УВЧ и смеситель на полевых транзисторах
Трансиверы и узлы 12:20 / 03.02.2010 19 875
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.