Несимметричные многодиапазонные тюнеры, часть I. Основы популярной шестидиапазонной схемы согласования
Несколько лет назад W4NKQ [ 1 ] была предложена схема шестидиапазонного согласующего устройства. Этот самодельный многодиапазонный тюнер представлял собой несимметричную версию симметричного (двухтактного) согласующего устройства промышленной разработки (National MB-150) [ 2 ] и был рассчитан на диапазон частот 3,5…30 МГц. О том, что схема тюнера заинтересовала многих, свидетельствует масса писем, приходящих в адрес редакции журнала QST. Почти всех заинтересованных читателей “беспокоит” основа процессов, происходящих в схеме, по непонятным причинам, отсутствует литература на тему: ”А как же, всё-таки, работает несимметричный многодиапазонный тюнер?” В этой статье разъясняется, почему схема, состоящая всего из двух катушек и дифференциального конденсатора переменной ёмкости, может быть использована для согласования нагрузки в таком широком диапазоне частот: на шести диапазонах - на частотах от 3,5 до 30 МГц.
Несколько отличительных черт делают эту схему согласования привлекательной для использования в сеточных и анодных цепях ВЧ усилителей мощности. Вот некоторые преимущества подобной схемы тюнера:
1. Надёжность. Нет катушек, которые нужно переключать.
2. Экономичность. Нет необходимости изготавливать катушки на каждый диапазон и не требуются специальные ВЧ переключатели.
3. Удобство в эксплуатации. Смена диапазона осуществляется единственным настроечным элементом (вращением одной ручки), одним и тем же на всех диапазонах, позволяющим настраиваться на любую частоту в пределах перекрываемого заданного диапазона частот.
4. Компактность. Небольшое количество элементов схемы умещается в небольшом объёме.
5. Уменьшение помех телевидению (TVI). Поскольку внутри нет подстраиваемых элементов, тюнер может быть тщательно полностью закрыт и экранирован.
Схема многодиапазонного тюнера.
Рис. 1. Типовая схема несимметричного многодиапазонного тюнера. С1а и С1b -
секции дифференциального КПЕ (КПЕ со сдвоенным статором).
В схеме многодиапазонного согласующего устройства (Рис. 1) нет ничего сверхестественного, хотя многие полагают, что есть. Просто, устройство состоит из двух контуров, перестраиваемых синхронно, каждый из которых перекрывает примерно 2 : 1 частотный поддиапазон.
Эффективная схема многодиапазонного контура для работы в низкочастотных диапазонах частот приведена на Рис. 2. Для этого вида работы (НЧ диапазоны)
Рис. 2. Эффективная схема многодиапазонного тюнера для низкочастотных
диапазонов. Сплошными линиями показаны части фактически
задействованные в тюнере до частот порядка 14 МГц.
эффективным является применение всего одного контура с индуктивностью, представляемой катушкой L1 и ёмкостью – С1 и С2. В НЧ диапазонах индуктивность катушки L2 пренебрежимо мала и составляет величину не большую, чем у простой проволочной перемычки между секциями КПЕ С1, которые, практически, соединяются параллельно.
Эффективная схема тюнера для высоких частот показана на Рис. 3.
Рис. 3. Эффективная (действующая) схема тюнера для ВЧ диапазонов.
Это балансная схема с дифференциальным КПЕ, лампа РА подключается к одной половинке КПЕ. Если тюнер рассчитан на применение на ВЧ диапазонах, то импеданс катушки L1 довольно высок, чтобы влиять на комбинацию С1L2.
Для радиолюбительской практики, например, одна из этих схем может быть применена для диапазонов 80 и 40 метров, другая - для диапазонов 20, 15 и 10 метров. Значения элементов схемы подобраны так, что её ВЧ часть не может быть синхронно настроена на частоты гармоник НЧ части. На Рис. 1 показана схема тюнера, соединённая непосредственно с корпусом, так как предполагается, что он (тюнер) используется совместно с усилителем с параллельным питанием. Последовательное питание контура здесь не дискутируется. Детали усилителя, как то: ВЧ дроссель, развязывающий конденсатор и др., не важные для сути дела, на схеме не показаны.
Перекрытие диапазона частот 2 : 1 требует изменения ёмкости конденсатора настройки 4 : 1. В действительности же, для обеспечения перекрытия заданного диапазона частот, с исключением выделения гармонических составляющих и для компенсации возможной реактивности нагрузки, изменение ёмкости КПЕ должно быть более чем 4 : 1. Очевидно, что максимальная необходимая ёмкость конденсатора настройки зависит от ёмкости схемы, определяемой, когда КПЕ установлен в положение минимальной ёмкости. Типичный пример, предположим, что ёмкости лампы и другие паразитные монтажные составляют в сумме 25 пФ, минимальная ёмкость каждой секции КПЕ составляет 8,5 пФ. На НЧ диапазонах, когда обе секции конденсатора соединены параллельно, мы имеем минимальную ёмкость КПЕ 17 пФ Суммируем ёмкость монтажа с минимальной ёмкостью КПЕ и получаем: 25 + 17 = 42 пФ. Для того, чтобы обеспечить соотношение частот в поддиапазоне 2 : 1, необходимо, чтобы КПЕ имел максимальную ёмкость: 42 х 4 = 168 пФ (не менее) или 84 пФ на секцию. Для подтверждения вышеизложенного на практике был выбран КПЕ с максимальной ёмкостью 140 пФ на секцию. Это обеспечивает действительное изменение ёмкости от 42 до 305 пФ (включая минимальную ёмкость самой схемы).
Если мы выберем индуктивность 7,5 мкГн, то диапазон перестройки будет от 3,3 до 8,9 МГц, а 7 МГц “наступит” при ёмкости КПЕ порядка 65 пФ, а 3,5 МГц - при 270 пФ при нагрузке, обладающей малой реактивностью (активной). В схеме для ВЧ диапазонов (Рис. 3), ёмкость лампы подключена параллельно только одной секции КПЕ. Поскольку эта секция подключена последовательно с секцией С1b (насколько это касается катушки), то она окажет пренебрежительно малое влияние на действующую ёмкость, подключенную параллельно катушке. Минимум настроечной ёмкости, таким образом будет немного меньше, чем минимальная ёмкость одной секции КПЕ, т. е., менее 8,5 пФ. Максимальная ёмкость будет составлять половину ёмкости одной секции КПЕ, т. е., 70 пФ.
С катушкой L2 индуктивностью 2,4 мкГн, схема будет настраиваться на 14 МГц при 53 пФ, на 21 МГц - при 23 пФ и на 28 МГц - при 13 пФ. Диапазон перекрываемый тюнером, в этом случае, составит, примерно, 9…37 МГц.
Выход из низкочастотной секции многодиапазонного контура может быть наиболее удачно осуществлён связью у заземлённого конца катушки L1. Наиболее удобной и эффективной следует считать связь с помощью последовательного настроенного звена, как это было неоднократно описано в QST [ 3, 4, 5].
Поскольку выход на 14 МГц и выше может быть получен связью с большей индуктивностью L1, это обычно предполагает наличие более обширного связующего звена, чем может показаться на самом деле [ 6 ]. По этой причине, предпочтительно производить связь с выходом с помощью второго последовательного настраиваемого звена связанного с концом катушки L2, который соединён с С1b.
Ранее было отмечено, что другая катушка, в идеальном случае, влияет на активную схему пренебрежимо мало. Это можно, конечно, подтвердить и расчётом. Это может быть также подтверждено и практически удалением каждой катушки, по очереди, из схемы и отметкой расстройки последней. При установке, данной выше, закорачивание катушки L2 даёт сдвиг низкочастотного участка вверх всего на 80 кГц, т. е., на 2,7 %. При отключении катушки L1, высокочастотный участок сдвинулся вниз на 300 кГц, снова изменение составило менее 3 %. Это, конечно, может быть и не так, всё зависит от выбора компонентов. Степень, до которой может быть доведено отрицание воздействия другой катушки зависит от значения реактивности катушки в одной схеме на частоте, на которую другая схема настроена. Эффект более проявляется, если индуктивности катушек стремятся к равенству между собой.
Как и с любой другой несимметричной схемой, анодная нейтрализация неприменима и требуется какая-либо форма сеточной или звенной нейтрализации, конечно, если она необходима.
Как может быть замечено, резонансы на 3,5 и 14 МГц “случаются” при максимальной ёмкости КПЕ настройки, а резонансы на 7 и 28 МГц - при минимальной ёмкости КПЕ, так что, если не подобрать тщательно компоненты тюнера, то с превеликой вероятностью можно настроить тюнер одновременно на основную (первую) и четвёртую гармонику основной частоты сигнала. Этого можно избежать, если сделать диапазон перестройки тюнера большим чем 2 : 1 и “развести” НЧ и ВЧ диапазоны, т. е., НЧ участок в сторону увеличения ёмкости КПЕ, а ВЧ участок – в сторону уменьшения ёмкости КПЕ.
Литература: 1. Leiner, “All-Band Tank Circuit”, CQ, May 1949
2. King, “No Turrets – Just Tune”, QST, March 1948
3. “A Two-Control VFO Rig with Bandpass Exciter”, QST, August,
September 1950
4. “Compact R.F. Assembly for 50- and 144-Mc. Mobile”, QST, November
1953
5.“Three-Control Six-Band 813 Transmitter”, QST, January 1954
6.Только небольшая часть общего тока контура течёт через L1 на
частотах в 14 МГц и выше.
Свободный перевод с английского: Виктор Беседин (UA9LAQ) ua9laq@mail.ru
г. Тюмень апрель, 2003 г
