Стабилизированный генератор шума

Благодаря простоте схемы и удобству градуировки генераторы шума на прямонакальных диодах получили широкое распространение среди радиолюбителей. При всех их достоинствах существует один недостаток, делающий работу с ними не совсем приятной, а именно – крайнее неудобство установки и поддержания низких уровней шума, соответствующих токам через диод порядка единиц миллиампер. Проблема возникает из-за резкой нелинейности зависимости тока анода диода от напряжения накала, что затрудняет регулировку анодного тока с помощью стабилизатора с низким выходным сопротивлением. Применение для этих целей реостата тоже не очень хорошее решение из-за скачков тока при перестройке и большой нелинейности регулировочной характеристики.

Можно ли создать генератор шума, в котором регулировка выходной мощности осуществляется линейно, в любом диапазоне и поддерживается на заданном уровне при изменении сетевого напряжения? Да, и это не сложно.

Идея состоит в том, что нить накала диода питается от стабилизатора, охваченного обратной связью не по своему выходу, а по току анода, т.е. петля обратной связи замыкается через промежуток катод-анод диода. При этом зависимость тока анода от напряжения накала диода, включенного в цепь обратной связи, линеаризуется пропорционально коэффициенту усиления в петле, который можно сделать очень высоким.

Ниже приведена схема, реализующая этот принцип.

Сам генератор шума выполнен на диоде V1. Показанное на схеме включение диода позволяет избавится от дросселя в анодной цепи, что улучшает частотную характеристику прибора на УКВ, но при этом требует переноса регулирующего элемента к высокопотенциальному концу анодного источника.

Источник питания нити накала собран на диодном мосте VD1 и конденсаторе С4. Напряжение с этого источника подается на нить накала диода через регулирующий транзистор VT1. Оптрон VO1, управляющий транзистором VT1, предназначен для сдвига тока управления “вверх”.

Источник питания анода выполнен на диодном мосте VD2 и конденсаторах С1 и С2. Напряжение, пропорциональное току анода диода, выделяется относительно общего провода на шунте R11. На операционном усилителе DA1 выполнена схема, вырабатывающая напряжение, пропорциональное разности сигналов с шунта R11 и задатчика тока анода - резистора R10. Выходное напряжение ошибки через транзистор VT2 управляет током оптрона VO1,и,следовательно, напряжением на нити накала диода. При этом напряжение на шунте R11 стремится стать равным напряжению на движке резистора R10. В такой схеме значение тока анода определяется только напряжением на движке задатчика R10 и не зависит от прогрева диода, нестабильности питающей сети и прочих дестабилизирующих фактов.

Номиналы резисторов на приведенной схеме соответствуют диапазону регулировки тока анода от 0 до 10 мА. При необходимости диапазон можно сделать любым, либо переключать его в необходимых пределах. Для этого необходимо всего-навсего изменить сопротивление шунта R11 таким образом, чтобы при максимальном требуемом токе анода падение напряжения на нем соответствовало максимальному напряжению задатчика (т.е. 1 В). Например, для получения диапазона 0-5 мА сопротивление шунта R11 должно быть 200 Ом. При больших значениях сопротивления шунта во время настройки необходимо учитывать влияние тока через головку IP1 (100 мкА), измеряющую уровень шума на выходе.

Следует учесть, что из-за наличия инерционного элемента в цепи обратной связи (нить накала) в схеме возможны автоколебания. На стабильности выходного тока это абсолютно не сказывается, однако если автоколебания присутствуют (что можно увидеть осциллографом на выходе DA1),можно при желании попытаться их ликвидировать, уменьшая усиление в петле ОС (уменьшить номинал резистора R6).

Напряжения питания операционного усилителя (любой тип современного ОУ с соответствующими цепями коррекции) должно быть стабилизировано, т.к. с него формируется опорное напряжение задатчика.

При необходимости можно проградуировать ручку задатчика линейно прямо в единицах тока и отказаться от измерительного прибора.

В цепь накала рекомендуется включить полисвич на 1-1,5 А для защиты нити накала при настройке схемы или при выходе из строя компонент схемы.

Юрий Гриев (UR3EX),  ur3ex@ua.fm