Радиочастотные схемы

Добавлено 24 июня 2019 в 11:57
(a) Детекторный радиоприемник. (b) Модулированный РЧ сигнал на выходе антенны. (c) Выпрямленный РЧ сигнал на катоде диода, без конденсатора фильтра C2. (d) Демодулированный звук на наушниках.
Рисунок 1 – (a) Детекторный радиоприемник. (b) Модулированный РЧ сигнал на выходе антенны. (c) Выпрямленный РЧ сигнал на катоде диода, без конденсатора фильтра C2. (d) Демодулированный звук на наушниках.

Основными компонентами детекторного радиоприемника являются система антенны и земли, система параллельного контура, пиковый детектор и наушники. Смотрите рисунок выше (a). Антенна принимает передаваемые радиосигналы (b), которые поступают на землю через другие компоненты. Комбинация C1 и L1 формирует резонансный контур, называемый параллельным контуром. Его назначение – выделение одного из множества доступных радиосигналов. Переменный конденсатор C1 позволяет производить настройку на различные сигналы. Диод пропускает положительные полуволны радиосигнала, удаляя отрицательные полупериоды (c). C2 рассчитан на отфильтровывание радиочастот от огибающей РЧ сигнала (c) и передачу звуковых частот на наушники. Обратите внимание, что для детекторного радиоприемника источник питания не требуется. Германиевый диод, имеющий более низкое прямое падение напряжения, обеспечивает большую чувствительность, по сравнению с кремниевым диодом.

Хотя выше показаны электромагнитные наушники 2000 Ом, керамические наушники, иногда называемые детекторными наушниками, более чувствительны. Керамические наушники подходят для всех радиосигналов, кроме самых мощных.

Схема на рисунке ниже дает более мощный выходной сигнал, по сравнению с детекторным приемником. Поскольку транзистор не смещен в линейную область (нет резистора смещения базы), он пропускает только положительные полупериоды входного высокочастотного сигнала, детектируя амплитудную модуляцию. Преимуществом транзисторного детекторного приемника является усиление, дополняющее детектирование. Эта более мощная схема может легко запитывать электромагнитные наушники 2000 Ом. Обратите внимание, что транзистор – германиевый, PNP. Он, возможно, более чувствителен из-за более низкого напряжения VБЭ 0,2 В, по сравнению с кремниевым. Однако кремниевый транзистор всё равно должен будет работать. Для кремниевых NPN устройств потребуется противоположная полярность батареи.

TR One, однотранзисторный радиоприемник. Отсутствие резистора смещения заставляет транзистор работать в качестве детектора.
Рисунок 2 – TR One, однотранзисторный радиоприемник. Отсутствие резистора смещения заставляет транзистор работать в качестве детектора.

Наушники 2000 Ом больше широко не доступны. Однако наушники с низким импедансом, обычно используемые с портативным аудиооборудованием, могут их заменить, если будут использоваться с аудиотрансформатором. Подробности смотрите в томе 6 «Эксперименты» → «Цепи переменного тока» → «Чувствительный аудиодетектор».

Схема на рисунке ниже добавляет к детекторному приемнику аудиоусилитель для получения большей громкости в наушниках. В оригинальной схеме использовался германиевый диод и транзистор. Диод Шоттки может заменить германиевый диод. Кремниевый транзистор может использоваться, если резистор смещения базы будет изменен согласно таблице.

Детекторный радиоприемник с аудиоусилителем на одном транзисторе со смещением базы.
Рисунок 3 – Детекторный радиоприемник с аудиоусилителем на одном транзисторе со смещением базы.
Regency TR1 – первый серийный транзисторный радиоприемник, 1954 год.
Рисунок 4 – Regency TR1 – первый серийный транзисторный радиоприемник, 1954 год.

Схема на рисунке ниже представляет собой АМ радиоприемник на микросхеме, содержащей в себе все активные радиочастотные схемы. Все конденсаторы и катушки индуктивности, а также несколько резисторов являются внешними элементами по отношению к микросхеме. Переменный конденсатор 320 пФ настраивает гетеродин на частоту на 455 кГц выше входного радиочастотного сигнала. Частоты РЧ сигнала и гетеродина смешиваются, создавая сумму и разность этих двух частот, на выводе 15. Внешний керамический фильтр 455 кГц между выводами 15 и 12 выделяет разностную частоту 455 кГц. Большая часть усиления находится в усилителе промежуточной частоты (ПЧ) между выводами 12 и 7. Диод на выводе 7 восстанавливает звук из ПЧ. Сигнал автоматической регулировки усиления выделяется, фильтруется до постоянного напряжения и подается обратно на вывод 9.

Микросхема радиоприемника
Рисунок 5 – Микросхема радиоприемника

На рисунке ниже показана обычная механическая настройка (a) входного радиочастотного приемника и гетеродина и настройка с помощью варикапа (b). Соединенные пластины сдвоенного переменного конденсатора образуют довольно громоздкий компонент. Экономически выгоднее заменить его на настроечные варикапы. Увеличение обратного смещения Vнастр уменьшает емкость, что увеличивает частоту. Vнастр может изменяться с помощью потенциометра.

Сравнение радиоприемников на микросхемах с (a) механической настройкой и (b) электронной настройкой варикапами.
Рисунок 6 – Сравнение радиоприемников на микросхемах с (a) механической настройкой и (b) электронной настройкой варикапами.

На рисунке ниже показано еще меньшее количество компонентов АМ радиоприемника. Инженеры Sony включили полосовой фильтр промежуточной частоты (ПЧ) в 8-выводную микросхему. Это позволяет исключить использование внешних трансформаторов ПЧ и керамического фильтра ПЧ. Для радиочастотного входа и гетеродина всё еще требуются LC компоненты настройки. Тем не менее, переменные конденсаторы могут быть заменены настроечными варикапами.

Компактная микросхема радиоприемника устраняет внешние фильтры ПЧ.
Рисунок 7 – Компактная микросхема радиоприемника устраняет внешние фильтры ПЧ.

На рисунке ниже показан FM радиоприемник на базе микросхемы TDA7021T от NXP Wireless с небольшим количеством внешних компонентов. Громоздкие внешние трансформаторы фильтра ПЧ были заменены RC фильтрами. Резисторы встроенные, конденсаторы внешние. Эта схема была упрощена с рисунка 5 технического описания NXP. Полные схемы смотрите на рисунках 5 или 8 технического описания. Простая схема настройки взята с рисунка 5 технического описания. На рисунке 8 показано более сложное приемное устройство. Рисунок 8 технического описания демонстрирует стереофонический FM радиоприемник с усилителем звука для запитывания динамика.

Микросхема FM радиоприемника, схема усиления сигнала не показана.
Рисунок 8 – Микросхема FM радиоприемника, схема усиления сигнала не показана.

Упрощенный FM радиоприемник, изображенный на рисунке выше, рекомендуется для сборки. Для катушки индуктивности 56 нГн необходимо намотать 8 витков неизолированного провода 22 AWG на сверло или другой стержень диаметром 0,125 дюйма. Удалить этот стержень и растянуть получившуюся катушку до длины 0,6 дюйма. Конденсатор настройки может представлять собой миниатюрный подстроечный конденсатор.

На рисунке ниже приведен пример РЧ усилителя с общей базой. Эта схема очень наглядна из-за отсутствия схемы смещения. Поскольку смещения нет, это усилитель класса C. Транзистор пропускает менее 180° входного сигнала, потому что для 180° класса B потребуется смещение не менее 0,7 В. Схема с общей базой, по сравнению со схемой с общим эмиттером, имеет более высокий коэффициент усиления по мощности на высоких частотах. Это усилитель мощности (0,75 Вт). Входные и выходные П-цепи согласуют эмиттер и коллектор, соответственно, с входным и выходным коаксиальными разъемами 50 Ом. Выходная П-цепь также помогает отфильтровывать гармоники, генерируемые усилителем класса C. Хотя по современным стандартам излучения сигналов, вероятно, потребуется больше звеньев.

РЧ усилитель мощности 0,75 Вт класса C с общей базой. L1 = медный провод 10 AWG 0,5 витка диаметром 5/8 дюйма, длина катушки 3/4 дюйма. L2 = луженный медный провод 14 AWG 1,5 витка диаметром 1/2 дюйма с шагом 1/3 дюйма.
Рисунок 9 – РЧ усилитель мощности 0,75 Вт класса C с общей базой. L1 = медный провод 10 AWG 0,5 витка диаметром 5/8 дюйма, длина катушки 3/4 дюйма. L2 = луженный медный провод 14 AWG 1,5 витка диаметром 1/2 дюйма с шагом 1/3 дюйма.

Пример РЧ усилителя с общей базой с высоким коэффициентом усиления показан на рисунке ниже. Схема с общей базой может работать на более высоких частотах, по сравнению с другими вариантами схем. Эта схема является схемой с общей базой, поскольку базы транзисторов по переменному току соединены с землей конденсаторами 1000 пФ. Конденсаторы необходимы (в отличие от класса C на предыдущем рисунке), чтобы делитель напряжения 1кОм/4кОм мог смещать базу транзистора для работы в классе A. Резисторы 500 Ом являются резисторами смещения эмиттера. Они стабилизируют ток коллектора. Резисторы 850 Ом являются нагрузками коллектора по постоянному току. Трехкаскадный усилитель обеспечивает общее усиление 38 дБ на частоте 100 МГц с шириной полосы 9 МГц.

Усилитель малых сигналов с высоким коэффициентом усиления по схеме с общей базой.
Рисунок 10 – Усилитель малых сигналов с высоким коэффициентом усиления по схеме с общей базой.

Каскодный усилитель имеет широкую полосу, как и усилитель с общей базой, и умеренно высокий входной импеданс, такой как схема с общим эмиттером. Смещение для этого каскодного усилителя (рисунок ниже) разработано в примере задачи в главе 4.

Каскодный усилитель малых сигналов с высоким коэффициентом усиления.
Рисунок 11 – Каскодный усилитель малых сигналов с высоким коэффициентом усиления.

Данная схема (рисунок выше) моделируется в разделе «Каскодный усилитель» главы 4 «Биполярные транзисторы». Для лучшей работы на высоких частотах используйте ВЧ и СВЧ транзисторы.

Коммутатор на PIN диодах отключает приемник от антенны во время передачи.
Рисунок 12 – Коммутатор на PIN диодах отключает приемник от антенны во время передачи.
Антенный коммутатор на PIN диодах для приемника радиопеленгатора.
Рисунок 13 – Антенный коммутатор на PIN диодах для приемника радиопеленгатора.
Аттенюатор на PIN диодах. PIN диоды работают в качестве переменных резисторов, управляемых напряжением.
Рисунок 14 – Аттенюатор на PIN диодах. PIN диоды работают в качестве переменных резисторов, управляемых напряжением.

PIN диоды на рисунке 14 включены в схему П-аттенюатора. PIN диоды, включенные последовательно, но в противоположных направлениях, устраняют некоторые гармонические искажения, по сравнению с одиночными диодами. Фиксированный источник 1,25 В смещает в прямом направлении параллельные диоды, которые не только проводят постоянный ток от земли через резисторы, но также проводят РЧ сигнал на землю через конденсаторы под диодами. Управляющее напряжение Vупр по мере увеличения увеличивает ток через параллельные диоды. Это уменьшает сопротивление и затухание, пропуская больше РЧ сигнала от входа к выходу. При Vупр = 5 В затухание составляет около 3 дБ. При Vупр = 1 В затухание составляет 40 дБ с плоской амплитудно-частотной характеристикой до 2 ГГц. При Vупр = 0,5 В затухание составляет 80 дБ на частоте 10 МГц. Однако амплитудно-частотная характеристика при этом изменяется слишком сильно, чтобы использовать этот аттенюатор.


На сайте работает сервис комментирования DISQUS, который позволяет вам оставлять комментарии на множестве сайтов, имея лишь один аккаунт на Disqus.com.


Сообщить об ошибке