УВЧ и смеситель на полевых транзисторах

Трансиверы и узлы 12:20 / 03.02.2010 19 295

Много мы хотим от своих трансиверов. Хорошую работу приемника и передатчика. И щелкать "киловаттным" антенным реле не хочется, особенно ночью, чтобы жену и детей не сделать заиками. Hi! Hi!

Что касается режима "прием", то все его проблемы в транзисторном исполнении изложены в [1]. Автором проанализированы лучшие образцы отечественных и иностранных РПУ. Там мы находим рекомендации, например: "Типовые нормы на ослабление побочных каналов составляют 100... 120 дБ". Ясно, что двухконтурными полосовыми фильтрами такого ослабления не достичь. А поскольку еще и домочадцев не хочется пугать "кило- ваттным" реле, то и выходной контур передатчика хочется сохранить в работе в режиме "прием", отобрав от анодной его стороны через конденсатор емкостью несколько пикофарад сигнал на вход приемного тракта.

И увеличение количества входных контуров, и отбор сигнала через малую емкость приводят к значительному его ослаблению. Хочешь получить хорошую чувствительность - делай достойный УВЧ. А как его сделать - в [1] отлично изложено. Без высшей математики, но при уверенности, что читатель приборами пользоваться умеет. Что-то хорошее в надежде на одну лишь интуицию не сделаешь.

УВЧ и смеситель на полевых транзисторах


На рис. 1 приведена схема электрическая принципиальная УВЧ. Коэффициент передачи УВЧ-10. Нижние и верхние транзисторы одинаковые и имеют одинаковый характер нелинейности, но они возбуждаются в противофазе. Входное сопротивление нижнего транзистора в правом плече точно равно выходному сопротивлению левого, ведущего транзистора, но с характеристикой нелинейности "наизнанку". Каскодное включение нижних и верхних транзисторов дает определенное снижение нелинейных искажений нечетных порядков. Однако основное достоинство усилителя высокой частоты заключается втом, что он преобразует несимметричный сигнал в симметричный, а в следующем за ним симметричном смесителе происходит преобразование с хорошим подавлением нелинейностей четных порядков.

Для получения большого динамического диапазона применено и высокое напряжение питания - 27 В. При испытании трансивера с данным УВЧ динамический диапазон оказался около 83 дБ. Снижение же напряжения питания УВЧ до 12 В не произвело ухудшения сквозной характеристики динамики. Очевидно, при полном напряжении питания динамический диапазон самого УВЧ оказывается больше 90 дБ. Уже давно один радиолюбитель из UA4 писал, что на 160 м чрезвычайно большая загрузка эфира, поэтому применять УВЧ нецелесообразно и даже вредно из-за перегрузок, а оптимальная чувствительность приемника должна быть не более 4 мкВ. Но УВЧ позволяет увеличить количество контуров до смесителя без их перестройки и отказаться от коммутации антенны прием/передача. А в ре­жиме "прием" генераторная лампа полностью закрыта и выходной контур не шунтирует, поэтому его добротность повышается. Только пользуйся.

Два каскодных усилителя объединены в один дифференциальный. Нагрузочные контура в стоках имеют на каждом диапазоне по две катушки, и только по одному конденсатору. Для эффективного подавления четных продуктов нужно иметь строгую симметрию сигнала. Напряжения на выходах "выход 1- выход 2" должны быть равны. Однако раскачка левого, ведущего плеча оказывается чуть больше, чем правого. Для симметрии количество витков в катушках левого плеча уменьшено по сравнению с правым на 10%. Окончательная настройка УВЧ производится сердечниками, которые подстраивают в небольших пределах. Каркасы катушек стандартные, 4-х секционные в квадратных экранах размером 11x11 мм.
В табл. 1 приведены значения номиналов элементом L2...L7, С6...С11.

УВЧ и смеситель на полевых транзисторах


Суммирующий трансформатор выполнен на кольце типоразмера К20х10x5 из феррита марки М20ВНЗ. Намотка осуществляется двумя сильно скрученными проводами марки ПЭВ-2 диаметром 0,27 мм до заполнения. Резисторы в цепях смещения верхних транзисторов подбираются для получения одинакового напряжения сток-исток верхних и нижних транзисторов.

Выходы со стоков "выход 1-выход 2" подаются на входы смесителя. Так как УВЧ предназначен для работы в сложных условиях электромагнитной обстановки на радиолюбительских диапазонах, то в нем используются \'Танковые" транзисторы КП903А. Смеситель же работает по уже очищенному полезному сигналу из эфира, у него и транзисторы поскромнее КП307Г, и трансформатора в истоках нет Плечи объединяются обычным резистором. Сигналы в противофазе подаются на нижние транзисторы, а сигнал "киловаттного" гетеродина поступает на верхние транзисторы. В стоках включен дифференциальный контур ПЧ. Напряжение сигнала гетеродина должно соответствовать запросам по динамическому диапазону. Когда используется сигнал гетеродина с небольшим уровнем, то динамический диапазон смесителя оставляет желать лучшего. Для получения высокого динамического диапазона смесителя амплитуда сигнала гетеродина должна составляет 10 В и выше. Для получения высоких уровней ГПД в блоке смесителей стоит трансформатор 1:2 на двух сложенных вместе кольцах типоразмера К12x6x5 из феррита марки М20ВЧ. Амплитуда выходного сигнала гетеродина составляет около 12 В.

Наверное, основная заслуга УВЧ - в огромном подавлении паразитных каналов приема - более 100 дБ. Для измерения этого параметра не хватает генератора. Из-за низкого качества генератора выше 100 дБ слышны не сигналы на зеркальных частотах, а сплошной шум по всему спектру, в то время как в трансивере ничто не перегружается. Средством же достижения хорошего динамического диапазона является двухтактный смеситель на скромненьких КП307Г Хорошо сбалансированная двухтактная схема подавляет четные гармоники сигналов, гетеродинов и даже комбинационных частот с участием четных гармоник.

УВЧ и смеситель на полевых транзисторах


Схема электрическая принципиальная смесителя приведена на рис. 2. Смеситель выполнен на полевых транзисторах типа КП307.

При описании УВЧ отмечалось, что по такой же конфигурации хорошо работает и смеситель. Каскодно-дифференциальная схема включения транзисторов хорошо подавляет как четные, так и нечетные гармонические составляющие в спектре выходного сигнала. Применение маломощных полевых транзисторов КП307 позволяет выполнить смеситель, работающий при большом уровне сигнала гетеродина и малыми потребляемыми мощностями, как по цепи питания, так и по сигнальной шине ГПД. Токи в плечах смесителя составляют по 10 мА, амплитуда сигнала ГПД составляет 6 В с повышаю­щим трансформатором 1:2. Нагрузкой стоков транзисторов VT1, VT3 являются контуры L1, С2* и L2, СЗ*. Контуры намотаны на сердечниках типа СБ12А сложенным втрое проводом ПЭЛШО. Контур L1, С2* настроен на частоту 500 кГц, a L2, СЗ*-на9 МГц.

Найти четыре транзистора с одинаковыми характеристиками достаточно трудно, поэтому для получения хорошей балансировки смесителя токи в плечах и падения напряжения на транзисторах устанавливаются резисторами смещения в цепях затворов. Если хорошо соблюдены равенства токов и напряжений, то и балансировка смесителя получается очень хорошей.

Все три реле К1...КЗ типа РЭС49 включаются от соответствующих цепей коммутации трансивера. Когда был сделан данный смеситель, то до установки антипаразитных резисторов по 62 Ом в сигнальной цепи ГПД происходило самовозбуждение смесителя на частоте 430 МГц. Визуально самовозбуждение смесителя просматривалось на экране осциллографа С1- 108 (полоса пропускания канала вертикального отклонения - 350 МГц). Качество паразитной генерации не уступает хорошим сигналам, получаемых на выходе ГСС, так что, возможно, этот смеситель можно применять и для использования в составе трансивера (или приемника) с преобразования вверх. Только в качестве стоковой нагрузки транзисторов следует использовать сердечники не СБ12, а другие, более высокочастотные.
Без хорошей измерительной аппаратуры делать такие трансиверы бесполезно.


Г. ГОНЧАР. EW3LB, г. Барановичи

Литература
1. Головин О. В. Профессиональные радиоприемные устройства декаметрового диапазона. 1985.