Шпионские штучки, или Секреты тайной радиосвязи - Михаил Адаменко

Принципиальная схема еще одного варианта микрофонного усилителя с буферным каскадом приведена на рис. 2.17.

Рис. 2.17. Принципиальная схема микрофонного усилителя с буферным каскадом (вариант 2)

Как и в рассмотренных ранее конструкциях, сигнал с выхода микрофона ВМ1 подается на вход усилительного каскада через разделительный конденсатор С1. Первый усилительный каскад выполнен на транзисторе VT1, стабилизация положения рабочей точки которого по постоянному току обеспечивается резистором R3. По переменному току этот резистор шунтирован конденсатором С2.

Сигнал, сформированный на резисторе R2, который является коллекторной нагрузкой транзистора VT1, подается на эмиттерный повторитель, выполненный на транзисторе VT2. При этом связь между каскадами осуществляется непосредственно, то есть между коллектором транзистора VT1 и базой транзистора VT2 отсутствует разделительный конденсатор. С эмиттера транзистора VT2 полезный сигнал через конденсатор С3 проходит на выход микрофонного усилителя.

Сопротивление участка цепи между эмиттером транзистора VT2 и шиной корпуса определяется суммой величин сопротивлений включенных последовательно резисторов R5 и R6. При том к точке их соединения подключен резистор R4. Таким образом, эмиттер транзистора VТ2 и база транзистора VТ1 оказываются соединенными между собой через резисторы R4 и R5, чем обеспечивается возникновение между каскадами отрицательной обратной связи по постоянному току. В результате напряжение на базе транзистора VТ1 формируется с помощью резистора R4 из напряжения, присутствующего на эмиттере транзистора VТ2, которое в свою очередь формируется при прохождении коллекторного тока этого транзистора через резисторы R5 и R6. По переменному току резистор R6 шунтирован конденсатором С4.

Применение конденсаторного микрофона требует подачи в цепь его включения соответствующего напряжения питания, для чего в схеме установлен резистор R1.

При разработке миниатюрных радиопередающих устройств и радиомикрофонов используются и другие, часто весьма интересные и оригинальные схемотехнические решения микрофонных усилителей. Однако ограниченный объем предлагаемого издания, к сожалению, не позволяет их рассмотреть. Необходимую дополнительную информацию заинтересованные читатели могут найти в специализированной литературе и в сети Интернет.

3. Генераторы сигнала высокой частоты

В миниатюрных транзисторных радиопередающих устройствах формирование высокочастотного сигнала несущей частоты осуществляется с помощью специальных каскадов, представляющих собой обычные ВЧ-генераторы. При разработке таких генераторных каскадов чаще всего используются весьма простые и хорошо известные схемотехнические решения, позволяющие добиться весьма приемлемых характеристик.

В зависимости от особенностей схемотехнических решений, применяемых при их конструировании, ВЧ-генераторы можно разделить на несколько групп. В настоящее время в транзисторных микропередатчиках и радиомикрофонах широкое распространение получили обычные генераторы с резонансными LC-контурами, а также генераторы с кварцевой стабилизацией частоты, выполненные на биполярных или полевых транзисторах. Поэтому в данной главе рассматриваются особенности функционирования транзисторных ВЧ-генераторов, их основные параметры и характеристики, а также основные достоинства и недостатки высокочастотных генераторов, разработанных на основе наиболее часто используемых в радиолюбительских конструкциях схемотехнических решений.

Необходимо отметить, что подробное описание теоретических основ функционирования узлов и блоков высокочастотных генераторов малогабаритных радиопередатчиков, к сожалению, выходит за рамки предлагаемого издания в связи с его ограниченным объемом. Поэтому принципы работы таких устройств будут рассмотрены весьма упрощенно, не претендуя на академическую точность.

Конечно же, в специализированной литературе и в сети Интернет можно найти немало схемотехнических решений и описаний конструкций микропередатчиков, в которых для генерации высокочастотных сигналов несущей частоты используются каскады, выполненные на другой элементной базе, например, на микросхемах, на туннельных диодах или л-диодах. Однако рассмотрение основных принципов функционирования таких устройств выходит за рамки предлагаемой книги.

3.1. Общие сведения

Основу высокочастотного тракта любого радиопередатчика, в том числе и транзисторного, составляет генератор высокочастотных колебаний. Прежде чем перейти к рассмотрению некоторых схемотехнических решений ВЧ-генераторов, применяемых в миниатюрных транзисторных радиопередающих устройствах, автор считает необходимым привести некоторые основополагающие сведения, касающиеся теоретических основ генерации высокочастотных радиосигналов. В данном разделе рассматриваются вопросы, касающиеся назначения и основ функционирования высокочастотных генераторов, критерии их классификации, а также основные характеристики. Особое внимание уделено мерам, принимаемым для обеспечения стабильности частоты сигнала, формируемого ВЧ-генератором.

Назначение и принцип действия

Неотъемлемой частью любого миниатюрного радиопередающего устройства является специальный каскад, который предназначен для генерации высокочастотного сигнала несущей частоты. Главной отличительной особенностью такого каскада, который в соответствии с его назначением называется генератором, является возникновение незатухающих ВЧ-колебаний. Такие колебания в генераторе могут возникать либо самопроизвольно, либо при наличии определенного внешнего воздействия (управляющий импульс и т. п.). Генераторы, в которых колебания возникают самостоятельно, часто называют автогенераторами или самовозбуждающимися генераторами.

С точки зрения схемотехники генераторы высокочастотного сигнала несущей частоты, применяемые в миниатюрных транзисторных радиопередатчиках и радиомикрофонах, чаще всего представляют собой усилительный каскад, между выходом и входом которого включена цепь положительной обратной связи. Применение именно положительной обратной связи объясняется тем, что колебания, подаваемые с выхода усилительного каскада на его вход, должны иметь такую полярность, которая необходима для поддержания уже возникших в каскаде колебаний.

При рассмотрении принципа действия генератора входящий в его состав усилительный каскад можно представить как четырехполюсник, без искажений усиливающий подаваемый на его вход сигнал, то есть функционирующий в нормальном (штатном) рабочем режиме. В этом случае форма выходного напряжения такого каскада будет полностью повторять форму напряжения на его входе, но в тоже время будет отличаться большей амплитудой и в некоторых случаях фазой. Если же теперь выходной сигнал усилителя подать на его вход через специальный каскад (цепь обратной связи), который обеспечит преобразование его амплитуды и, при необходимости, фазы таким образом, чтобы они соответствовали аналогичным параметрам входного сигнала, то подавать на вход каскада какой-либо сигнал извне не потребуется. Это значит, что первоначальный входной сигнал может быть отключен, а вместо него в качестве входного будет использоваться соответствующим образом преобразованный выходной сигнал. В результате каскад продолжает функционировать, но уже не как усилитель, а как генератор сигнала. Таким образом, генератор высокочастотных колебаний можно представить как специальный преобразователь, в котором энергия постоянного тока источника питания преобразуется в энергию переменного тока высокой частоты.

Одной из главных задач, решаемых с помощью цепи обратной связи, является такое преобразование амплитуды выходного сигнала, при котором после прохождения через цепь ОС величина амплитуды подаваемого на вход усилительного каскада будет достаточной для поддержания колебаний в системе. Именно это условие, часто называемое балансом амплитуд, является решающим при выборе определенной глубины обратной связи. При меньшей глубине или слабой обратной связи амплитуда выходного сигнала будет уменьшаться, колебания станут затухающими, что приведет к срыву генерации. При большей глубине или сильной обратной связи амплитуда выходного сигнала будет возрастать. В результате неконтролируемое увеличение амплитуды колебаний может привести к выходу из строя активного элемента усилительного каскада. В лучшем случае активный элемент (например, транзистор) либо войдет в режим ограничения, либо закроется.

Второй задачей, решение которой обеспечивает цепь обратной связи, является преобразование фазы выходного сигнала таким образом, чтобы она по отношению к фазе входного сигнала имела сдвиг 0° или 360°. В этом случае обычно говорят, что выходной сигнал подается на вход усилительного каскада в фазе. Выполнение данного условия, часто называемого балансом фаз, является основополагающим фактором при выборе схемотехнического решения активного элемента и цепи обратной связи. Необходимо отметить, что конкретные особенности усилительного каскада и цепи обратной связи обеспечивают синфазность выходного и входного сигналов лишь на одной частоте. Таким образом, частота формируемых генератором колебаний зависит от суммарного фазового сдвига непосредственно в усилительном каскаде и в цепи положительной обратной связи.