Ёмкостная трехточка от Эрика Рэда.

822 прочитали

Написав статью о трехточках, я решил "заглянуть в анналы", а именно в знаменитую в узких кругах книгу инженера из ФРГ Эрика Рэда "Схемотехника радиоприемников", вышедшая у нас в 1989 году. Книга фундаментальная, очень вменяемая, для практиков, без рядов Фурье и других интегралов. На меня произвел впечатление прекрасно описанный блочный принцип конструирования.

И вот я вновь открыл эту книгу на странице 43, где помещена схема гетеродина по схеме емкостной трехточки на частоту 5,0 - 5,5 МГц.

Рис. 1. Схема гетеродина из книге Э. Рэда "Схемотехника радиоприемников"
Рис. 1. Схема гетеродина из книге Э. Рэда "Схемотехника радиоприемников"

Собственно генератор собран на СВЧ транзисторе Т1 типа MRF904 с граничной частоте 4 ГГц и уровень шумов 1,5 дБ (на частоте 450 МГц). Рэд объясняет это Тем, что такие транзисторы позволяют получить бОльшую стабильность параметров и более чистый спектр сигнала. А чтобы не было возбуда на СВЧ, на базовый вывод транзистора одевается ферритовая бусинка, а в эмиттерной цепи резистор 56 Ом, через которую осуществляется ООС по переменному и постоянному току.

Перестройка генератора - с помощь. КПЕ, так как использование варикапа, которые имеют малую добротность (это было четверть века тому назад), в результате чего снижается добротность контура и увеличивается дрожание фазы и нестабильность частоты. Но время-то идет, появились высокодобротные варикапы, и если постараться ... По поводу фазовых шумов ничего сказать не могу - на своем опыте я их не осязал и они мне не мешали :).

Интересен метод выбора емкости конденсаторов делителя (С5, С6) и конденсатора связи. Емкость конденсаторов С5 = С6 и их реактивное сопротивление на рабочей частоте Хс = 50 - 75 Ом, а реактивное сопротивление С4 Хс=100 - 150 Ом. В данной схеме С5 = С6 = 390пФ. Используя онлайн калькулятор получим Хс = 75,8 Ом, а для С4 = 220 пФ Сх = 151,6 Ом. Но в другой своей книге "Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике" на стр. 151 в практически точно такой же схеме гетеродина данные конденсаторов несколько другие: С4 =220 пФ, а С5 = С6 = 470 пФ.

Несколько другую методику расчета этих конденсаторов дает Владислав Артеменко (UT5UDJ) в своей статье в журнале Радиолюбитель №2 за 2007 год. Но результаты обоих методик близки. Отсюда возникает вопрос: а не шунтирует ли колебательный контур низкое сопротивление цепочки С4-С5-С6 ? В некоторых источниках рекомендовалось делать емкость конденсатора С4 как можно меньше, чтобы уменьшить влияние всех остальных компонентов схемы на колебательный контур.

Интересен способ подачи смещения на базу транзистора: вместо высокоомных резисторов - относительно низкоомный (1 кОм + 1 кОм) делитель напряжения со средней точки которого напряжение подается на базу транзистора через цепочку из резистора 1 кОм и дросселя 150 мкГн. А для частоты 5 МГц этот дроссель имеет сопротивление 4,7 кОм.

Есть и еще одна интересная конструктивная особенность генератора; его катушка намотана не на керамике и не посеребренным проводом, а простым медным проводом диаметром 0,5мм на ..... кольце из порошкового железа T50-6 (внешний диаметр 12 мм, проницаемость 8). У меня есть похожие (красного цвета), но с проницаемостью 10.

Ну и как же у этого гетеродина со стабильностью? А неплохо, только вот разогревать нужно.

Рис. 2. Зависимость ухода частоты от времени (из книги Э. Рэд)
Рис. 2. Зависимость ухода частоты от времени (из книги Э. Рэд)

Т.е. выбег частоты около килогерца, а через полчаса 30-40 Гц, а через час - вполне можно принимать цифру.

Еще оригинальным является способ снятия сигнала генератора: с помощью включенного в коллекторную цепь резистора сопротивлением 56 Ом. По идее это отличный выход: низкое выходное сопротивление, небольшой уровень сигнала и, как следствие, малое влияние следующего каскада на генератор.

Я решил смоделировать эту схему генератора в LTspice. И результат меня озадачил.

Рис. 3.
Рис. 3.

Во-первых, амплитуда колебаний на контуре (А) не велика, что говорит о его невысокой добротности или шунтирования его. Во-вторых, в точке Б форма колебаний не лезет ни в какие ворота. А вот в точке В - почти правильная синусоида.

Я уменьшил емкость конденсатора С2 до 80 пФ. Добротность контура и, соответственно, напряжение на нем возросли. А форма колебаний не изменилась.

Рис. 4.
Рис. 4.

Вот форма сигнала в увеличенном виде в точках Б и В.

Рис. 5. Черный цвет - точка В, синий - точка Б.
Рис. 5. Черный цвет - точка В, синий - точка Б.

Почему такое несоответствие? Может быть разница в параметрах транзисторов (в модели параметры по умолчанию). Меня это так заинтересовало, что решил собрать этот генератор в натуре на транзисторе 2SC3355 с граничной частотой 6,5 ГГц и уровнем собственных шумов на частоте 1 ГГц 1,1 дБ.

Всем здоровья и успехов!