Un simplu generator de semnal RF de bandă largă. Generatoare de înaltă frecvență
Dedicat tinerilor radioamatori...
Prefaţă
Un semnal radio, odată generat, este dus în adâncurile Universului cu viteza luminii... Această frază, citită în revista „Tânărul Tehnician” în copilăria mea îndepărtată, mi-a făcut o impresie foarte puternică și chiar și atunci am hotărât ferm că voi trimite cu siguranță semnalul meu „fraților noștri în minte”, indiferent cât mă costă. Dar calea de la dorința la visul devenit realitate este lungă și imprevizibilă...
Când am început să intru în domeniul radioului, îmi doream foarte mult să construiesc un post de radio portabil. La acea vreme credeam că era compus dintr-un difuzor, o antenă și o baterie. Tot ce trebuie să faci este să le conectezi în ordinea corectă și vei putea vorbi cu prietenii oriunde s-ar afla... Am umplut mai mult de un caiet cu posibile scheme, am adăugat tot felul de becuri, bobine și cablaje. Astăzi aceste amintiri mă fac doar să zâmbesc, dar apoi mi s-a părut că doar puțin și voi avea în mâini un dispozitiv minune...
Îmi amintesc primul meu emițător radio. În clasa a VII-a am fost la un club de radiogonistă sportiv (așa-zisa vânătoare de vulpi). Într-una dintre frumoasele zile de primăvară, ultima noastră „vulpe” a dat ordin să trăiască mult. Capul cercului, fără să se gândească de două ori, mi-a întins-o cu cuvintele - „... ei bine, repare acolo...”. Probabil că eram teribil de mândru și fericit că mi s-a încredințat o misiune atât de onorabilă, dar cunoștințele mele de electronică la acea vreme nu atingeau „minimul de candidat”. Știam cum să disting un tranzistor de o diodă și aveam o idee aproximativă despre cum funcționează separat, dar modul în care funcționează împreună era un mister pentru mine. Ajuns acasă, am deschis cu uimire mica cutie de metal. Înăuntru era o placă formată dintr-un multivibrator și un generator RF pe un tranzistor P416. Pentru mine, acesta a fost punctul culminant al designului de circuite. Cel mai misterios detaliu din acest dispozitiv a fost bobina master oscilator (3,5 MHz), înfășurată pe un miez blindat. Curiozitatea din copilărie a învins bunul simț și o șurubelniță ascuțită de metal a săpat în carcasa blindată a bobinei. „Apucare”, s-a auzit un zgomot și o bucată din corpul bobinei blindate a căzut pe podea cu o bufnitură. În timp ce el cădea, imaginația mea pictase deja o imagine cu mine împușcat de liderul cercului nostru...
Această poveste a avut un final fericit, deși s-a întâmplat o lună mai târziu. Am reparat în cele din urmă „Vulpea”, deși, mai precis, am făcut-o din nou. Placa de baliză, din folie getinax, nu a rezistat la tortură cu fierul meu de lipit de 100 de wați, urmele s-au desprins din cauza reludării constante a pieselor... A trebuit să fac din nou placa. Mulțumesc tatălui meu pentru că a adus (obținut de undeva cu mare dificultate) folie getinax și mamei pentru oja scumpă de culoare roșie franțuzească pe care am folosit-o pentru a picta tabla. Nu am putut obține un nou miez de armură, dar am reușit să-l lipesc pe cel vechi cu lipici BF... Radiofarul reparat și-a trimis cu bucurie „PEEP-PEEP” slab în aer, dar pentru mine a fost comparabil cu lansarea primului satelit artificial al Pământului, care a anunțat omenirii începutul erei explorării spațiale cu același semnal intermitent la frecvențe de 20 și 40 MHz. Iată povestea...
Diagrama dispozitivului
Există un număr mare de circuite generatoare în lume capabile să genereze oscilații de diferite frecvențe și puteri. De obicei, acestea sunt dispozitive destul de complexe bazate pe diode, lămpi, tranzistoare sau alte elemente active. Asamblarea și configurarea lor necesită ceva experiență și echipamente scumpe. Și cu cât frecvența și puterea generatorului sunt mai mari, cu atât dispozitivele sunt mai complexe și mai scumpe, cu atât radioamatorul trebuie să aibă mai multă experiență în acest subiect.
Dar astăzi, aș vrea să vorbesc despre un generator RF destul de puternic, construit pe un singur tranzistor. Mai mult, acest generator poate funcționa la frecvențe de până la 2 GHz și mai mari și poate genera destul de multă putere - de la unități la zeci de wați, în funcție de tipul de tranzistor folosit. O caracteristică distinctivă a acestui generator este utilizarea rezonator dipol simetric, un fel de circuit oscilator deschis cu cuplaj inductiv și capacitiv. Nu vă speriați de acest nume - rezonatorul este format din două benzi metalice paralele situate la mică distanță una de cealaltă.
Primele mele experimente cu generatoare de acest tip le-am făcut la începutul anilor 2000, când tranzistoarele RF puternice au devenit disponibile pentru mine. De atunci, am revenit periodic la acest subiect, până la mijlocul verii pe site-ul VRTP.ru a apărut un subiect despre utilizarea unui generator puternic cu un singur tranzistor ca sursă de radiație HF pentru a bloca aparatele de uz casnic (centre muzicale, casetofone radio, televizoare) prin direcţionarea curenţilor HF modulaţi în circuitele electronice ale acestor aparate. Materialul acumulat a stat la baza acestui articol.
Circuitul unui generator RF puternic este destul de simplu și constă din două blocuri principale:
- Direct auto-oscilatorul HF însuși pe un tranzistor;
- Un modulator este un dispozitiv pentru manipularea (lansarea) periodică a unui generator RF cu un semnal de frecvență audio (orice alt).
Detalii si design
„Inima” generatorului nostru este tranzistor MOSFET de înaltă frecvență. Acesta este un element destul de scump și rar folosit. Poate fi cumpărat la un preț rezonabil din magazinele online chinezești sau găsit în echipamente radio de înaltă frecvență - amplificatoare/generatoare de înaltă frecvență, și anume, în plăci de stații de bază celulare de diferite standarde. În cea mai mare parte, acești tranzistori au fost dezvoltați special pentru aceste dispozitive.
Astfel de tranzistoare sunt diferite din punct de vedere vizual și structural de cele familiare multor radioamatori din copilărie. KT315 sau MP38și sunt „cărămizi” cu fire plate pe un substrat metalic puternic. Ele vin în dimensiuni mici și mari, în funcție de puterea de ieșire. Uneori, într-un pachet există doi tranzistori pe același substrat (sursă). Iată cum arată ele:
Rigla de mai jos vă va ajuta să estimați dimensiunea lor. Pentru a crea un oscilator, pot fi utilizați orice tranzistoare MOSFET. Am încercat următoarele tranzistoare în generator: MRF284, MRF19125, MRF6522-70, MRF9085, BLF1820E, PTFA211801E- toate lucrează. Iată cum arată aceste tranzistoare în interior:
Al doilea material necesar pentru fabricarea acestui dispozitiv este cupru. Aveți nevoie de două benzi din acest metal de 1-1,5 cm lățime. si 15-20 cm lungime (pentru o frecventa de 400-500 MHz). Rezonatoarele pot fi fabricate de orice lungime, in functie de frecventa dorita a generatorului. Aproximativ, este egal cu 1/4 lungime de undă.
Am folosit cupru de 0,4 si 1 mm grosime. Fâșiile mai puțin subțiri nu își vor menține bine forma, dar în principiu sunt și funcționale. În loc de cupru, puteți folosi alamă. Rezonatoarele din alpaca (un tip de alamă) funcționează și ele cu succes. În cea mai simplă versiune, rezonatoarele pot fi realizate din două bucăți de sârmă cu diametrul de 0,8-1,5 mm.
Pe lângă tranzistorul RF și cupru, veți avea nevoie de un microcircuit pentru a face generatorul 4093 - acestea sunt 4 elemente 2I-NOT cu declanșatoare Schmitt la intrare. Poate fi înlocuit cu un microcircuit 4011 (4 elemente 2I-NU) sau echivalentul său rusesc - K561LA7. De asemenea, puteți utiliza un alt generator pentru modulare, de exemplu, asamblat cronometru 555. Sau puteți exclude complet partea modulantă din circuit și obțineți doar un generator RF.
Un tranzistor compozit p-n-p este folosit ca element cheie SFAT126(puteți folosi TIP125 sau TIP127, ele diferă doar prin tensiunea maximă admisă). Conform pașaportului, poate rezista la 5A, dar se încălzește foarte mult. Prin urmare, este nevoie de un radiator pentru a-l răci. Ulterior, am folosit tranzistoare cu efect de câmp pe canal P ca IRF4095 sau P80PF55.
Asamblarea dispozitivului
Dispozitivul poate fi asamblat fie pe o placă de circuit imprimat, fie prin montare la suprafață, în conformitate cu regulile de montare RF. Topologia și tipul plăcii mele sunt prezentate mai jos: 
Această placă este proiectată pentru tipul tranzistorului MRF19125 sau PTFA211801E. Pentru aceasta, în placă este tăiată o gaură corespunzătoare mărimii sursei (placă radiator).
Unul dintre aspectele importante ale asamblarii dispozitivului este acela de a asigura eliminarea căldurii de la sursa tranzistorului. Am folosit diverse calorifere pentru a se potrivi dimensiunii. Pentru experimente pe termen scurt, astfel de radiatoare sunt suficiente. Pentru o funcționare pe termen lung, aveți nevoie de un radiator cu o suprafață suficient de mare sau de utilizarea unui circuit de ventilator.
Pornirea dispozitivului fără radiator este plină de supraîncălzirea rapidă a tranzistorului și defecțiunea acestui element radio scump.
Pentru experimente, am realizat mai multe generatoare cu tranzistori diferiți. Am realizat și suporturi de flanșă pentru rezonatoarele stripline, astfel încât acestea să poată fi schimbate fără a încălzi constant tranzistorul. Fotografiile de mai jos vă vor ajuta să înțelegeți detaliile de instalare.
Pornirea dispozitivului
Înainte de a porni generatorul, trebuie să verificați din nou dacă conexiunile sale sunt corecte, astfel încât să nu ajungeți la o grămadă destul de scumpă de tranzistori etichetați „Ars”. 
Este recomandabil să se efectueze prima pornire cu control al consumului de curent. Acest curent poate fi limitat la un nivel sigur prin utilizarea unui rezistor de 2-10 ohmi în circuitul de putere a generatorului (colector sau dren al tranzistorului modulator).
Funcționarea generatorului poate fi verificată cu diverse dispozitive: un receptor de căutare, un scanner, un frecvențămetru sau pur și simplu o lampă de economisire a energiei. Radiația HF cu o putere mai mare de 3-5 W îl face să strălucească.
Curenții HF încălzesc cu ușurință unele materiale care vin în contact cu ei, inclusiv țesuturile biologice. Asa de Fiți atenți, puteți obține o arsură termică atingând rezonatoarele expuse(mai ales atunci când generatoarele funcționează pe tranzistoare puternice). Chiar și un mic generator bazat pe tranzistorul MRF284, cu o putere de doar aproximativ 2 wați, îți arde ușor pielea mâinilor, așa cum poți vedea în acest videoclip:
Cu ceva experiență și putere suficientă a generatorului, la capătul rezonatorului, puteți aprinde așa-numitul. „torță” este o minge mică de plasmă care va fi alimentată de energia RF de la generator. Pentru a face acest lucru, pur și simplu aduceți un chibrit aprins la vârful rezonatorului.
T.N. „torță” la capătul rezonatorului.
În plus, este posibilă aprinderea unei descărcări RF între rezonatoare. În unele cazuri, descărcarea seamănă cu o minge mică de fulger care se mișcă haotic pe toată lungimea rezonatorului. Puteti vedea mai jos cum arata. Consumul actual crește oarecum și multe canale de televiziune terestre „ieșesc” prin casă))).
Aplicația dispozitivului
În plus, generatorul nostru poate fi folosit pentru a studia efectele radiațiilor RF asupra diferitelor dispozitive, echipamente audio și radio de uz casnic pentru a studia imunitatea lor la zgomot. Și, desigur, cu ajutorul acestui generator poți trimite un semnal în spațiu, dar asta este o altă poveste...
P.S. Acest auto-oscilator HF nu trebuie confundat cu diverse EMP-jammer. Acolo sunt generate impulsuri de înaltă tensiune, iar dispozitivul nostru generează radiații de înaltă frecvență.
Ideea de a realiza un generator VHF ieftin pentru utilizare în domeniu a luat naștere când a apărut dorința de a măsura parametrii antenelor auto-asamblate contor SWR de casă. A fost posibil să se realizeze un astfel de generator rapid și convenabil folosind blocuri de module înlocuibile. Am asamblat deja mai multe generatoare pentru: difuzare 87,5 - 108 MHz, radio amator 144 - 146 MHz și 430 - 440 MHz, inclusiv benzi PRM (446 MHz), gama de televiziune digitală terestră 480 - 590 MHz. Un astfel de dispozitiv de măsurare mobil și simplu se potrivește în buzunar și, în unele privințe, nu este inferior instrumentelor de măsurare profesionale. Bara de scară poate fi completată cu ușurință prin modificarea mai multor valori în circuit sau placa modulară.
Schema structurala este același pentru toate gamele utilizate.
Acest oscilator principal(pe tranzistorul T1) cu stabilizare parametrică a frecvenței, care determină domeniul de suprapunere necesar. Pentru a simplifica designul, reglarea intervalului este efectuată de un condensator de tăiere. În practică, un astfel de circuit de comutare, cu valori nominale adecvate, pe inductori standardizați cu cip și condensatori cu cip, a fost testat până la frecventa 1300 MHz.
 |
| Foto 2. Generator cu filtru trece-jos pentru intervalele 415 - 500 MHz și 480 - 590 MHz. |
Filtru trece jos (LPF) suprimă armonicile superioare cu mai mult de 55 dB, realizate pe circuite cu inductoare L 1, L 2, L 3. Condensatoarele paralele cu inductanțe formează filtre cu crestătură reglate la a doua armonică a oscilatorului local, care asigură suprimarea suplimentară a armonicilor superioare ale oscilator local.
Amplificator liniar pe microcircuit are o impedanță de ieșire normalizată de 50 Ohmi și pentru acest circuit de comutare dezvoltă putere de la 15 la 25 mW, suficientă pentru reglarea și verificarea parametrilor antenei, care nu necesită înregistrare. Aceasta este exact puterea de ieșire a generatorului de înaltă frecvență G4-176 Pentru simplitatea circuitului, nu există un filtru trece-jos la ieșirea microcircuitului, astfel încât suprimarea armonicilor superioare ale generatorului la ieșire s-a deteriorat. cu 10 dB.
Microcircuitul ADL 5324 este proiectat să funcționeze la frecvențe de la 400 MHz la 4 GHz, dar practica a arătat că este destul de funcțional și la frecvențe VHF inferioare.
Alimentare pentru generatoare realizat de la o baterie cu litiu cu o tensiune de până la 4,2 volți. Dispozitivul are un conector pentru alimentare externă și reîncărcare a bateriei și un conector de înaltă frecvență pentru conectarea unui contor extern, iar un contor SWR de casă poate servi ca indicator de nivel.
Interval generator 87,5 – 108 MHz.
Opțiuni. Reglajul efectiv al frecvenței a fost de 75 – 120 MHz. Tensiune de alimentare V p = 3,3 – 4,2 V. Putere de ieșire până la 25 mW (V p = 4 V). Rezistența de ieșire Rout = 50 Ohm. Suprimarea armonicilor superioare de peste 40 dB. Neuniformitatea în intervalul de frecvență 87,5 – 108 MHz este mai mică de 2 dB. Consumul de curent nu este mai mare de 100 mA (V p = 4 V).
 |
| Orez. 1. Interval generator 87,5 - 108 MHz. |
 |
| Orez. 2. |
Generator al intervalului de radioamatori 144 - 146 MHz.
Opțiuni. Reglajul efectiv al frecvenței a fost de 120 – 170 MHz. Tensiune de alimentare V p = 3,3 – 4,2 V. Putere de ieșire până la 20 mW (V p = 4 V). Rezistența de ieșire Rout = 50 Ohm. Suprimarea armonicilor superioare de peste 45 dB. Neuniformitatea în domeniul de frecvență este mai mică de 1 dB. Consumul de curent nu este mai mare de 100 mA (V p = 4 V).
În generator, bobina inductorului este redusă la 10 spire (diametrul dornului 4 mm, diametrul firului 0,5 mm). Valorile condensatoarelor de filtru trece-jos au scăzut.
Generator al intervalului de radioamatori 430 - 440 MHz.
Opțiuni. Intervalul real de reglare la valorile indicate a fost 415 – 500 MHz. Tensiune de alimentare V p = 3,3 – 4,2 V. Putere de ieșire până la 15 mW (V p = 4 V). Rezistența de ieșire Rout = 50 Ohm. Suprimarea armonicilor superioare de peste 45 dB. Neuniformitatea în intervalul de frecvență 430 – 440 MHz este mai mică de 1 dB. Consumul de curent nu este mai mare de 95 mA (V p = 4 V).
 |
| Foto 6. Proiectarea generatorului pentru intervalul 415 - 500 MHz și 480 - 590 MHz. |
Generator de televiziune digitală terestră 480 – 590 MHz.
Opțiuni. Gama reală de acordare la valorile indicate a fost 480 – 590 MHz. Tensiune de alimentare V p = 3,3 – 4,2 V. Putere de ieșire până la 15 mW (V p = 4 V). Rezistența de ieșire Rout = 50 Ohm. Suprimarea armonicilor superioare de peste 45 dB. Neuniformitatea în domeniul de frecvență este mai mică de 1 dB. Consumul de curent nu este mai mare de 95 mA (V p = 4 V).
 |
| Fig. 3 Interval generator 480 - 490 MHz. Interval generator 415 -500 MHz. Lg = 47 nH. C3, C4 -5,6 pF. |
Constând din 3,5 părți și care furnizează câțiva wați de putere la o frecvență de 400-500 megaherți, suficientă pentru a ilumina dispozitivele cu descărcare în gaz, precum luminile de neon, pentru a vă arde ușor degetele și pentru a informa frecvențametre.
Cu tranzistoarele potrivite, o înțelegere a tehnicilor de proiectare a plăcilor RF și puțin noroc, puteți consolida semnificativ acest design, crescând puterea la 40-50 de wați la aceeași frecvență.
Tranzistoarele care funcționează la astfel de frecvențe și puteri sunt deja semnificativ diferite de TO-247, TO-220 și alte cazuri familiare multor cititori ai blogului meu modest, precum și de la „cărămizi”. Forma ambalajului lor este dictată în mare măsură de comportamentul semnalelor la frecvențe înalte. De obicei este un pătrat sau dreptunghi, de o nuanță albă caracteristică, cu plumbi placate cu aur de grosime destul de impresionantă situate pe două sau patru laturi. Aceste tranzistoare costă, de asemenea, mult mai mult decât tranzistoarele cu invertor de putere, iar prețul crește proporțional atât cu puterea, cât și cu frecvența și pot ajunge la sute de dolari bucata și mai mult.
Pentru acest design, un tranzistor RF etichetat MRF 6522-70 a fost lipit cu grijă de pe placa stației de bază GSM demontată. După cum puteți vedea cu ușurință din fișa de date, poate produce până la 70 de wați la o frecvență de 900 de megaherți. Cu toate acestea, pentru a o pune în acest mod, este necesar să proiectați placa cu destulă atenție - toate aceste îndoituri ale pistelor caracteristice frecvențelor înalte, bucăți de folie care nu sunt conectate galvanic nicăieri și alte ciudații ciudate care nu par deosebit de semnificative, dar în de fapt afectează comportamentul semnalului, sunt deja complet necesare. Și la puteri și frecvențe mai scăzute le puteți bate și face placa folosind metoda banală de gravare a fantelor.
Nu există diferențe fundamentale în design față de cel menționat mai sus. Poate că două benzi de cupru de o anumită lungime și dimensiune sunt luate ca rezonator (distanța dintre ele, lățimea și lungimea lor determină L și C ale circuitului auto-oscilator rezonant - ambele sunt inductanță și capacitate).
Generatorul consumă 18 volți la intrare cu un curent de până la 4 amperi și încălzește destul de vizibil radiatorul. Răcirea forțată este absolut necesară pentru funcționarea acesteia, având în vedere eficiența de 50-60%. Pe langa calorifer, degetele ti se incalzesc destul de bine daca le apropii de rezonatorul de cupru. Principiul de încălzire aici este același ca și pentru alimente în cuptorul cu microunde (care respinge în mod convingător prostiile despre fenomenele de rezonanță în moleculele de apă care se presupune că apar la frecvența sa de funcționare). Dacă aprindeți o lanternă la capătul rezonatorului, aceasta va rămâne cu succes acolo mult timp - o mică minge strălucitoare de plasmă cu margini neclare, de 3-5 milimetri în diametru.
Schema generatorului este atașată:
Dar cel mai interesant lucru, motivul pentru care am început să spun toate acestea în primul rând, sunt fenomenele care apar cu gazele rarefiate la astfel de frecvențe. Comportamentul frânghiei cu plasmă începe să difere puternic de îndoirile standard caracteristice frecvențelor de zeci și sute de kiloherți, pe care le-am folosit anterior (când lucram cu un dispozitiv de calitate etc.). Ar dura mult timp pentru a descrie toate diferențele folosind text, doar uitați-vă la galeria de imagini și videoclipurile atașate. Cel mai interesant comportament este, desigur, xenonul, criptonul și amestecurile lor cu aditivi. Combinațiile izbitoare de nuanțe, forme și mișcări creează senzația că există o creatură vie în sticlă sau balon care ne-a venit direct din mitologia Lovecraft sau ceva asemănător. Tentacule, ventuze, mișcări ascuțite și în același timp netede, nuanțe verzui-fantomatice par a fi o ilustrare vie pentru poveștile despre Cthulhu și alți locuitori ai adâncurilor.
Toate cele patru videoclipuri merită vizionate. Recomand cu incredere.
Generatorul de semnal de înaltă frecvență propus este atractiv datorită simplității designului și asigură stabilizarea tensiunii de ieșire pe o bandă largă de frecvență.
Cerințele pentru un generator de semnal de bandă largă sunt bine cunoscute. În primul rând, aceasta este o valoare suficient de mică a rezistenței de ieșire, ceea ce face posibilă potrivirea ieșirii sale cu impedanța caracteristică a cablului coaxial (de obicei 50 ohmi) și prezența ajustării automate a amplitudinii tensiunii de ieșire, care își menține nivelul aproape constant, indiferent de modificările frecvenței semnalului de ieșire. Pentru intervalul de microunde (peste 30 MHz), comutarea simplă și fiabilă a intervalelor, precum și un design rațional al generatorului sunt de mare importanță.
Semnalul de înaltă frecvență de la generator prin condensatorul C4 este furnizat la poarta tranzistorului cu efect de câmp VT3. Acest lucru asigură izolarea aproape perfectă a sarcinii și a generatorului. Pentru a seta tensiunea de polarizare a tranzistoarelor VT3 și VT4, se folosesc rezistențele R7, R8, iar modul curent al cascadei este determinat de rezistențele R12 - R 14. Pentru a crește gradul de izolare, tensiunea de înaltă frecvență de ieșire este eliminată din circuitul colector VT4.
Pentru a stabiliza nivelul, semnalul RF este furnizat prin condensatorul C9 unui redresor cu dublarea tensiunii realizate pe elementele VD1, VD2, C10, C11, R15. Proporțional cu amplitudinea semnalului de ieșire, tensiunea redresată este amplificată în continuare în circuitul de control la VT5 și VT6. În absența unui semnal RF, tranzistorul VT6 este complet deschis; în acest caz, tensiunea maximă de alimentare este furnizată oscilatorului principal. Ca urmare, sunt facilitate condițiile de autoexcitare a generatorului și la momentul inițial se stabilește o amplitudine mare a oscilațiilor acestuia. Dar această tensiune RF deschide VT5 prin redresor, în timp ce tensiunea de la baza VT6 crește, ceea ce duce la o scădere a tensiunii de alimentare a generatorului și în cele din urmă la stabilizarea amplitudinii oscilațiilor acestuia. Starea de echilibru este stabilită atunci când amplitudinea semnalului RF la colectorul VT4 este puțin mai mare de 400 mV.
Rezistorul variabil R17 (prezentat ca un potențiometru) este de fapt un atenuator RF și atunci când nu există sarcină la ieșire, tensiunea maximă atinge un sfert din intrare, adică. 100 mV. Când cablul coaxial este încărcat cu o rezistență de 50 ohmi (care este necesară pentru potrivirea sa în intervalul de frecvență de la 50 la 160 MHz și mai sus), la ieșirea generatorului se stabilește o tensiune RF de aproximativ 50 mV, care poate fi redusă. la nivelul necesar prin reglarea atenuatorului.
Un atenuator de 50 ohmi de la Prech a fost folosit ca regulator R17 în circuitul generatorului. Dacă unele aplicații specifice nu necesită ajustarea nivelului tensiunii de ieșire, atenuatorul R17 poate fi înlocuit cu un rezistor fix de 50 ohmi.
Cu toate acestea, chiar și în acest caz, rămâne posibilă ajustarea nivelului tensiunii RF în anumite limite: în acest scop, condensatorul C9 este conectat nu la colectorul VT4, ci la emițătorul acestuia și este necesar să se țină cont de o ușoară modificare. (scăderea) nivelului semnalului la frecvențe mai mari ale domeniului de funcționare. Apoi sarcina pentru VT4 este formată din atenuatorul R17 și rezistențele R11, R12. O creștere a amplitudinii tensiunii de ieșire de înaltă frecvență poate fi obținută prin scurtcircuitarea rezistenței R11 cu un jumper de sârmă, dacă este necesar să se reducă amplitudinea tensiunii de ieșire, atunci rezistența R11 este lăsată în dispozitiv și condensatoarele C7; C8 sunt lipite. O reducere și mai mare a nivelului semnalului de ieșire poate fi obținută prin reducerea valorii rezistenței R17, dar în acest caz nu va mai exista coordonare cu cablul, iar la frecvențe peste 50 MHz acest lucru este inacceptabil!
Toate piesele generatorului sunt situate pe o placă mică de circuit imprimat. Inductoarele generatorului L1 - L3 sunt infasurate pe cadre cu diametrul de 7,5 mm. Inductanțele lor sunt ajustate cu miezuri de ferită cu pierderi reduse proiectate pentru funcționarea în gama VHF. Bobina L3 are 62 de spire, L2 - 15 și L1 - 5 spire de sârmă PEL 0.2 (înfășurarea tuturor bobinelor într-un singur strat). Inductanța WL1 este realizată sub forma unei bucle, care este atașată pe o parte la comutatorul de gamă, iar pe de altă parte la condensatorul variabil C1. Dimensiunile cablului sunt prezentate în Fig. 2. Este realizat din sarma de cupru argintie cu diametrul de 1,5mm; Pentru fixarea distanțelor dintre conductorii săi, se folosesc trei plăci de material izolator cu pierderi mici (de exemplu, fluoroplastic), în care sunt găurite două găuri cu diametrul de 1,5 mm, situate la o distanță de 10 și respectiv 2,5 mm (Fig. 2).
Întregul dispozitiv este plasat într-o carcasă metalică de 45x120x75 mm. Dacă atenuatorul și conectorul RF sunt instalate în carcasă pe partea opusă celei pe care se află placa de circuit imprimat, atunci în interiorul corpului dispozitivului există încă suficient spațiu pentru unitățile de alimentare: un transformator de putere de 1 W cu un reducerea tensiunii de rețea la 15 V, o punte redresoare și un microcircuit 7812 (echivalent casnic - KR142EN8B). În carcasă poate fi plasat și un frecvențămetru miniatural cu un prescaler de frecvență. În acest caz, intrarea divizorului ar trebui să fie conectată la colectorul VT4 și nu la conectorul de ieșire, ceea ce va permite măsurarea frecvenței la orice tensiune RF îndepărtată de la atenuator R17.
Este posibil să se schimbe intervalul de frecvență al dispozitivului prin schimbarea inductanței bobinei circuitului sau a capacității condensatorului C1. La extinderea intervalului de frecvență către frecvențe mai mari, pierderile circuitului de reglare trebuie reduse (folosind un condensator cu un dielectric de aer și izolație ceramică ca C1, inductori cu pierderi mici). În plus, diodele VD1 și VD2 trebuie să corespundă acestui interval de frecvență extins, altfel, pe măsură ce frecvența crește, tensiunea de ieșire a generatorului va crește, ceea ce se explică printr-o scădere a eficienței circuitului de stabilizare.
Pentru a facilita reglarea, un condensator suplimentar variabil de capacitate redusă (vernier electric) este conectat în paralel cu C 1 sau un vernier mecanic este utilizat la condensatorul de reglare cu un raport de transfer de 1:3 - 1:10.
De la editor.În acest design, tranzistoarele BF199 pot fi înlocuite cu cele domestice - KT339 cu orice indice de litere, iar atunci când se extinde gama generatorului către frecvențe mai mari - KT640, KT642, KT643. În locul tranzistorului cu efect de câmp BFW11, este permisă instalarea unui KP307G sau KP312 și, în loc de un tranzistor BC252S, este potrivită un KT3107 cu indici Zh, I, K sau L, de exemplu, 2A201, 2A202 , poate fi folosit ca diode. Dacă generatorul funcționează la frecvențe care nu depășesc 100 MHz, atunci pot fi utilizate și diode de tip GD507A (cu corectarea rezistenței rezistenței R11). Comutator SA1 - PGK. Puterea rezistorului - 0,125 sau 0,25 W.
Condensatorul C1 trebuie să fie cu un dielectric de aer și să aibă izolație ceramică sau cuarț atât a plăcilor statorului din carcasă, cât și a plăcilor rotorului de pe axă; Este mai bine să limitați capacitatea sa maximă la 50 pF. Atenuatoarele de tipul celor utilizate în generator nu sunt produse de industria noastră. În schimb, este permisă utilizarea unui regulator neted în circuitul de autoreglare și a unui atenuator în trepte convențional cu legături în formă de U sau T la ieșire.
Generatoarele de înaltă frecvență propuse sunt proiectate să producă oscilații electrice în intervalul de frecvență de la zeci de kHz la zeci și chiar sute de MHz. Astfel de generatoare, de regulă, sunt realizate folosind circuite oscilatoare LC sau rezonatoare cu cuarț, care sunt elemente de setare a frecvenței. În principiu, acest lucru nu schimbă circuitele în mod semnificativ, așa că generatoarele LC de înaltă frecvență vor fi discutate mai jos. Rețineți că, dacă este necesar, circuitele oscilatoare din unele circuite generatoare (vezi, de exemplu, Fig. 12.4, 12.5) pot fi înlocuite cu ușurință cu rezonatoare de cuarț.
Generatoarele de înaltă frecvență (Fig. 12.1, 12.2) sunt realizate conform circuitului tradițional „inductiv în trei puncte”, care s-a dovedit în practică. Ele diferă prin prezența unui circuit emițător RC, care setează modul de funcționare al tranzistorului (Fig. 12.2) pentru curent continuu. Pentru a crea feedback în generator, se realizează o atingere din inductor (Fig. 12.1, 12.2) (de obicei de la 1/3... 1/5 din partea sa, numărând de la terminalul împământat). Instabilitatea generatoarelor de înaltă frecvență care utilizează tranzistoare bipolare se datorează efectului de șuntare vizibil al tranzistorului însuși asupra circuitului oscilator. Când temperatura și/sau tensiunea de alimentare se modifică, proprietățile tranzistorului se schimbă considerabil, astfel încât frecvența de generare „plutește”. Pentru a slăbi influența tranzistorului asupra frecvenței de operare de generare, conexiunea circuitului oscilator cu tranzistorul ar trebui să fie slăbită cât mai mult posibil, reducând capacitățile de tranziție la minimum. În plus, frecvența de generare este afectată semnificativ de modificările rezistenței la sarcină. Prin urmare, este extrem de necesar să se includă un emițător (sursă) urmăritor între generator și rezistența de sarcină.
Pentru generatoarele de energie, ar trebui utilizate surse de energie stabile cu ondulații de joasă tensiune.
Generatoarele realizate folosind tranzistoare cu efect de câmp (Fig. 12.3) au cele mai bune caracteristici.
În Fig. 12.4 și 12.5. În mod fundamental, în ceea ce privește caracteristicile lor, circuitele „inductiv” și „capacitiv” în trei puncte nu diferă, totuși, în circuitul „capacitiv în trei puncte” nu este nevoie să se facă un terminal suplimentar la inductor.
În multe circuite generatoare (Fig. 12.1 - 12.5 și alte circuite), semnalul de ieșire poate fi preluat direct din circuitul oscilator printr-un condensator mic sau printr-o bobină de cuplare inductivă potrivită, precum și de la electrozii elementului activ (tranzistor) care nu sunt împământate prin curent alternativ. Trebuie luat în considerare faptul că sarcina suplimentară a circuitului oscilator își modifică caracteristicile și frecvența de funcționare. Uneori, această proprietate este folosită „pentru bine” - în scopul măsurării diferitelor cantități fizice și chimice și al monitorizării parametrilor tehnologici.
În fig. Figura 12.6 prezintă o diagramă a unei versiuni ușor modificate a generatorului RF - un „capacitiv în trei puncte”. Adâncimea feedback-ului pozitiv și condițiile optime pentru excitarea generatorului sunt selectate folosind elemente de circuit capacitiv.
Circuitul generatorului prezentat în fig. 12.7, este operațional într-o gamă largă de valori ale inductanței bobinei circuitului oscilant (de la 200 μH la 2 H) [R 7/90-68]. Un astfel de generator poate fi utilizat ca generator de semnal de înaltă frecvență cu gamă largă sau ca convertor de măsurare a cantităților electrice și neelectrice în frecvență, precum și într-un circuit de măsurare a inductanței.
Generatoarele bazate pe elemente active cu o caracteristică curent-tensiune în formă de N (diode tunel, diode lambda și analogii lor) conțin de obicei o sursă de curent, un element activ și un element de setare a frecvenței (circuit LC) cu conexiune în paralel sau în serie. În fig. Figura 12.8 prezintă un circuit al unui generator RF bazat pe un element cu o caracteristică curent-tensiune în formă de lambda. Frecvența sa este controlată prin modificarea capacității dinamice a tranzistorilor atunci când curentul care trece prin ele se modifică.
LED-ul NI stabilizează punctul de funcționare și indică că generatorul este pornit.
În Fig. 12.9. Dispozitivul funcționează până la o frecvență de 1 MHz și mai mare atunci când se utilizează tranzistoarele indicate în diagramă.
În fig. 12.10, în ordinea comparării circuitelor după gradul lor de complexitate, este prezentat un circuit practic al unui generator RF bazat pe o diodă tunel. O joncțiune cu polarizare directă a unei diode cu germaniu de înaltă frecvență este utilizată ca stabilizator de tensiune joasă a semiconductorilor. Acest generator este capabil să funcționeze la cele mai înalte frecvențe - până la câțiva GHz.
Generator de frecvență de înaltă frecvență, circuitul amintește foarte mult de Fig. 12.7, dar realizat folosind un tranzistor cu efect de câmp, este prezentat în Fig. 12.11 [Rl 7/97-34].
Prototipul oscilatorului RC prezentat în Fig. 11.18 este circuitul generatorului din Fig. 12.12.
Acest generator se distinge prin stabilitatea înaltă a frecvenței și capacitatea de a funcționa într-o gamă largă de modificări ale parametrilor elementelor de setare a frecvenței. Pentru a reduce influența sarcinii asupra frecvenței de funcționare a generatorului, în circuit este introdusă o etapă suplimentară - un emițător urmăritor realizat pe un tranzistor bipolar VT3. Generatorul este capabil să funcționeze la frecvențe de peste 150 MHz.
Dintre diferitele circuite generatoare, merită în special evidențiate generatoarele cu excitație de șoc. Munca lor se bazează pe excitarea periodică a unui circuit oscilator (sau a altui element rezonant) cu un impuls puternic de curent scurt. Ca urmare a „impactului electronic”, în circuitul oscilator excitat astfel apar oscilații sinusoidale periodice de formă sinusoidală. Amortizarea oscilațiilor în amplitudine se datorează pierderilor ireversibile de energie în circuitul oscilator. Rata cu care oscilațiile se diminuează este determinată de factorul de calitate (calitatea) circuitului oscilator. Semnalul de înaltă frecvență de ieșire va fi stabil în amplitudine dacă impulsurile de excitație urmează la o frecvență înaltă. Acest tip de generator este cel mai vechi dintre cele luate în considerare și este cunoscut încă din secolul al XIX-lea.
În Fig. 12,13 [R 9/76-52; 3/77-53]. Impulsurile de excitație de șoc sunt furnizate circuitului oscilator L1C1 prin dioda VD1 de la un generator de frecvență joasă, de exemplu, un multivibrator sau un alt generator de unde pătrate (RPU), discutat mai devreme în capitolele 7 și 8. Marele avantaj al șocului generatoarele de excitație este că funcționează folosind circuite oscilatorii de aproape orice tip și orice frecvență de rezonanță.
Un alt tip de generatoare sunt generatoarele de zgomot, ale căror circuite sunt prezentate în Fig. 12.14 și 12.15.
Astfel de generatoare sunt utilizate pe scară largă pentru a configura diverse circuite radio-electronice. Semnalele generate de astfel de dispozitive ocupă o bandă de frecvență extrem de largă - de la câțiva Hz la sute de MHz. Pentru a genera zgomot, sunt utilizate joncțiuni inversate ale dispozitivelor semiconductoare care funcționează în condițiile limită ale defalcării avalanșei. Pentru aceasta se pot folosi tranziții de tranzistoare (Fig. 12.14) [Rl 2/98-37] sau diode zener (Fig. 12.15) [Rl 1/69-37]. Pentru a configura modul în care tensiunea de zgomot generată este maximă, se reglează curentul de funcționare prin elementul activ (Fig. 12.15).
Rețineți că pentru a genera zgomot, puteți utiliza și rezistențe combinate cu amplificatoare de joasă frecvență cu mai multe etape, receptoare super-regenerative și alte elemente. Pentru a obține amplitudinea maximă a tensiunii de zgomot, este de obicei necesar să selectați individual cel mai zgomotos element.
Pentru a crea generatoare de zgomot în bandă îngustă, un filtru LC sau RC poate fi inclus la ieșirea circuitului generatorului.
Literatură: Shustov M.A. Proiectare de circuite practice (Cartea 1), 2003
