Форум радиоконструкторов

Поддерживается техническим комитетом Лиги радиолюбителей Украины.
Текущее время: 20 фев 2017, 17:40

Часовой пояс: UTC+02:00




Начать новую тему  Ответить на тему  [ 1 сообщение ] 
Автор Сообщение
 Заголовок сообщения: ИНТЕГРИРОВАННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ ПЧ
СообщениеДобавлено: 13 дек 2016, 16:11 
Не в сети

Зарегистрирован: 21 фев 2016, 08:19
Сообщения: 34
Откуда: Винница
История создания этого усилителя промежуточной частоты (далее — УПЧ), как составной части любительского коротковолнового трансивера, началась в начале семидесятых годов прошлого столетия, когда отечественная промышленность освоила выпуск высокочастотных германиевых транзисторов разного типа проводимости: p-n-p ГТ313А и n-p-n ГТ311А, которые начали появляться в продаже.

Это положило начало моих активных поисков и экспериментов с транзисторными каскодными схемами, применяемыми ранее только в ламповых усилителях. Пример такой схемы приведён на рисунке 1. Название усилительного каскада «каскодный» произошло путём слияния частей слов «каск-ад через кат-од» (англ. casc-ade to cath-ode). Иногда каскодный усилитель называют просто «каскод».

Основным назначением УПЧ является максимально большое усиление принимаемого сигнала после фильтра основной селекции, при низком уровне собственных шумов, минимальном количестве активных усилительных элементов и высокой линейности. Диапазон ручной (РРУ) или автоматической (АРУ) регулировки усиления УПЧ должен быть как можно большим, соизмеримым с самим усилением.


Изображение

Особенность каскодной схемы состоит в том, что нагрузкой усилительного транзистора VT1, включённого по схеме с общим эмиттером, является низкое входное сопротивление транзистора VT2, включённого по схеме с общей базой. Этим осуществляется эффективная развязка между входом и выходом усилительного каскада, что повышает его стабильность, увеличивает коэффициент усиления и входное сопротивление.

Существенным недостатком такой схемы является присутствие в выходном сигнале на коллекторе транзистора VT2 напряжения и шумов источника питания. Это вызывает необходимость применения дополнительной контурной катушки связи, что ведёт к частичной потере уровня сигнала, появлению фазовых искажений, уменьшает соотношение сигнал–шум и стабильность каскада.

Для устранения этого недостатка и удобства согласования с последующими каскадами, был добавлен ещё один каскод (рисунок 2) выходной сигнал которого снимается относительно общего минуса. В нём применены транзисторы разных типов проводимости, что позволило соединить каскады гальванически и получить большой коэффициент усиления при малом уровне шумов и количестве пассивных элементов.


Изображение

Транзистор VT3 включен по схеме эмиттерного повторителя с большим входным сопротивлением, поэтому колебательный контур C1L1 не нагружается и усиление каскада на транзисторах VT1, VT2 максимальное. Транзистор VT4 включен по схеме с общей базой и имеет высокое выходное сопротивление, что также обеспечивает максимальное усиление каскада. Конденсатор C2 блокирует базы транзисторов VT2, VT4 по высокой частоте.

Общий коэффициент усиления УПЧ зависит от крутизны характеристик транзисторов VT1, VT4 и резонансного сопротивления колебательных контуров C1L1, C3L2 и может достигать более десяти тысяч (> 80 db). Регулировка усиления производится изменением тока базы транзистора VT1, что ведёт к синхронному изменению токов баз транзисторов VT2 и VT4, изменяя усиление всего УПЧ.

Эволюция схемы продолжилась. Теперь на выходе УПЧ появился смеситель (рисунок 3). Была выбрана схема активного смесителя, позволяющая получить усиление преобразуемого сигнала и не ухудшить соотношение сигнал–шум. Входной сигнал ПЧ (IF) подаётся на базу транзистора VT1, сигнал с опорного кварцевого генератора (BFO) подаётся на второй затвор транзистора VT5, звуковой сигнал снимается с резистора R1.


Изображение

Этот малошумящий с большим усилением УПЧ позволил мне слышать очень слабые сигналы корреспондентов со всех континентов и проводить с ними радиосвязи (http://radon.org.ua/forum/viewtopic.php?f=106&t=115) на диапазоне 80 метров телеграфом. Вместо резистора R1, в разных вариантах схемы, использовались высокоомные наушники или выходной трансформатор. Это были поистине неповторимые годы молодости, увлечений, оптимизма, поиска чего-то нового и интересного.

Качественный скачёк в построении схемы УПЧ произошёл, когда стали широко доступны импортные радиодетали и освоена технология СМД. Было решено интегрировать разработанную схему УПЧ с другими каскадами, максимально используя гальванические связи, чтобы получился полнофункциональный законченный блок, начиная от фильтра основной селекции и заканчивая громкоговорителем.


Изображение Изображение

Фото блока интегрированного усилителя ПЧ приведены выше. Монтаж выполнен на двустороннем фольгированном стеклотекстолите толщиной 2 мм покрытого сплавом Розе, все пайки производились легкоплавким проволочным припоем с канифольным наполнением. В зависимости от желания и возможностей, на входе УПЧ могут стоять телефонный и телеграфный фильтры, переключаемые реле.

Ниже приведена полная принципиальная схема интегрированного УПЧ и описан принцип её работы. Должен заметить, что в уже собранном блоке приходилось порой делать незначительные доработки, изменять номиналы деталей, поэтому фото печатной платы может не совсем совпадать с принципиальной схемой. Конструируя данный УПЧ, желательно самому разрабатывать печатную плату.


Изображение

Транзисторы VT2, VT4, VT7, VT8 составляют уже известную нам схему (рис. 2) двойного каскода. Для плавности регулировки усиления в качестве транзистора VT2 применён полевой транзистор. Усиление УПЧ регулируется изменением напряжения смещения транзистора VT3 в пределах 0 ÷ +3 В. Для снятия сигнала с кварцевого фильтра в режиме передачи применён истоковый повторитель на транзисторе VT1.

Усиленный УПЧ сигнал поступает на первый затвор полевого транзистора VT9, на второй затвор которого поступает сигнал с опорного кварцевого генератора (BFO), частота которого определяется кварцами ZQ3, ZQ4 в зависимости от боковой полосы. В результате смешения частот, на резисторе R17 выделяется звуковой сигнал, который поступает на затвор транзистора VT10 предварительного усилителя звуковой частоты.

В сток транзистора VT10 включены базы транзисторов VT11, VT12 с эмиттеров которых снимается усиленный звуковой сигнал. Смещение этих транзисторов задаётся инфракрасным светодиодом VD5 падение напряжения на котором составляет 1,2 В. Напряжение средней точки 4 В выставляется подстроечным резистором R17. Резистор R26 служит в качестве «вольтодобавки». Выходная мощность усилителя ЗЧ составляет около 0,5 Вт.

Сигнал звуковой частоты через конденсатор C24 подаётся на выпрямитель АРУ собранный на диодах VD6, VD8 типа Шоттки, начальное напряжение смещения для которых задаётся светодиодом VD7 того же типа, что и диод VD5. Выпрямленное напряжение поступает на конденсатор C26, который задаёт время срабатывания и спада АРУ, а также на затвор регулирующего транзистора VT13.

Опорный кварцевый генератор (BFO) собран по схеме ёмкостной трёхточки на полевом транзисторе VT6, транзистор VT5 является истоковым повторителем сигнала BFO для тракта передачи. Цепочка ZQ2, VD4, L3 представляет собой перестраиваемый режекторный Notch фильтр, включаемый контактами реле К2.1 для вырезания несущей или телеграфной помехи, попавшей в приёмный тракт. Индуктивность катушки L3 около 20 мкГн.

Назначение пронумерованных выводов блока следующее.
1 — выход сигнала ПЧ с кварцевого фильтра для смесителя на передачу.
2 — вход кварцевого фильтра УПЧ.
3 — земляной вывод входа кварцевого фильтра УПЧ.
4 — коммутация реле К1 переключения кварцев ZQ3, ZQ4.
5 — напряжение регулировки усиления ПЧ.
6 — линейный выход BFO.
7 — регулировка частоты режекторного Notch фильтра.
8 — коммутация реле К2 включения режекторного Notch-фильтра.
9 — выход усилителя звуковой частоты.
10 — напряжение питания +12 В для усилителя звуковой частоты.
11 — выход регулирующего транзистора АРУ.
12 — прямой выход сигнала АРУ.
13 — напряжение +15 В ÷ 19 В для питания блока.
14 — вход тона для самоконтроля при передаче CW (при приёме замыкается на вывод 15).
15 — выход напряжения +12 В для питания усилителя звуковой частоты.
16 — вход сигнала с микрофонного усилителя для самоконтроля при передаче SSB.

Данный УПЧ можно с успехом собрать и на обычных выводных элементах, ведь практически все СМД детали являются их миниатюрной копией. Для упрощения монтажа и предотвращения паразитных ёмкостных связей все компоненты схемы желательно располагать в одну линейку. На возникшие вопросы по теме публикации постараюсь, по-возможности, ответить всем.

В дополнение к схеме блока интегрированного усилителя ПЧ предлагаю вниманию радиолюбителей и конструкторов оригинальные схемы манипулируемого кварцевого генератора и балансного смесителя с несимметричными входами и несимметричным выходом. Эти схемы могут пригодиться при разработке и построении нового трансивера или модернизации старого, как важные и необходимые функциональные узлы.

Изображение

Схема генератора работает на частоте последовательного резонанса кварца. Время нарастания (установления) колебаний зависит от добротности и частоты кварца, и составляет меньше 50 мкс на частоте 9 МГц при использовании высокочастотных транзисторов. Резистором R3 в эмиттере транзистора VT1 подбирают форму колебаний генератора близкой к синусоидальной. Резистором R4 регулируют уровень выходного сигнала.

Изображение

Балансный смеситель работает следующим образом. Положительная полуволна входного сигнала на конденсаторе C1 увеличивает напряжение на эмиттере транзистора VT3 и чем уменьшает ток через транзисторы VT2, VT3, при этом увеличение напряжения на затворе транзистора VT1 увеличивает ток через транзисторы VT1, VT4. В результате, ток через смеситель остаётся неизменным и сигнал на его выходе отсутствует. Аналогично по входному сигналу на конденсаторе C3. Когда на оба входа смесителя приходят сигналы разных частот, на контуре C2L1 выделяется их сумма или разность.

Если эта схема или её часть будут использованы в коммерческих (производственных) целях, надеюсь на достойное вознаграждение. Ведь интеллектуальный труд должен цениться не менее щедро, чем физический. Желаю успехов, хорошего прохождения и чистого приёма.


__________________________________________________________________
Юрко П. Стрелков-Серга (Jerry P. Strelkov-Serga)
ex UB5NCV, RB5NC, now UT5NC (ut5nc(at)ukr.net)


Вернуться к началу
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему  Ответить на тему  [ 1 сообщение ] 

Часовой пояс: UTC+02:00


Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и 0 гостей


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Перейти:  


Создано на основе phpBB® Forum Software © phpBB Limited
Русская поддержка phpBB