Шпионские штучки, или Секреты тайной радиосвязи
Шрифт:
Одним из важнейших параметров, качественно характеризующих высокочастотный генератор маломощных радиопередающих устройств, является стабильность частоты выходного сигнала. Данный параметр определяется как абсолютное значение отклонений частоты генерируемого сигнала, вызванных различными причинами, за определенный промежуток времени. Необходимо отметить, что генераторы с кварцевой стабилизацией частоты, по сравнению с обычными LC-генераторами, отличаются значительно более высокой стабильностью частоты сигнала.
Напряжение питания высокочастотных генераторов транзисторных микропередатчиков обычно соответствует напряжению питания остальных каскадов. В некоторых случаях, с целью обеспечения высокой стабильности
При разработке и создании миниатюрных транзисторных радиопередатчиков и радиомикрофонов особого внимания заслуживает выбор мощности изготавливаемой конструкции. Значения выходной мощности таких устройств должны соответствовать требованиям действующего законодательства Российской Федерации, о которых было рассказано ранее. Остается добавить, что также не требуется специальное разрешение, например, на эксплуатацию детских радиопереговорных устройств, работающих в полосе радиочастот от 26957 кГц до 27283 кГц, с мощностью излучения не более 10 мВт.
Обеспечение стабильности частоты ВЧ-генератора
Существует несколько основных причин, которые могут привести к отклонениям частоты в высокочастотных генераторах миниатюрных транзисторных радиопередатчиков и радиомикрофонов. Среди них в первую очередь следует отметить применение некачественных элементов, изменения температурного режима, отклонения напряжения питания, изменение параметров нагрузки и особенности конструктивного исполнения.
При выборе элементной базы особого внимания требует правильный подбор транзистора активного элемента, который должен иметь достаточно высокую граничную частоту. На практике граничная частота транзистора должна быть в несколько раз больше, чем рабочая частота генератора. Дело в том, что на частотах, находящихся в непосредственной близости от граничной частоты, коэффициент усиления транзистора обычно недостаточно высок для обеспечения стабильной генерации незатухающих колебаний.
Стабильность частоты транзисторного ВЧ-генератора также зависит от возможного изменения внутреннего сопротивления транзистора и схемы его включения. Обычно при выборе схемотехнического решения высокочастотного генератора предпочтение отдается схемам включения транзистора с общей базой и с общим коллектором.
Также внимательно следует отнестись к качественным характеристикам элементов резонансного контура. В первую очередь это касается конструктивных особенностей катушки индуктивности, а также материалов, из которых она изготавливается. Витки катушки должны быть жестко закреплены на каркасе таким образом, чтобы исключить изменение их положения в результате как механического, так и теплового воздействия. С учетом данного требования следует выбирать и материал каркаса. Не рекомендуется для увеличения значения индуктивности применять катушку с сердечником, поскольку при долговременной эксплуатации устройства стабильность частоты может ухудшиться.
Параметры резонансного контура ВЧ-генератора зависят и от характеристик примененного в нем конденсатора. Использование конденсаторов с некоторыми типами диэлектрика, достаточно надежно функционирующих в низкочастотных каскадах, может привести к таким изменениям качественных параметров контура, в результате которых произойдет срыв колебаний генератора.
Изменения температурного режима отдельных элементов высокочастотного генератора, в первую очередь транзистора и элементов резонансного контура, также оказывают влияние на стабильность частоты сигнала. В значительной мере компенсировать влияние температуры на режим работы транзистора позволяет применение соответствующих схемотехнических решений, например, классической мостовой схемы стабилизации положения
При изменении температуры окружающего пространства соответствующим образом изменяются как индуктивность катушки, так и емкость конденсатора, входящих в состав резонансного контура, что приводит к изменению его резонансной частоты. Температурные зависимости параметров элементов характеризуются соответствующими температурными коэффициентами. Например, значение индуктивности катушки при положительном температурном коэффициенте увеличивается с возрастанием температуры. Поэтому в некоторых случаях рекомендуется компенсировать влияние положительного температурного коэффициента катушки использованием конденсатора с соответствующим отрицательным температурным коэффициентом.
В транзисторных микропередатчиках напряжение питания высокочастотных генераторов транзисторных микропередатчиков обычно не отличается от напряжения питания остальных каскадов. Однако в некоторых схемотехнических решениях с целью обеспечения высокой стабильности частоты питание генератора осуществляется меньшим напряжением, которое формируется специальным стабилизатором. В результате при снижении напряжения элемента питания значение напряжения, подаваемого на высокочастотный генератор, остается неизменным.
Существуют и другие способы повышения стабильности частоты ВЧ-генератора, например, использование термостата, специальных фильтров в цепи питания и т. д. Необходимую информацию заинтересованные читатели могут найти в специализированной литературе и в сети Интернет.
3.2. Генераторы с резонансными LC-контурами
В так называемых LC-генераторах в качестве селективного элемента используется резонансный контур, образованный включенными параллельно катушкой индуктивности и конденсатором. Отличительной особенностью этого типа генераторов является минимальный уровень искажений формируемого сигнала, поскольку резонансный контур подавляет частотные составляющие высших гармоник даже в том случае, когда активный элемент работает в нелинейном режиме.
При разработке малогабаритной транзисторной радиопередающей аппаратуры профессионалы и любители используют различные схемотехнические решения высокочастотных генераторов с резонансными LC-контурами, основу которых составляет активный элемент, выполненный на биполярном или полевом транзисторе.
В зависимости от схемы подключения резонансного контура к активному элементу LC-генераторы делятся на генераторы с индуктивной связью, с емкостной связью и трехточечные генераторы. В генераторах с индуктивной связью цепь положительной обратной связи образована индуктивной ПОС между входным и выходным электродами транзистора, а в генераторах с емкостной связью – емкостной цепью ПОС. В трехточечных ВЧ-генераторах, часто называемых трехточками, резонансный контур подключен к активному элементу в трех точках. В зависимости от особенностей схемотехнического решения трехточки могут быть индуктивными или емкостными.
В связи с ограниченным объемом данной книги в следующих разделах будут рассмотрены лишь некоторые из наиболее популярных схемотехнических решений высокочастотных LC-генераторов, применяемые при разработке миниатюрных транзисторных радиопередающих устройств.
LC-генераторы с индуктивной связью
Отличительной особенностью LC-генераторов с индуктивной связью, отраженной в их названии, является цепь положительной обратной связи, которая обеспечивает индуктивную связь между входом и выходом активного элемента. Схемотехнические решения таких генераторов высокочастотных колебаний, хотя и редко, но применяются в миниатюрных транзисторных радиопередатчиках и радиомикрофонов.