Нам - школьникам радиолюбителям 70-80-х годов казалась странной приверженность старых радиотехников радиолампам. Ведь всё же можно уже собрать на транзисторах! А еще было странно читать в каком-нибудь старом "Радио" про транзисторный гетеродин такие слова: "Стабильность не хуже, чем у ламповых схем". Кстати, недавно автор и сам удивился этому, когда испытывал описанный на нашем канале ламповый КВ приемник. Соображения доступности деталей и экономичности заставили его отказаться от стабилизации питания гетеродина. Но, несмотря на это, стабильность его частоты при приеме SSB-станций оказалась отличной! И у всего этого есть причина...
Вспомним картинки из школьного учебника о pn-переходе. Он представляет собой соединение двух типов полупроводников: одного с преобладанием отрицательных свободных носителей заряда, другого с преобладанием положительных. Поскольку разноименные заряды притягиваются, то они смещаются друг к другу и в области контакта взаимно компенсируются, образуя запорный слой.
Подав на такой диод напряжение в одноименной полярности (рисунок справа), мы, преодолев некоторый потенциальный барьер (ту самую зону нечувствительности диодов), проталкиваем носители зарядов через переход, создавая электрический ток. А при обратной полярности? Ясно, что носители заряда будут стремиться обратно - к электродам подальше от перехода. Итак, две проводящие области со свободными зарядами, а между ними - непроводящий запорный слой... Ничего не напоминает?
Конденсатор! Причем управляемый напряжением. При нулевом напряжении его емкость максимальна, а при увеличении обратного напряжения падает из-за увеличения расстояния между обкладками. Диод, специально приспособленный именно для такого применения, называется варикап.
Должен сразу погасить ваш энтузиазм - варикапы хуже по параметрам, чем механические КПЕ. У них есть некий ток утечки (обратный ток диода), кстати еще и шумы создающий. Они вносят в настраиваемые ими контура нелинейности, приводящие, например, к перекрестной модуляции. Для управления ими нужно иметь повышенное напряжение - чтобы догнать самые распространенные варикапы до минимально возможной емкости надо вольт 60-70. Наконец, и стабильность, и коэффициент перекрытия у них ниже. Кто имел дело с первыми телевизорами с кнопочным управлением, еще не имевшими специальных шумоподавителей или мудреной автоматики, тот знает их особенность. При отключении антенны, когда АРУ, пытаясь вытянуть хоть что-то врубает максимальное усиление, шипение в динамиках (шум по звуковому каналу) становится оглушительным, как на космодроме. И белый черточки помех на экране тоже яркие. В старых ламповых телевизорах с механическим ПТК такого все же не было.
Но все же даваемые ими возможности во многих случаях незаменимы. Во-первых, их нестабильность не имеет значения, когда за величиной частоты следит некая автоматика. Поэтому варикапы - непременная часть систем АПЧ - автоматической подстройки частоты и цифровых синтезаторов частоты. Они проще, дешевле и технологичнее систем механической настройки. Никто не станет ставить в ширпотребовскую аппаратуру механический КПЕ с электромотором и точным редуктором. А вот впаять парочку двухвыводных деталек - пожалуйста! Варикап может менять свою емкость хоть миллионы раз в секунду. Так создается частотная модуляция радиосигналов и некоторые другие радиотехнические преобразования.
На рисунке показана схема колебательного контура, перестраиваемого варикапом. Разделительный конденсатор необходим, чтобы катушка не замкнула на себя маломощный источник управляющего напряжения.
Ниже показан вид некоторых отечественных варикапов. Похожие на транзисторы трехвыводные детали - сдвоенные варикапы. Благодаря тому, что оба диода изготавливаются вместе на одном кристалле, их характеристики обладают высокой степенью идентичности. Сами понимаете, иногда это бывает нужно.
Но не следует думать, что в этой роли могут работать только специально созданные приборы. Такими свойствами обладает любой диод. Вы можете впаять в схему обычный высокочастотный или импульсный диод (лучше кремниевый - у них обратный ток меньше) - и он будет выполнять эту работу. И даже переходы транзисторов обладают этим свойством. В этом-то и проблема. По этой причине напряжение питания высокостабильных транзисторных генераторов надо стабилизировать. Иначе с его повышением уменьшится емкость и увеличится генерируемая частота.
Но нет худа без добра. В нашем генераторе мы применили переменный резистор в цепи питания, дающий возможность точной подстройки частоты. Правда, на первом диапазоне его действие незаметно, но на более высокочастотных - в самый раз. И в создаваемом нами сейчас приемнике подобная плавная настройка ГПД будет также необходима.