АВТОГЕНЕРАТОР УКВ
М.АНИСИМОВ (RU3PF), г. Тула
При построении радиопередающих устройств радиолюбители в большинстве случаев используют многокаскадные передатчики, особенно в диапазоне УКВ. Это позволяет получить высокую стабильность частоты и требуемую выходную мощность.
Однако в ряде случаев нет необходимости использовать сложную многокаскадную схему, например, для оценки условий распространения УКВ-сигналов, экспериментальной отработки диаграмм направленности антенн, или тогда, когда приемное устройство снабжено системой автоматической подстройки частоты. Для подобных измерений предлагается схема автогенератора с выходной мощностью порядка 10 Вт, обладающая достаточной для проведения экспериментов стабильностью.
Достоинствами подобной схемы являются простота конструкции, незначительное количество деталей и несложная процедура настройки, а также отсутствие проблем, связанных с самовозбуждением многокаскадных систем.
Принципиальная схема автогенератора изображена на рис 1. Несмотря на наличие нагрузки в цепи коллектора, транзистор VT1 включен по схеме с общим коллектором. Подобное включение транзистора характеризуется отсутствием сдвига фаз между входным и выходным сигналами усилительного звена. Для реализации условия баланса фаз, цепь обратной связи, представляющая собой параллельный колебательный контур, частично включенный в цепь эмиттера, также не создает фазового сдвига. Такая схема генератора называется индуктивной трехточкой (схема Хартли). В диапазоне УКВ использование индуктивной связи очень удобно, т к колебательные контуры представляют собой однослойные катушки с небольшим числом витков, и для изменения коэффициента положительной обратной связи достаточно переместить точку соединения эмиттера с контуром. Эмиттерный ток VT1, протекая по части витков колебательного контура, создает переменное магнитное поле, возбуждающее в контуре переменную ЭДС, которая подводится к базовой цепи. Требуемое смещение создается резисторным делителем R1-R2.
Puc.1
Для выделения полезной мощности, в цепь коллектора включена нагрузка. В подобном генераторе возможны несколько вариантов цепи нагрузки. В тех случаях, когда выходная мощность невелика, в качестве нагрузки может быть использован параллельный колебательный контур. Вследствие того, что резонансное сопротивление нагруженного контура достаточно велико (0,5 2 кОм), необходимо частичное включение контура в коллекторную цепь и в цепь антенны.
При дальнейшем увеличении выходной мощности требуемое нагрузочное сопротивление уменьшается, и более удобным является использование последовательного контура (Г-образной цепи), обладающего минимальным значением полного сопротивления на резонансной частоте. Антенна может быть связана с контуром с помощью катушки индуктивности. В этом случае используется параллельное питание коллекторной цепи.
При больших выходных мощностях фильтрующие свойства последовательного контура оказываются недостаточными, и целесообразно использование П-контура.
Следует отметить, что несмотря на эффективность последовательного контура, позволяющего согласовать сопротивление нагрузки с требуемым сопротивлением коллекторной цепи, пик-фактор (ПФ) коллекторного напряжения при использовании последовательного контура достигает значения.
ПФ=Uк max/Ек=3...4,
что заставляет применять транзисторы с высоким значением максимально допустимого коллекторного напряжения или снижать Ек до значения 12-20 В, что, в свою очередь, затрудняет достижение высоких мощностей. Поэтому для получения больших выходных мощностей целесообразно использовать П-кон-тур, при котором пик-фактор достигает меньших значений (ПФ=2).
Данный генератор был выполнен в нескольких вариантах (на частоты 27, 68 и 94 МГц). На частоте 27 МГц в качестве коллекторной нагрузки использовался П-контур, а на частотах 68 и 94 МГц - последовательный контур с индуктивной связью с антенной.
Основой конструкции генератора является радиатор площадью 600 см2, на котором установлен транзистор. Все элементы генератора расположены на изолированных стойках, закрепленных на поверхности радиатора.
Катушка L1 выполнена с "во-жженной" намоткой на керамическом каркасе 015 мм и содержит 5 витков при длине намотки 20 мм, отвод - от 2-го витка, считая от заземленного конца. Катушка П-контура (L3) - бескаркасная, содержит 11 витков провода ПЭВ 01,0 мм и выполнена на оправке 08 мм Конденсаторы С1, С5, С6 - с воздушным диэлектриком. Дроссель L2 - типа ДММ-2,4 (20 мкГн).
Схема генератора на частоты 68 и 94 МГц приведена на рис.2. Катушка базового контура L1 выполнена на фторопластовом каркасе 012 мм с подстройкой латунным сердечником 05 мм и содержит 6 и 4 витка на частоты 68 и 94 МГц соответственно. Катушка коллекторного контура L3 - бескаркасная, выполнена проводом ПЭВ 01 мм на оправке 08 мм и содержит 8 (6) витков. Эта катушка состоит из двух половин, между которыми располагается катушка L4, состоящая из 4 (3) витков.
Puc.2
Для осуществления частотной модуляции в описанных генераторах используется схема модулятора, показанная на рис.3. НЧ-сигналы с электретного микрофона поступают на усилительный каскад на транзисторе VT1, коллектор которого гальванически связан с варикапами VD1 и VD2. Наряду с варикапами КВ102Д, в схеме можно использовать диоды типа Д220. Настройка модулятора сводится к установке потенциала коллектора VT1, равного половине напряжения питания, с помощью базового резистора R1. Модулятор соединяется с базовым контуром генератора в точке А. Так как ВЧ-напряжение на базовом контуре достаточно велико, может потребоваться подключение модулятора к части витков базового контура.
Puc.3
Для настройки генератора желательно использовать частотомер или приемник на соответствующий диапазон и генератор УКВ. Настройка проводится при пониженном напряжении питания.
Первоначально базовый контур отключается, генератор превращается в усилитель, в цепь базы вводится сигнал с соответствующей частотой от генератора УКВ, и выходной контур настраивается на требуемую частоту. Затем схема генератора восстанавливается. При увеличении напряжения питания (ЕК) коэффициент усиления усилительного звена возрастает, и при напряжении питания порядка 5 В возникает автогенерация, т.к. начинает выполняться условие баланса амплитуд. При этом ток, потребляемый от источника, скачком возрастает до 250 мА. Если этого не происходит, необходимо переместить точку отвода, соединенную с эмиттером транзистора, на 0.5...1 виток.
При увеличении напряжения питания до 14 В потребляемый ток возрастает до 500 мА, а выходная мощность, измеряемая на эквиваленте нагрузки (2 лампы 6,3 В х 0,22 А, включенные последовательно), составляет 3 Вт. При этом ВЧ-напряжение на базовом контуре - порядка 50 В. При дальнейшем увеличении напряжения питания (до 20 В) коллекторный ток достигает максимально допустимого значения - 800 мА, а выходная мощность - 8... 10 Вт. В процессе увеличения напряжения питания происходит изменение емкостей р-n переходов, поэтому все конденсаторы необходимо подстраивать при рабочем значении Ек для получения требуемой частоты и достижения максимальной мощности. Если Ек увеличить примерно до 24 В, коллекторный переход транзистора VT1 обычно пробивается. Следует отметить сравнительно сильное взаимное влияние базового и коллекторного контуров, что совершенно естественно при подобной конфигурации схемы.
В схеме генератора на 27 МГц, наряду с транзистором КТ904, был испытан транзистор КТ912 (без изменения номиналов элементов схемы). При напряжении питания 20 В коллекторный ток составил 2,5 А, а выходная мощность достигла 20 Вт.
В данном генераторе можно получить и большую мощность, но для этого необходимо сильнее связывать базовый контур с цепью базы, что приводит к некоторому снижению стабильности генерируемых колебаний.
С описанным генератором могут использоваться любые типы антенн, однако наиболее удобна непосредственная связь антенны и генератора, как это сделано, например, в [1, 2]. При этом, однако, несколько изменится конфигурация коллекторной цепи.
Проверка стабильности частоты колебаний проводилась на частоте 27 МГц, при выходной мощности 8 Вт, после предварительного часового прогрева, и при питании генератора нестабилизированным постоянным напряжением 20 В. Увеличение частоты оказалось равным 800 Гц за 1 час (при этом не использовались существующие способы стабилизации частоты). Очевидно, что применяя стабилизированное напряжение питания, включив в базовый контур генератора конденсатор с соответствующим ТКЕ, а также вводя отрицательную обратную связь, можно получить значительно большую стабильность частоты генерируемых колебаний.
Литература
1. Анисимов М. Активные передающие рамочные антенны. - Радиолюбитель. KB и УКВ, N 10, 1998, С.28-30.
2. Анисимов М. Активная передающая антенна. - Радиолюбитель, 1998, N10, С.39.
Радиолюбитель 10/2000