\главная\начинающему\...

КВ приемник мирового уровня –это очень просто

ГЛАВА 24. “Мелочам” — особое внимание!

“Спец”: После того, как мы разобрались с гетеродинами, пора взяться и за СМЕСИТЕЛИ!

“Аматор”: А вы не считаете, что на этом вопросе следует остановиться немного более подробно?

“С”: Почему бы и нет? Но, должен сказать, и задачка же это! Преобразование частоты — один из самых важнейших разделов радиотехники! И, следует заметить, один из самых непростых ее разделов. Имеется множество школ и направлений! Порой одни не понимают других...

“А”: Как в том анекдоте, где коллекционер марок возмущался по поводу того, как это можно, да как это только может в голову прийти кому-то -коллекционировать спичечные этикетки?!

“С”: Отчасти... Тем не менее, современная электроника действительно в этом вопросе идет СРАЗУ ПО НЕСКОЛЬКИМ ПУТЯМ!

“Незнайкин”: Это как знаменитый граф Сен-Жермен, который выехал из какого-то города СРАЗУ через ВСЕ ВОРОТА?

“С”: Уважаю юмор! Но вот интересно, как бы вы поступили, будучи специалистами по преобразователям частоты?

“А”: Досадно, но мы с Незнайкином не можем еще считать себя таковыми... Может быть когда-нибудь, в будущем...

“С”: Но живем-то мы в настоящем! Поэтому попытаемся здраво уяснить себе основное. Преобразование частоты сводится, в сущности, к реализации ДВУХ процессов:

а) перемножению двух переменных напряжений — СИГНАЛА и ГЕТЕРОДИНА;

б) ВЫДЕЛЕНИЮ, посредством некоего фильтра ОДНОЙ ИЗ многочисленных КОМБИНАЦИОННЫХ ЧАСТОТ, взятой нами в качестве ПРОМЕЖУТОЧНОЙ.

“Н”: То есть мы по определению, творим произвол?

“С”: В отличие от произвола политического, технический в данном случае ВО БЛАГО! В самом деле, мы можем взять РАЗНОСТЬ двух частот, но можем взять и их СУММУ! Так вот, перемножение осуществляется посредством подачи преобразуемых колебаний в электрическую цепь, коэффициент передачи которой ПЕРИОДИЧЕСКИ ИЗМЕНЯЕТСЯ с частотой гетеродина! Однако, эта цепь должна быть КАК МОЖНО БОЛЕЕ ЛИНЕЙНА по отношению к принимаемому СИГНАЛУ.

“А”: Но, несмотря на это, в преобразователях частоты (смесителях) имеются и НЕЛИНЕЙНЫЕ элементы?

“С”: Так ОНИ-ТО и служат для получения коэффициента передачи, изменяющегося с частотой гетеродина! Поэтому можно сказать, что элементы преобразователя должны быть подобраны таким образом, чтобы оставаясь ВСЕГДА ЛИНЕЙНЫМИ по отношению К ВХОДНОМУ СИГНАЛУ, являться ВСЕГДА НЕЛИНЕЙНЫМИ по отношению к высокочастотному СИГНАЛУ ГЕТЕРОДИНА!

“А”: Но ведь это возможно только в одном единственном случае! Если НАПРЯЖЕНИЕ СИГНАЛА МАЛО ПО СРАВНЕНИЮ С НАПРЯЖЕНИЕМ ГЕТЕРОДИНА!

“С”: Блестяще!... Кто знает, дорогой Аматор, возможно пройдут годы и ТВОЕ имя будет вписано золотыми буквами в историю покорения человечеством преобразователей частоты!

“Н”: Я горжусь тобой, дружище!

“А”: Поздравительные адреса прошу класть на краешек вон того стула!

“С”: Отдохнули?... А теперь, как сказал Бывалый, пора ... на работу! Так вот, НЕЛИНЕЙНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ, пригодными для преобразования частоты, обладают транзисторы, диоды, электронные лампы и многие другие приборы. Но, испытав в свое время, как преобразователи на биполярных транзисторах, так и на FET; как на варикапах, так и на лампах, могу сказать только одно. Я выбрал вполне определенный тип преобразователя! Преобразователь частоты на диодах Шоттки! А если еще точнее — ШИРОКОПОЛОСНЫЙ ДИОДНЫЙ КОЛЬЦЕВОЙ СМЕСИТЕЛЬ (преобразователь частоты) НА ДИОДАХ ШОТТКИ!

“А”: Кажется я где-то читал, что они не обладают усилением?

“С”: Не беда! В своей великолепной монографии “СХЕМОТЕХНИКА РАДИОПРИЕМНИКОВ” немецкий специалист Эрих Рэд довольно подробно и с большим знанием дела рассматривает эти смесители.

“А”: А что вы можете сказать о них, исходя из приобретенного опыта?

“С”: Я полностью разделяю мнение Рэда. По ходу дела — мы еще не раз уточним — почему именно! На то есть много причин. Кстати, ШИРОКОПОЛОСНЫЕ диодные кольцевые смесители называют еще ДВОЙНЫМИ БАЛАНСНЫМИ. Предпочтение, естественно, отдается мощным кольцевым смесителям на диодах Шоттки.

“А”: Чем же они так хороши для подобных применений?

“С”: Они, прежде всего, являются СВЕРХБЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИМИ и ИСКЛЮЧИТЕЛЬНО МАЛОШУМЯЩИМИ! Будем также помнить, что у подобных смесителей есть целый ряд и других важных для нас параметров. Это, скажем, ВНОСИМОЕ ЗАТУХАНИЕ А, КОЭФФИЦИЕНТ ШУМА Ей РАЗВЯЗКА между входами А . Вносимое затухание характеризуется обычно величиной не более 5,5 дБ. Шум у этих преобразователей ОЧЕНЬ МАЛ и обычно порядка 1 дБ. Что касается развязки, то здесь все зависит от разновидности используемой схемы.

“А”: Ну, а на какой схеме остановимся мы? Соответственно, какая величина развязки будет ее характеризовать?

“С”: Вот у этого смесителя величина развязки между входом сигнала и выходом смесителя имеет значение несколько превышающее 25 дБ. А вот величина развязки гетеродинного выхода и информационного входа — порядка 40 дБ (рис. 24.1).

“Н”: А какого типа диоды Шоттки могут быть здесь использованы?

“С”: Ну, прежде всего, типа КД-514А. Заметим, что предлагаемый смеситель достаточно оптимален для нашего приемника.

“A”: Сама схема смесителя представляется мне относительно простой! А как намотаны трансформаторы?

“С”: Это все та же, уже хорошо освоенная нами намотка. С одной небольшой разницей. Уже после намотки скрученной пары, одиночным проводом по ранее проложенным виткам наматывается катушка связи.

“Н”: Выводы 5 и 6 у каждого из трансформаторов — это она и есть?

“С”: Ну конечно же! Кстати, количество витков Тр2 равно 10 (как скрученной пары, так и катушки связи), а для Tpl - 12.

“Н”: Кольцо такое же, как в УВЧ?

“С”: Да, МО 16-ВТ-8.

“А”: То есть и в смесителе мы встречаем все те же шптл?

“С”: А ты разве очень грустишь по этому поводу?

“А”: Нисколько! Скорее из-за того, что еще не встречался с таким понятием, как ДИПЛЕКСОР.

“С”: Это еще не повод для грусти! Ведь встречался же ты с такими понятиями, как фильтр низких частот (ФНЧ), фильтр высоких частот (ФВЧ)?

“А”: А то...

“С”: Ну вот! А в мировой радиотехнике прижился очень емкий термин ДИПЛЕКСОР. Иными словами, диплексором можно считать любой фильтр, собранный на пассивных компонентах. Бывают диплексоры Г-образные и П-образные. Так вот здесь у нас применен Г-образный диплексор.

“Н”: Какова его роль?

“С”: Да вы только представьте себе, какое количество ВНЕДИАПАЗОННЫХ сигналов и гармоник может быть в самом пиковом случае в выходном сигнале смесителя! Ну и зачем они нам?

“А”: Абсолютно не к чему! Диплексор и будет способствовать их подавлению.

“С”: И притом весьма эффективно! Кстати, характеристическое сопротивление (или ИМПЕДАНС) подобного фильтра выбирается в современной радиотехнике равным 50 Ом, что позволяет великолепно согласовать его с остальными высокочастотными узлами. На входе и выходе диплексор должен нагружаться сопротивлениями, равными его импедансу. НЕСОБЛЮДЕНИЕ ЭТОГО правила резко ИСКАЖАЕТ кривую СЕЛЕКТИВНОСТИ ! Причем именно в полосе пропускания.

“Н”: А если так не повезет, что диодов Шоттки раздобыть не удастся?

“С”: Лучше всего постараться так, чтобы удалось! Но уж если очень не повезет, а также и в том случае, если будет охота поэкспериментировать, то можно посоветовать: КД-520; КД-503; 1Д-507А. Иные германиевые диоды приведут к значительному увеличению шумов.

“А”: На чем лучше всего мотать катушки диплексора?

“С”: Используются каркасы типа I и II.

“Н”: Ну хорошо, а дальше? Выход диплексора поступает непосредствен но на кварцевый фильтр?

“С”: Электроника не терпит суеты. И схемотехника, дорогой Незнайкин, в частности. Поэтому я даю здесь схему согласования кварцевого фильтра с выходом диплексора. Подобную схему предложил в свое время RC2AM. Проверив возможности данной схемы, я и рекомендую ее вам (рис. 24.2).

“А”: Полевые транзисторы служат для развязок и согласования им-педансов?

“С”: В основном для этого.

“А”: А что представляет собой собственно усилитель первой промежуточной частоты, стоящий ПОСЛЕ кварцевого фильтра?

“С”: Теоретики немецкой фирмы Роде в свое время определили, что коэффициент усиления собственно первой ПЧ не должен превышать 20 дБ или 10 раз по напряжению. Но и быть меньше этой величины не должен! Поэтому принимаем именно такое значение.

“А”: А как насчет принципиальной схемы?

“С”: Как всегда, вот и она. Посмотри в нижней части рис. 24.2

“Н”: Ну это вообще... Я мало что понимаю.

“А”: Тебя удивило обозначение VT3?

“С”: Вот что значит забывать классику, мои дорогие друзья! Помните фильм “Золото Маккены”? Самое начало? Легенду о грифе-стервятнике?

“А”: Это не там человек, увидав над своим домом кружащегося грифа, испугавшись, сбежал в далекую пустыню? А вскоре, уже в пустыне, снова увидал над своей головой все того же грифа. Он спросил грифа, как тот оказался в пустыне?...

“С”: ...На что гриф ответил, что в городе он просто так навестил этого человека. А вот дожидался его именно здесь!!

“Н”: Ну и намеки у вас! Прямо мороз по коже! Что, сейчас снова в моде инфернальный юмор? Ну причем легенда о грифе к рассматриваемой схеме усилителя первой промежуточной частоты?

“А”: Я, кажется, понял причем! Вы Спец, хотите сказать, что до сих пор мы старательно обходили вопрос о двухзатворных MOSFET. Об их особенностях и использовании. Но ДВУХЗАТВОРНИК встретил нас здесь!.

“С”: Я всегда любил разговаривать с высокоинтеллектуальными собеседниками, дорогой Аматор! Полагаю, что не только мы, но и электроника вообще, уже не сможет обойтись без двухзатворных MOSFET.

“А”: Согласен, но в схеме смесителя нашего приемника мы их не увидели.

“С”: Они, кстати, совсем не плохи и в схемах смесителей. Но мы пошли по иной тропе... А вот в схемах резонансных, селективных усилителей, ДВУХЗАТВОРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ - КОРОЛИ?

“Н”: “...Хорошая девочка Лида! Да чем же она хороша?”

“С”: Сейчас объясню. Любопытно, что в обычном своем (см. нашу схему) подключении, любой двухзатворный MOSFET ВКЛЮЧЕН КАСКОДНО! А преимущества каскодных схем нам уже известны. Далее, двухзатворные MOSFET характеризуются ЗНАЧИТЕЛЬНЫМ ВХОДНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ ! А что из этого следует?

“А”: Это дает возможность подключать НЕПОСРЕДСТВЕННО в стоковую цепь резонансные системы. При этом, не шунтируя их, то есть сохраняя узкую полосу.

“Н”: Ну, а чем хуже обычный MOSFET?

“С”: Емкостью Миллера, например! Впрочем, некоторые конкретные цифры не помешают. Исследователи установили, что транзистор КП305 на пример, в цепи стока которого включен резонансный контур, эквивалентен на частоте 50—60 МГц сопротивлению от 2 до 3 кОм. А значит, шунтирует контур!

“А”: Ну, а двухзатворный?

“С”: А вот MOSFET типа КП306; КП350; КП327; КП359 имеют в этом случае эквивалентное сопротивление около 20 кОм! А это уже совсем иное дело!

“А”: Может это покажется странным, но я никогда не мог понять, в чем разница между КП306 и КП350?

“С”: Только в том, что КП306 более подходит для УВЧ, чем КП350. Поскольку в его техническом паспорте ОСОБО ОГОВОРЕН такой параметр, как КВАДРАТИЧНЫЙ УЧАСТОК переходной характеристики по первому затвору! Вот этот участок характеристики мы и будем сейчас использовать.

“Н”: Не могли бы вы более подробно рассказать о двухзатворных приборах?

“С”: Это огромная отдельная дисциплина! Могу только отметить, что двухзатворный MOSFET — это кристаллический аналог тетрода. В центре канала, который обычно управляется обеднением и обогащением, помещена узкая низкоомная область — экран, который отсекает влияние поля стока на первый затвор. Это эквивалентно действию экранирующей сетки тетрода. Двухзатворники, кроме того, характеризуются низким уровнем шумов. А также тем интересным обстоятельством, что допускают управление своим режимом по постоянному току путем изменения потенциала второго затвора.

“А”: У меня только один вопрос! Зачем включен каскад на JFET? Что это может означать?

“С”: Только одно. Нам, просто до зарезу, нужно знать, какова реальная амплитуда сигнала на входе кварцевого полосового фильтра!

“Н”: А как мы употребим это знание? Куда его применим?

“С”: Знание (где-то по большому счету) — это сила, Незнайкин! И применять его можно широко! Но в данном случае... это уже забота радиоприемника! Поскольку выпрямленный и отфильтрованный сигнал, однозначно характеризующий u_bx фильтра, является управляющим для электронных цепей ПЕРВОЙ ПЕТЛИ АВТОМАТИЧЕСКОЙ РЕГУЛИРОВКИ УСИЛЕНИЯ, иначе - АРУ1.

“А”: Именно этот сигнал и управляет р—i—n-диодом входного аттенюатора?

“С”: Точно так! Не желаешь ли увидеть одно из возможных практических решений этой задачи?

“А”: Еще бы нет! Заранее убежден, что эта цепь АРУ мало напоминает соответствующую цепь обычного радиоприемника, нет?

“С”: Ты, пожалуй, прав! Впрочем, вот она, суди сам (рис. 24.3).

“А”: Ну и ну! А не слишком здесь много всего нарисовано, дорогой Спец? Да и электричества такой узелок берет, очевидно, море?

“С”: А вот и не угадал, дружище! Эта схема, в действительности, полна скрытных и явных достоинств. Прежде всего, расставим все точки над “i” в вопросе расходования энергии. Ты можешь заметить, что схема содержит три операционных усилителя (ОУ) типа КР140УД1408А, Это отличные, высокоточные и, в то же время, массовые ОУ. Их ток потребления, между прочим, на уровне 0,5 мА на корпус! Что касается ОУ К140УД17, то их ток потребления — не более 10 мА.

“Н”: Как, все три ОУ потребляют только 1,5 мА?

“С”: Невероятно, но факт! Далее. Задача управления р—i—n-диодом в качестве аттенюатора не так проста. И вопрос, откуда брать для этого управляющий сигнал, дискутировался годами! Имеется значительное количество самых разнообразных вариантов схемной реализации этого узла. Поэтому то обстоятельство, что управляющий сигнал берется ДО второго преобразователя частоты, далеко не случаен. Но как его лучше получить? А если мы, проходя диапазон, встретились с очень мощной помехой? Вот почему в нашем случае применен “хитрый” детектор, который детектирует НЕ ОГИБАЮЩУЮ сигнала, а непосредственно УРОВЕНЬ НЕСУЩЕЙ !

“А”: Но на выходе широкополосного диодного детектора амплитуда постоянного сигнала очень мала. Так вот для чего здесь используется высококачественный усилитель постоянного тока, выполненный на ОУ D3, D4 и D5?!

“С”: Исключительно для этого! Вообще должен заметить, что собственно ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ (а именно так именуются дифференциальные усилители высокого качества), собранный по предложенной схеме, является стандартным, всесторонне проверенным узлом. Такая конфигурация широко используется в профессиональной аппаратуре.

“А” Я встречал в литературе упоминание о том, что на западе такой усилитель выпускается в виде отдельной микросхемы.

“С”: Причем очень широко. Особенно преуспели в этом японские фирмы и такая американская, как BURR-BROWN. Но мы исходим из того, что имеем... Между прочим, коэффициент усиления инструментального усилителя может регулироваться в ШИРОКИХ ПРЕДЕЛАХ заменой всего ОДНОГО резистора, обозначенного, как R15. При уменьшении R15 — коэффициент увеличивается и наоборот. “Н”: А что представляют собой узлы, собранные на D1 и D2?

“С”: Каждый из них есть ни что иное, как ИТУН Эта аббревиатура расшифровывается как ИСТОЧНИК ТОКА, УПРАВЛЯЕМЫЙ НАПРЯЖЕНИЕМ. Вернемся к нашей задаче. Ведь ток через р—i—n-диод определяет очень многое. Этот ток ПРОХОДИТ ПО ВХОДНОМУ КОМПОНЕНТУ высококачественного приемника! Поэтому НИКАКИХ отклонений этого тока от заданной величины мы допускать не вправе! НИКАКИХ случайных импульсов, выбросов, дрейфов и т.д.!

“А”: То есть если с выхода инструментального усилителя на вход ИТУН поступает определенный сигнал, то отклонений тока не будет, даже если напряжение питания, скажем, меняется?

“С” Ты верно ухватил суть дела!

“Н”: А почему не удалось обойтись одним ИТУНом, в нагрузке по току которого и стоит р—i—п?

“С”: Проанализируем ситуацию! Допустим, что сигнал на антенном входе достаточно МАЛ! В этом случае р—i—n-диод должен обладать МИНИМАЛЬНЫМ возможным сопротивлением для ВЧ-сигнала. Но это будет только в том случае, если через р—i—n проходит некоторый ощутимый ток (несколько миллиампер) высокого качества, то есть БЕЗ ИМПУЛЬСОВ, ШУМОВ, ПОМЕХ. Но из этого следует, что для этого ИТУН, собранный на D1 и транзисторах VT1 и VT2, должен на своем НЕИНВЕРТИРУЮЩЕМ входе иметь НЕ НУЛЕВОЙ, а некоторый МАКСИМАЛЬНЫЙ (для данной схемы) положительный потенциал!

“А”: То есть на входе ИТУН сигнала нет, а потенциал максимальный?!

“С”: Вот в этом и соль! А между тем, это большое дополнительное удобство при наладке схемы. Регулируя величину R_flaT (по схеме R5), или слегка изменяя номинал резистора R1, мы устанавливаем ОПТИМАЛЬНЫЙ ТОК р—i—п-диода при отсутствии сигнала по петле АРУ!

“А”: Наконец-то я понял! В то же время ИТУН, собранный на D2 и транзисторах VT3 и VT4, при ОТСУТСТВИИ падения напряжения на R10 не “засветит” светодиод оптрона, так?

“С”: Ну безусловно! А “темный” светодиод оптрона АОР124 соответствует МИНИМАЛЬНОЙ проводимости фоторезистора R . Его величина исчисляется при этом в сотнях килоом. Следовательно, никакого шунтирующего действия на R2 он не оказывает.

“Н”: Значит на входе 3 микросхемы D1 присутствует МАКСИМАЛЬНЫЙ сигнал, что и требуется?

“С”: Верно, а теперь представим другой случай, когда сигнал на выходе инструментального усилителя увеличился настолько, что потенциал на R10 стал вполне ощутим. Что тогда?

“А”: В этом случае светодиод оптрона начинает, наконец, светиться, а проводимость R, — возрастать. Стало быть, R. начинает шунтировать резистор R2. Значит потенциал на входе 3 микросхемы D1 УМЕНЬШАЕТСЯ. Но это ЭКВИВАЛЕНТНО УМЕНЬШЕНИЮ ТОКА через p-i-n-структуру. Следовательно, мы имеем дело с явным случаем РЕГУЛИРОВАНИЯ величины поступающего на УВЧ высокочастотного сигнала. Что и требовалось!

“С”: В таком случае, традиционный вопрос: какие будут предложения, пожелания, замечания, наконец?

“Н”: Знаете, Спец, электроника первой АРУ не представляется мне больше громоздкой и непонятной!

“С”: Отлично! В таком случае, как говорили прежде кавалерийские командиры — вперед! Только вперед!