Гетеродин, точнее генератор плавного диапазона (частот) (чудноватое название) - один из основных узлов супергетеродинных приемников, к которым относятся и приемники прямого преобразования (супергетеродины с нулевой промежуточной частотой).
Основные требования к гетеродинам:
- стабильность частоты. Для каждого типа модуляции уход частоты гетеродина свой: наибольший он для АМ (до 1-2 кГц), на порядок меньше для SSB и CW (100-200 Гц, для CW зависит от полосы пропускания тракта приемника), еще на порядок меньше для цифровых видов связи (10 Гц).
- чистота спектра (особенно важна для аналоговых смесителей и низкоуровневых смесителей). Чем ближе форма колебаний к синусоиде, тем выше чистота спектра. Для ключевых смесителей используют форму сигнала гетеродина "меандр" - это прямоугольные импульсы со скважностью 2, основное требование к ним - крутые фронты. Активные и пассивные элементы генератора должны иметь малые шумы, которые могут модулировать колебания генератора.
- необходимая выходная мощность. Для балансных смесителей на маломощных транзисторах или микросхем типа SA602 или TDA1083, а также для смесителяй на КМОП ключах - единицы - десятки мВт, для таких же смесителях большей мощности, например AD834 или высокоуровневых диодных смесителей - сотни мВт.
Что нужно нам? Выходная мощность порядка 10 мВт, что обеспечил любой эмиттерный повторитель. Сигнал нужен синусоидальный. так как у нас аналоговый дифференциальный смеситель. Поэтому снимать его нужно с колебательного контура генератора или "очищать" его с помощью дополнительного контура. Тут есть заковыка: так как диапазон перестройки гетеродина достаточно большой (около 1 МГц), то дополнительный контур нужно перестраивать синхронно с контуром генератора или делать полосовой фильтр.
Ну и, конечно, стабильность. В своих приемниках, как прямого преобразования, так и супергетеродине "КТ315 - 23" я использовал гетеродин, собранный по схеме емкостной трехточки, который обладал стабильностью, достаточной для приема цифровых сигналов, например, FT8. Еще раз хочу напомнить, что получить стабильный по частоте сигнал простыми методами при большом разбросе температур чрезвычайно трудно и без шаманства и танцев с бубнами не обойтись. Но если ваш приемник имеет корпус и работает в небольшом диапазоне изменения температур, например в комнате или полянке под кусточком :), то больших проблем со стабильностью гетеродина не будет. По крайней мере, когда я работал из байдарочных походов телеграфом, никто на нестабильность не жаловался.
Хорошую стабильность можно получить если: колебательный контур имеет максимальную добротность, через него не протекают токи, которые могут вызвать нагрев его элементов и на него оказывают минимальное влияние как сам генератор, так и промежуточные каскады.
Посмотрим на ГПД, схема которого приведена в книге Эрика Рэда "Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике", 1990 год.
Емкостная трехточка, постоянный ток через катушку задающего контура не течет, мощность от генератора отбирается из коллекторной цепи с активного сопротивления 56 Ом, т.е. влияние последующего каскада минимально. Ток транзистора генератора небольшой, всего около 4 мА, т.е. транзистор греться не будет. А вот усилитель уже имеет ток 30 мА и греться будет. Напряжение питания - стабилизированное. Сигнал, снимаемый с генератора должен быть синусоидальным, так как на базу транзистора Т1 он поступает с колебательного контура.
Очень часто люди зацикливаются на конструкции катушки генератора - непременно им нужна керамика с дорожкой из воджженого серебра, или та же керамика с проводом 1 мм, намотанным при высокой температуре с натягом или .... или ...
А что говорит Рэд?
А никаких натягов у него нет и в помине! 8 витков провода 0,5 мм в ферритовом сердечнике небольшой проницаемости. Единственный элемент термокомпенсации - конденсатор С3 с отрицательным ТКЕ.
Широко распространены схемы индуктивных трехточек, особенно с использованием полевых транзисторов.
ПОС в этой схеме осуществляется подачей сигнала из цепи истока на часть витков катушки. Емкость конденсатора С3 благодаря высокому входному сопротивления составляет около 10 пФ. Диод VD1 стабилизирует амплитуду колебаний на затворе из-за отрицательного запирающего напряжения, возникающего из-за детектирования сигнала на нем.
Таких схем много, вот, например, канадский вариант от VA3IUL:
В качестве буферного используется каскад на двухзатворном транзисторе, который тоже имеет высокое входное и поэтому емкость С86 имеет емкость всего 10 пФ.
Но предельно малая связь буферного каскада с контуром генератора в конструкции многодиапазонного гетеродина конструкции Ф. Шарапова (RA4PC).
Здесь генератор собран на биполярном транзисторе по схеме емкостной трехточки. Сигнал снимается с катушки с помощью щупа, обозначенного на схеме СК. Передача энергии происходит через емкость между щупом и витками катушки, которая очень мала (доли пФ). В буферном каскаде используется полевой транзистор КП902, входное сопротивление каскада 5,1 МОм, а выходное - 100 Ом. Амплитуда сигнала на выходе истокового повторителя можно регулировать, изменяя длину щупа, его расстояние от катушки, ориентации относительно ее.
В свое время я делал такой гетеродин и мне удалось отыскать его плату.
Так что и емкостную и индуктивную трехточки я пробовал. А вот реальную конструкцию гетеродина с генератором Франклина, о котором я писал, я не испытывал. Поэтому буду делать именно его с буферным усилителем на КП903 или на менее мощном, так как большая моща не требуется.
Схема вырисовывалась такая:
Два каскада на VT1, VT2 усиливают сигнал и поворачивают его фазу на 360 град. Таким образом, через конденсатор С3 часть энергии из стоковой цепи VT2 подается в контур. Конденсаторы С2 и С3 имеют очень маленькую емкость (по 2 пФ), а это значит, что все компоненты генератора (полевые транзисторы, резисторы, конденсаторы) будут оказывать минимальное влияние на частоту колебательного контура. Изменение режимов полевых транзисторов при колебании напряжения питания (а оно стабилизировано), тоже не будет оказывать влияние на частоту генератора.
Транзистор VT3 включен по схеме истокового повторителя, который не дает усиления по напряжению, но дает усиление по току и, соответственно, по мощности. Он трансформирует очень высокое входное сопротивление в низкое выходное.
Решил прогнать схему в LTspice и пришлось ее трансформировать.
Из-за того, что усиление J310 не велико, вместо резистивной нагрузки пришлось поставить дроссели, которые имеют для токов ВЧ большое сопротивление. Так дроссель 100 мкГн имеет на частоте 5 МГц сопротивление более 3 кОм, но это для переменного тока, а для постоянного - десятки Ом.
На контуре (точка Б) амплитуда колебаний достигает 12 В, а на выходе эмиттерного повторителя (точка В) - около 2,5 В. В точке А фаза сигнала сдвинута на 180 град.
Я попробую использовать полевые MOS - транзисторы типа 2SK241. Они имеют бОльший, чем у J310 коэффициент усиления и меньший уровень собственных шумов.
Катушки попробую разные: как на цилиндрическом, так и на ферритовых кольцах. В общем, посмотрим. Завтра постараюсь все собрать.
Всем здоровья и успехов!
