и транзистор открывается только при максимальных значениях входного сигнала. Несмотря на то, что сигнал на выходе усилителя сильно искажен и содержит много гармоник, синусоидальная форма восстанавливается благодаря резонансной нагрузке. Ну а так как пока транзистор закрыт — тока в цепи коллектора нет, КПД такой схемы теоретически может достигать почти 90 %.

Режим класса С удобен еще и тем, что его можно использовать для умножения входного сигнала в 2 или 3 раза. Причем в результате исследований была установлена зависимость уровней гармоник сигнала от угла отсечки Θ выходного тока. Оказалось, что максимальный уровень первой гармоники получается при угле отсечки 120°, второй — 60° третьей — 40° (это используется разработчиками при расчете схемы). Так как амплитуда гармоники с увеличением ее номера значительно уменьшается, умножение более чем в 3 раза в одном каскаде не используется.

Конечно, при работе усилителя никто не измеряет угол отсечки, но, настраивая контур в цепи коллектора на нужную гармонику и меняя угол отсечки (при помощи напряжения задающего рабочую точку), можно получить максимальный уровень сигнала.

Общим требованием к каскадам, работающим в усилителе мощности, является их согласование между собой по импедансу.

Следует также знать, что для увеличения дальности приема в два раза необходимо мощность передатчика увеличить в 4 раза. Того же эффекта можно добиться увеличением чувствительности приемника в 2 раза, то есть энергетически выгоднее увеличивать чувствительность приемника. Но здесь есть ограничение, которое связано с шумами эфира и собственными шумами схемы приемника. Поэтому полезный сигнал в точке приема должен в любых условиях превышать уровень шума в несколько раз.

Особенности настройки передатчиков

Самое лучшее из всех доказательств есть опыт.

Френсис Бэкон

Каждый передатчик имеет свои особенности, но есть некоторые общие правила, которые следует знать, — это ускорит получение нужного конечного результата. Дальнейшее описание практических схем будет подразумевать, что элементарные сведения вы хорошо запомнили. К тому же для настройки передатчиков вам потребуется несколько простейших приспособлений, на которых следует остановиться подробнее.

Прежде всего перед тем, как приступать к настройке ВЧ части, вам нужно приобрести или изготовить самостоятельно отвертку с диэлектрическим жалом. Это позволит прокручивать подстроечные конденсаторы и сердечники катушек, не внося в контур емкость (металлическая отвертка является миниатюрной антенной, которая добавляет небольшую емкость в контур, и, как только вы ее уберете — настройка «уйдет»). Такую отвертку можно сделать из пластинки (шириной 5… 10 мм) любого толстого (3…3,5 мм) диэлектрика (текстолит, стеклотекстолит, заточив напильником конец (жало) как у отвертки, рис. 12.9.

Рис. 12.9. Вид диэлектрической отвертки для настройки высокочастотных каскадов

Желательно также сразу приобрести несохнущий (вязкий) герметик (бывает белого цвета). Он используется для смазывания сердечников перед их вкручиванием в катушку. Это позволит быть уверенным, что после того как вы настроили контур, настройка не изменится от вибрации или тряски. Сердечники можно защищать от сдвига путем их заливки парафином или краской, но это менее удобно, так как в процессе экспериментов может потребоваться еще раз подстроить контур, что сделать будет уже затруднительно.

Настройка высокочастотной части передатчика всегда начинается с задающего автогенератора. Если в коллекторной цепи стоит параллельный контур, то при отсутствии высокочастотных измерительных приборов добиться работы генератора можно, установив в цепь питания миллиамперметр для контроля потребляемого тока — при возникновении генерации ток увеличивается.

Для обеспечения надежной работы автогенераторов с кварцевой стабилизацией частоты следует учитывать, что они имеют точку резонанса рядом с точкой срыва генерации. Если настройка производится ввертыванием подстроечника в катушку, то ток коллектора изменяется в соответствии с кривой, показанной на рис. 12.6, б. При настройке надо найти максимум потребляемого тока, после чего повернуть сердечник назад на пол-оборота. В этом случае генератор будет работать наиболее устойчиво.

Настройка последующих каскадов заключается в получении максимального уровня ВЧ сигнала на выходе. Тут не обойтись без специальных приспособлений, одно из которых — эквивалентная антенне нагрузка (исключением являются микромощные передатчики, которые настраиваются прямо с подключенной антенной по индикатору поля). Следует знать, что некоторые мощные радиопередатчики вообще не допускают работу без нагрузки — их выходные каскады могут сгореть без антенны или ее эквивалента.

Как можно изготовить нагрузку, эквивалентную антенне, показано на рис. 12.10.

Рис. 12.10. Эквивалентная антенне нагрузка для настройки передатчика мощностью до 4 Вт

Она состоит из четырех включенных параллельно резисторов на конце 50-омного кабеля (тут имеется в виду волновое сопротивление кабеля, которое омметром не измерить). Подойдут резисторы типа МЛТ или С2-23 мощностью 1 Вт. Выводы у них скручиваются между собой и припаиваются к кабелю при минимальной длине. К нагрузочным резисторам подключен детектор, что позволяет контролировать сигнал низкочастотными приборами.

Теперь о сопротивлении, которое следует использовать в качестве эквивалента. Его величина для изготовления нагрузки зависит от типа антенны, которую вы будете использовать, а если точнее — от ее входного сопротивления.

Активная часть входного сопротивления настроенной антенны зависит от отношения ее длины к длине волны. Вот несколько ориентировочных цифр для выбора резистора эквивалента:

• для штыревой антенны (длиной λ/4) 36…37 Ом

• для диполя (два штыря длиной по λ/4) 72…75 Ом

Так как волновое сопротивление антенны зависит не только от ее длины (l), но и от диаметра стержня (d) из которого она сделана, для любых размеров более точно можно посчитать из формул [2]:

• для штыревой антенны (длиной λ/4) Z = 60·ln(1,15·l/d);  

• для диполя (два штыря длиной по λ/4) Z = 120·ln(0,575·l/d),

где l и d — в сантиметрах, тогда Z получится в омах.

Так как установлено, что простейшая антенна — полуволновой диполь, имеет входное сопротивление в точке подключения 75 Ом, его удобно запитывать коаксиальным кабелем с соответствующим волновым сопротивлением. На практике в переносных устройствах такие длинные антенны не используются из-за их больших размеров. Ну а любая укороченная антенна будет иметь меньшее входное (волновое) сопротивление, к тому же это сопротивление будет иметь еще реактивную составляющую, что приводит к необходимости не только согласовывать выходное сопротивление передатчика с антенной, но и подстраивать его под саму антенну. Но, чтобы не засорять эфир помехами, предварительную настройку и контроль параметров удобнее проводить все же на чисто активном эквиваленте антенны.

Длина кабеля (А) от передатчика до нагрузки зависит от частоты ВЧ сигнала и для того, чтобы входное сопротивление самого кабеля было чисто активным, лучше, если его длина будет кратна значениям

A = n·λ/4,

где n — коэффициент укорочения длины волны в линии — он зависит от диэлектрического материала, из которого изготовлен кабель. Этот коэффициент показывает, во сколько раз длина волны в линии λк будет меньше, чем в окружающем пространстве λ (n = λк/λ). Для большинства наиболее распространенных отечественных коаксиальных кабелей со сплошной изоляцией из полиэтилена n = 0,66.

Последним этапом настройки передатчика является проверка его работы с реальной антенной и подстройка согласования при помощи индикатора поля — по максимуму показаний. В данном случае индикатор поля, пожалуй, один из самых простых и необходимых приборов. Его легко можно изготовить самостоятельно.