Amatérské rádiové obvody, vysokofrekvenční generátory. LC generátory založené na tranzistorech s efektem pole
Tato kniha pojednává o vlastnostech obvodových řešení používaných při vytváření miniaturních tranzistorových rádiových vysílacích zařízení. Odpovídající kapitoly poskytují informace o principech činnosti a vlastnostech fungování jednotlivých jednotek a kaskád, schémata zapojení a další informace potřebné pro samostatnou konstrukci jednoduchých rádiových vysílačů a rádiových mikrofonů. Samostatná kapitola je věnována úvahám o praktických návrzích tranzistorových mikrovysílačů pro komunikační systémy krátkého dosahu.
Kniha je určena začínajícím radioamatérům, kteří se zajímají o vlastnosti obvodových řešení jednotek a kaskád miniaturních tranzistorových rádiových vysílacích zařízení.
V dříve diskutovaných obvodových řešeních pro LC generátory byl jako aktivní prvek použit bipolární tranzistor. Při vývoji miniaturních rádiových vysílačů a rádiových mikrofonů se však široce používají obvody aktivních prvků vyrobené na tranzistorech s efektem pole. Hlavní výhodou tranzistorů s efektem pole, často nazývaných kanálové nebo unipolární, je jejich vysoký vstupní odpor, srovnatelný se vstupním odporem elektronek. Zvláštní skupinu tvoří tranzistory s efektem pole s izolovaným hradlem.
Pro střídavý proud může být polem řízený tranzistor aktivního prvku vysokofrekvenčního generátoru zapojen se společným zdrojem, se společným hradlem nebo se společným kolektorem. Při vývoji mikrotransmiterů se častěji používají obvodová řešení, ve kterých je střídavý tranzistor s efektem pole zapojen do obvodu se společným kolektorem. Tento připojovací obvod pro tranzistor s efektem pole je podobný připojovacímu obvodu se společným kolektorem pro bipolární tranzistor. U aktivního prvku vyrobeného na tranzistoru s efektem pole zapojeného do obvodu se společným kolektorem je zátěž připojena ke zdrojovému obvodu tranzistoru a výstupní napětí je ze zdroje odstraněno ve vztahu ke sběrnici šasi.
Napěťové zesílení takového stupně, často nazývaného sledovač zdroje, se blíží jednotce, to znamená, že výstupní napětí je téměř stejné jako vstupní napětí. V tomto případě nedochází k žádnému fázovému posunu mezi vstupním a výstupním signálem. Zdrojové sledovače se vyznačují relativně nízkou vstupní impedancí s vysokou vstupní impedancí. Navíc se takové stupně vyznačují nízkou vstupní kapacitou, což vede ke zvýšení vstupního odporu při vysokých frekvencích.
Jedním z klasifikačních kritérií pro LC generátory založené na tranzistorech s efektem pole, stejně jako generátory založené na bipolárních tranzistorech, je návrh obvodu s kladnou zpětnou vazbou. V závislosti na použitém schématu zapojení PIC se tyto generátory dělí na generátory s indukční vazbou, kapacitní vazbou a tříbodové generátory (tzv. tříbodové generátory). U generátorů s indukční vazbou je obvod kladné zpětné vazby mezi vstupní a výstupní elektrodou tranzistoru tvořen indukční vazbou a u generátorů s kapacitní vazbou kapacitní vazbou. U tříbodových RF generátorů, které se zase dělí na indukční a kapacitní tříbodové, je rezonanční obvod spojen s aktivním prvkem ve třech bodech.
Je třeba si uvědomit, že při vývoji vysokofrekvenčních generátorů pro miniaturní rádiová vysílací zařízení jsou obzvláště populární obvodová řešení s tranzistory s efektem pole na základě použití indukčního tříbodu (obvod Hartley). Faktem je, že při vysokých frekvencích je komplexní vstupní odpor tranzistoru s efektem pole velký. Tranzistor tedy rezonanční obvod prakticky neposouvá, to znamená, že nemá žádný vliv na jeho parametry. Schematické schéma jedné z variant vysokofrekvenčního LC generátoru, vyrobeného podle Hartleyho obvodu na tranzistoru s efektem pole zapojeného přes střídavý proud podle obvodu se společným kolektorem, je na Obr. 3.10.
Rýže. 3.10. Schematické schéma LC oscilátoru založeného na tranzistoru s efektem pole podle Hartleyho obvodu
V uvažovaném zapojení je aktivní prvek LC generátoru tvořen tranzistorem VT1 s řízeným polem, který je zapojen podle střídavého proudu podle obvodu sledovače zdroje, tedy se společným kolektorem. Sběrná elektroda tranzistoru je připojena ke sběrnici pouzdra přes kondenzátor C2. Rezonanční obvod je tvořen paralelně zapojeným ladicím kondenzátorem C1 a tlumivkou L1, jejichž parametry určují frekvenci generovaných kmitů. Tento obvod je připojen k obvodu hradla tranzistoru VT1 s efektem pole.
Kmity, které vznikají v rezonančním obvodu, jsou přiváděny na hradlo tranzistoru VT1. S kladnou půlvlnou vstupního signálu je na bránu přivedeno odpovídající kladné napětí, v důsledku čehož se zvyšuje vodivost kanálu a zvyšuje se odvodňovací proud. Při záporné půlvlně kmitání se na bránu přivádí odpovídající záporné napětí, v důsledku čehož se vodivost kanálu snižuje a odtokový proud klesá. Napětí odebírané ze zdrojové elektrody tranzistoru VT1 je přiváděno do rezonančního obvodu, a to na výstup cívky L1, která je vůči zdroji tranzistoru zapojena podle obvodu stupňovitého autotransformátoru. Toto zahrnutí umožňuje zvýšit koeficient přenosu kladného zpětnovazebního obvodu na požadovanou úroveň, to znamená, že zajišťuje shodu s podmínkou amplitudové rovnováhy. Splnění podmínky fázové rovnováhy je zajištěno sepnutím tranzistoru VT1 podle obvodu se společným odběrem.
Dodržení podmínek amplitudové rovnováhy a fázové rovnováhy vede ke vzniku stabilních kmitů na rezonanční frekvenci oscilačního obvodu. V tomto případě lze frekvenci generovaného signálu měnit pomocí ladícího kondenzátoru C1 oscilačního obvodu. Výstupní signál generovaný generátorem je odstraněn ze zdrojové elektrody tranzistoru VT1 s efektem pole.
Při návrhu vysokofrekvenčních generátorů pro mikrovysílače se často používají obvodová řešení s tranzistory s efektem pole na základě použití kapacitního tříbodového (Colpittsův obvod). Schematické schéma jedné z variant vysokofrekvenčního LC generátoru, vyrobeného podle Colpittsova obvodu na tranzistoru s efektem pole připojeného přes střídavý proud podle obvodu se společným kolektorem, je na Obr. 3.11.
Rýže. 3.11. Schematické schéma LC generátoru založeného na tranzistoru s efektem pole podle Colpittsova obvodu
Aktivní prvek tohoto LC generátoru je tvořen polním tranzistorem VT1, který je zapojen na střídavý proud podle obvodu se společným kolektorem. V tomto případě je kolektorová elektroda tranzistoru uzavřena ke sběrnici pouzdra přes kondenzátor C5. Paralelní rezonanční obvod je tvořen tlumivkou L1 a kondenzátory C1 - C4, jejichž parametry určují frekvenci generovaných kmitů. Tento obvod je součástí hradlového obvodu tranzistoru s efektem pole.
Kmity, které vznikají v rezonančním obvodu, jsou přiváděny na hradlo tranzistoru VT1. Napětí odebrané ze zdrojové elektrody tranzistoru VT1 je přivedeno přes zpětnovazební obvod do rezonančního obvodu, a to do místa připojení kondenzátorů C3 a C4, tvořících kapacitní dělič. Výběr vhodných hodnot kapacit kondenzátorů C3 a C4, jakož i požadovaného poměru těchto hodnot, umožňuje zvolit úroveň přenosového koeficientu obvodu kladné zpětné vazby, který zajišťuje soulad s podmínkou amplitudové rovnováhy. Splnění podmínky fázové rovnováhy je zajištěno sepnutím tranzistoru VT1 podle obvodu se společným odběrem.
Dodržení podmínek amplitudového vyvážení a fázového vyvážení zajišťuje vznik stabilních kmitů na rezonanční frekvenci oscilačního obvodu. V tomto případě lze frekvenci generovaného signálu měnit pomocí kondenzátoru C2 (hrubé ladění) a kondenzátoru C1 (jemné ladění). Ze zdrojové elektrody tranzistoru VT1 s efektem pole je odstraněn výstupní signál o frekvenci asi 5 MHz, generovaný generátorem.
Nedávno mi to přinesli na opravu generátor GUK-1. Bez ohledu na to, co jsem si později myslel, jsem okamžitě vyměnil všechny elektrolyty. Ó zázrak! Všechno fungovalo. Generátor je ze sovětských dob a postoj komunistů k radioamatérům byl tak X... že není chuť vzpomínat.
Tady by chtěl být generátor lepší. Nejdůležitější nepříjemností je samozřejmě nastavení frekvence vysokofrekvenčního generátoru. Alespoň nainstalovali nějaký jednoduchý nonius, takže jsem musel přidat další ořezávací kondenzátor se vzduchovým dielektrikem (foto 1). Abych řekl pravdu, místo jsem si pro něj vybral velmi špatně, měl jsem ho trochu posunout. Myslím, že to vezmete v úvahu.
Pro instalaci rukojeti jsem musel prodloužit osu trimru, kus měděného drátu o průměru 3mm. Kondenzátor je připojen paralelně k hlavní řídicí jednotce buď přímo, nebo přes „natahovací“ kondenzátor, což dále zvyšuje plynulost ladění RF generátoru. U kupy jsem vyměnil i výstupní konektory - příbuzní už byli v slzách. Tím je oprava dokončena. Nevím, kde se vzal obvod generátoru, ale vypadá to, že všechno odpovídá. Třeba se to bude hodit i vám.
Schéma zapojení univerzálního kombinovaného generátoru - GUK-1 je na obrázku 1. Zařízení obsahuje dva generátory, nízkofrekvenční generátor a vysokofrekvenční generátor.
TECHNICKÉ ÚDAJE
1. Frekvenční rozsah VF generátoru od 150 kHz do 28 MHz je pokryt pěti dílčími rozsahy s následujícími frekvencemi:
1 dílčí pásmo 150 - 340 kHz
II 340 - 800 kHz
III 800 - 1800 kHz
IV 4,0 - 10,2 MHz
V 10,2 - 28,0 MHz
2. Chyba HF instalace ne více než ±5 %.
3. RF generátor zajišťuje plynulé nastavení výstupního napětí od 0,05 mV do 0,1 V.
4. Generátor poskytuje následující typy práce:
a) nepřetržité generování;
b) vnitřní amplitudovou modulací se sinusovým napětím o frekvenci 1 kHz.
5. Hloubka modulace minimálně 30 %.
6. Výstupní odpor RF generátoru není větší než 200 Ohmů.
7. Nízkofrekvenční generátor generuje 5 pevných frekvencí: 100 Hz, 500 Hz, 1 kHz, 5 kHz, 15 kHz.
8. Přípustná frekvenční odchylka LF generátoru není větší než ±10 %.
9. Výstupní odpor nízkofrekvenčního generátoru není větší než 600 Ohmů.
10. Výstupní napětí LF je plynule nastavitelné od 0 do 0,5 V.
11. Doba samoohřevu zařízení je 10 minut.
12. Zařízení je napájeno 9 V baterií Krona.
NÍZKOFREKVENČNÍ GENERÁTOR
Nízkofrekvenční generátor je sestaven pomocí tranzistorů VT1 a VT3. Kladná zpětná vazba nezbytná pro generování je odstraněna z rezistoru R10 a přivedena do základního obvodu tranzistoru VT1 přes kondenzátor C1 a odpovídající obvod fázového posunu zvolený spínačem B1 (například C2, C3, C12.). Jedním z rezistorů v řetězci je ladicí rezistor (R13), pomocí kterého můžete nastavit frekvenci generování nízkofrekvenčního signálu. Rezistor R6 nastavuje počáteční předpětí na základě tranzistoru VT1. Tranzistor VT2 obsahuje obvod pro stabilizaci amplitudy generovaných kmitů. Sinusové výstupní napětí přes C1 a R1 je přiváděno do proměnného rezistoru R8, který reguluje výstupní signál nízkofrekvenčního generátoru a reguluje hloubku amplitudové modulace vysokofrekvenčního generátoru.
VYSOKOFREKVENČNÍ GENERÁTOR
RF generátor je implementován na tranzistorech VT5 a VT6. Z výstupu generátoru přes C26 je signál přiváděn do zesilovače sestaveného na tranzistorech VT7 a VT8. Modulátor RF signálu je sestaven pomocí tranzistorů VT4 a VT9. Stejné tranzistory jsou použity v obvodu stabilizace amplitudy výstupního signálu. Nebyl by špatný nápad vyrobit pro tento generátor útlumový člen, ať už typu T nebo P. Takové atenuátory lze vypočítat pomocí vhodných kalkulátorů pro výpočet a. Zdá se, že to je vše. Sbohem. K.V.Yu
Stáhněte si schéma.
Výkres PCB RF generátoru
Kresbu ve formátu LAY laskavě poskytl Igor Rožkov, za což mu za sebe i za ty, kterým bude tato kresba užitečná, děkuji.
Níže uvedený archiv obsahuje soubor Igora Rožkova pro průmyslový radioamatérský generátor s pěti KV pásmy - GUK-1. Deska je prezentována ve formátu *.lay a obsahuje úpravu obvodu (šestý přepínač pro rozsah 1,8 - 4 MHz), dříve publikovanou v časopise Radio 1982, č. 5, str. 55
Stáhněte si výkres PCB.
Úprava generátoru GUK-1
FM modulace v generátoru GUK-1.
Další nápad modernizace generátoru GUK-1, nezkoušel jsem to, protože nemám vlastní generátor, ale teoreticky by mělo vše fungovat. Tato modifikace umožňuje konfigurovat uzly přijímacího i vysílacího zařízení pracujícího pomocí frekvenční modulace, například CB rádiových stanic. A není nedůležité, pomocí rezistoru Rп můžete upravit nosnou frekvenci. Napětí použité k předpětí varikapů musí být stabilizováno. Pro tyto účely můžete použít jednočipové třísvorkové stabilizátory na napětí 5V a malý úbytek napětí na samotném stabilizátoru. Jako poslední možnost můžete sestavit parametrický stabilizátor sestávající z rezistoru a zenerovy diody KS156A. Odhadneme hodnotu rezistoru v obvodu zenerovy diody. Stabilizační proud KS156A se pohybuje od 3mA do 55mA. Zvolme počáteční proud zenerovy diody 20 mA. To znamená, že při napájecím napětí 9V a stabilizačním napětí zenerovy diody 5,6V by měl rezistor při proudu 20mA klesnout o 9 - 5,6 = 3,4V. R = U/I = 3,4/0,02 = 170 Ohm. V případě potřeby lze hodnotu odporu změnit. Hloubka modulace je regulována stejným proměnným rezistorem R8 - nízkofrekvenčním regulátorem výstupního napětí. Pokud potřebujete změnit limity pro nastavení hloubky modulace, můžete zvolit hodnotu odporu R*.
RF generátory
Nejdůležitějším blokem každého vysílače je tedy generátor. Zda někdo dokáže zachytit vysílaný signál a normálně jej přijmout, závisí na tom, jak stabilně a přesně generátor pracuje.
Na našem milovaném internetu se prostě povaluje spousta různých bug obvodů, které využívají různé generátory. Nyní tuto partii trochu klasifikujeme.
Jmenovité hodnoty částí všech daných obvodů jsou vypočteny s ohledem na skutečnost, že pracovní frekvence obvodu je 60...110 MHz (to znamená, že pokrývá náš oblíbený VKV rozsah).
"Klasika žánru."
Tranzistor je zapojen podle obvodu společné báze. Odporový dělič napětí R1-R2 vytváří posun pracovního bodu na základně. Kondenzátor C3 odvádí R2 při vysoké frekvenci.
R3 je součástí emitorového obvodu pro omezení proudu procházejícího tranzistorem.
Kondenzátor C1 a cívka L1 tvoří oscilační obvod pro nastavení frekvence.
Conder C2 poskytuje pozitivní zpětnou vazbu (POF) nezbytnou pro generování.
Generační mechanismus
Zjednodušený diagram lze znázornit takto:
Místo tranzistoru vložíme určitý „prvek se záporným odporem“. V podstatě jde o zpevňující prvek. To znamená, že proud na jeho výstupu je větší než proud na vstupu (takže to je složité).
Na vstup tohoto prvku je připojen oscilační obvod. Zpětná vazba je přiváděna z výstupu prvku do stejného oscilačního obvodu (přes kondenzátor C2). Když se tedy zvýší proud na vstupu prvku (dobije se smyčkový kondenzátor), zvýší se i proud na výstupu. Prostřednictvím zpětné vazby je přiváděn zpět do oscilačního obvodu - dochází k „krmení“. V důsledku toho se v obvodu usadí netlumené kmity.
Všechno se ukázalo být jednodušší než tuřín v páře (jako vždy).
Odrůdy
Na rozsáhlém internetu můžete také najít následující implementaci stejného generátoru:
Obvod se nazývá "kapacitní tříbodový". Princip fungování je stejný.
Ve všech těchto schématech lze generovaný signál odstranit buď přímo z kolektoru VT 1, nebo pro tento účel použít vazební cívku spojenou s cívkou smyčky.
Vybral jsem toto schéma a doporučuji vám ho.
R1 – omezuje proud generátoru,
R2 – nastavuje základní offset,
C1, L1 – oscilační obvod,
C2 – Conder POS
Cívka L1 má odbočku, ke které je připojen emitor tranzistoru. Tento kohout by neměl být umístěn přesně uprostřed, ale blíže ke „studenému“ konci cívky (to je ten, který je připojen k napájecímu vodiči). Kromě toho nemůžete udělat kohoutek vůbec, ale navinout další cívku, to znamená vytvořit transformátor:
Tato schémata jsou totožná.
Generační mechanismus:
Abychom pochopili, jak takový generátor funguje, podívejme se na druhý obvod. V tomto případě bude levé (podle schématu) vinutí sekundární, pravé - primární.
Když se napětí na horní desce C1 zvýší (to znamená, že proud v sekundárním vinutí teče „nahoru“), je na bázi tranzistoru přiveden otevírací impuls přes zpětnovazební kondenzátor C2. To způsobí, že tranzistor aplikuje proud do primárního vinutí, tento proud způsobí zvýšení proudu v sekundárním vinutí. Dochází k doplňování energie. Obecně je vše také docela jednoduché.
Odrůdy.
Moje malé know-how: můžete umístit diodu mezi společný a základnu:
Signál ve všech těchto obvodech je odváděn z emitoru tranzistoru nebo přes přídavnou vazební cívku přímo z obvodu.
Push-pull generátor pro líné
Nejjednodušší obvod generátoru, jaký jsem kdy viděl:
V tomto obvodu je snadno vidět podobnost s multivibrátorem. Prozradím vám více – jedná se o multivibrátor. Pouze místo zpožďovacích obvodů na kondenzátoru a rezistoru (RC obvod) jsou zde použity tlumivky. Rezistor R1 nastavuje proud procházející tranzistory. Navíc bez něj generování prostě nepůjde.
Generační mechanismus:
Řekněme, že VT1 se otevře, kolektorový proud VT1 protéká L1. Podle toho je VT2 uzavřen a otevírací základní proud VT1 protéká L2. Ale protože odpor cívek je 100...1000 krát menší než odpor rezistoru R1, pak v době, kdy je tranzistor plně otevřen, napětí na nich klesne na velmi malou hodnotu a tranzistor se uzavře. Ale! Protože před sepnutím tranzistoru protékal L1 velký kolektorový proud, v okamžiku sepnutí dochází k napěťovému rázu (samoindukční emf), který je přiváděn na bázi VT2 a otevírá ji. Všechno začíná znovu, jen s jiným ramenem generátoru. A tak dále…
Tento generátor má pouze jednu výhodu - jednoduchost výroby. Zbytek jsou zápory.
Vzhledem k tomu, že nemá jasnou časovou vazbu (oscilační obvod nebo RC obvod), je velmi obtížné vypočítat frekvenci takového generátoru. Bude záležet na vlastnostech použitých tranzistorů, napájecím napětí, teplotě atd. Obecně je lepší nepoužívat tento generátor na vážné věci. V mikrovlnné oblasti se však používá poměrně často.
Push-pull generátor pro těžce pracující
Dalším generátorem, který budeme uvažovat, je také push-pull generátor. Obsahuje však oscilační obvod, díky kterému jsou jeho parametry stabilnější a předvídatelnější. I když ve své podstatě je to také docela jednoduché.
co tady vidíme?
Vidíme oscilační obvod L1 C1,
A pak vidíme pár od každého tvora:
Dva tranzistory: VT1, VT2
Dva zpětnovazební kondenzátory: C2, C3
Dva předpětí: R1, R2
Zkušené oko (a nepříliš zkušené) najde v tomto zapojení také podobnost s multivibrátorem. No, je to tak!
Co je na tomto schématu zvláštní? Ano, protože díky použití push-pull spínání umožňuje vyvinout dvojnásobný výkon oproti obvodům 1-cyklových generátorů při stejném napájecím napětí a za předpokladu použití stejných tranzistorů. Páni! No, obecně nemá skoro žádné vady :)
Generační mechanismus
Když je kondenzátor dobíjen v jednom nebo druhém směru, proud protéká jedním ze zpětnovazebních kondenzátorů do odpovídajícího tranzistoru. Tranzistor se otevírá a dodává energii „správným“ směrem. To je veškerá moudrost.
Neviděl jsem žádné zvlášť sofistikované verze tohoto schématu...
Nyní trochu kreativity.
Generátor logických prvků
Pokud se vám použití tranzistorů v generátoru zdá zastaralé nebo těžkopádné nebo nepřijatelné z náboženských důvodů, existuje cesta ven! Místo tranzistorů lze použít mikroobvody. Obvykle se používá logika: prvky NOT, AND-NOT, OR-NOT, méně často - Exclusive OR. Obecně lze říci, že jsou potřeba pouze prvky NOT, zbytek jsou excesy, které pouze zhoršují rychlostní parametry generátoru.
Vidíme hrozné schéma.
Čtverce s otvorem na pravé straně jsou invertory. No, nebo – „prvky NE“. Otvor jen ukazuje, že signál je převrácený.
Co NENÍ prvkem z hlediska banální erudice? Tedy z pohledu analogové technologie? Je to tak, jedná se o zesilovač s reverzním výstupem. Tedy kdy zvyšující se napětí na vstupu zesilovače, výstupní napětí je úměrné klesá. Obvod invertoru lze znázornit nějak takto (zjednodušeně):
To je samozřejmě příliš jednoduché. Ale je v tom kus pravdy.
To však pro nás zatím není tak důležité.
Podívejme se tedy na obvod generátoru. máme:
Dva měniče (DD1.1, DD1.2)
Rezistor R1
Oscilační obvod L1 C1
Všimněte si, že oscilační obvod v tomto obvodu je sériový. To znamená, že kondenzátor a cívka jsou umístěny vedle sebe. Ale toto je stále oscilační obvod, počítá se pomocí stejných vzorců a není o nic horší (a o nic lepší) než jeho paralelní protějšek.
Začněme od začátku. Proč potřebujeme rezistor?
Rezistor vytváří negativní zpětnou vazbu (NFB) mezi výstupem a vstupem prvku DD1.1. To je nezbytné pro udržení zisku pod kontrolou - to je jedna, a také - pro vytvoření počátečního zkreslení na vstupu prvku - to jsou dva. Na to, jak to funguje, se podrobně podíváme někde v tutoriálu o analogové technologii. Prozatím si uvědomme, že díky tomuto rezistoru se na výstupu a vstupu prvku při absenci vstupního signálu usadí napětí rovné polovině napájecího napětí. Přesněji řečeno, aritmetický průměr napětí logické „nuly“ a „jedničky“. Zatím se tím netrapme, máme toho ještě hodně před sebou...
Takže na jednom prvku máme invertující zesilovač. Tedy zesilovač, který „obrací“ signál vzhůru nohama: pokud je hodně na vstupu, je málo na výstupu a naopak. Druhý prvek slouží k tomu, aby byl tento zesilovač neinvertující. To znamená, že signál znovu převrátí. A v této podobě je zesílený signál přiváděn na výstup, do oscilačního obvodu.
Dobře, podívejme se pozorně na oscilační obvod? Jak je povoleno? Právo! Zapojuje se mezi výstup a vstup zesilovače. To znamená, že vytváří pozitivní zpětnou vazbu (POF). Jak již víme z recenzí předchozích generátorů, PIC je potřeba pro generátor, jako je kozlík lékařský pro kočku. Co bez POS nedokáže jediný generátor? To je pravda - vzrušte se. A začněte generovat...
Každý asi zná tuto věc: pokud připojíte mikrofon ke vstupu zesilovače a reproduktor k výstupu, pak když přivedete mikrofon k reproduktoru, začne ošklivé „pískání“. To není nic jiného než generace. Signál přivádíme z výstupu zesilovače na vstup. Objeví se POS. V důsledku toho začne zesilovač generovat.
No, zkrátka pomocí LC obvodu se v našem generátoru vytvoří PIC, vedoucí k buzení generátoru na rezonanční frekvenci oscilačního obvodu.
No, je to těžké?
Li(obtížný)
{
škrábeme (tuřín);
přečíst znovu;
}
Nyní si povíme o typech takových generátorů.
Za prvé, místo oscilačního obvodu můžete zapnout křemen. Výsledkem je stabilizovaný generátor pracující na křemenné frekvenci:
Pokud do obvodu OS prvku DD1.1 zařadíte místo rezistoru oscilační obvod, můžete spustit generátor pomocí křemenných harmonických. Pro získání jakékoli harmonické je nutné, aby rezonanční frekvence obvodu byla blízká frekvenci této harmonické:
RadioMir 2008 č. 9
Navrhovaný RF generátor je pokusem nahradit objemný průmyslový G4-18A menším a spolehlivějším zařízením.
Obvykle je při opravách a nastavování KV zařízení nutné „položit“ KV pásma pomocí LC obvodů, zkontrolovat průchod signálu po vf a mezifrekvenčních cestách, upravit jednotlivé obvody do rezonance atd. Citlivost, selektivita, dynamický rozsah a další důležité parametry VF zařízení jsou dány obvodovým návrhem, takže není nutné, aby domácí laboratoř měla multifunkční a drahý RF generátor. Pokud má generátor poměrně stabilní frekvenci s „čistou sinusovkou“, je vhodný pro radioamatéra. Samozřejmě věříme, že do arzenálu laboratoře patří také měřič frekvence, RF voltmetr a tester. Bohužel většina obvodů VF generátoru, které jsem zkoušel, produkovala velmi zkreslenou sinusovku, kterou nebylo možné zlepšit bez zbytečného zkomplikování obvodu. Jako velmi dobrý se osvědčil VF generátor, sestavený podle zapojení na obr. 1 (výsledkem byla téměř čistá sinusovka v celém KV rozsahu). Diagram je převzat jako základ z. V mém obvodu se místo úpravy obvodů varikapem používá KPI a indikační část obvodu se nepoužívá.
Tato konstrukce využívá variabilní kondenzátor typu KPV-150 a přepínač malého rozsahu PM (11P1N). S tímto KPI (10...150 pF) a tlumivkami L2...L5 je pokryt KV rozsah 1,7...30 MHz. Jak práce na návrhu postupovaly, byly do horní a spodní části řady přidány další tři okruhy (L1, L6 a L7). Při experimentech s KPI s kapacitou až 250 pF byl celý KV rozsah pokryt třemi obvody.
VF generátor je osazen na desce plošných spojů z fóliového laminátu ze skelných vláken tloušťky 2 mm a rozměru 50x80 mm (obr. 2). Dráhy a montážní místa jsou vyříznuty nožem a řezačkou. Fólie kolem dílů se neodstraňuje, ale používá se místo „broušení“. Na obrázku desky s plošnými spoji nejsou pro názornost tyto části fólie znázorněny. Samozřejmě si můžete vyrobit i desku plošných spojů zobrazenou v.
Celá konstrukce generátoru spolu se zdrojem (samostatná deska se stabilizátorem napětí 9 V dle libovolného obvodu) je umístěna na hliníkovém šasi a umístěna v kovové skříni vhodných rozměrů. Použil jsem kazetu ze starého zařízení o rozměrech 130x150x90 mm. Na předním panelu je zobrazen knoflík pro přepínání rozsahu, knoflík pro nastavení KPI, malý RF konektor (50 Ohm) a LED indikátor pro připojení k síti. V případě potřeby lze nainstalovat regulátor výstupní úrovně (variabilní rezistor s odporem 430...510 Ohmů) a útlumový člen s přídavným konektorem a také odstupňovanou stupnici.
Jako kostry cívek obvodu byly použity unifikované sekční rámy řad MF a DV ze zastaralých rádiových přijímačů. Počet závitů každé cívky závisí na kapacitě použitého KPI a zpočátku se bere „s rezervou“. Při nastavování ("pokládání" rozsahů) generátoru se některé závity odvíjejí. Řízení se provádí pomocí frekvenčního měřiče.
Induktor L7 má feritové jádro M600-3 (NN) Ш2,8x14. Obrazovky nejsou instalovány na cívkách obvodu. Data vinutí cívek, hranice dílčích rozsahů a výstupní úrovně RF generátoru jsou uvedeny v tabulce.
Rozsah, MHz |
Počet otáček |
drát (průměr, mm) |
Rám, jádro |
Výstupní úroveň, V |
||
Bezrámové o průměru 6 mm. L=12 mm |
||||||
Průměr keramiky 6 mm, L=12 mm |
||||||
Jednotný |
||||||
Jednotný |
V obvodu generátoru lze kromě uvedených tranzistorů použít polní tranzistory KP303E(G), KP307 a bipolární RF tranzistory BF324, 25S9015, BC557 atd. Je vhodné použít importované malé blokovací kontejnery.
Vazební kondenzátor C5 o kapacitě 4,7...6,8 pF - typ KM, KT, KA s nízkými vf ztrátami. Jako KPI je velmi žádoucí používat kvalitní (na kuličkových ložiskách), ale je jich nedostatek. Regulační KPI typu KPV s maximální kapacitou 80...150 pF jsou dostupnější, ale snadno se rozbijí a mají znatelnou „hysterezi“ při otáčení vpřed i vzad.
Pevnou instalací, vysoce kvalitními díly a zahříváním generátoru po dobu 10...15 minut však můžete dosáhnout „poklesu“ frekvence maximálně 500 Hz za hodinu při frekvencích 20...30 MHz (při stabilní pokojová teplota).
Tvar signálu a výstupní úroveň vyrobeného RF generátoru byly zkontrolovány pomocí osciloskopu S1-64A.
V konečné fázi seřízení jsou všechny induktory (kromě L1, který je na jednom konci připájen k tělu) upevněny lepidlem v blízkosti přepínače rozsahu a KPI.
Literatura:
1. Krátkovlnný GIR - Rádio, 2006, č. 11, s. 72.
A. PERUTSKY, Bendery, Moldavsko.
Věnováno mladým radioamatérům...
Předmluva
Jednou vygenerovaný rádiový signál je přenášen do hlubin Vesmíru rychlostí světla... Tato věta, kterou jsem četla v časopise „Mladý technik“ v mém vzdáleném dětství, na mě velmi silně zapůsobila a už tehdy jsem pevně rozhodnuto, že rozhodně pošlu svůj signál našim „bratrům v mysli“, ať mě to stojí, co to stojí. Ale cesta od touhy ke splnění snu je dlouhá a nepředvídatelná...
Když jsem se poprvé začal věnovat rádiovému podnikání, opravdu jsem chtěl postavit přenosnou rozhlasovou stanici. Tehdy jsem si myslel, že se skládá z reproduktoru, antény a baterie. Stačí je zapojit ve správném pořadí a budete si moci povídat s přáteli, ať jsou kdekoli... Nejeden sešit jsem naplnil možnými schématy, přidal všemožné žárovky, cívky a rozvody. Dnes mě tyhle vzpomínky už jen rozesmějí, ale tehdy se mi zdálo, že ještě trochu a budu mít v rukou zázračný přístroj...
Pamatuji si svůj první vysílač. V 7. třídě jsem chodil do sportovního rozhlasového směřovacího kroužku (tzv. hony na lišku). Jednoho z krásných jarních dnů naše poslední „liška“ dala příkaz k dlouhému životu. Vedoucí kruhu mi ji bez přemýšlení podal se slovy - „...no, oprav si to tam...“. Byl jsem asi strašně hrdý a šťastný, že mi bylo svěřeno tak čestné poslání, ale moje znalosti elektroniky v té době nedosahovaly „kandidátského minima“. Věděl jsem, jak rozlišit tranzistor od diody a měl jsem přibližnou představu o tom, jak fungují odděleně, ale jak fungují společně, bylo pro mě záhadou. Když jsem dorazil domů, s úžasem jsem otevřel malou kovovou krabičku. Uvnitř se nacházela deska skládající se z multivibrátoru a RF generátoru na tranzistoru P416. Pro mě to byl vrchol designu obvodů. Nejzáhadnějším detailem tohoto zařízení byla hlavní cívka oscilátoru (3,5 MHz), navinutá na pancéřovaném jádru. Dětská zvědavost zvítězila nad zdravým rozumem a ostrý kovový šroubovák se zaryl do pancéřového pláště cívky. "Svírám," ozvalo se křupnutí a kus pancéřovaného těla cívky s žuchnutím spadl na podlahu. Zatímco padal, moje fantazie si už vytvořila obrázek, jak mě zastřelil vedoucí našeho kroužku...
Tento příběh měl šťastný konec, ačkoli se to stalo o měsíc později. Nakonec jsem opravil „Lišku“, i když přesněji řečeno, vyrobil jsem ji znovu. Deska majáku z foliového getinaxu nevydržela mučení mojí 100wattovou páječkou, koleje se odlepovaly neustálým přepájením dílů... Desku jsem musel vyrobit znovu. Děkuji tátovi, že přinesl (odněkud s velkými obtížemi) alobal getinax, a mámě za drahý francouzský červený lak na nehty, kterým jsem desku nalakoval. Nové pancéřové jádro se mi nepodařilo sehnat, ale staré se mi podařilo opatrně slepit lepidlem BF... Opravený radiomaják radostně vysílal do éteru své slabé „PEEP-PEEP“, ale pro mě to bylo srovnatelné s vypuštění první umělé družice Země, která stejným přerušovaným signálem na frekvencích 20 a 40 MHz oznámila lidstvu začátek vesmírné éry. Tady je příběh...
Schéma zařízení
Na světě existuje obrovské množství generátorových obvodů schopných generovat oscilace různých frekvencí a výkonů. Typicky se jedná o poměrně složitá zařízení na bázi diod, lamp, tranzistorů nebo jiných aktivních prvků. Jejich montáž a konfigurace vyžaduje určité zkušenosti a drahé vybavení. A čím vyšší frekvence a výkon generátoru, tím složitější a dražší přístroje jsou potřeba, tím zkušenější by měl být radioamatér v tomto tématu.
Ale dnes bych chtěl mluvit o poměrně výkonném RF generátoru, postaveném pouze na jednom tranzistoru. Navíc tento generátor může pracovat na frekvencích až 2 GHz a vyšších a generovat poměrně velký výkon - od jednotek až po desítky wattů, podle typu použitého tranzistoru. Charakteristickým rysem tohoto generátoru je použití symetrický dipólový rezonátor, druh otevřeného oscilačního obvodu s indukční a kapacitní vazbou. Nelekejte se tohoto názvu - rezonátor se skládá ze dvou rovnoběžných kovových pásků umístěných v malé vzdálenosti od sebe.
Své první experimenty s generátory tohoto typu jsem provedl na počátku 21. století, kdy mi byly k dispozici výkonné RF tranzistory. Od té doby jsem se k tomuto tématu pravidelně vracel, až v polovině léta vzniklo na webu VRTP.ru téma o použití výkonného jednotranzistorového generátoru jako zdroje VF záření k rušení domácích spotřebičů (hudební centra, radiomagnetofony, televizory) usměrňováním modulovaných vysokofrekvenčních proudů v elektronických obvodech těchto zařízení. Nashromážděný materiál tvořil základ tohoto článku.
Obvod výkonného RF generátoru je poměrně jednoduchý a skládá se ze dvou hlavních bloků:
- Přímo samotný HF samooscilátor na tranzistoru;
- Modulátor je zařízení pro periodickou manipulaci (spouštění) RF generátoru se zvukovým (jakýmkoli jiným) frekvenčním signálem.
Detaily a design
„Srdcem“ našeho generátoru je vysokofrekvenční tranzistor MOSFET. Jedná se o poměrně drahý a málo používaný prvek. Lze jej zakoupit za rozumnou cenu v čínských internetových obchodech nebo jej lze nalézt ve vysokofrekvenčních rádiových zařízeních - vysokofrekvenčních zesilovačích/generátorech, konkrétně v deskách celulárních základnových stanic různých standardů. Většinou byly tyto tranzistory vyvinuty speciálně pro tato zařízení.
Takové tranzistory se vizuálně a konstrukčně liší od těch, které zná mnoho radioamatérů z dětství. KT315 nebo MP38 a jsou to „cihly“ s plochými vývody na silném kovovém substrátu. Dodávají se v malých a velkých velikostech v závislosti na výkonu. Někdy jsou v jednom balení dva tranzistory na stejném substrátu (zdroji). Takto vypadají:
Níže uvedené pravítko vám pomůže odhadnout jejich velikost. K vytvoření oscilátoru lze použít libovolné tranzistory MOSFET. Zkoušel jsem následující tranzistory v generátoru: MRF284, MRF19125, MRF6522-70, MRF9085, BLF1820E, PTFA211801E- všechny fungují. Takto vypadají tyto tranzistory uvnitř:
Druhým nezbytným materiálem pro výrobu tohoto zařízení je měď. Potřebujete dva pruhy tohoto kovu o šířce 1-1,5 cm. a 15-20 cm dlouhé (pro frekvenci 400-500 MHz). Rezonátory mohou být vyrobeny v libovolné délce v závislosti na požadované frekvenci generátoru. Přibližně se rovná 1/4 vlnové délky.
Použil jsem měď o tloušťce 0,4 a 1 mm. Méně tenké proužky nebudou dobře držet tvar, ale v zásadě jsou také funkční. Místo mědi můžete použít mosaz. Úspěšně fungují i rezonátory z alpaky (druh mosazi). V nejjednodušší verzi mohou být rezonátory vyrobeny ze dvou kusů drátu o průměru 0,8-1,5 mm.
Kromě RF tranzistoru a mědi budete k výrobě generátoru potřebovat mikroobvod 4093 - jedná se o 4 prvky 2I-NOT se Schmittovými spouštěči na vstupu. Lze jej nahradit mikroobvodem 4011 (4 prvky 2I-NOT) nebo jeho ruský ekvivalent - K561LA7. Pro modulaci můžete použít i jiný generátor, např. namontovaný na časovač 555. Nebo můžete modulační část zcela vyloučit z obvodu a pořídit si jen RF generátor.
Jako klíčový prvek je použit kompozitní pnp tranzistor TIP126(můžete použít TIP125 nebo TIP127, liší se pouze maximálním povoleným napětím). Podle pasu vydrží 5A, ale velmi se zahřívá. K jeho chlazení je proto potřeba radiátor. Následně jsem použil P-kanálové tranzistory s efektem pole jako IRF4095 nebo P80PF55.
Sestavení zařízení
Zařízení lze sestavit buď na desce plošných spojů nebo povrchovou montáží při dodržení pravidel pro RF montáž. Topologie a typ mé desky jsou uvedeny níže: 
Tato deska je určena pro tranzistorový typ MRF19125 nebo PTFA211801E. Pro něj se v desce vyřízne otvor odpovídající velikosti zdroje (deska chladiče).
Jedním z důležitých aspektů montáže zařízení je zajištění odvodu tepla ze zdroje tranzistoru. Použil jsem různé radiátory, aby vyhovovaly velikosti. Pro krátkodobé experimenty takové radiátory postačují. Pro dlouhodobý provoz potřebujete radiátor o dostatečně velké ploše nebo použití ventilátorového okruhu.
Zapnutí zařízení bez radiátoru je plné rychlého přehřátí tranzistoru a selhání tohoto drahého rádiového prvku.
Pro experimenty jsem vyrobil několik generátorů s různými tranzistory. Pro páskové rezonátory jsem také vyrobil přírubové úchyty, aby se daly měnit bez neustálého zahřívání tranzistoru. Níže uvedené fotografie vám pomohou pochopit podrobnosti instalace.
Spuštění zařízení
Před spuštěním generátoru musíte znovu zkontrolovat, zda jsou jeho připojení správné, abyste neskončili s poměrně drahou hromadou tranzistorů označenou jako „Burnt“. 
První start je vhodné provést s kontrolou odběru proudu. Tento proud lze omezit na bezpečnou úroveň použitím odporu 2-10 Ohm v napájecím obvodu generátoru (kolektor nebo kolektor modulačního tranzistoru).
Činnost generátoru lze kontrolovat různými zařízeními: vyhledávacím přijímačem, skenerem, měřičem frekvence nebo jednoduše energeticky úspornou lampou. Vf záření o výkonu více než 3-5 W ho rozzáří.
VF proudy snadno ohřívají některé materiály, které s nimi přicházejí do styku, včetně biologických tkání. Tak Buďte opatrní, dotykem odkrytých rezonátorů se můžete popálit(zejména když generátory pracují na výkonných tranzistorech). I malý generátor na bázi tranzistoru MRF284 s výkonem jen asi 2 watty snadno popálí pokožku rukou, jak můžete vidět na tomto videu:
S určitými zkušenostmi a dostatečným výkonem generátoru můžete na konci rezonátoru zapálit tzv. „pochodeň“ je malá plazmová koule, která bude napájena vysokofrekvenční energií z generátoru. Chcete-li to provést, jednoduše přiveďte zapálenou zápalku na špičku rezonátoru.
T.N. "pochodeň" na konci rezonátoru.
Kromě toho je možné zapálit vysokofrekvenční výboj mezi rezonátory. V některých případech výboj připomíná malinkou kouli blesku pohybující se chaoticky po celé délce rezonátoru. Jak to vypadá, se můžete podívat níže. Současná spotřeba se poněkud zvyšuje a mnoho pozemních televizních kanálů „zhasne“ v celém domě))).
Aplikace zařízení
Kromě toho lze náš generátor použít ke studiu účinků vysokofrekvenčního záření na různá zařízení, domácí audio a rádiová zařízení za účelem studia jejich odolnosti proti šumu. A samozřejmě, s pomocí tohoto generátoru můžete vyslat signál do vesmíru, ale to je jiný příběh...
P.S. Tento RF samooscilátor by neměl být zaměňován s různými EMP rušičkami. Vznikají tam vysokonapěťové impulsy a naše zařízení generuje vysokofrekvenční záření.
