Гетеродины ВЧ диапазона на полупроводниковых приборах

Транзисторный гетеродин

Для KB профессиональных и любительских приемников требование к гетеродинам существенно выше, чем к гетеродинам радиовещательного KB приемника (как указывалось выше, радиовещание на KB ведется с амплитудной модуляцией, а любительские радиостанции в основном работают в режимах CW и SSB). При приеме сигналов с AM частота выделенного на выходе приемника напряжения ЗЧ определяется разностью частот несущей и боковых составляющих, излучаемых передающей станцией, и не зависит от стабильности частот гетеродинов приемника с амплитудным детектором. Стабильность настройки такого приемника должна только обеспечить нахождение спектра принимаемого сигнала внутри полосы пропускания приемника, и уход частоты настройки на единицы килогерц вполне допустим. При приеме сигналов CW и SSB частота выделенного на выходе приемника напряжения ЗЧ определяется разностью частоты излучаемого передающей станцией сигнала и частот гетеродинов приемного устройства: если принимается сигнал CW на частоте 14 050 кГц и используется приемник с одним преобразованием частоты при значении ПЧ1 9000 кГц, частоты 1-го и 2-го гетеродинов приемника должны быть равны соответственно 5050 и 8999 кГц, так что на выходе приемника образуется сигнал ЗЧ с частотой 14 050— 5050 — 8999 = 1 кГц. Если в процессе приема при стабильной частоте передатчика частота 1-го гетеродина уйдет на 500 Гц и станет равной 5050,5 кГц, то тон сигнала на выходе приемника изменится на эти же 500 Гц и станет равным 14 050 — 5050,5 — 8999 — 500 Гц. Такое изменение тона принимаемого сигнала CW может привести к его потере, а при приеме SSB вызовет изменение всего спектра телефонного сигнала и полной его неразборчивости. Следовательно, стабильность частот гетеродинов любительского приемника должна обеспечить: сохранение их значений за время проведения связи (до десятков минут) с точностью до десятков герц или, в крайнем случае, до единиц сотен герц; сохранение градуировки шкалы частот приемника (допустимым можно считать уход градуировки не более чем на 0,5 деления шкалы отсчета частоты). Последнее требование может быть выполнено с помощью кварцевого калибратора в сочетании с органами коррекции шкалы или при использовании «цифровой шкалы» — цифрового счетчика частоты за эталонный (заданный кварцевым генератором) отрезок времени. Поэтому принципиальные трудности при создании профессиональных и радиолюбительских KB приемников возникают именно в обеспечении кратковременной стабильности частот гетеродинов. Приняв допустимый абсолютный уход частот гетеродинов приемника за несколько минут равным 50 Гц, получим требование кратковременной стабильности частоты высокочастотного гетеродина приемника при работе на диапазоне 10 м 50 Гц/20•10⁶Гц = 2,5•10^-6. Такое значение кратковременной относительной стабильности легко реализуется в генераторах с кварцевой стабилизацией. Поэтому в современных профессиональных KB приемниках (а они обеспечивают прием нескольких видов сигналов, включая CW и SSB) частоты гетеродинов формируются из частоты высокостабильного кварцевого генератора в синтезаторах частоты, имеющих дискретную установку частоты с шагом до 10 Гц.

Спектральная чистота- это наличие в спектре сигнала только одной синусоидальной составляющей. Если вблизи этой составляющей имеются, пусть и очень слабые (которые можно обнаружить только специальными анализаторами спектра), составляющие шумов, то они могут существенно снизить чувствительность приемника. Наличие в сигнале гетеродина его гармонических составляющих и остатков сигналов комбинационных частот, возникших при синтезировании частоты, приведет к появлению большого числа пораженных внутренними помехами точек в рабочих диапазонах. Требуемые характеристики гетеродинов можно получать, используя приводимые ниже схемы. На рис. 8 приведена схема перестраиваемого гетеродина, который может быть использован в качестве 1-го гетеродина в приемниках, выполненных по схемам рис. 2.1—2.3. Для получения хорошей стабильности частоты и высокой спектральной чистоты сигнала в первом каскаде этой схемы применен генератор с самовозбуждением, собранный на двух биполярных транзисторах VT1, VT2,

работающих при малых токах через переходы. Этот генератор формирует на контуре L1C1C2 высокочастотное напряжение амплитудой около 0,5 В. Форма этого напряжения — правильная синусоида. Малая амплитуда

Рис. 8. Схема перестраиваемого гетеродина на частоты 0,9…30 МГц

напряжения на задающем частоту колебательном контуре предотвращает саморазогрев его деталей, который обычно является причиной значительного ухода частоты после включения приемника с напряжением на контуре гетеродина равным единицам, а иногда и десяткам вольт.

Для исключения влияния режима работы 1-го смесителя на частоту 1-го гетеродина между задающим частоту генератором и выходом гетеродина применены три буферных каскада — широкополосный усилитель на двух полевых транзисторах с малыми проходными емкостями (VT3, VT4) и мощный эмиттерный повторитель на транзисторе VT5. Общее усиление всех трех буферных каскадов 10, так что действующее значение напряжения на выходе устройства около 3 В. Если такое напряжение не нужно (например, для смесителя, выполненного по схеме рис. 2.6), то один из каскадов усиления (на VT3 или VT4) из схемы рис. 8 можно исключить. Катушка L1 наматывается на каркасе из радиофарфора (с малыми потерями и малым коэффициентом температурного расширения). Диаметр каркаса 16 мм. Данные деталей контура задающего частоту генератора для схемы рис. 8 приведены в табл. 2. Стабильность частоты гетеродина (рис. 8) определяется стабильностями и температурной компенсацией уходов индуктивности катушки L1 и суммы емкостей конденсаторов С1 и С2.

Сам частотозадающий генератор со всеми его элементами необходимо поместить в отсек, не пропускающий электромагнитные волны KB диапазона. Экранировать надо и оба усилительных каскада. Это обеспечит отсутствие влияния на частоту гетеродина наводок от других элементов приемника и остальных приборов радиостанции.

Таблица 2

Обязательной операцией при наладке гетеродина (рис. 8) является его температурная компенсация. При этой операции, искусственно повышая температуру всего узла гетеродина (например, нагревая его бытовым рефлектором до 70...80 °С), измеряют уход частоты выходного сигнала. Если этот уход положительный — отрицательный ТКЕ конденсатов определяющего частоту контура по абсолютной величине больше положительного значения ТКИ L1, а если частота гетеродина при его прогреве уменьшается, то значение отрицательного ТКЕ С1 недостаточно. В первом случае нужно увеличить емкость входящего в С1 конденсатора группы М-75 и уменьшить емкость конденсатора группы М-150, во втором случае — поступить наоборот. Эту работу нужно тщательно выполнить для каждого диапазона гетеродина, Точной подгонкой ТКЕ С1 можно добиться ухода частоты гетеродина при повышении его температуры на 50...60° не более чем на 100...200 Гц. В реальной эксплуатации изменения температуры значительно меньше и кратковременная нестабильность частоты гетеродина будет меньше 50 Гц.

В качестве гетеродина с фиксированной частотой в приемнике целесообразно использовать стабилизацию частоты кварцевым резонатором. Достаточно универсальная схема такого гетеродина приведена на рис. 9. Для точной подгонки частоты гетеродина по схеме рис. 9 последовательно с кварцем включается реактивный элемент (для увеличения частоты емкость, для уменьшения - индуктивность). Реально удается таким способом изменить частоту, получаемую при включении кварцевого резонатора с закороченной реактивностью, на ±0,01%. Попытки добиться большего отклонения частоты ведут к срыву генерации.

Рисунок 9.Схема гетеродина с фиксированной частотой стабилизированной кварцевым резонатором

При использовании в качестве фильтра ПЧ2 набора электромеханических фильтров частота 3-го гетеродина должна быть установлена у среза частотной характеристики каждого фильтра. Для набора фильтров, используемого в схеме рис. 2.9, необходимо изменять частоту 3-го гетеродина примерно на 1 кГц, что в устройстве (рис. 9) с одним кварцевым резонатором невозможно. Сопряженные с электромеханическими фильтрами ЭМФ-500-1,1-6. ЭФМ-500-0.6-С и ЭМФ-500-0.3-С кварцевые фильтры в наборах с электромеханическими фильтрами отсутствуют. Поэтому для 3-го гетеродина приемника с электромеханическими фильтрами целесообразно использовать схему с параметрической стабилизацией частоты. Удобная для работы со смесительным детектором схема гетеродина приведена на рис. 10.

Рисунок 10. Схема 3-го гетеродина с параметрической стабилизацией частоты

Достоинством 3-го гетеродина, выполненного по схеме рис. 10, является возможность точно подогнать его частоту до получения желаемого тона сигнала на выходе приемника. Можно заменить SA1 с набором подстроечных конденсаторов на один конденсатор переменной емкости 10...50 пФ, ось которого следует вывести на переднюю панель приемника («тон биений»).

Поскольку такой гетеродин заменяет гетеродин с кварцевой стабилизацией частоты, необходимо обеспечить уход его частоты во всех условиях работы не более чем на ±20 Гц. Это менее жесткое требование, чем требование к стабильности высокочастотного гетеродина, но такая стабильность необходима на все время работы приемника между моментами проверки и коррекции частоты 3-го гетеродина[ 1 ].

Для обеспечения требуемой стабильности частоты ТКЕ конденсаторов С5 и С6 должен быть не более ±150•10^-6, а ТКЕ С7 должен быть подобран для компенсации ТКИ L1 способом, описанным при рассмотрении схемы рис. 2.12. Результатом термокомпенсации гетеродина (рис. 2.14) должен быть уход частоты при нагревании узла гетеродина на 50...60° не более ±20 Гц.

Катушка L1 наматывается на керамическом каркасе или каркасе из пластмассы с малым температурным коэффициентом расширения (например, АГ-4); диаметр каркаса 12 мм. Намотка производится проводом ЛЭШО 7 X 0,07 способом «универсаль»; ширина секции 5 мм; число витков 50. Каждый слой этой катушки должен быть пропитан клеем БФ-6 и высушен при нормальной температуре в течение 30 мин.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: