Что такое “супергетеродин” ?

КВ приемник мирового уровня –это очень просто

Глава 6. Что такое “супергетеродин” ?

“Спец”: Первый супергетеродинный приемник капитан корпуса связи армии США Эдвин Говард Армстронг, служивший в то время во Франции, (а это было время Первой Мировой войны) собрал на территории Европы. Он подал заявку на патент в США из Парижа 30 декабря 1918 года, а получил патент 3 июля 1920 г. Супергетеродин — это величайшее достижение не только Армстронга, но всей электронной техники вообще!

“А”: Что, неужели за 80 лет не появилось никакой более удачной идеи?

“С”: Представь себе — нет! Хотя вариаций на тему супергетеродинного принципа имеется великое множество! Первоначально Армстронг разработал супергетеродин с целью изыскать способ усиления сигнала на тех частотах, которые были недоступны для электронных ламп того времени. Именно с появлением супергетеродинной схемы, радиотехника стала бурно развиваться!

“Н”: Уважаемый Спец! Но что же представлял из себя супергетеродин Армстронга? И в чем заключается его феноменальный секрет?

“С”: Вот структурная схема супергетеродина (рис. 6.1).

Принцип супергетеродинного приема состоит в том, что принятые колебания преобразуются по частоте в некоторую ПРОМЕЖУТОЧНУЮ частоту. Вот на ней и происходит основное усиление сигнала! А поскольку , промежуточная частота — фиксирована, в УПЧ можно задействовать значительное число контуров, обеспечивающих необходимую избирательность!

“Н”: Но ведь ранее мы знакомились с замечательными свойствами колебательного контура! Разве с его помощью нельзя добиться необходимой избирательности? Зачем для этого нужна целая система контуров?

“С”: Дорогой Аматор! Что слышу я из уст нашего друга? Вы разве не касались вопроса АЧХ связанных контуров? Или того, какова может быть предельная избирательность?

“Н”: Это я виноват! Слишком торопил Аматора согласиться на мое участие в вашей с ним беседе!...

“С”: Не беда! Однако, поскольку супергетеродин — это очень серьезно и никаких “галопом по ёвропам” здесь не будет, я попрошу нашего уважаемого Аматора прямо сейчас продолжить тему о колебательных контурах и избирательности!

“А”: С удовольствием! Для чего предлагаю вернуться еще раз к АЧХ колебательного контура. Но сейчас в наши рассуждения мы добавим немного конкретики (см. рис. 6.2). Так все СЕМЬ представленных частот f1. — f1, а также f 0 разделены частотным промежутком, или интервалом, равным 10 кГц. Представим, что резонансная частота, на которую настроен входной контур, совпадает с f0. И, кроме того, что прием ведется в диапазоне КВ. Для удобства рассуждений принимаем f0 = 10 МГц! То есть длина волны составляет 30 метров!



Кроме того принимаем, что добротность контура Q = 100.

“С”: Должен заметить, что это весьма неплохой контур!



“А”: Согласен! Теперь подсчитаем, чему равна полоса пропускания нашего контура и увековечим ее очертания на представленном выше рисунке.

Q = f0 / D f D f =f0 /Q =107 /10 2 = 105 Гц!

То есть полоса нашего контура равна 100 кГц! И это по уровню 0,707!...

“Н”: Как же так!? Ведь из этого следует, что наш контур не обладает, практически, НИКАКОЙ ИЗБИРАТЕЛЬНОСТЬЮ!

“А”: Совершенно верно, Незнайкин! Приведенный пример ясно показывает, что даже на частоте 10 МГц, контур уже не обладает ИЗБИРАТЕЛЬНОСТЬЮ ПО СОСЕДНЕМУ КАНАЛУ! (Это узаконенный технический термин, который показывает — во сколько раз ослабляется селекторной цепью сигнал частоты, отстоящей от f0 на 10 кГц, если входные величины их сигналов — равны!)

“Н”: Но может стоит просто взять Q = 1000?

“А”: Ты воображаешь, что это так просто сделать? В какой-то степени дело можно улучшить, если резко увеличить размеры катушки. Намотать ее толстым проводом, лучше посеребреным, на очень качественном диэлектрическом каркасе. Но и в этом случае, для реального контура получить Q больше 250 вряд ли удастся! А поскольку, как ты еще убедишься дальше, катушек таких в серьезном приемнике достаточно много, то габариты его могут стать вовсе неприемлемыми!

“С”: А кроме всего прочего, даже это не спасает положения! При Q = 250, полоса пропускания находится на уровне 40 кГц!

“А”: Легко видеть, что в полосе приема этого контура (Q = 250) будет прослушиваться ПЯТЬ каналов одновременно!



“Н”: Но ведь подобный преселектор — это ВСЕ, чем располагает “прямичок” для отстройки от мешающих станций!

“А”: Не совсем так... Мы ведь еще не рассматривали системы СВЯЗАННЫХ КОНТУРОВ. Их еще называют ПОЛОСОВЫМИ ФИЛЬТРАМИ. Простейшие полосовые фильтры состоят из двух связанных между собой высокодобротных контуров, настроенных на несущую частоту. Изменяя связь между ними, можно значительно улучшить форму АЧХ, приблизив ее к идеальной, прямоугольной.

“Н”: Как можно представить себе полосовые фильтры?

“А”: Да вот хотя бы так, как показано на рис. 6.3. Хотя возможны и другие конфигурации. Полосовые фильтры не дают заметного повышения добротности, но зато делают более крутыми боковые склоны АЧХ.



“Срез” АЧХ полосового фильтра по уровню 0,707 в отличие от одиночного контура, очень незначительно превосходит по ширине свое “основание”!

“Н”: Но полностью задачу это ведь все равно не решает?

“А”: Ну конечно нет! Вот почему и возник вопрос о том, нельзя ли для повышения избирательности по соседнему каналу, каким-либо способом понизить несущую частоту сигнала в приемнике, сохранив ее, однако, в передатчике! Оказалось, именно это блестяще и подтвердил Армстронг, что подобное вполне реально!

“Н”: А с помощью какой лампы Алладина это удалось сделать?

“А”: С помощью так называемого СМЕСИТЕЛЯ, осуществляющего процесс преобразования частоты!

“С”: Вообще в различной радиоаппаратуре особую роль играют, так называемые, НЕЛИНЕЙНЫЕ ПРОЦЕССЫ. Это и детектирование, и модуляция, и даже некоторые случаи усиления сигнала. Основным признаком г всякого нелинейного процесса является, Аматор...

“А”: ...Изменение формы электрического сигнала, в результате чего в его спектре появляются НОВЫЕ ЧАСТОТНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ! Однако нелинейный процесс осуществляется только в том случае, если в состав цепи вводится простой или сложный, но обязательно НЕЛИНЕЙНЫЙ ; ЭЛЕМЕНТ! Вот именно к числу таких, нелинейных процессов, относится и ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЧАСТОТЫ, лежащее в основе СУПЕРГЕТЕРОДИННОГО метода приема.



“С”: Так вот, если к такому нелинейному элементу одновременно подвести . два сигнала с различными частотами fj и f2 то в цепи этого элемента появятся самые различные комбинации этих сигналов!... Вузовские курсы по радиотехнике перечисляют несколько комбинаций, которые при этом получаются! Но нас интересуют только две... Так Аматор?

“А”: Мне очень неловко в этом признаться, но я всегда считал, что только! одна!.. А именно fj — f2 При том, что частота гетеродина f гет = f1 а f2 — частота несущей канала, в котором осуществляется прием... То есть fгет — fсигн .

“С”: Ты совершенно прав, но не следует забывать и о такой комбинации, как

fсигн — fгетер.

“А”: Ну конечно! Это ведь так важно для понимания термина ИЗБИРАТЕЛЬНОСТЬ ПО ЗЕРКАЛЬНОМУ КАНАЛУ!

“С”: Друг мой, ты совершенно прав, но я имел в виду не только это... Кстати, чему соответствует эта разность частот?

“A”: f гет - f сигн ? Она равна fпр, то есть ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ЧАСТОТЕ! Однако особенно следует отметить следующее обстоятельство — если один из двух сигналов, породивших сигнал промежуточной частоты, будет модулированным, то сама промежуточная частота окажется ... ПРОМОДУЛИРОВАННОЙ ЭТИМ ЖЕ САМЫМ СИГНАЛОМ! Ну и совсем нетрудно понять, что поскольку f гет — это чистый, синусоидальный сигнал, то из этого следует, что произойдет перенос модулирующего сигнала (речь, музыка) на fпр !

“Н”: Здорово! А какой обычно выбирается промежуточная частота?

“С”: Дорогой Незнайкин! Спросил бы ты это, скажем, лет 20 назад, то я не моргнув глазом, с чувством глубокой убежденности ответил бы так. А именно, что промежуточная частота .строго стандартизирована и равна в Европе — 465 кГц, а в США и Японии — 455 кГц!

“А”: А сейчас, как писал Дюма, “20 лет спустя”, разве это не так?

“С”: Мы еще не раз будем иметь возможность убедиться, что совсем не так! Но не будем пока брать это в голову! Продолжай пожалуйста, Аматор!

“А”:...Так вот, давайте посмотрим, чему будет равна полоса пропускания полосового фильтра, настроенного на частоту 465 кГц, если его добротность -100?



“Н”: Даже я могу легко подсчитать, что полоса составляет 4,65 кГц!

“А”: И это в то самое время, как каналы от f1 и до f6 по-прежнему разделены промежутком в 10 килогерц! Прошу взглянуть на рис. 6.4. Теперь в полосе, приема оказалась ТОЛЬКО ОДНА СТАНЦИЯ! 



Поскольку после смешения частот и получения fпром в АЧХ “вмещается” только ОДИН канал! Приведем численное обоснование сказанного:

Итак,

f0 = 10 МГц; f гет = 10,465 МГц; тогда: f гет – fпром = 465 кГц.

Рассмотрим ситуацию с ближайшим каналом, частота которого равна:

f3= 10,010 МГц.

При той же частоте гетеродина, равной 10,465 МГц, имеем: fгет - f3 = 10,465 МГц - 10,010 МГц = 455 кГц. В полосу пропускания контура промежуточной частоты Г3 уже НЕ ПОПАДАЕТ!

“Н”: Вот что дает перенос полезного сигнала на новую несущую, равную f пром ? Мне кажется, что добротности, равной 100, здесь даже многовато!

“С”: Совершенно верно! Поэтому полосовые фильтры на 465 кГц, используемые для радиовещательных приемников, имеют обычно Q = 70—80. Попутно решалась задача, стоящая перед Армстронгом — как получить устойчивое высокое усиление для сигнала радиочастоты.

“Н”: А разве для ВЧ сигнала действительно необходимо высокое усиление?

“А”: Давай посмотрим... Пусть на антенном входе интересующая нас станция развивает сигнал, величина которого равна 50 микровольт!

“Н”: Так мало?

“А”: Ты хотел сказать — так много?! Потому что сигнал, обычно, несколько меньше!... Подать на вход детектора необходимо хотя бы милливольт 100 — 200! Таким образом, даже при самом грубом подсчете, коэффициент усиления по напряжению до детектора — порядка нескольких тысяч! А реально, учитывая потери в аттенюаторе, преобразователе частоты и т.п. — несколько десятков тысяч раз!

“С”: А то и больше!

“А”: Однако сделать хороший усилитель высокой частоты (имеется в виду — однокаскадный) с коэффициентом усиления по напряжению “всего” 50 раз — задача очень непростая!' Ты, Незнайкин, еще вспомнишь мои слова на сей счет! В то же время сделать хороший УПЧ с коэффициентом усиления НЕСКОЛЬКО ТЫСЯЧ — задача значительно более легкая! .



“Н”: Ты меня убедил! А что, недостатков у супергетеродина действительно нет?

“А”: Да может ли такое быть? Это ведь не божественная сущность, а техническое устройство! Основными недостатками супергетеродина является наличие ДВУХ крайне нежелательных каналов приема, которые всегда существуют независимо от того, в каком диапазоне осуществляется прием...

“С”: Я, пожалуй, не стал бы так категорически утверждать, что “всегда”, хотя для рассмотренной структурной схемы супергетеродина Армстронга— Леви это действительно справедливо!... Но дорогой Аматор, прошу прощения за вмешательство!

“А”: Я только благодарен за него, дорогой Спец, поскольку если с этими недостатками существуют средства борьбы, то я искренне рад!

“Н”: Не отвлекайтесь, пожалуйста!.. Так какие это ДВА канала?

“А”: Это ПОБОЧНЫЕ каналы приема, в дальнейшем будем называть их ПОМЕХАМИ. Первый — это ЗЕРКАЛЬНЫЙ канал (зеркальная помеха). Второй — помеха с частотой, равной промежуточной. Итак, во-первых, рассмотрим, что представляет из себя помеха по зеркальному каналу.

Мы уже говорили, что в супергетеродинах частота гетеродина ВСЕГДА выше частоты принимаемой станции. Будь это не так, мы просто не смогли бы принимать станции, расположенные в диапазоне длинных волн, поскольку частота гетеродина при этом должна была бы стать ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ! Но представим себе, что прием ведется в диапазонах СВ или КВ. Наш приемник настроен на частоту, равную 10 МГц. Мы ведь уже имели с ней дело, не так ли? При этом частота гетеродина: fгет = 10,465 МГц.

А теперь вообразим (фантазия для этого нужна не бог весть какая), что на вход приемника поступает еще один сигнал, частота которого:

fc2 = 10,930 МГц. В этом случае разностная частота равна ... 465 кГц!

“Н”: Значит для тракта промежуточной частоты совершенно безразлично, какой из двух сигналов усиливать! Если на вход УПЧ поступают вышеупомянутые частоты (10 МГц и 10,930 МГц), то усиливаться и детектироваться они будут ВМЕСТЕ и ОДНОВРЕМЕННО!

“А”: Именно так! Поэтому с полным основанием можем записать:



fзерк =2f пром =930 кГц!

Это соотношение справедливо при ЛЮБОЙ настройке приемника!

“Н”: А разве 930 кГц разницы — это мало?

“А”: А вот сейчас посмотрим (см. рис. 6.2)!... Входной преселектор, собственно и нужен, чтобы отсечь зеркальный канал или “зеркалку”! И для частоты 10 МГц это удается сделать достаточно удовлетворительно. Действительно: f0 - 10 МГц; Q = 100. Тогда полоса частот по уровню 0,707 равна 100 кГц! Вроде бы — все отлично! Но не забывай, Незнайкин, что мы говорим про уровень 0,707! А что будет, если посмотреть “колокольчик” по уровню 0,1, скажем?

“Н”: Да ведь полоса тогда почти ВЧЕТВЕРО шире!

“А”: Да и запас селективности уже невелик! То есть в этом случае преселектор уже не в силах существенно подавить помеху по “зеркалке”! И если нежелательная станция создаст на входе сигнал, раз в 20—30 больший, чем сигнал интересующей нас станции, то амплитуда зеркальной помехи будет равна или даже будет превосходить амплитуду принимаемого сигнала! Ситуация эта встречалась достаточно часто!

“Н”: Но без преселектора было бы еще хуже?

“А”: Вне сомнения! Поэтому в супергетеродинах преселектор ставится всегда! Чтобы хоть как-то ослабить зеркальный канал!

“С”: У преселектора есть и дополнительные обязанности. Благодаря ему значительно снижается напряжение шумов, действующих на входе.

“А”: Давайте о шумах побеседуем отдельно, если вы не против!

“С”: И о шумах, и о помехах мы еще будем говорить! А пока, Аматор, продолжай.

“А”: Кроме помехи по зеркальному каналу, существует еще одна. Несмотря на то, что промежуточная частота выбрана из того расчета, что она “свободна” от радиостанций, в процессе работы двигателей, сварочных аппаратов, рекламных щитов и т.д., наводки с частотой 465 кГц достаточно часто проникают в приемную антенну!

Для борьбы с этим видом помехи, в антенной цепи приемника устанавливают различные фильтры. Например, фильтр — пробку, представляющий собой обычный параллельный колебательный контур, настроенный на частоту 465 кГц и включенный в антенную цепь.


А поскольку на резонансной частоте такой контур имеет большое сопротивление, он не пропустит на вход приемника сигналы с частотой равной 465 кГц!

“С”: Ну, что же, сегодня мы начали говорить о супергетеродине. И, согласитесь, он стоит того, чтобы продолжить эту тему завтра!

>

Индуктивность... Добротность... Резонанс...

“Аматор”: Заходи-заходи, дружище!

“Незнайкин”: У тебя, как ты мне признался по телефону, есть время, а меня и время, и желание продолжить разговор на тему электромагнитной индукции!

“А”: “Я очень счастлив и рад за вас!”. Полагаю, что продолжить разговор об электромагнитной индукции просто необходимо, поскольку с ее характером следует познакомиться поближе. А характер у нее весьма упрямы

“Н”: В каком смысле — “упрямый”?

“А”: Да в самом, что ни на есть, прямом! Дело в том, что наведенный j вторичной обмотке, иначе говоря, ИНДУЦИРОВАННЫЙ ТОК I2 ВСЕГДА находится в противофазе с индуцирующим током I1! Если индуцирующий ток увеличивается в одном направлении, то индуцированный ток — течет в противоположном направлении, как бы препятствуя увеличению первого! А когда индуцирующий ток уменьшаете индуцированный ток течет В ТОМ ЖЕ НАПРАВЛЕНИИ, как бы препятствуя уменьшению первого! Взгляни на рис. 2.8.

“Н”: И ты считаешь, что эту головоломку я запомню и пойму?

“А”: Выше голову! Ведь сказанное ранее можно сформулировать и более кратко. Например, так:

ИНДУЦИРОВАННЫЙ ТОК ВСЕГДА ИМЕЕТТАКОЕ НАПРАВЛЕНА КОТОРОЕ ПРОТИВОДЕЙСТВУЕТ ЛЮБЫМ ИЗМЕНЕНИЯМ ИНДУВД РУЮЩЕГО ТОКА!

Я скажу даже больше, чем БЫСТРЕЕ происходит изменение величины toка в первичной обмотке, тем сильнее реакция вторичной обмотки!

“Н”: То есть ВЕЛИЧИНА ИНДУЦИРОВАННОГО ТОКА ПРОПОРЦИО- НАПЬНА СКОРОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ ИНДУЦИРУЮЩЕГО ТОКА, а также его ВЕЛИЧИНЕ?

“А”: Правильно совершенно!

“Н”: Вот тебе и “простой медный провод”! Удивительный эффект!

“А”: Но и это еще не все!... Как ты думаешь, что произойдет в такой вот простенькой схемке (рис. 3.1)?

“Н”: Сейчас-сейчас, только график набросаю... Готово! Теперь будем рассуждать, как на эпюру напряжения на индуктивности L наложится эпюра тока.

“А”: В момент А изменение напряжения во времени (т.е. D U/D t) минимально. Поэтому ток равен НУЛЮ! Затем напряжение на участке АВ падает до НУЛЯ. Но при этом отношение AU/At — ВОЗРАСТАЕТ! Поэтому генерируемый электромагнитным полем индуктивности L ток I имеет такое направление, чтобы не дать напряжению на выводах индуктивности L упасть до нуля! То есть в этом случае в точке В ток максимален, а его полярность положительна! Но вот напряжение генератора становится отрицательным.
И отношение D U/D t — уменьшается! Ток I по- прежнему положителен, но его величина падает, становясь равной нулю в точке С. В тоже время в этой точке амплитуда отрицательной полуволны напряжения максимальна! Но когда на участке CD амплитуда напряжения падает, генерируемый электромагнитным полем индуктивности ток I возрастает, но теперь этот ток имеет отрицательную полярность, поскольку он препятствует спаданию напряжения на индуктивности до нуля!
“Н”: Если я правильно понял, электромагнитная индукция может индуцировать ток даже в своих собственных витках?
“А”: Ну конечно. В этом случае это явление именуется как САМОИНДУКЦИЯ!
“Н”: Я вспоминаю твой рассказ о временах Пунических войн! Помнишь, ты рассказывал о римском сенаторе, который свои выступления в сенате на тему о проблемах римского плебса, на тему об улучшении торговли, благоустройстве дорог и так далее, заканчивал всегда одной и той же фразой!...
“А”: “Карфаген должен быть разрушен!”? То есть ты снова намекаешь на то, какое отношение все наши рассуждения об удивительных свойствах индуктивностей и емкостей имеют к электронике?
“Н”: Ты прав, о высокочтительный друг мой!
“А”: А вот ты, Незнайкин, не совсем! Только теперь мы подошли к самому интересному. Как ты думаешь... А впрочем, я виноват в том что мы еще ничего не сказали о том, что является основной единицей индуктивности. Так вот, в качестве таковой принят ОДИН ГЕНРИ.
1 ГЕНРИ — это такая индуктивность, при которой изменение напряжение на ее выводах на 1 вольт в течении 1 секунды вызывает появление противодействующего такому изменению тока, равного 1 амперу. Заметим, что вообще 1 генри — это исключительно большая индуктивность, которая нигде не встречается. Поэтому в ходу более мелкие единицы:
1 генри = 1000 миллигенри = 1000000 микрогенри.
А теперь — последнее, Незнайкин! Как мы ранее уже могли убедиться, поскольку при приложении напряжения к индуктивности (из-за присущей ей инерции) происходит отставание тока от напряжения, то говорят, что ток отстает по фазе.


Любопытно, что для емкости, ток опережает по фазе напряжение! А теперь — вопросы.
“Н”: Ты как-то употребил в разговоре выражение — реактивное сопротивление! Что же это такое и присуще ли оно только емкости?
“А”: Нет, не только! Индуктивность тоже характеризуется реактивным сопротивлением. В самом общем смысле этот термин означает, что реактивная мощность, равная произведению мгновенного значения емкостного (или индуктивного) тока на напряжение не преобразуется в тепло! Поскольку она затрачивается не на увеличение амплитуды тепловых колебаний атомов кристаллической решетки, как в случае активного сопротивления, а на изменение интенсивности электромагнитного поля (в индуктивности) или на поляризацию диполей изолятора (в конденсаторе). А это, практически, не носит теплового характера...
“Н”: Все это дьявольски интересно!
“А”: Еще бы!... Но в мире слишком много интересного, поверь! А потому не хочешь ли немного пожонглировать?
“Н”: Соскучился по цирку? Что предпочитаешь?... Шары, мячи... Может тарелки?...
“А”: Расслабься! Посуда останется целой, ручаюсь... И жонглировать мы будем не тарелками или шарами, а ... резисторами, конденсаторами и индуктивностями! Причем на бумаге!..
“Н”: Как это... как это... как это?..
“А”: Очень просто. Мы “разрисуем” целый ряд “простеньких” схемок, состоящих из различных комбинаций R, L и С. После чего ознакомимся с их свойствами... Итак, начнем вот с чего (см. рис. 3.2)... По глазам твоим вижу, Незнайкин, что ты хочешь меня о чем-то спросить!

“Н”: А то нет?! Ты мне столько рассказывал, что электрические цепи должны быть замкнуты... А что нарисовал?
“А”: Тебя смущает, что точки А и В не соединены между со бой? Не сомневайся — превосходно соединены! Эти вот значки, напоминающие “перекладины”, “гребешки” и “щеточки”, символизируют, ласкающий слух радистов, термин — ЗАЗЕМЛЕНИЕ или КОРПУС! Реально эти точки всегда располагаются на общей металлической шине или массивном проводнике. Поэтому, чтобы не загромождать принципиальные электрические схемы, условились общий проводник (провод) или корпус не изображать, а пользоваться особыми условными обозначениями.


Один из вариантов таких обозначений ты и наблюдаешь!
А теперь, маэстро, ваш выход! Прошу зарисовать АЧХ как для схемы рис. 3.2, а, так и для схемы рис. 3.2, 6

“Н”: “Извольте, я готов ..., но я в большой надежде, что термин АЧХ... мне разъясните прежде?”
“А”: Вот ты уже, Незнайкин, стихами заговорил!.. АЧХ— это аббревиатура, которая расшифровывается как АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА! Ее смысл — наглядно показать, как изменяется напряжение в какой-либо точке в зависимости от частоты генератора переменного напряжения.
“Н”: Так частота генератора переменного напряжения НЕПОСТОЯННАЯ величина?
“А”: Ну конечно!... А то чего ради мы потратили столько времени и усилий, вникая в суть индуктивностей и емкостей?
“Н”: Будет лучше, если ты изобразишь это графически!
“А”: Ладно!... Я рисую график! Ординате присваиваю обозначение А, тогда абсциссе — f. По английски f—friquensi — (частота) (см. рис. 3.3)!

Тогда А, соответственно, амплитуда. Пусть амплитуда переменного напряжения, генерируемого источником, постоянна и равна U для любой из генерируемых частот. При f = 0, то есть в нашем случае U просто некоторое постоянное напряжение. Соответственно, в точке D (рис. 3.2, а) установится напряжение, равное U. Эта точка на графике обозначена, как “а”.
Повысим частоту генератора доF1. Естественно, что это приведет к заряду (или разряду в зависимости от полупериода) конденсатора С. Но в этом случае зарядно—разрядный ток, проходя по резистору R, создает на нем соответствующее падение напряжения. Поэтому теперь напряжение в точке D будет меньше, чем U. На графике это соответствует точке “б”.
Увеличим частоту генератора и приравняем ее f2. Напряжение на выходе стало еще меньше. Это и отображает точка “в”. Так будет продолжаться до тех пор, пока частота не станет равной частоте среза f . На этой частоте уже ВСЕ напряжение источника падает на активном сопротивлении!
“Н”: Выходит, что дальнейшее увеличение частоты генератора уже бессмысленно?
“А”: В точности так! А теперь, Незнайкин, раздраконь мне так же схемку на рис. 3.2, 6


“Н”: С нашим удовольствием... Вот график (рис. 3.4)! Все верно?

“А”: Мне остается только (и с полным на то правом) повторить слова “великого кормчего” Мао-цзе-дуна к его приемнику Хуа-го-фену: “Если дело в твоих руках, я спокоен!” Тем более, что ты предъявил реальный график, а не утопию!
“Н”: Но ты обратил внимание, что в точках графика “д” и “е” амплитуда одна и та же? “А”: Поверь, я от всей души рад, что ты это подметил! А что ты скажешь по поводу вот этих двух схемок (рис. 3.5)? “Н”: Вот, прошу. И для случая а и для случая б. Возражения есть (рис. 3.6)?

“А”: Пока — никаких! Но я проявлю известную толерантность и не стану вот так, с места в карьер требовать, чтобы ты нарисовал мне АЧХ вот такой “скромной” схемки (рис. 3.7).

“Н”: Да что в ней особенного-то! Сейчас-сейчас. Нет, знаешь, что-то не выходит!..
“А”: Остынь, дружище! И, чтобы не тратить время напрасно, послушай, что в действительности представляет из себя выше предложенная схема! Ты уже знаешь, что с возрастанием частоты индуктивное сопротивление (XL) увеличивается, а емкостное сопротивление (Хг) — уменьшается! Но отсюда следует, что при некоторой частоте f0 — индуктивное и емкостное сопротивления становятся равными. И в этот момент общее реактивное сопротивление цепи СТРЕМИТСЯ К НУЛЮ! Вспомним о сдвигах по фазе! Так вот, когда частота генератора равна f0 никакого сдвига по фазе между напряжением и током — НЕ БУДЕТ! Эта ситуация получила название — РЕЗОНАНС!
“Н”: Я знал, что есть механический резонанс...
“А”: Ну, примеры потрясающих случаев механического резонанса можно найти даже в Библии. Например, Иерихонские трубы!
“Н”: Действительно...
“А”: Итак, мы видим, что электрическая цепь, состоящая из емкости С и индуктивности L, обладает собственной резонансной частотой f0! При этом общее сопротивление цепи становится очень малым, а амплитуда колебаний тока в ней — очень большой!
“Н”: Но почему ты говоришь “очень малым”, а не говоришь — “нулевым”?
“А”: Ты прав, мой милый граф! Это только из-за того, что индуктивность L — это ведь изолированный провод, намотанный на сердечник.


А провод, как известно, имеет еще и активное сопротивление, хотя и очень небольшое. Поэтому, в реальном случае, предыдущая схема выглядит так (рис. 3.8).

“Н”: А я готов нарисовать АЧХ этой схемы! Смотри, я даже учел тот факт, что из-за наличия активного сопротивления R “провал” АЧХ не имеет общей точки с осью абсцисс!
“А”: Я начинаю думать, что если дело и дальше пойдет так же успешно, то не только я, но и Спец запишется на цикл твоих лекций по электронике! Ну, а теперь я прошу тебя подумать, что будет в таком случае (рис. 3.9)... Да, учти следующее обстоятельство. То, о чем мы сейчас говорим, я имею в виду электрический резонанс, — это “святая святых” радиотехники вообще и техники радиоприема, в частности!

“Н”: Что я вижу!? Ты заменил генератор переменного тока на батарейку? К чему бы это?
“А”: Мы подключили батарейку к нашей схеме посредством выключателя, а затем отключили ее! Вот с этого момента мы и начнем анализ...
“Н”: А что же тут анализировать? Конденсатор просто разрядится через резистор R и индуктивность L! И все дела!...
“А”: Да, кроме шуток?
“Н”: Нет-нет, прости! Не совсем... Что-то еще здесь произойдет... Но я пока не врубился — что!...
“А”: Вспомни, Незнайкин, что индуктивность L обладает некоторой инерцией. Образно говоря, из-за нее электронам так же трудно начать упорядоченное движение, как и прекратить это движение!
Ток разряда, проходя по виткам индуктивности L, порождает магнитное поле, в котором запасается некоторая энергия! Таким образом, в тот момент, когда конденсатор С уже разрядится, магнитное поле будет поддерживать упорядоченное движение электронов в том же направлении! Это значит, что до того момента, как энергия магнитного поля иссякнет, конденсатор успеет перезарядиться почти до первоначального напряжения!
Хотя и ПРОТИВОПОЛОЖНОЙ ПОЛЯРНОСТИ! Затем снова наступит цикл перезаряда. И так будет продолжаться до того момента, пока на активном сопротивлении R (а оно в неявном виде ВСЕГДА присутствует в рассматриваемой системе) постепенно не перейдет в тепло ВСЯ первоначально запасенная в конденсаторе энергия!


“Н”: А рассмотренная система, состоящая из L, С и R, не имеет имени собственного?
“А”: Обязательно! И отныне мы будем употреблять только его — КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР!
“Н”: А как долго будет продолжаться подобная циркуляция тока в контуре? От чего это зависит?
“А”: Есть такой удивительный параметр — ДОБРОТНОСТЬ! Вот он то и определяет, как долго в контуре будут продолжаться колебания.
“Н”: А почему ты назвал этот параметр — “удивительным”?
“А”: Да хотя бы потому, что он как бы един в трех лицах!
“Н”: А это как?
“А”: Да вот, посмотри на рисунок! На рис. 3.10, а изображены незатухающие электромагнитные колебания, которые имели бы место в контуре без потерь. На рис. 3.10, б изображены реальные, ЗАТУХАЮЩИЕ колебания в контуре.

Так вот, численно, количество полных циклов заряд — разряд до, практически, полного затухания РАВНО ДОБРОТНОСТИ! Т. е. добротность Q = п, где п — количество полных циклов. А теперь от амплитудно-временных характеристик перейдем к АЧХ (рис. 3.11).

Вот эта, колоколообразная кривая (мы к ее рассмотрению вернемся в дальнейшем еще не раз) дает вторую, практически очень важную характеристику для Q: Рис. 3.11.
Q = f0 / 2 * D f где D f — полоса пропускания по уровню 0,707. И, кроме того, вот третья ипостась добротности, численно равная: Q = (O (L / C)) / R И если первая ипостась очень понятна, но не очень наглядна, поскольку кто успеет подсчитать точное число колебаний за очень малый промежуток времени, то вторая ипостась — может прямо выводиться на экран специальных анализаторов АЧХ! С ней удобно работать!
“Н”: Ну, а третья?
“А”: Третья ипостась — для реальных расчетов! Но любой колебательный контур характеризуется еще и частотой резонанса, или, что адекватно частотой собственных колебаний:
f0 = 1/(2p * O (L *C))
Любоопытно, что для получения одной и той же f0, можно взять различноt соотношение L и С. Но формула для определения добротности показывает каким именно должно быть соотношение L и С для получения требующейся нам ПОЛОСЫ ПРОПУСКАНИЯ КОЛЕБАТЕЛЬНОГО КОНТУРА! Он; обозначена как df = 2D f.


“Н”: А какого порядка эта величина должна быть?
“А”: Смотря для чего! А вообще получение высоких добротностей — это сложная техническая задача! Но, в общем, вполне решаемая! Сейчас нам осталось рассмотреть еще одну важную физическую, а равно и техническую особенность колебательных контуров!
“Н”: Ты снова рисуешь схему?
“А”: А куда деваться (см. рис. 3.12)?

Здесь колебательный контур включен непосредственно в состав некоторой внешней цепи. Обрати внимание, Незнайкин, что в этом случае, когда частота внешнего генератора f, совпадает с собственной частотой контура, последний представляет ЗНАЧИТЕЛЬНОЕ РЕАКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ для ВНЕШНЕЙ ЦЕПИ!
“Н”: Но при этом ВНУТРИ контура LC реактивное сопротивление МАЛО!?
“А”: Да, конечно!... Дело в том, что за каждый период собственных колебаний контур LC теряет МАЛУЮ часть запасенной в нем энергии! Следовательно, этот контур будет потреблять из ВНЕШНЕЙ цепи ТОЛЬКО такую часть энергии, которая идет на компенсацию потерь за этот период! А это — очень незначительная величина! И она тем меньше, чем больше добротность контура Q!
“Н”: То есть, если я верно понял, на резонансной частоте по отношению ко ВНЕШНЕЙ ЦЕПИ контур является БОЛЬШИМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ, причем тем большим, чем больше его добротность?
“А”: Абсолютно точно! Но есть и еще одно исключительно важное следствие! Не догадываешься, какое именно?
“Н”: Может быть (см. рис. 3.12) что мы можем написать: I2 = I1 * Q
Так или нет?
“А”: Замечательно! Ну а что ты скажешь относительно напряжения?
“Н”: У меня создалось впечатление, что напряжение на зажимах А и Б контура ... может превысить напряжение генератора!
“А”: И ты не ошибся! Оно превышает на частоте собственного резонанса подводимые извне колебания по амплитуде в Q раз!
“Н”: То есть колебательный контур УСИЛИВАЕТ частоту, равную его резонансной в Q раз?
“А”: Да! Но если во внешней цепи будут протекать токи, частоты которых не совпадают с резонансной, то они не создадут на зажимах контура сколько-нибудь заметного напряжения! Поэтому РЕЗОНАНСНЫЙ КОНТУР ОБЛАДАЕТ ЧАСТОТНОЙ ИЗБИРАТЕЛЬНОСТЬЮ!


“Н”: Я уже дошел до кондиции, как того и хотел герой “Бриллиантовой руки”. Всю впитанную (с кровью) информацию я должен осмыслить. В общем “принять ванну и выпить чашечку кофе”...
“А”: Мы кое-что успели сегодня, дружище!
>

Устремленные в пространство.

“Незнайкин”: Наконец-то ты вновь удостоил меня аудиенции!...

“Аматор”: О милорд, какой изысканный стиль! Ты случайно не перечитал “Трех мушкетеров”, пока мы не виделись?

“Н”: Ты почти угадал — “Одиссею капитана Блада”!

“А”: Я так и понял по твоему высокому слогу! Кстати, я тоже очень уважаю книги о капитане Бладе! Но благородный и великолепный пират жил в буколическую эпоху! Когда медленное считалось быстрым!

“Н”: Что ты хочешь сказать?

“А”: В те времена новости из Америки в Европу шли, вернее плыли, месяцами! Скорость доставки информации была равна скорости хода каравеллы или галеона!...

“Н”: В то время как сейчас для этого достаточно секунд!

“А”: Долей секунды, дружище, долей секунды!

И все благодаря свойствам ... открытого колебательного контура!

“Н”: Какого это — открытого? Простите, сэр! Следующий раз захвачу словарь, сэр!

“А”: Хороший (в буколические времена говорили — добрый) учебник или пособие по радиотехнике помогло бы тебе больше! ОТКРЫТЫЙ КОНТУР — это просто техническое название для ПЕРЕДАЮЩЕЙ и ПРИЕМНОЙ антенн!

“Н”: То есть мы сейчас вплотную подошли к вопросу о возникновении, распространении и возможности ПРИЕМА РАДИОВОЛН!?

“А”: Да пора уж! Представь себе, что мы преобразовали колебательный контур таким образом, что он принял следующий вид (см. рис. 4.1). Здесь, фактически, мы имеем не один, а два колебательных контура. Первый — это контур, образованный С и L резонансная частота которого f0 равна частоте генератора Uсигн. Обмотки L1 и L2 связаны индуктивно. Поэтому во втором контуре также возникают колебания с частотой f0...

“Н”: Относительно первого контура вопросов не имеется. Но вот где ты увидал второй контур? Я лично вижу только обмотку L2!

“А”: Но ты не можешь не видеть, что верхний конец L, переходит в некий проводник, который оканчивается точкой А?

“Н”: Вижу... Но что дальше?

“А”: А то, что это и есть второй, открытый колебательный контур! Его емкость является распределенной. То есть она образована как бы из множества малых емкостей между различными точками антенны и землей!

“Н”: Выходит, что L2 входит в состав ЦЕПИ АНТЕННЫ?
“А”: Ну конечно! А упомянутый уже вертикальный проводник — это ни что иное, как антенный штырь!
Его длина может варьироваться в разных случаях от нескольких сантиметров до сотен метров! Да и само устройство антенны в реальности может быть исключительно сложным по своей конструкции!
“Н”: Но если это и есть антенна, то она должна каким-то образом принимать близкие и далекие радиостанции. Разве нет?
“А”: Верно! Однако в данном случае она не принимающая, а передающая. Попробуем представить себе, что при этом происходит... Видишь, на рис. 4.2 я изобразил только непосредственно антенну и то в очень упрощенном виде?

“Н”: А что представляют из себя концентрические кольца, параллельные земле и названные тобой Н, а также “серпантин”, обозначенный, как Е? И почему, если я правильно понял, они носят ВЕКТОРНЫЙ ХАРАКТЕР!?
“А”: Е — это вектор напряженности электрического поля. Соответственно Н —вектор напряженности магнитного поля. Знак вектора дает нам ясно понять, что эти поля могут быть ориентированы относительно поверхности земли под самыми различными углами.
Но вот между собой они ВСЕГДА взаимоперпендикулярны! Но на рисунке присутствуют еще и токи I1, и I2. Ты мне не скажешь, что они из себя представляют?
“Н”: Очевидно, под воздействием не показанного здесь первичного контура, вдоль по длине антенного штыря циркулируют токи Ij и I2, представляющие собой перемещена посредством индукции, электрического заряда то в направлении ОТ земли точке А, то в ОБРАТНОМ! Естественно, с частотой f0!
Выходит, в точке А то наблюдается “избыток” электронов, то их “недостаток”! В пользу моих слов говорит и тот факт, как при этом направлен силовые линии электрического поля...
“А”: Вот она — моя награда за потраченные труды! Совершенно верно. Иначе говоря — антенна есть инструмент для преобразования переменного напряжения и тока в энергию электромагнитного поля, способную свободно распространяться в пространстве!
“Н”: А вот чего я, дружище, не могу понять...


Все-таки, почему порождаемые вокруг антенны электромагнитное поле не просто циркулирует, а способны как-бы “оторваться” и унестись навсегда?
“А”: Браво, Незнайкин! Ты задал сейчас очень глубокий вопрос! Недавно мы беседовали на эту тему со Спецом! Это была интересная беседа. Действительно, ведь токи в той же антенне имеют вполне обратимый характер. То вверх, то вниз, то они вообще равны нулю... Электромагнитное поле могло бы тоже циркулировать, то распространяясь в пространстве ОТ антенны в один из полупериодов, то стремясь К антенне в другой полупериод...
“Н”: А как думает Спец?
“А”: Он сказал, что категорического, строгого объяснения этому факту -не существует!
Но мы должны благодарить Бога и Природу за то, что электромагнитное поле в виде электромагнитных волн способно покидать антенну и уноситься в бесконечность!
Именно этот эффект, по большому счету, делает возможной не только радиосвязь, но и саму жизнь на Земле!
А возможно и вообще во Вселенной!
“Н”: Даже вот так вот!?
“А”: Даже вот так вот! Но продолжим наши игры! Ты, безусловно, слышал что “покинув” передающую антенну, электромагнитные волны СО СКОРОСТЬЮ СВЕТА распространяются в пространстве! Если передающая антенна является ИЗОТРОПНОЙ, то интенсивность электромагнитной энергии уменьшается ОБРАТНО ПРОПОРЦИОНАЛЬНО КВАДРАТА РАССТОЯНИЯ!
В случае, если антенна обладает направленностью, то есть является АНИ ЗОТРОПНОЙ, то эта зависимость может быть несколько иной. Но, в любом случае, чем дальше точка приема находится от передающей антенны, тел меньше интенсивность электромагнитного поля в ней! Наводимого этой передающей антенной, разумеется.
“Н”: Это понятно! Ну, а как устроена приемная антенна?
“А”: Подумай сам! Я подскажу тебе — это обратимое явление.
“Н”: Но если это явление обратимое, то тогда, поместив штырь (металлический) в точку, удаленную от передающей антенны на некоторое расстояние, мы вправе ожидать, что электромагнитное поле НАВЕДЕТ в этой ПРИЕМНОЙ АНТЕННЕ токи, имеющие туже частоту, что и породившие их электромагнитные волны!


“А”: Достойный ответ! Ты только не уточнил, что по своей величине эти ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ токи являются исключительно малыми! Их реальное амплитудное значение — не более нескольких десятков милливольт! И это еще исключительно много! Чаще всего — на порядок меньше. А то и два-три порядка.
“Н”: А почему ты употребил слово — высокочастотные? А низкочастотных разве нет?
“А”: Действительно! Давай определимся в понятиях! В Природе существуют электромагнитные колебания с самыми разнообразными длинами волн или, что адекватно, с самыми различными частотами!
Видимый свет — это ведь также электромагнитные волны длина, которых измеряется нанометрами! Например, красный цвет характеризуется длиной волны — 630 нм. Или 2х1014 герц!
То есть ДВЕСТИ ТЫСЯЧ МИЛЛИАРДОВ полных периодов в секунду!
“Н”: Да это считать не пересчитать!
“А”: И то правда, Незнайкин! Ведь если представить себе некое существо, которое не ест, не спит, не развлекается, а только подсчитывает это число со скоростью одна единица в секунду, то ему потребовалось бы примерно ШЕСТЬ МИЛЛИОНОВ ЧЕТЫРЕСТА ТЫСЯЧ ЛЕТ! И все для того, чтобы зафиксировать — сколько раз в секунду изменяется направленность векторов магнитного и электрического!
“Н”: Но ведь это уже не радиодиапазон?
“А”: Что правда, то правда! Генерация и прием электромагнитных колебаний подобных частот осуществляются особыми, не радиотехническими методами! А собственно радиодиапазон ограничен сверху частотами порядка ДЕСЯТЬ В ДВЕНАДЦАТОЙ СТЕПЕНИ ГЕРЦ!
“Н”: Ну, а снизу?
“А”: Это очень сложный вопрос! Дело в том, что сверхнизкочастотные колебания имеют свои особенности. Представь, например, длину волны электромагнитного колебания Зх1013 километров!
Они соответствует частоте f = 10-8 герц! Это означает, что ОДИН ПОЛНЫЕ ПЕРИОД такого колебания — около ТРЕХ ЛЕТ! То есть длина волны составляет приблизительно ОДИН ПАРСЕК!
Ты ведь встречался с подобной единицей длины в фантастических романах
“Н”: Было дело в Грибоедове... Неужели есть радиостанции, оперирующие с такими чудовищными волнами?


“А”: Расслабься, Незнайкин! Человечество еще не в состоянии оперировав не только с такими, но и в сотни раз большими длинами волн! Но кто сказал, что их не существует во Вселенной?
В семидесятых годах (нашего столетия, естественно) в США широко обсуждался проект, получивший наименование “САНГВИН”. Речь шла о возможности осуществления связи с атомными подводными крейсерами. Для того, чтобы передать приказ на нанесение, в случае необходимости, ответного атомного удара по СССР!
При этом исходили из того, что подлодка находится на МАКСИМАЛЬНОЙ ГЛУБИНЕ в несколько сотен метров в ПРОИЗВОЛЬНОЙ ТОЧКЕ МИРОВОГО ОКЕАНА! Оказалось, что это возможно осуществить, если для подобной односторонней связи использовать СВЕРХДЛИННЫЕ ВОЛНЫ, частота которых несколько меньше СТА ГЕРЦ!
“Н”: ...Это соответствует длине волны порядка ... 3000 километров!
“А”: Совершенно верно! Но учти, Незнайкин, что мир устроен так, что передающая антенна, чтобы быть эффективной, не должна иметь размеры менее одной четверти излучаемой ею длины волны! Поэтому вопрос реализации проекта “САНГВИН” требовал сооружения системы антенн, занимающих площадь порядка ДЕСЯТКОВ ТЫСЯЧ квадратных километров!
При этом для генерации “глобального” сигнала требовалась энергия порядка СОТЕН МЕГАВАТТ! После продолжительных и бурных дебатов в Сенате, от этого способа связи с погруженными подводными лодками отказались!
“Н”: Так вот что такое генерация подобных электромагнитных колебаний!? Ну, а более высокие частоты?
“А”: “Сверхдлинными” волнами для осуществления радиосвязи, представь себе, сейчас пользуются! Но самые длинные из них начинаются с ТРИДЦАТИ КИЛОГЕРЦ!
То есть длина волны равна “всего-навсего” 10 километрам! Но и эта “экзотика” в радиовещательной технике не используется.
“Н”: А какие длины волн и почему используются в международном радиовещании?
“А”: На этот твой вопрос отвечу совершенно конкретно! Все используемые в радиовещании длины волн разбиты на следующие диапазоны:
Длинные волны — 150—408 кГц (2000—735,3 м).


Средние волны — 525—1605 кГц (571,4—86,9 м). Короткие волны — 3,5—30 МГц (80—10 м). Ультракороткие волны —87,5-104 МГц (Европа); 87,5 - 108 МГц (США); 7.6 — 90 МГц (Япония). Кроме того, в последнее время получил тенденцию к расширению УКВ диапазон на территории Украины!
“Н”: Я как-то слышал, что каждый из приведенных выше диапазонов имеет чуть ли не свой собственный “характер”?
Это что, просто вариации на тему известных “Сказок братьев Гримм” или в этом действительно что-то есть?
“А”: Уже скоро сто лет, как трудами ученых, изобретателей и любителей было установлено, что чем больше размеры антенн, тем больше и дальность связи! И теоретики начала века утверждали, что самые “дальнобойные” волны — это волны длинноволнового диапазона!
Они поясняли это ДИФРАКЦИЕЙ! Напомню, что дифракция — это огибание волной препятствий! Например, для сверхдлинных волн, длина которых измеряется километрами — даже выпуклость Земли помехой не является. И вот для дальней связи строятся гигантские антенны!
Сказано — сделано! И вот пришел успех! Осуществлена связь между Канадой и Южной Америкой! А поскольку (мы дальше коснемся этого вопроса) в начале двадцатого века считалось, что частоты различных станций должны быть различными и это различие должно составлять около 10 процентов, то американский ученый Фредериксон, например, утверждал, что в диапазоне 30—100 кГц можно разместить не более ДВЕНАДЦАТИ каналов!
“Н”: Он ошибся?...
“А”: Да нет, он был прав! На тот момент, естественно!
Но есть древняя восточная мудрость: “Время способно превратить самую чистую правду в отвратительную ложь!”
Дело в том, что техника начала века большего не позволяла! Это во-первых! А, во-вторых, “есть многое на свете, друг Горацио, что и не снилось нашим мудрецам”!
“Н”: Я тоже очень уважаю Шекспира!...
“А”: Рад, что доставил тебе удовольствие! Однако, ближе к теме! Исследования по распространению электромагнитных волн на расстояние от нескольких десятков до 10000 километров уже не возможно было пояснить только дифракцией!


И потом, как можно было объяснить тот факт, что днем дальность связи намного меньше, чем ночью? Или известный сейчас курьез с радиодиапазоном коротких волн?
В свое время государственные службы, действуя по принципу “на тебе, боже, что нам не тоже”, отдали в распоряжение радиолюбителей волны, короче 200 метров. И вдруг на тебе ... в 1923 году два радиолюбителя на кустарных, маломощных радиостанциях установили связь между ... Англией и Новой Зеландией!
“Н”: Это есть пример ПОБЕДЫ ТЕХНИКИ НАД НАУКОЙ!
“А”: Да, совершенно блестящий пример! Но, Незнайкин, далеко не единственный! “Тому в истории мы тьму примеров слышим, но мы истории не пишем...”.
Но... будем же справедливы! Я имею в виду, по отношению к науке! Ее ведь тоже делают люди. А среди людей науки ВСЕГДА находятся гении и прозорливцы...
“Н”: И в этом случае тоже?
“А”: И в этом — тоже! В 1902 году физики Хевисайд и Конелли выдвинули смелую гипотезу: ВЕРХНИЕ СЛОИ АТМОСФЕРЫ ДОЛЖНЫ СОСТОЯТЬ ИЗ ИОНИЗИРОВАННОГО ГАЗА! По причине того, что они подвергаются прямому воздействию жесткого космического излучения.
И, безусловно, воздействию солнечного излучения! Но поскольку ионизированный газ является проводником, то радиоволны ДОЛЖНЫ ОТРАЖАТЬСЯ от верхних слоев атмосферы, как от зеркала! Споры на эту тему шли более 20 лет, пока, наконец в 1925 г., американские исследователи Туве и Брайт не дали этой гипотезе блестящее экспериментальное подтверждение!
“Н”: Погоди, я слышал о каком-то “слое Хевисайда”!
“А”: О нем, Незнайкин, речь и идет! Но вскоре оказалось, что отражающих слоев — несколько! Например, летним днем их не меньше четырех! Ближе всего к земной поверхности расположен слой D. Затем Е, и, наконец, F, который “распадается” на F1 и F2. Но если мы сейчас не остановимся, то можем “утонуть” в этих интереснейших вопросах!
“Н”: Жаль, хотя ты совершенно прав! Но, надеюсь, о свойствах тропосферы Земли сегодня известно почти все?
“А”: Больше всего в восторг я прихожу от твоего “почти”! Нет, дорогой! Эти свойства преподносят массу сюрпризов! О некоторых просто стараются не упоминать — так спокойнее!


“Н”: Это мне чем-то напоминает “эффект страуса”!
“А”: Согласен! В топосфере много непознанного, но в свое время под Москвой был создан ИЗМИРАН — институт земного магнетизма и распространения радиоволн. Он публиковал, например, прогнозы прохождения коротких волн для территории СССР (бывшего) на месяц вперед! Но — хватит истории!
“Н”: Если я правильно понял, то есть несколько путей распространения радиоволн?
“А”: Да, это так! Для коротких волн, которые, как известно могут распространяться на любые расстояния, есть несколько путей. Самый простой путь распространения отраженных радиоволн — односкачковый. При этом дальность достигает, примерно, 3500 км. Существует такая вещь как многоскачковое распространение. При этом волна отражается последовательно несколько раз от ионосферы и поверхности Земли. Есть и еще одна возможность — рикошетирующее распространение. При этом виде распространения потери мощности получаются особо малыми!
“Н”: Ну и ну! А что получается, если короткие волны из одной точки “двинутся” сразу по двум или трем путям?
“А”: Ато и получается, что стечение нескольких минут интенсивность (или уровень) сигнала в точке приема может измениться в СОТНИ РАЗ! Это явление известно как замирание или ФЕДИНГ. В основе этого явления — интерференция нескольких волн одной и той же длины, пришедших от передатчика к приемнику несколькими различными путями. А поскольку пути различны и непостоянны, то различны и непостоянны и фазы пришедших сигналов, которые, как правило, ослабляют друг друга! Я здесь, фактически, не затрагивал вопроса о “дневных” и “ночных” особенностях распространения радиоволн.
“Н”: Но как же пользоваться такими “ненадежными” волнами как короткие?
“А”: Круглосуточно, конечно! Их преимущества “при всём при том, при всём при том” настолько велики, что “охлаждение” интереса к ним не наблюдается ни со стороны профессиональной связи, ни со стороны радиолюбителей! И потом, как неоднократно подчеркивал Спец, для чего-то ведь существует и схемотехника!
“Н”: Так я уже в состоянии присутствовать на ваших беседах со Спецом?


“А”: Не так, чтобы очень! Но, пожалуй, можно рискнуть! И хотя мы ещё собственно схемотехники даже не коснулись, давай условимся о встрече со Спецом прямо сейчас! Пододвинь мне, пожалуйста, телефон!...
>

Экскурс в историю...

“Спец”: Рад приветствовать тебя, Аматор! И новому гостю почет и уважение! Проходите, садитесь] Кстати, Амат, ты успел рассказать нашему юному другу о транзисторах и микросхемах, хотя бы в самых общих чертах?

“Аматор”: Нет, уважаемый Спец, не успел! Тем более, что мне хотелось бы чтобы беседу на эту тему провели именно Вы!

“С”: Возможно, это оптимальная мысль! Но, насколько я понял, сегодня ты хотел побеседовать на другую тему?

“А”: Я и хочу на другую! Дело в том, что вопрос осознанного выбора исходной блок-схемы всеволнового современного радиоприемника оказался много запутаннее, чем это представлялось мне вначале!

Вроде бы все ясно! Ну есть “прямики” и есть значительно превосходящие их по своим возможностям “суперы”! Но оказывается, чем “дальше в лес, тем больше ... да ну меня совсем”!

“С”: Кажется, я представляю в чем тут дело! Выбор исходной блок-схемы — это действительно основополагающий вопрос при любой мало-мальски серьезной разработке!

“Незнайкин”: Принципиальные электрические схемы — это еще куда ни шло... А вот что такое БЛОК-СХЕМЫ?

“С”: Ситуация понятна! Ну что же, друзья мои, полагаю, что вопрос надо ставить даже несколько шире! Поэтому мы сегодня проведем “историческую беседу”. И начнем мы именно с истории радиотехники!...

“А”: Отлично! Незнайкину это вообще необходимо, а я с удовольствием упорядочу свои познания в данном вопросе. Итак?...

“С”: Иногда приходится слышать спор на тему о том, кто и когда “открыл радио”!? Попов или Маркони?... Общемировое мнение на сей счет неоднозначно!...

Но нет сомнения, что успехи в электричестве и магнетизме базировались на изобретениях и открытиях Фарадея и Максвелла. Принципы электромагнитной индукции были истрактованы Майклом Фарадеем в 1831 г. А в 1832г. он написал: “...я считаю, что теория колебаний будет применена к этому явлению (индукции), равно как и к звуку и, весьма вероятно, к свету”.

Но только в 1855 г. Максвелл опубликовал статью “О силовых линиях Фарадея”, а в 1864 г. дал миру ошеломляющую работу “Динамическая теория' электромагнитного поля”.
Эта статья предсказывала существование радиоволн и возможность их распространения со скоростью света.
В 1887 г. выводы Максвелла были экспериментально подтверждены Генрихом Герцем. Он построил ИСКРОВОЙ ГЕНЕРАТОР электромагнитных волн и исследовал их свойства. Вот что представлял собой этот генератор (см. рис. 5.1). Его основа — уже известный нам колебательный контур. Но ... поскольку колебания в реальном контуре быстро затухают (а электронных ламп и транзисторов еще и в помине не было), то в качестве быстродействующего коммутатора, позволяющего заряжать конденсатор и переключать его от батареи к катушке, был использован ... искровой промежуток между двумя металлическими шариками!

“А”: Обозначенный на схеме, как S?
“С”: Абсолютно верно! Здесь искру дает, так называемая, ИНДУКЦИОННАЯ КАТУШКА Румкорфа. Кстати, разновидность катушки Румкорфа используется и в наше время в системе зажигания автомобилей!
Ток батареи, проходя через обмотку I, намагничивает ее железный сердечник. Он притягивает подвижной контакт К и ... цепь разрывается. Магнитное поле исчезает и контакт замыкается снова. Весь процесс проходит с частотой нескольких сотен герц.
В момент размыкания цепи происходит следующее. ЭДС самоиндукции, возникающая в обмотках индукционной катушки L, пропорциональна скорости изменения магнитного потока. Эта скорость достаточно велика!
В результате на выводах обмотки I возникает импульс напряжения в ДЕСЯТКИ РАЗ ПРЕВЫШАЮЩИЙ по амплитуде напряжение батареи! А поскольку обмотка II содержит гораздо больше витков, то на ее выводах напряжение достигает нескольких десятков тысяч вольт! Конденсатор С заряжается до такого же напряжения. Искровой промежуток S регулировался так, чтобы он пробивался при напряжении, близком к максимально развиваемому катушкой!
Проскочившая искра замыкает цепь LC — контура и в нем возникает серия затухающих колебаний. Стремясь повысить частоту колебаний, Герц довел длину волны до трех десятков метров! Русский физик Лебедев сконструировал вибратор на длину волны ТРИ САНТИМЕТРА!


Вот почему первым сообщением Попова было имя Генриха Герца! “А”: Вы имеете в виду Александра Степановича Попова!?
“С”: Разумеется, потому что именно преподавателю минных офицерских классов в Кронштадте А. С. Попову удалось сконструировать приемник электромагнитных волн, обладающий достаточной для практических целей чувствительностью!
“Н”: А как был устроен приемник Попова?
“С”: Очень изобретательно, как на то время! В приемной цепи Попов использовал “КОГЕРЕР”. Это устройство изобрел незадолго до экспериментов Попова француз Бранли!... КОГЕРЕР представлял из себя стеклянную трубку с двумя выводами, между которыми были засыпаны мелкие железные опилки.
Из-за тонкого слоя окиси, содержащегося всегда на поверхности железных опилок, сопротивление КОГЕРЕРА — велико! Но только до того момента, пока на его выводы не подано высокое напряжение. Безразлично, постоянное или переменное!
“А”: Но ведь через обмотки реле Р1 напряжение батареи подается на КОГЕРЕР постоянно (см. рис. 5.2)?

“С”: Это действительно так! Но напряжения батареи недостаточно, чтобы “заработал” КОГЕРЕР. Через антенну А на него подается еще и высокочастотное напряжение. Именно оно приводит к тому, что опилки, как бы “слипаются” и сопротивление КОГЕРЕРА резко падает!
При этом срабатывает реле Р1, притягивая якорь Я1. В этом случае замыкается контакт К1. Следовательно, срабатывает реле Р2, притягивая к себе якорь Я2. При этом разрывается силовая цепь посредством контакта К2. Через реле Р2 перестает протекать ток и под действием механической пружины Я2 возвращается в первоначальное положение.
Не только наличие антенны являлось важнейшим элементом приемника Попова, но и релейный усилитель постоянного тока также! Поскольку относительно слабый ток через когерер приводил в действие чувствительное реле Р1, контакты которого замыкали цепь электрического звонка.
“Н”: Но если исходить из этого рисунка, уважаемый Спец, то создается впечатление, что молоточек лупил не только по чашечке звонка, но еще и прямо по когереру!?


“С”: А так оно и было! Именно таким образом КОГЕРЕР автоматически встряхивался после приема каждого электромагнитного импульса! И был готов к приему следующего! Но заметьте, что в приборе Попова применяется и ЗАЗЕМЛЕНИЕ! “А”: Я где-то читал, что приемник Попова называли “грозоотметчик”?
“С”: Это сам Попов так его назвал! С подключением наружной антенны удалось регистрировать грозы на расстояниях до 30 километров. Вот это устройство, а мы уже разобрали принцип его действия, А. С. Попов и продемонстрировал 7 мая 1895 года на заседании Русского Императорского физико-химического общества!
В дальнейшем было обнаружено, что КОГЕРЕР обладает детекторным эффектом, а для приема с 1899 г. стали использовать головные телефоны. В последующих опытах было замечено, что чувствительность приемника к слабым сигналам значительно возрастала, если с приемником был связан собственный, даже маломощный генератор! Настроенный на частоту, близкую к частоте принимаемого сигнала!
Собственный генератор получил наименование — ГЕТЕРОДИН. А сам приемник получил название — ГЕТЕРОДИННЫЙ.
25 октября 1906 года американский инженер Ли де Форест подал заявку на выдачу ему патента. Речь в нем шла о знаменитом “АУДИОНЕ”! То есть о трехэлектродной вакуумной лампе-усилителе! Хотя, если говорить строго, первые “аудионы” усиливали амплитуду входного напряжения меньше, чем в два раза! Шесть лет тяжких трудов ушло на то, чтобы “аудион” стал действительно усилителем!
В 1912 г. майор — американец Эдвин Армстронг создал на основе “аудиона” электронный генератор незатухающих одночастотных колебаний. Я подчеркиваю - ОДНОЧАСТОТНЫХ!
“А”: Это потому, что искровые передатчики (генераторы) не обладали этим свойством?
“С”: Да, искровая техника этим свойством не обладала! Там можно было говорить только о некотором спектре частот! Итак, генераторы Армстронга, а также Фореста и Александра Мейснера позволили получать чистые непрерывные синусоидальные сигналы! Вот схема лампового автогенератора на рис. 5.3.

“Н”: На схеме колебательного контура показан конденсатор со стрелкой! Это значит — переменный?


“А”: Мы, Незнайкин, ещё будем говорить на этот счет подробно! А что означает двойная стрелка между катушками, ты понимаешь ?
“Н”: Не совсем, если честно!
“А”: А между тем это символизирует, что взаимное расположение этих обмоток можно изменять механическим регулированием!...
“С”: Ну что, идем дальше? В 1915 г. появились электронные лампы с высоким вакуумом. Эти лампы обеспечили возможность создания не только генераторов незатухающих колебаний, но также и усилителей слабых сигналов!
Поэтому в практику прочно вошли так называемые ПРИЕМНИКИ ПРЯМОГО УСИЛЕНИЯ. Но еще прежде них - ДЕТЕКТОРНЫЕ. Это я рассказываю прежде всего для тебя, Незнайкин!
“Н”: Спасибо, большое спасибо!... Но если бы к тому же я ясно представлял себе, что такое вообще ДЕТЕКТОРНЫЙ приемник!?..
“С”: Дорогой Аматор! Так вы не рассматривали процессы детектирования?...
“А”: Так судьба сложилась!... Мы просто не успели этого сделать!
“С”: Но обойти этот вопрос молчанием мы не можем!
“Н”: Но как бы там ни было, КОГЕРЕР для этого сейчас уже не применяют?
“С”: КОГЕРЕР ушел в историю! Но, как говорится, “король умер — да здравствует король!” Вместо КОГЕРЕРА в современной радиотехнике используется КОГЕ...РЕНТНЫЙ ДЕТЕКТОР!
“Н”: Расскажите сначала об обычном!
“С”: “Вы просите песен? Их есть у меня!” А ну-ка, скажите мне, какой спектр или лучше диапазон частот занимает обыкновенная человеческая речь?
“Н”: Я где-то слышал, что диапазон воспринимаемых человеческим ухом частот лежит в пределах от 16 до 20000 герц!
“А”: А обыкновенная речь (не музыка) ограничена диапазоном 150 — 4500 герц! Я не слишком ошибся?
“С”: Не слишком!... Некоторые исследователи, кстати, считают, что диапазон воспринимаемых верхних частот простирается до 30 кГц! Однако понятно, что эти частоты сами по себе в “эфир” с помощью антенн приемлемых размеров переданы быть не могут! Поэтому для технического решения подобных задач используется МОДУЛЯЦИЯ. А что это такое, видно на примере так называемой АМПЛИТУДНОЙ МОДУЛЯЦИИ (см. рис. 5.4).



Вопросы к иллюстрирующим этот термин рисункам имеются?
“А”: У меня — нет! А у тебя Нез-найкин?
“Н”: Только один! Высокая частота может быть любой?
“С”: В принципе, да! Но показанная здесь АМПЛИТУДНАЯ модуляция (или AM) применяется только в диапазонах ДВ, СВ и KB! Поскольку считается самой примитивной и помехонеустойчивой. Например, в диапазоне'УКВ применяется более совершенная, ЧАСТОТНАЯ МОДУЛЯЦИЯ!
“Н”: А на рисунке ее можно изобразить?
“С”: Без проблем! Да вот она на рис. 5.5.

“Н”: То есть в этом случае непостоянна именно частота сигнала?
“С”: Конечно, при том, что амплитуда сигнала сохраняет свою величину! Имеются значительно более совершенные виды модуляции. Например, ИМПУЛЬСНАЯ, ФАЗОВАЯ, ИМПУЛЬСНО-ЧАСТОТНАЯ и т.д. Но при всем, при том — в области длинных, средних и коротких волн для радиовещания применяется и будет применяться еще долго ИМЕННО ЭТА, такая “плохая” и “устаревшая” АМПЛИТУДНАЯ МОДУЛЯЦИЯ!
“А”: Казалось бы, если уж она такая “плохая”, то смените ее на другую — “хорошую” да и дело с концом!
“С”: Это уже давно пытаются сделать! Вот, например, еще в 1915 г. Джон Карсон изобрел ОДНОПОЛОСНУЮ МОДУЛЯЦИЮ, которая экономила и мощность, и полосу частот.
Любопытно, что однополосная модуляция (или SSB) появилась как практическое следствие математического анализа модулированной несущей! Но прежде, чем говорить об SSB или, например, частотной модуляции, давайте вернемся к вопросам детектирования!
Прежде всего, Незнайкин! Для чего оно необходимо? Почему нельзя (см. рис. 5.4, иллюстрирующий AM) просто подать сигнал вида “в” на головные телефоны или динамик?

“Н”: “Это мы не проходили, это нам не задавали!” А, действительно, почему?
“С”: Потому что, сделай мы подобное, ничего-то бы мы с вами не услышали! Не может мембрана динамика колебаться с такой частотой! Да и ухо человека ВЧ — колебания просто не воспримет.
Значит, остается только один выход - ВЫДЕЛИТЬ НИЗКОЧАСТОТНЫЙ СИГНАЛ! А как это сделать?
“А”: Наверное проще всего — применив для этой цели некий электронный прибор, имеющий высокую проводимость в одном направлении и исключительно низкую — в другом! Проще говоря, использовать для этой цели полупроводниковый ДИОД!


“С”: Ты безусловно прав! Но ведь вы с Незнайкиным еще не рассматривали диоды, транзисторы, микросхемы, оптроны и т.д.! Как же нам быть?
“Н”: А может, рассмотрим принципы выделения НЧ — сигналов без рассмотрения физических принципов функционирования диодов? А о самих диодах поговорим в последующих беседах?
“С”: Разумно! Итак, на представленной схеме показан простейший детектор амплитудно-модулирован-ных сигналов, а рядышком представлена эпюра выходного напряжения UA. В качестве сопротивления нагрузки rh могут использоваться наушники (рис. 5.6).

“Н”: А какова роль конденсатора С?
“С”: Накапливая на себе поступающий за время каждого полупериода электрический заряд, конденсатор С позволяет поддерживать на нагрузке плавно меняющееся напряжение низкой частоты. Поэтому разрядный ток, протекающий через RH, будет являться не серией амплитудно-модулированных импульсов, а настоящим током НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ!
Ну вот! А теперь я рисую первую блок-схему, а ты, Незнайкин, постарайся ее правильно истрактовать (рис. 5.7)!

“Н”: “Я не волшебник, я еще только учусь”, но мне кажется, что УВЧ — это усилитель высокой частоты, а УНЧ — соответственно, низкой частоты!
“А”: И какова же роль УВЧ?
“Н”: Я полагаю, что все дело в амплитуде высокочастотного сигнала, поступающего от антенны. Каким-то образом (я пока затрудняюсь объяснить этот феномен), но УВЧ, сохраняя временные зависимости относительного изменения амплитуды сигнала, способен увеличивать их абсолютный размах!... Затем усиленный сигнал детектируется, а дальше поступает на вход УНЧ. Затем на динамик, после чего мы имеем удовольствие слушать интересные радиопередачи!
“С”: Поздравляю! Ты поведал нам об устройстве и принципе работы ПРИЕМНИКА ПРЯМОГО УСИЛЕНИЯ, в просторечии - ПРЯМИКА!
“Н”: А что, применяются и иные блок-схемы?
“С”: Вне всякого сомнения! Поскольку приемники прямого усиления имеют немалое количество очень серьезных недостатков. Ну, например, начинающие радиолюбители часто строят простенькие транзисторные “прямички”.


Но ТОЛЬКО для диапазонов длинных и средних волн!
“Н”: А почему их нельзя применить и для диапазона коротких волн?
“А”: Прежде всего потому, что входной настраиваемый колебательный контур (или целая система колебательных контуров), получивший в технической литературе наименование ПРЕСЕЛЕКТОР, не обладает сколько-нибудь существенной избирательностью в диапазоне коротких волн!
“Н”: А что такое вообще — ИЗБИРАТЕЛЬНОСТЬ?
“А”: Вернемся к нашему избирательному контуру. И, в частности, к его АЧХ (см. рис. 5.8).

“Н”: А что это за вертикальные линии на рисунке, обозначенные как f1, f2, f3 и f4?
“А”: Здесь я представил вполне реальную ситуацию, когда в эфире, кроме станции с несущей частотой fl работают еще и другие радиостанции. Вот их частоты и соответствуют изображенным на рисунке вертикальным линиям!
Но ты ведь не хочешь слушать и их тоже, причем ВСЕ СРАЗУ?!
“Н”: Так я же ничего не расслышу!
“А”: Ну так твой преселектор и помогает тебе настроиться на одну из них, в данном случае это и будет частота f0!
“С”: При этом обрати внимание, что амплитуды сигналов, развиваемые на антенном входе всеми пятью радиостанциями — РАВНЫ!
“Н”: Я отлично это вижу! Но заметил еще и то, что частоты fj и f4, — совсем не воспринимаются преселектором, а частоты f2, и f3 — только частично...
“А”: Только те частоты, которые накрываются “колоколом” и проходят преселектор! Но обрати внимание, что частота f0 при этом еще и возрастает по амплитуде! Повторим еще раз, что КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР УСИЛИВАЕТ приходящие сигналы, частоты которых равны или очень близки его резонансной частоте!
“Н”: На нашей блок-схеме, кстати, я никакого преселектора не вижу!
“С”: Да потому, что его там просто нет! Кстати, “в последнее время стало модным разливать чай через ситечко”! Я это к тому, что нам будет удобнее, наряду с блок-схемами, пользоваться также СТРУКТУРНЫМИ СХЕМАМИ! Тогда, с учетом пожеланий Незнайкина, я изображу структурную схему приемника прямого усиления на рис. 5.9.

“А”: Информация к размышлению, Незнайкин! Z1 — преселектор; a1 — УВЧ; U1 — амплитудный детектор; А2 —УНЧ; BF1 -- телефоны или динамик.


“С”: Я полагаю, дорогой Аматор, что в дальнейшем мы будем прибегать только к структурным и принципиальным электрическим схемам!
“А”: Очень хорошо! Я придерживаюсь того же мнения, уважаемый Спец!
“Н”: Принято единогласно!... Но у меня вопрос относительно изображенной выше характеристики преселектора. И, в связи с этим, о бесполезности “прямика” в диапазоне KB...
“С”: Выкладывай, дорогой Незнайкин! Мы для этого и собрались!
“Н”: Расстояние между частотами f1; f2; f3 и f4 выбрано случайно?
“С”: Не совсем!... В современном мире огромное количество радиостанций! И вопрос о том, что надо предпринять, чтобы они не мешали друг другу, непрерывно решается в течение вот уже многих десятков лет! В диапазонах длинных, средних и коротких волн интервал по частоте выбран равным 9 кГц в Европе. А в Америке и Японии даже 10 кГц. При таком распределении частот получается, что в диапазоне ДВ размещается 28 каналов, а в СВ — 120 каналов! Но только в европейском регионе число радиостанций значительно больше числа каналов!
Таким образом, одинаковые частоты отведены радиостанциям, максимально удаленным друг от друга территориально. И днем положение терпимо. Однако ночью не редкость ситуация, когда на одной частоте прослушиваются две—три радиостанции. Ничего не поделаешь! В эфире тесновато!
“Н”: А уменьшить интервал с 9 кГц до 3—4 никак нельзя?
“С”: Взгляни на следующий эскиз (рис. 5.10)! Здесь я изобразил частотный спектр AM — сигнала ОДНОЙ радиостанции. Следовательно, даже отведя на одну станцию полосу частот 9 кГц, передать сигнал, в котором содержится ВЕСЬ воспринимаемый ухом звуковой спектр — НЕЛЬЗЯ! Самая верхняя звуковая частота, это — 4,5 кГц! Хотя должен сказать, что если не слишком придираться к качеству звука, этого вполне хватает даже для приема ритмов современной музыки.

Зато информацию в диапазоне KB можно “ловить” из ЛЮБОЙ ТОЧКИ ЗЕМНОГО ШАРА!
“Н”: А буква fb что означает?
“С”: FB - это НАИВЫСШАЯ ЗВУКОВАЯ МОДУЛИРУЮЩАЯ ЧАСТОТА.
“А”: А что делается для улучшения ситуации в эфире? Кроме чисто тривиальных методов, например, понижения fb?


“С”: Ну вообще-то, чтобы существенно улучшить качество радиовещания в диапазонах ДВ, СВ и KB, его следует коренным образом перестроить! Я понимаю, само слово “перестройка” сейчас иначе, как с сарказмом, не воспринимается! Но куда деваться? Амплитудная модуляция впервые была предложена еще при царе Горохе! Она и не эффективна, она и расточительна! Ее динамический диапазон крайне мал! И т.д., и т. п.!
Но, повторяю, она ИСПОЛЬЗОВАЛАСЬ, ИСПОЛЬЗУЕТСЯ и БУДЕТ ИСПОЛЬЗОВАТЬСЯ, поскольку самая дальнобойная!
“А”: Да, чудные дела Твои, Господи! Так что же делать?
“С”: Или, как говорил незабвенный Шура Балаганов: “как снискать хлеб насущный?” Прежде всего — никакой паники! Следует спокойно.и конструктивно порассуждать на тему о том, как велика и обширна современная компонентная база и приборный парк электроники! А после этого подумать о целом ряде способов, которые следует применить для решения этой “неразрешимой” задачи! Да вот вам пример! Только 5 процентов мощности излучаемого AM — сигнала несут полезную информацию! А остальные 95 процентов приходятся на несущую, которая никакой полезной информации не несет! Так вот, мысль была такая — не передавать несущую частоту f() через эфир!
“Н”: А это возможно?
“С”: Оказывается ... да! И в основе лежит, так называемый, СИНХРОННЫЙ ПРИЕМ ! Но ... электроника не терпит расхлябанности и непоследовательности! А потому ... вернемся к истории развития радиоприемной техНИКИ!
Мы уже упоминали ГЕТЕРОДИННЫЙ ПРИЕМНИК. Вот так он выглядит на структурной схеме (рис. 5.11). Стрелка означает, что его можно перестраивать по частоте.

“А”: В чем особенность работы гетеродинного приемника?
“С”: В том, что на детектор воздействуют ДВА сигнала. Входной — от антенны WA и гетеродинный — который генерируется местным генератором G. Так вот, если частота гетеродина ненамного (400 — 1000 Гц) отличается от частоты передатчика, то на выходе детектора появляется напряжение “биений” с разностной звуковой частотой.
“А”: И все же, дорогой Спец, я не совсем ясно себе представляю, что дает введение в схему детекторного приемника еще и гетеродина?


“С”: Ты знаешь, что чувствительность детекторного приемника оказывается слишком низкой! Даже подключение на выходе детектора УНЧ не спасает положения. Поскольку для того, чтобы детектор “заработал”, необходимо, чтобы амплитуда сигнала на его входе достигала нескольких милливольт. А еще лучше — нескольких десятков милливольт!
Иное дело — гетеродинный приемник! Математический анализ показывает, что полезное напряжение на выходе детектора является СУММОЙ продетектированного сигнала и продетектированного напряжения гетеродина! А кроме того, в эту сумму входят еще БИЕНИЯ между колебаниями сигнала и гетеродина. Но добавление гетеродинного напряжения к сигналу на обычном детекторе не избавляет от прямого ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ПОМЕХ'!
“А”: То есть влиянию помех гетеродинный приемник (ГП) подвержен значительно?
“С”: Во всяком случае, в представленном выше виде!...
Поэтому ГП, автодины, синхродины и прочая техника 20-х годов ушла в прошлое безвозвратно!
“Н”: А что такое АВТОДИНЫ?
“С”: Это устройства, применяющиеся для автодинного приема. Сущность его в том, что он является ПОЧТИ генератором Мейснера. Если в схему этого генератора добавить цепь индуктивной связи с антенной и телефон, шунтированный конденсатором в анодной цепи лампы, то мы и получим схему автодинного приемника! В контуре существуют два колебания сразу cобственное и принимаемое. Их частоты сдвинуты на те же 400 — 1000 Гц. Вырабатывается сигнал биений. Он проявляется в виде свиста, тон которого меняется. Автодинные приемники являлись почти идеальными для приема телеграфных сигналов.
“А”: Я краем уха слышал, что имеются приемники, использующие какую-то технику ПРЯМОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ?
“С”: Мы обязательно будем говорить о принципах этой техники, но позднее! А сейчас, мои дорогие друзья, хочу заметить, что среди большого количества самых разнообразных разновидностей приемной техники (а мы упомянули далеко не о всех) особое место занимает выдающееся изобретение электроники 20 века - СУПЕРГЕТЕРОДИН!
>

Что же такое действительно современный радиоприемник?

“Спец”: Заходите друзья!.. Я помню, Незнайкин, твою просьбу! А потому сегодня мы поговорим ИМЕННО на тему о современных реальных высококлассных радиоприемниках!

“А”: Я тоже с удовольствием послушаю!

“С”: Это тем более важно, дорогой Аматор, что именно после сегодняшней беседы мы сможем окончательно решить интересующий нас вопрос!

“Н”: Если не секрет — какой?

“А”: Торопись медленно, Незнайкин! Узнаешь еще!

“С”: Итак, начинаем разговор о конкретных приемниках... В 1975 году знаменитая на весь мир и тогда, и ныне, японская фирма SONY выпускает всеволновый переносный приемник “CRF — 230”. Все схемные и конструктивные решения в нем были направлены на достижение максимально возможных электрических параметров и различных потребительских удобств. Вот его структурная схема (рис. 9.1).

“А”: Это полная схема “CRF — 230”?

“С”: Нет, только упрощенная структурная схема КВ-тракта! Подобный же тракт, но для ЧМ (частотной модуляции) имеет диапазон УКВ! Который мы здесь не приводим, чтобы не загромождать рисунок. Нет здесь и структурной! схемы СВ—ДВ-блоков. Подобную же структурную схему имел и всеволновый приемник немецкой! фирмы GRUNDIG типа “Satellit-6001”. ВЧ-блок этого приемника позволял принять любую станцию в диапазоне\ частот от 5 до 30 МГц, не пропустив ни одной! И в этой модели использовался принцип, двойного преобразования частоты. В последующие годил использование двойного преобразования частоты стало обязательным не только для “самых-самых” приемников, но прочно внедрилось в схемы значительно более дешевых, так сказать “демократических” моделей! Но в приемнике “Satellit — 6001” первая промежуточная частота равна всего 1,85 МГц. За это пришлось заплатить тем, что ослабление зеркального канала в диапазоне КВна частоте 27 МГц в этом приемнике составило всего ... 40дБ!

“А”: Напомните, какое значение ослабления соответствует обычным, одно-гетеродинным суперам?

“С”: Напоминаю... На частоте 12 МГц ослабление по “зеркалке” составляет величину 28 — 34 дБ!

“Н”: А то новенького предложили мировые фирмы в восьмидесятые годы?

“С”: В конце 80- х упомянутая уже фирма SONY предложила новые технические и конструктивные решения, позволившие взглянуть на приемники совершенно по-новому! Это касается, например, БЛОЧНЫХ радиоприемников. Концепция фирмы заключалась в том, что можно даже в малогабаритной аппаратуре обеспечить такие параметры, что прием самых слабых сигналов буквально с “края света” будет вполне реальным делом! А вот и подтверждение. Приемник фирмы SONY типа “ICF — SW1S”! Его размер — коробка из-под компакт-кассет для магнитофона...
“А”: Видеомагнитофона?
“С”: Представь себе, самого что ни на есть — АУДИО! И вот надо же!... Мало того, что эта “кроха” представляет собой всеволновый приемник! Его система настройки на станцию в любом диапазоне длин волн является ЧЕТЫРЕХВАРИАНТНОЙ!
“А”: Приехали... Это как же понимать? Какие еще четыре варианта?
“С”: Ну, первые два способа знают все. Это — “классическое” вращение ручки настройки, а также и фиксированная настройка на несколько заранее выбранных станций. При этом традиционно применяемая в приемниках “аналоговая” шкала с верньерным устройством заменена жидкокристаллическим дисплеем, на котором индицируется частота принимаемого сигнала, а вместо подстроечных элементов фиксированных настроек предусмотрена электронная память.
“Н”: А еще два вида настройки?
“С”: Вообще, если известна частота передающей станции, то настроиться на нее можно не только “классическим” способом. “ICF — SW1S” снабжен, клавиатурой, подобной кнопочным телефонам. Набрав частоту той или иной станции, оператор—слушатель почти мгновенно “ловит” ее. И, наконец, автоматическая настройка. В этом случае приемник “сам” ведет поиск станции по диапазону. Процесс сканирования прерывается, как только обнаруживается станция. Нажатием кнопки слушатель фиксирует частоту приема.
“А”: Не могу себе представить, куда можно поместить конденсатор переменной емкости в таком “малыше”?
“С”: Да никуда! Нет там его и никогда не было, смею тебя уверить! Да и гетеродин в приемничке из хитрых — хитрый! Японцы в приемнике весом всего ... 230 грамм в качестве гетеродина используют...


синтезатор частоты!
“Н”: А что это такое?
“А”: Прав был “товарищ Сухов”, когда утверждал, что “Восток — дело тонкое, Петруха!”
“С”: Еще бы не прав!... Относительно принципа синтеза частоты мы еще побеседуем! Но та же фирма SONY больше всего гордилась в конце 80-х даже не этой удивительной “крохой”!..
“А”: Вы меня просто морально убиваете, уважаемый Спец!
“С”: ...Гордостью специалистов фирмы являлся радиоприемник “CRF — V21”. Его возможности до сих пор поражают специалистов! “CRF — V21” способен (кроме всего прочего), принимать со спутника метеотелеметрию и распечатывать карту погоды с помощью малогабаритного встроенного принтера. Но система индикации и настройки представляет особый интерес. Великолепный по своим параметрам синтезатор частоты гарантирует точность настройки, а следовательно и необходимую для этого стабильность частоты плюс—минус 10 Гц! И в ручном, и в автоматическом режимах! На жидкокристаллическом экране, играющем не последнюю роль в этом приемнике, отображается, если это необходимо... СПЕКТР любого участка диапазона, по которому легко узнать, на каких частотах в настоящий момент ведется работа радиостанций. В памяти приемника содержится информация о частотах и времени выхода в эфир 350 радиостанций! Для ориентировки в них, опять-таки применяется ЖК-экран.
“А”: Они что, выводятся на экран, как в компьютере?
“С”: Да еще в виде многостраничного списка, в котором есть информация о порядковом номере настройки, название станции, ее частота и даже режим приема!
“Н”: Что значит “режим приема”?
“С”: Нормальный, спутниковый или с распечаткой телеметрии! Кроме того, визуально можно определить, какие из занесенных в память станций в данный момент слышны “хорошо”, а какие — “плохо”! Я просто не хочу переутомлять свои голосовые связки, перечисляя прочие многочисленные достоинства этого приемника!
“А”: Но это всеволновый приемник?
“С”: Суди сам!... Его диапазон принимаемых частот: AM - 9-29,99999 МГц; УКВ ЧМ - 76-108 МГц. А масса его составляет не более 9,5 кг.


“А”: ...Хватит, не надо больше! А сколько же может стоить подобное “чудо”?
“С”: Мал золотник, да дорог!.. В конце 80-х его цена была около 15000 долларов! И, насколько мне известно, она мало изменилась с тех пор! Дело в том, что этот приемник полюбили военные, профессионалы, обеспеченные радиолюбители, богатые владельцы собственных яхт...А также администраторы — руководители экспедиций. Поэтому сбавлять цену на “CRF — V21” необязательно! Кроме того, приемник просто стоит этих денег!
“А”: И подобные приемники создают только японские фирмы?
“С”: Сам посуди... Американская фирма ROCKWELL INTERNATIONAL Corp. вышла на рынок специальной и военной аппаратуры со своим приемником, получившим обозначение “HF — 2050”. В нем вообще использована обработка ПЧ-сигналов цифровым способом! Военные США и Канады немедленно заинтересовались этой моделью, которая стоит более 6000 долларов. Представители фирмы заявили, что классические для промежуточной частоты функции преобразования и фильтрации реализуются в зависимости от заказываемого варианта исполнения ЧЕТЫРЬМЯ или ПЯТЬЮ специализированными микропроцессорами! Операции выполняются над сигналами в цифровой форме, полученными с АЦП (аналого-цифрового преобразователя), преобразующего в цифровую форму трехмегагерцовой сигнал промежуточной частоты со скоростью ДВЕНАДЦАТЬ МИЛЛИОНОВ ОТСЧЕТОВ в секунду! Кстати, в схеме радиоприемника используется немногим более 2000 компонентов.
“Н”: А еще примеры подобного рода у Вас имеются?
“С”: Почему нет? Любой коротковолновый приемник должен, если говорить по существу, решать исключительно сложную задачу. Выделять нужный сигнал среди мешающих сигналов, которые порой в МИЛЛИОН раз превосходят его по уровню! Поэтому не только в Японии и США, но и в стране “мистера Пиквика” и “ШерлокаХолмса” тоже занимаются высококачественными радиоприемниками! Так в графстве Беркшир, в известнейшей фирме RACAL создали и в конце 80-х запустили в серию две модели профессиональных коротковолновых радиоприемников: “RA — 1792” и “RA — 6790”, предназначенных, соответственно, для европейского и американского рынков.


Характерная особенность этих моделей — применение микропроцессоров и жидкокристаллических индикаторов.
“А”: Индикаторы только фиксируют частоту приема или у них есть и иные функции?
“С”: У них есть и иные функции, совершенно верно замечено... Такие, например, как ввод с клавиатуры и хранение предварительно заданных значений частот, характеристик режимов и параметров цепи АРУ; самоконтроль; дистанционное управление и работу по командам от других приемников! А также цифровой синтез частот и выбор фильтров.
“А”: А использование принципа “преобразования вверх” имеет место в этих приемниках?
“С”: Обязательно! Значение первой промежуточной частоты — 40,455 МГц! В качестве гетеродина используется синтезатор. Его стандартный шаг частоты в модели 1792 — 10 Гц и 1 Гц. А в модели 6790 — только 1 Гц! 
Мне еще хотелось бы отметить вот что. Вместо обычного переключателя, задающего быструю или медленную скорость перестройки частоты, в приемниках использована оптическая система контроля положения оси, вращаемой ручкой настройки. Но в этих КВ-приемниках есть возможности, о которых ранее слышать не приходилось. Например, в определенных случаях потребовалось последовательное подключение фильтров ПЧ ... не в обычном порядке!
“А”: Один момент!... Получается, что приемники фирмы RACAL используют какие-то принципы автоматического варьирования структурной схемой?
“С”: Да, дополнительная подпрограмма может настроить приемник на внутренний сигнал известной частоты, после чего микропроцессор производит анализ характеристик КАЖДОГО фильтра в полосе пропускания и запоминает эту информацию! Следовательно, сами фильтры на плате могут быть установлены в ПРОИЗВОЛЬНОМ ПОРЯДКЕ и тем не менее допустим их последовательный выбор с передней панели! Высокая линейность и широкий динамический диапазон входных ВЧ каскадов предотвращает модуляцию слабого принимаемого сигнала мощной помехой!
“А”: А есть ли какая-нибудь информация о ВЧ-тракте?
“С”: Известно, что в этих приемниках использован балансный ключевой смеситель, который обеспечивает линейное переключение при уровне входных сигналов до сотен милливольт и требует напряжения от гетеродина'в несколько вольт!


“А”: Все вышесказанное характерно для радиовещательных и специальных приемников в одинаковой степени?
“С”: Во всяком случае, в последние 10—15 лет наметилась и развивается тенденция приближения параметров радиовещательных приемников высокого класса к специализированным профессиональным.
“А”: Остался, как я понимаю, только один туманный вопрос. А именно — что представляет собой СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТЫ?
“С”: Ну, что такое собственно синтезатор частоты мы сейчас выясним... В тех случаях, когда в приемниках требуется исключительно стабильный, но в то же время перестраиваемый в широком диапазоне гетеродин, создание высококачественного ГПД (генератора плавного диапазона) является технической проблемой! По этой причине задача решается путем формирования дискретного множества частот, как говорят в вузовских учебниках по радиотехнике, КОГЕРЕНТНЫХ С ЧАСТОТОЙ ОДНОГО ВЫСОКОСТАБИЛЬНОГО ОПОРНОГО КОЛЕБАНИЯ! При разработке гетеродинов на основе синтезаторов частот используется цифровой метод формирования и стабилизации сеток частот.
“А”: Что может представлять собой структурная схема цифрового синтезатора частот?
“С”:.Перед вами, мои юные друзья, упрощенная структурная схема цифрового синтезатора частоты (рис. 9.2).
 
Работа синтезатора частоты осуществляется следующим образом. Частота опорного кварцевого генератора ОГ понижается в цифровом делителе ЦД1 до частоты fon и подается на фазовый детектор ФД. На другой его вход подводится напряжение от управляемого генератора УГ, частота которого, понижается в цифровом делителе ЦД2 в Кцл2 раз! Переменный коэффициент деления Кцл2 определяется управляющим напряжением Uуnp. Выходное напряжение ФД после ФНЧ подается на управляющий элемент УЭ, который стабилизирует частоту УГ. Должен сказать, что есть достаточно большое количество схем СЧ. Ведущие в техническом отношении страны .наладили выпуск синтезаторов частоты в виде интегральных схем, сочетающих в себе все необходимые функции.
“А”: А у нас, если я верно понял, есть только один выход — клепать СЧ из дискретных деталей?


“С”: Ты недалек от истины, или, как сказал бы Васисуалий Лоханкин, от “сермяжной правды жизни”!
“Н”: А какую-нибудь конкретную реализацию СЧ Вы могли бы привести?
“С”: Ты полагаешь, что тебе от этого станет легче? Тогда учти следующее обстоятельство. Несмотря на то, что к настоящему времени предложено множество схем прямого и косвенного синтеза частот, тем не менее большинство из них не обеспечивает необходимые шумовые и спектральные параметры гетеродина. Те же, которые обеспечивают, базируются на использовании дефицитных иностранных микросхем! Но все же одну структурную схему синтезатора, которая используется в ряде промышленных конструкций, я приведу.
“Н”: А этот синтезатор годится для приемников с “преобразованием вверх”?
“С”: А как же иначе? Изображенный ниже синтезатор, предназначен для перекрытия тридцати сегментов шириной 1 МГц в диапазоне 45,5 -^ 75,5 МГц, при первой ПЧ равной 45,5 МГц! Такой синтезатор использован, например, в КВ-приемнике, разработанном RC2AM (рис. 9.3).
 
В этом синтезаторе используется кварцевый генератор на 46 МГц, плавный гетеродин, перекрывающий диапазоны 6,5 — 5,5 МГц, атакже ГУН (генератор управляемый напряжением), работающий в диапазоне 45,5 — 75,5 МГц. Сигнал ГПД смешивается с сигналом 46 МГц, в результате чего выделяется полоса частот 39,5 — 40,5 МГц, которая, смешиваясь с частотой ГУН, дает частоту, лежащую в диапазоне 6 — 35 МГц. Устанавливая коэффициент деления делителя частоты в пределах от 6 до 35, добиваются, чтобы при работе генератора, управляемого напряжением, в нужном диапазоне частота сигнала на выходе делителя была 1 МГц, на которой и происходит захват и удержание частоты петлей фазовой автоподстройки, включающей фазовый детектор и интегратор. На второй вход ФД подается опорный сигнал 1 МГц!
“А”: Но ведь изготовить подобный синтезатор в домашних условиях — это гигантский труд!
“С” Совершенно верно! И я даже сказал бы — Сизифов труд! Поскольку шумовые характеристики этого синтезатора все равно оставляют желать лучшего!


“Н”: Так получается, не изготовив высококачественного синтезатора, мы не смогли бы построить приемник с преобразованием “вверх”?!
“С”: Выше головы, парни! Все вовсе не так плохо! Пока на рынках появятся доступные синтезаторы частоты в интегральном исполнении, высококачественные ГПД еще послужат верой и правдой, в том числе и в приемниках с преобразованием “вверх”! Тем более, что шумовые характеристики гетеродинов на основе ГПД — существенно лучше, а схемы — значительно проще!
“Н”: Я лично очень благодарен Вам и Аматору, что имел возможность получить достаточно четкое представление о структурных схемах и особенностях современных радиовещательных приемников KB диапазона. Но остался один неясный для меня вопрос...
“А”: Интересно, какой именно?
“Н”: Почему вы так много внимания и времени уделили ИМЕННО ЭТОЙ ТЕМЕ?
“А”: А ты что, до сих пор не догадался? Или желаешь, чтобы точки над “i” расставил я?...
“Н”: Логичное заключение...
“А”: Ну что же... Весь наш цикл бесед, в некоторых из которых принимал участие и ты, был посвящен, в сущности, только одному — обсуждению структурной схемы коротковолнового переносного радиоприемника, ПОСТРОЙКУ КОТОРОГО МЫ ВСКОРЕ И НАЧНЕМ!
“Н”: Вы — это значит Спец и ты, Аматор?
“А”: Не совсем!...-Мы с тобой, дружище Незнайкин! Ты что, не веришь в свои творческие силы?
“С”: Дорогой Незнайкин!... В дни моей юности был очень популярен кинофильм “Последний дюйм”! Так вот там один из персонажей фильма пилот Бен утверждал: “Сынок, в жизни можно сделать все, если не надорваться!...” Поэтому, чтобы избежать подобной неприятности, как мне кажется, задело лучше взяться вдвоем!
“А”: Вопросы, предложения, возражения и прочее имеются?
“Н”: Да меня эта идея, откровенно говоря, захватила уже давно! Я просто признаваться не хотел!... И все — таки... А получится?... Как Вы полагаете, уважаемый Спец?
“С”: Дорогие друзья! Постройка подобного приемника преследует сразу несколько целей! Поэтому с полным на то основанием можно утверждать, что это — многоцелевая задача! Первое — в процессе постройки и отладки подобного приемника, знания и навыки, которые при этом приобретаются, в любом случае подготавливают человека к дальнейшей работе в интереснейшей области практической электроники! А люди, имеющие подобные навыки, без работы не останутся! Во-вторых, давайте вспомним, например, что говорил Михаил Сергеич Горбачев в своем интервью после окончания Великого Форосского заточения?


“А”: Это когда он заявил, что единственным источником информации для него была, вещающая на KB, станция “Радио Свобода”?
“С”: В точности так! Друзья мои, хороший КВ-приемник ВСЕГДА обеспечит вам возможность прорыва “информационной блокады”! Независимо оттого, находитесь ли вы на Форосе, или в иной географической точке нашей многострадальной...
“А”: Но ведь сейчас не глушат!?...
“С”: А какими словами заканчивается вторая книга А. Дюма о похождениях трех мушкетеров?...
“А”: Помнится, словами д'Артаньяна?!...
“С”: И это верно!... Д'Артаньян произносит мудрую фразу: “...отведите мне комнату в бельэтаже. Я теперь капитан мушкетеров! Но ... оставьте за мной и чердак! Никогда не знаешь, что может случиться в жизни!”
“А”: Убедительно! И даже очень!..
“С”: Естественно, гениальный писатель!... Ну и в-третьих! Конечно, имея, например, ну совершенно лишние доллары, которые просто непонятно куда девать, вы можете, походив по маркетам, приобрести японский или голландский КВ-приемник высокого класса, который будет ублажать ваш глаз, слух и чувство собственного достоинства!... Кроме всего прочего, это обеспечит вам возможность “ловить” ВЕСЬ МИР! Но учтите, что высококлассный приемник стоит очень дорого!
“Н”: Каков уровень цен, хотя бы примерно?
“С”: За КВ-приемник с профессиональными параметрами около 2000 долларов!
“А”: Больше вопросов не имею!...
“Н”: А я— тем более!...
“С”: Тогда, друзья мои, начинаем наш “военный совет”!
>

Структурная схема выбрана

“Спец”: Итак, вопрос в принципе решен, я полагаю? “Аматор”: Да, безусловно! “Незнайкин”: И я так считаю!...

“А”: Хотя выбор окончательного варианта структурной схемы еще не произведен!

“С”: Вот именно этим мы сейчас и займемся!... Итак, приступаем к обсуждению структурной схемы и ее особенностей. Я предлагаю начать с обсуждения радиотехнического тракта, затем обсудить особенности систем контроля и индикации, а затем вопросы электропитания разрабатываемого устройства. И, одновременно, не забыть о весогабаритных характеристиках.

“А”: Вы, Спец, всю жизнь занимались разработками. Поэтому — Вам и карты в руки! Какой же радиотехнический тракт вы предлагаете принять за основу?

“С”: Да вот, примерно, такой (см. рис. 10.1)!

“Н”: А почему цепи первой АРУ даны пунктиром?

“С”: Да потому, что мы должны еще выяснить такой вопрос. Будет ли аттенюатор R иметь плавную регулировку? В этом случае необходима цепь первой АРУ. Или же аттенюатор R будет иметь некоторое фиксирование значение ослабления, которое будет задействовано, если входной сигнал приемника превысит некоторое значение?

“А”: Аттенюатор применяется для сохранения высокого динамического диапазона приемника?

“С”: Да, именно для этого! В связи с чем, ослабление при малом сигнале должно быть равно НУЛЮ, а при большом сигнале иметь такое значение, чтобы не допустить перегрузки усилителя ВЧ, который обозначен на структурной схеме, как А1

“А”: АРУ-1 может строиться только как обратная АРУ?

“С”: Нет, АРУ-1 может быть и прямого и смешанного типа также!

“А”: А какое значение чувствительности приемника мы примем в качестве исходного для нашего реального случая? И вообще, не кажется ли Вам, что следует более подробно остановиться на шумах?

“С”: Действительно!... Этот вопрос мы до сих пор как-то обходили! Так вот, шумы бывают не только внешними, но и внутренними. Внутренние шумы возникают как в пассивных элементах радиоприемных устройств — резисторах, фильтрах, линиях передач; так и в активных приборах — работа которых независимо от того, что они собой представляют (радиолампы или транзисторы) связана с наличием управляемых потоков носителей заряда.
Поскольку любой ток, как известно, имеет составляющую хаотического перемещения заряда под действием теплового возмущения. Это ведет и к появлению некоторой хаотической составляющей тока, следствием которой является появление хаотической составляющей напряжения, когда этот ток проходит через резистор.
“А”: Именно это явление и называют ТЕПЛОВЫМИ ШУМАМИ?
“С”: Верно! Значит, любой резистор R является ... источником теплового шума! Но ... средние значения шумового тока и напряжения равны нулю!
“А”: Так как ВСЕ направления случайных перемещений элементарных носителей зарядов — РАВНОВЕРОЯТНЫ!
“С”: Спектр тепловых шумов ограничен и обусловлен средней длительностью импульса, создаваемого перемещением элементарного носителя заряда.
“А”: Но ведь эта длительность должна быть исключительно мала!
“С”: Ну, конечно! Поэтому энергетический спектр равномерен во всем радиотехническом диапазоне. Вплоть до частот порядка 10" — 1012 Гц! Формулы Найквиста и определяют среднеквадратичные шумовой ток и напряжение:

где k — постоянная Больцмана, равная 1,38х10~23 Дж/К; Т — температура в град. Кельвина; ДГ = f, - f2 — диапазон частот, Гц. Шумы транзисторов и диодов рассмотрим далее. Поскольку для активных приборов характерен не только тепловой, но и дробовый шум!
“А”: А как рассчитывают чувствительность радиоприемного устройства?
“С”: Будем считать требуемое отношение сигнал/шум на выходе линейной части приемника заданным. В единицах напряжения чувствительность приемника составляет:

где у = O (РС/РШ)ЛЫХ — отношение сигнала к шуму на выходе линейного тракта приемника, т.е. на входе детектора; гд — сопротивление антенны; Пш — шумовая полоса; Т0 — комнатная температура; tA — относительная шумовая температура; Шпр — коэффициент шума приемника.
tA определяется по формуле:

здесь Тд — эквивалентная шумовая температура антенны; Т0 — 293 град. Кельвина.
“Н”: Что, все это надо считать?...
“С”: Если необходимо, то да! Кстати замечу, что радиотехнические расчеты весьма и весьма громоздки! А что касается Шп, то в практических случаях можно ограничиться следующим:


Шпр = lbx [Ш ву + (Шусч - 1)/Крву + (Шсм - 1)/ К ву Крусч -К..] - LрхШву, здесь: Lra — коэффициент потерь входного тракта; Шву — коэффициент шума входного устройства.
Но практика показала, что tA = 1 и формулы приобретают вполне удобоваримый вид: г


“А”: А какой величиной чувствительности следует задаваться?
“С”: Шумы приемника, используя доступную компонентную базу, вполне реально довести до величины порядка ОДНОГО микровольта и меньше! Окончательно мы все решим, когда от структурной перейдем к принципиальной электрической схеме. Поскольку ее роль в этом деле — ведущая!
“А”: А как мы поступим с вопросом о ГПД? Будет ли это все-таки синтезатор, или есть возможность ограничиться обычным гетеродином?
“С”: Учитывая тот факт, что в наш приемник мы не вводим SSB — тракта (хотя это вовсе не значит, что мы отказываемся от этой идеи в перспективе), в качестве гетеродинамы используем ГПД. Хороший, спектрально чистый ГПД, выполненный на основе LC — генератора!
У меня есть на примете подходящая схемотехника!
“А”: Усилитель А1 применим двухтактный?
“С”: Возможно и это. Хотя в данный исторический период есть решения и получше!
“А”: Смеситель U1, проблем у нас не вызывает?
“С”: Я полагаю — никаких!
“А”: Ну, фильтр Z2 проходим также без проблем?
“С”: А вот здесь я не уверен! Вопрос о том, удастся ли достать узкополосный кварцевый фильтр и какой именно! Поскольку фильтр Z, держит в неопределенности расчет исходных значений частот гетеродинов и коэффициентов перекрытий диапазонов!
“Н”: Уважаемый Спец! А если нам не повезет и вопрос с Z2 — зависнет? Как быть тогда?
“С”: Посыпать голову пеплом не придется и в этом случае! Просто мы воспользуемся альтернативными решениями.
“А”: Но от преобразования “вверх” мы не отказываемся?
“С”: Ни при каких условиях! Но я вижу, что принципиальных возражений по структурной схеме не имеется! Поэтому предлагаю перейти к рассмотрению системы индикации настройки.
“А”: Какой вид индикации мы предусматриваем — аналоговый или цифровой?
“С”: В приемниках подобного класса говорить об использовании не цифровых индикаторов частоты настройки считается признаком дурного вкуса...


Поэтому, друзья мои, я полагаю, что этот вопрос должен быть решен ОДНОЗНАЧНО!
“А”: То есть Вы предлагаете включить в состав приемника устройство, напоминающее то, которое применила фирма RACAL?
“С”: Нет-нет! Как ты знаешь, я уважаю не только научную фантастику, но фантастику вообще! Но только не пустопорожнее прожектерство!... Поэтому, безусловно, очень заманчиво было бы использовать в приемнике микропроцессорную систему! Но это был бы уже до некоторой степени снобизм!... Потом, позднее, если вы захотите создать еще более совершенный КВ-приемник, имея соответствующий опыт, можно посоревноваться и с фирмой RACAL! Хотя я не уверен, что вы станете при этом призерами!... Но имея ограниченные ресурсы, опыт, а главное — ограниченное время на разработку и изготовление, подобную задачу ставить перед собой не стоит!
“Н”: Как же лучше поступить в данном случае?
“С”: Прежде всего — подумать и взвесить... Не теряя при этом веры в свои силы, естественно! Что мы хотим получить реально?
Во-первых, цифровую индикацию частоты принимаемой станции в любом из диапазонов, верно?
“А”: А цифровое значение самого принимаемого подциапазона?
“С”: Совершенно не исключено! Затем — индикатор точной настройки на станцию. Неплохо еще было бы вынести на переднюю панель управления аналоговую информацию об уровне сигнала, присутствующего на входе приемника!
“Н”: Да, это было бы классно!...
“С”: Учитывая, что это еще достаточно просто сделать технически!
“А”: В маркетах у некоторых дорогих моделей приемников, магнитол и музыкальных центров на дисплее индицируется до трех — четырех знакомест в диапазоне УКВ. А сколько знакомест (иначе разрядов) должен иметь цифровой индикатор нашего приемника?
“С”: Я полагаю — не больше ПЯТИ! Но и не меньше! В этом случае частота принимаемой станции определяется с точностью 1 кГц! Можно, конечно же, высветить и больше знакомест! Например, многие коротковолновики в своих приемниках и радиостанциях индицируют частоту принимаемого сигнала с точностью до 100 Гц! Это означает, что их дисплеи имеют ШЕСТЬ разрядов! Кстати, будем использовать более общепризнанное название цифрового индикатора частоты принимаемого сигнала — ЦИФРОВАЯ ШКАЛА.


Или, например, ЦОУ — цифровое отсчетное устройство.
“А”: А почему. Спец, вы решили ограничиться ЦОУ на пять знакомест? Из-за экономических соображений?
“С”: Решающее значение здесь имеет не столько экономика, сколько эргономика! Опыт показывает, что любитель прослушивания передач в КВ-диапазоне “гоняет” приемник по всем диапазонам. При этом, как правило, на прослушивание радиостанции, если она не очень интересна, требуется 5— 7 минут! Иными словами, визуальная индикация частоты принимаемого сигнала осуществляется в течение довольно продолжительного времени. Выяснилось, что значение показания шкалы все время анализируется и сознательно, и подсознательно! Так вот, оказывается, что визуализация ПЯТИ знакомест утомляет В НЕСКОЛЬКО РАЗ МЕНЬШЕ, чем ШЕСТИ!
“Н”: Но ведь, как я понял, длина волны КВ-диапазона тоже должна претендовать на два знакоместа, как минимум!?
“С”: Само-собой! Например: “25 м”; “16 м”; “19 м”. И так далее... Но эти два знакоместа располагаются, во-первых, в ином месте дисплейного поля. Кроме того, размер их, как правило, отличается от размера цифр ЦОУ! А в случае применения светодиодных индикаторов, различие касается и цвета.
“А”: Ну хорошо! Так какую же разновидность цифрового индикатора Вы порекомендуете применить в нашем случае?
“Н”: А что, этих разновидностей много?
“А”: Да, немало! Представь себе, что общепризнанное применение нашли: вакуумные накаливаемые индикаторы — ВНИ; вакуумные люминесцентные индикаторы — ВЛИ; полупроводниковые светодиодные индикаторы — ПСИ; жидкокристаллические индикаторы — ЖКИ. А также люминесцентные и газоразрядные индикаторы, газовые и плазменные панели и пр.!
“Н”: Во многих приборах в настоящее время стоят ЖКИ!
“С”: Потому, что они самые экономичные из всех! Но у них есть принципиальный недостаток. Показания ЖКИ легко считываются только в дневное время! , В темноте они не видны! Поэтому я предлагаю использовать полупроводниковые знакосинтезирующие индикаторы — ППЗСИ. Хотя это, конечно, дело вкуса! Кстати, будет ли приемник иметь аккумуляторное питание или все же сетевое?


“А”: Аккумуляторное было бы предпочтительнее! Но это ведь зависит не в последнюю очередь от потребляемой приемником энергии!
“С”: Безусловно! Поэтому, поскольку окончательно подобный вопрос может быть выяснен только после выбора полной принципиальной электрической схемы устройства, могу предложить следующий вариант. Приемник будет иметь встроенный блок сетевого питания. Но мы предусмотрим и аккумуляторный режим! Возражений нет?
“А”: А почему они должны быть?
“Н”: Что, можно перейти, наконец, к рассмотрению принципиальных электрических схем узлов приемника?...
“С”: Я бы посоветовал перед этим этапом разработки приемника вернуться к серьезному рассмотрению особенностей используемой для этого современной компонентной базы!
“А”: Действительно, Незнайкин!... Ты уже достаточно разбираешься в транзисторах, микросхемах, конденсаторах и т.д.?...
“Н”: “Не мастерица я полки-то различать...”
“С”: “ А форменные есть отлички! В мундирах выпушки, погончики, петлички...”
“А”: Есть замечательный анекдот о советском летчике, который вернулся из американского плена после вьетнамской войны... Все им гордятся — никаких секретов не открыл врагу! Замполит его в качестве наглядного примера для прочих приводит. А когда все отметили этот образчик героизма за столом, то на откровенные вопросы однополчан летчик ответил так: “Ребята!... Учите как следует материальную часть!... А то так бьют!”
“С”: Я, даст Бог, надеюсь, что ни Незнайкину, ни нам никогда не придется рисковать своим здоровьем и жизнью ради “успехов” социализма! Но электроника — дама очень требовательная! Она требует к себе бережного, вдумчивого и очень деликатного отношения! И готова за это вознаградить сторицей! Поэтому, дорогой Незнайкин, мы начинаем новый цикл бесед. На этот раз — О КОМПОНЕНТАХ!
“А”: Я тоже с удовольствием приму в ней участие!
“Н”: Нет вопросов! А когда начнем?...
“С”: А прямо со следующего раза!
КОНЕЦ ПЕРВОЙ ЧАСТИ
>

Что такое р—п-переход?

“Спец”: Итак, пора, мой друг, пора. Поговори о ... полупроводниках. Потому что именно они лежат в основе большого количества таких непохожих ни внешне, ни по выполняемым функциям приборов.

“Аматор”: Ну, я же говорил Незнайкин о том, что полупроводники как бы занимают промежуточное место между проводниками и изоляторами (диэлектриками) с точки зрения величины удельного сопротивления. И в то же время заметил, что в полупроводниках есть особенности, которые в свое время заставили исследователей сделать предположение об особом механизме проводимости. Этот механизм не характерен, например, для металлов...

“Спец”: Совершенно верно! Для таких, я бы сказал, основных видов полупроводников, как германий и кремний, характерным является существование регулярной кристаллической решетки (в том случае, когда мы говорим о монокристаллах), в которой определенное сочетание атомов повторяется в любом направлении. Это дает возможность рассматривать структуры т. н. элементарных ячеек кристаллической решетки. Для такой структуры характерно то, что каждый атом окружен четырьмя соседними атомами, причем все они находятся друг от друга на одинаковых расстояниях или ЭКВИДИСТАНТНО. Соответственно ВСЕ четыре внешних электрона образуют и четыре ковалентные связи с четырьмя другими электронами, КАЖДЫЙ ИЗ КОТОРЫХ ПРИНАДЛЕЖИТ ОДНОМУ из ближайших эквидистантных атомов! Естественно, что атомы испытывают тепловое воздействие, в связи с чем некоторые ковалентные связи разрываются и один из электронов бывшей пары отправляется в путешествие по кристаллу.

“Незнайкин”: И часто такое происходит?

“Спец”: При комнатной температуре подобное нарушение ковалентной связи для германия, скажем, характерно таким соотношением: два электрона на 10 миллиардов атомов!

“Незнайкин”: И такое соотношение заслуживает того, чтобы о нем упоминать?

“Спец”: Даже более того! Ведь поскольку в одном грамме того же германия содержится 10 в 22 степени атомов, это значит, что в любой момент при комнатной температуре в нем содержится около 2x10 в 12 степени свободных электронов!

“А”: А ведь это уже кое-что в смысле тока!
“С”: Да, конечно! Но примите во внимание тот факт, что я вам сейчас рассказал о причине СОБСТВЕННОЙ ПРОВОДИМОСТИ полупроводника. Отметьте также, что я дважды подчеркнул, что это соотношение справедливо только при комнатной температуре! Поскольку повышение температуры повышает и собственную проводимость!
“Н”: А какая же еще проводимость может быть помимо собственной, вот чего я не могу понять?
“С”: Сейчас-сейчас! Во-первых, мы с самого начала несколько идеализировали картину. Поскольку жизнь (как наша, так и полупроводниковых кристаллов) проходит в реальном мире, то пусть в ничтожных количествах, но в самых чистых монокристаллах германия и кремния содержатся атомы примеси, то есть веществ, не являющихся ни германием и ни кремнием!
“А”: Я где-то читал, что количество примесных атомов в искусственно выращиваемых монокристаллах полупроводников исключительно невелико?!
“С”: Да, в германии, который употребляется в полупроводниковой технологии, количество примесных атомов должно быть не более одного на миллиард, а в кремнии еще меньше. Почти на два порядка.
“Н”: А зачем такая обалденная чистота?
“С”: Да по той причине, чтобы не оказывать существенное влияние на собственную проводимость! Поскольку самое интересное начинается тогда, когда в эти сверхчистые полупроводники искусственно добавляют или трехвалентные атомы индия, или пятивалентные атомы мышьяка. Давайте, к примеру, рассмотрим, что произойдет, если аккуратно внедрить в состав кристаллической решетки пятивалентный атом мышьяка (или сурьмы).
“Н”: Атом станет грязным!
“С”: Ничего подобного,-Незнайкин! Пятый валентный электрон не сможет образовать ковалентную связь, поскольку создать ее будет не с кем! Вокруг “нормальные” атомы германия (или кремния). Этот пятый электрон, фактически, остается свободным. Достаточно малейшего воздействия, чтобы он начал свое путешествие по кристаллу.
“Н”: Но в этом случае получается, что в таком полупроводнике будет ИЗБЫТОК электронов!


“С”: Это действительно так. Принято называть такие полупроводники — полупроводниками n-типа (от слова negative — отрицательный). На всякий случай запомним, что пятивалентные примеси называются ДОНОРАМИ, поскольку они обеспечивают избыток свободных электронов!
“А”: Но в состав атома внедряют и трехвалентные атомы индия. И вот здесь я что-то не совсем понимаю ситуацию! Ведь в этом случае имеющиеся у индия ТРИ валентных электрона образуют связи с тремя из четырех эквидистантных атомов. В этом случае, как мне представляется, один из атомов германия (либо кремния) не сможет пристроить один из четырех электронов и этот четвертый электрон, в свою очередь, оторвавшись, сможет блуждать по кристаллу! А значит, и в этом случае проводимость должна быть п!?
“С”: Я понял твои сомнения, дорогой Аматор! Виноваты в них, прежде всего, плохие популяризаторы. Они, почему-то забывают указать один существенный нюанс. Действительно, “лишний электрон”, как может по казаться, появляется у одного из атомов германия... Но Природа устроена очень интересно! Этот электрон не отправляется в путешествие по кристаллу! Он хитрым квантовым образом взаимодействует ... с атомом индия. А поскольку образовать ковалентную связь с электронами индия, как мы уже говорили, он не может (все валентные электроны индия уже заняты), то возникает своего рода “ловушка”, которая как бы “привязывает” этот “лишний” электрон. А в результате — в создании проводимости этот электрон не участвует!
“А”: Но атом германия (или кремния), “потерявший” таким образом один из своих электронов становится электроположительным?
“С”: Ну конечно! У него образуется незаполненная ковалентная связь, которая ВСЕГДА готова принять свободный электрон. И она его принимает ... от соседнего атома германия (либо кремния)! Вот почему эту вакансию или брешь в физике полупроводников почетно именуют ДЫРКА! А теперь обратите внимание на рис. 11.1, который показывает фазы ДЫРОЧНОЙ ПРОВОДИМОСТИ, когда к полупроводнику р-типа (positive — положительный) приложено напряжение.



“А”: Пожалуй, я попробую рассказать о динамике изображенного процесса. В полупроводнике р- типа дырка, представляющая собой положительный заряд, перемещается от положительного полюса к отрицательному. На предложенных рисунках рассматриваются последовательные фазы этого процесса. В последнем из рисунков, электрон, поступивший от источника тока, заполняет ближайшую к отрицательному полюсу дырку. Одновременно с этим, другой электрон покидает ближайший к положительному полюсу атом. На месте этого электрона возникает новая “дырка”! Ну и так далее!
“С”: А что еще можно сказать по этому поводу?
“А”: Разве что отметить тот интересный факт, что когда электроны, в полном соответствии с физикой, перемещаются внутри кристалла к положительному полюсу, дырки перемещаются к ... отрицательному!
“С”: И делают это так, как будто они являются РЕАЛЬНЫМИ частицами с положительным зарядом!
“Н”: Только теперь до меня дошло, почему раньше вместо ясного и четкого выражения “движение электрона”, Аматор часто употреблял выражение — “носитель электрического заряда”.
“А”: Слава Богу, Незнайкин, слава Богу! Но, дорогой Спец, разъясните нам понятнее, что такое р—п-переход?
“С”: Давайте проделаем мысленный эксперимент. Но еще прежде уясним себе, что именно на физических свойствах контактов между полупроводниками р-типа и n-типа, а также на контактах металл—полупроводник базируются принципы действия подавляющего большинства современных электронных элементов. Так вот, на границе раздела между двумя различными по типу электропроводности полупроводниками возникают ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ БАРЬЕРЫ. А сама зона разграничения носит название Р—N-ПЕРЕХОДА. Информация к размышлению — его толщина порядка 0,3 микрона и меньше.
“Н”: И эти различные области взаимодействуют между собой?
“С”: И еще как! Во-первых, отрицательно ионизированные акцепторы оттолкнут от р—п-перехода свободные электроны области п (см. рис. 11.2)!

“А”: По этой же причине ионизированные доноры будут противодействовать дыркам области р приближаться к р—п-переходу! Ведь одноименные заряды отталкиваются!


“С”: Но, кроме того, доноры n-области притягивают к р—п- переходу электроны из области р, в результате чего в районе самого р—п-перехода избытка дырок отнюдь не наблюдается. Можно сказать и иначе — дырки области р уходят от р—п-перехода!
“А”: Иными словами, в прилегающем к р—n-переходу объеме области р все акцепторы будут заполнены, то есть ионизированы отрицательно. Точно так же в области п все доноры вблизи перехода потеряют по электрону. И станут положительно заряженными ионами.
“С”: В то же время свободные носители электрического заряда (электроны и дырки) в районе перехода ОТСУТСТВУЮТ! Следовательно, р—п-переход превращается в некий БАРЬЕР между двумя областями, из которых одна имеет положительный, а другая — отрицательный потенциал.
Иначе говоря, образуется ПОТЕНЦИАЛЬНЫЙ БАРЬЕР! И при всем при том кристалл, в целом, все равно остается электронейтральным.
“А”: А значит, подавая на подобный р—п-переход внешнее напряжение мы получим (в зависимости от полярности) два совершенно различных случая.
“Н”: Почему различных?
“А”: А ты подумай! Порассуждай, Незнайкин! Это полезное занятие!
“Н”: Ну, если ты так просишь!... Пусть положительный полюс источника напряжения соединен с областью р, а отрицательный — с п. Тогда в области п свободные электроны полупроводника будут отталкиваться в сторону перехода электронами, поступающими от источника напряжения. Они пересекут р—n-переход и начнут заполнять дырки, которые положительный потенциал источника подогнал к этому переходу...
“С”: Можем сказать, что положительный полюс источника будет притягивать к себе электрон всякий раз, когда другой электрон преодолеет переход, проникнув из области п в область р. Электрон, притянутый источником, создает дырку. Которая заполнится тем электроном, который будет ближе к переходу. На его месте, в свою очередь, возникнет новая дырка. Она будет перемещаться в сторону перехода, пока не будет заполнена там новым электроном, проникшем из области п. Таким образом, через р—n-переход БУДЕТ ТЕЧЬ ТОК!


“Н”: Ну, а если приложить напряжение другой полярности?
“А”: В этом случае электроны отрицательного полюса источника напряжения притянут дырки области р еще ближе к периферийной области кристалла полупроводника. А к противоположному концу кристалла положи тельный полюс источника притянет свободные электроны. При этом ни электроны, ни дырки не будут пересекать р—n-переход. Величина потенциального барьера возрастет. НИКАКОГО ТОКА НЕ БУДЕТ!
“С”: Почти верно! Очень малый ОБРАТНЫЙ ТОК проходить будет. Его причина кроется в том, что исходный германий (или кремний) имели остаточные, неконтролируемые примеси. Вот их-то электроны и “повинны” в наличии обратных токов.
“Н”: Вот мы и получили детектор! А большие токи через р—п-переходы можно пропускать?
“С”: Ну конечно! Кстати, p—n-переход называют полупроводниковым ДИОДОМ. Они бывают германиевые, кремниевые и из иных полупроводниковых материалов.
“Н”: Каких это иных? Разве есть еще и другие полупроводники, кроме германия и кремния?
“С”: Да. И довольно много! Но уже не в виде отдельных химических элементов, а в виде многоэлементных сложных структур. Но мы их вниманием тоже не обойдем, не беспокойся!
“Н”: Я понял так, что диоды могут и детектировать слабые сигналы, и выпрямлять огромные токи.
“С”: Это настолько же верно, насколько и неполно! “Н”: В каком смысле?
“А”: Прежде всего, в том, что функции диодов совершенно не исчерпываются функциями детектирования и выпрямления. Более того, имеется значительное количество различных типов диодов, которые НИКОГДА не используются в качестве выпрямителей или детекторов! Тем не менее современная электроника без них обойтись не в состоянии. Не так ли, дорогой Спец?:
“С”: Совершенно с вами согласен. Об этом и поведем разговор. Но, прежде чем это сделать, приведем вольт-амперную характеристику (ВАХ) для кремниевого диода малой мощности. Обратите внимание, что обратная ветвь характеристики при достижении некоторого Uo6i,'имеет участок параллельный оси ординат (рис. 11.3, д)

“Н”: Чудеса, да и только! Это что же выходит? При одном и том же напряжении ток может изменяться вдвое?


“А”: Ну почему вдвое? А в пять, в десять раз при том же напряжении не хочешь?
“Н”: Минуточку, а как же тогда быть с законом Ома?...
“С”: Твой вопрос, Незнайкин, не застал меня врасплох! Но прошу внимательно взглянуть на рис. 11.3, б...
“А”: На обратной ветви я вижу ДВЕ кривые!
“С”: Да. И они соответствуют двум различным видам (механизмам) ПРОБОЯ р—n-перехода. Первый — это так называемый ЛАВИННЫЙ пробой (кривая 1). Второй — ТЕПЛОВОЙ пробой. Сразу оговорю, что если судьба какого-либо диода пошла по кривой 2, то единственное, что здесь можно сделать — это как можно быстрее выпаять его из схемы и сдать на металлолом! Поскольку это означает тепловое разрушение кристалла и, естественно, расплавление р—п-перехода!
“А”: А если карты выпадут так, что ВАХ пойдет по кривой 1 ?
“С”: Тогда все не так страшно! Как вообще проявляет себя пробой р—п-перехода? Он проявляется, прежде всего, в резком увеличении тока, протекающего в обратном направлении. Это бывает при достижении определенного КРИТИЧЕСКОГО значения ОБРАТНОГО напряжения. Если подходить очень строго, то существуют три вида пробоя перехода: лавинный, туннельный и тепловой. Просто в силу ряда причин практического характера мы оставляем пока без рассмотрения туннельный пробой...
“Н”: Ну, а лавинный и тепловой?
“С”: А вот о них поговорим обязательно! В основе механизма лавинного пробоя лежит явление лавинного размножения подвижных носителей электрического заряда в сильном электрическом поле р—n-перехода! То есть электрон и дырка, ускоренные электрическим полем, могут разорвать одну из ковалентных связей нейтрального атома полупроводника, в результате чего образуется новая электронно-дырочная пара. Которая тоже ускоряется под воздействием электрического поля. В результате этой УДАРНОЙ ионизации развивается ЛАВИНА подвижных носителей заряда, что приводит к резкому увеличению обратного тока.
“А”: Но ведь ток во внешней цепи регулируют резистором?
“С”: Да, вот именно! В отличие от чисто теплового пробоя...
“Н”: А как используется лавинный пробой?


“С”: Взгляни еще раз на нижний рисунок. А именно, сравни между собой точки кривой 1 — “А” и “Б”. Что ты видишь?
“Н”: Только то, что значения напряжения для точек “А” и “Б” практически одинаковы, а ток через них, между тем, проходит совершенно различный!
“С”: Ну вот тебе и чисто практическое применение эффекта — СТАБИЛИЗАЦИЯ НАПРЯЖЕНИЯ! Чтобы было понятнее, я изобразил здесь простейшую схему параметрического стабилизатора напряжения (рис. 11.4). В зависимости от типа СТАБИЛИТРОНА (а именно так называются полупроводниковые диоды, в которых используется участок А—Б обратной ветви характеристики) мы выбираем исходную величину напряжения стабилизации, которая более всего подходит нам в каждом конкретном случае.

“Н”: И это могут быть любые напряжения?
“А”: Не совсем, Незнайкин! Есть некий стандартный ряд. Вот, например, для стабилитронов общего применения: 3,3 вольта; 3,9 В; 4,7 В; 5,6 В; 6,8 В; 7,5 В; 8,2 В; 9,1 В; 10 В и т.д.
“С”: Ты, очевидно, имеешь в виду серию КС133, КС147, КС156, КС168 и все такое прочее? Да, действительно, эти миниатюрные стабилитроны неплохо зарекомендовали себя в работе. Как и двуханодные стабилитроны типа КС162, КС175, КС182, КС191 и т.д.
“Н”: И как вы все это запоминаете?...
“С”: Привычка — вторая натура! А вообще я предлагаю собравшимся, поскольку мы занимаемся рассмотрением конкретных элементов электронных схем, завести своего рода самодельный справочник, куда с этих пор будем заносить типы и технические характеристики (хотя бы основные) компонентов, которые предполагается использовать при разработке нашего приемника.
“А”: Принято!... Но давайте закончим рассмотрение схемы простейшего стабилизатора. Пусть это будет КС 168, напряжение стабилизации которого равно — 6,8 вольта...
“Н”: Следует ли это понимать так, что в самом названии типа стабилитрона уже содержится указание на величину стабилизируемого напряжения?
“А”: Безусловно! Например, КС133 предназначен для стабилизации, при мерно, 3,3 вольта. КС156 — 5,6 вольта.
“С”: Итак... для рассматриваемого КС 168, точка “А” — минимальный ток стабилитрона.


Тогда точка “Б” соответствует максимальному току через стабилитрон. Пусть в таком случае :
Iмин = 3 ма, I макс= 20 ма.
Произведем следующий расчет...
“Н”: Но я не получил еще никакого ответа на свой вопрос о применимости закона Ома!
“С”: Это весьма философский вопрос!... Если утверждать, что закон Ома констатирует только тот факт, что при увеличении тока через резистор R вдвое (или втрое, вчетверо и т.д.), падение напряжения на нем также возрастет вдвое (или втрое, вчетверо...), то тогда мы просто вынуждены отметить для случая стабилитрона, что ДА, Закон Ома в данном случае НЕ СОБЛЮДАЕТСЯ!
Но если принять ту точку зрения, что зависимость напряжения от тока (или тока от напряжения) может быть, в принципе, ЛЮБОЙ, даже ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ, вообще какой угодно ... тогда, вопреки здравому смыслу, мы можем сказать — да здравствует Закон Ома!
Но в среде электронщиков, особенно при рассмотрении характеристик и параметров современных компонентов, второе утверждение всуе и вслух произносить не принято!..
“А”: Спасибо за науку! А как же выражаться при работе со стабилитронами?
“С”: Исключительно вежливо! Понятие СОПРОТИВЛЕНИЕ по отношению к стабилитрону абсолютно не звучит! Поэтому стабилитроны характеризуются таким понятием, как ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ. Рассмотрим уже знакомый нам участок А— Б. Теперь дадим определение дифференциального сопротивления:
Rдифф = D U / D I
Легко найти, что, например, для КС 168 Кдифф = 20 Ом!
“А”: А теперь вернемся к схемке стабилизации. Пусть напряжение питания U = 15 В, Uст = 6,8 В, Rorp = 510 Ом. А вот rh может быть различным. Пусть rh = 680 Ом, RH2 = 4 КОм
А теперь посмотрим, что будет происходить в схеме.
I| = I2 + I3; U= 15 -6,8 = 8,2 В.
Тогда:
11 = 16 мА. I3 - 6,8/RHl = 6800/680 = 10 мА.
Откуда:
I2= 16- 10 = 6мА.
В этом случае ток через стабилитрон равен 6 мА. Подставим значение RH2.
Тогда:
I1 = 16 мА; I3 = 1,7 мА.
Откуда:
I2= 16- 1,7= 14,3 мА.
В этом случае ток через стабилитрон равен 14,3 миллиампер.
“Н”: Я понял! Если бы не стабилитрон, напряжение в точке а изменялось бы в довольно широких пределах, при варьировании величины rh! A применение стабилитрона позволяет сделать напряжение в этой точке НЕЗАВИСИМЫМ ОТ СОПРОТИВЛЕНИЯ НАГРУЗКИ!


“А”: Умница! Более того, напряжение в точке а НЕ ЗАВИСИТ ОТ величины U!
“С”: В достаточно широких пределах это, действительно, так. Вот вам пример того, что диод может быть применен вовсе не для выпрямления или детектирования!
“А”: Но это ведь не единственный пример?
“С”: Ну, безусловно! Вот еще один, кстати более чем просто актуальный для нашей разработки. Ты, дорогой Аматор, помнится, волновался о том, куда мы поместим трехсекционный конденсатор переменной емкости, необходимый для настройки?
Не волнуйся! Никаких конденсаторов переменной емкости в нашем приемнике не предвидится! Вместо них в современной аппаратуре применяются особые диоды, так называемые ВАРИКАПЫ или ВАРАКТОРЫ. Варикап — это диод, емкость которого изменяется в зависимости от величины приложенного к нему напряжения. Возможность замены механических систем настройки электронными позволяет:
а) произвольно увеличивать количество одновременно перестраиваемых контуров; б) располагать варикапы непосредственно около контурных катушек; что резко уменьшает конструктивные емкостные связи между каскадами; в) полностью избавиться от микрофонного эффекта; г) создавать приемники с автоматическим поиском станций без использования громоздких механических узлов. “А”: Так ведь и габариты не сравнить!
“С”: И это верно... Вообще перечислять достоинства варикапов и их возможности дело благодарное, но хлопотное! Рассмотрим, вкратце, принципы работы варикапа. Его (варикапа) емкость изменяется в зависимости от ширины запорного слоя. Это часть объема кристалла, свободная от подвижных зарядов и расположенная между р- и п-областями. Ширина запорного слоя зависит от величины напряжения обратного смещения, подаваемого на диод, что ведет к изменению его емкости.
Зависимость емкости запорного слоя кремниевых варикапов от напряжения смещения определяется соотношением:

где С — емкость, пФ; К — постоянная величина; Еупр — внешнее управляющее напряжение, приложенное к переходу; U0 — контактная разность потенциалов перехода, равная 0,8—0,9 вольта; п — 0,45.


“А”: А как в таком случае подсчитать коэффициент перекрытия варикапа по емкости?
“С”: Да вот, хотя бы по этой формуле:

Далее, в нашем небольшом, но заботливо и со вкусом пополняемом справочнике мы приведем конкретные типы варикапов, их параметры и рекомендуемые варианты применения. Но следует обязательно отметить, что в рабочем диапазоне частот варикапа имеется область, в которой с ростом частоты ВОЗРАСТАЕТ его добротность!
Это уникальный момент, который не имеет аналога в конденсаторах переменной емкости!
“Н”: А вы можете привести еще примеры недетекторного использования диодов?
“С”: Да сколько угодно! Вот один из примеров... На структурной схеме нашего будущего приемника показан АТТЕНЮАТОР. Так вот, есть очень своеобразные диоды, которые используются в ВЧ-аттенюаторах в качестве РЕГУЛИРУЮЩЕГО ЭЛЕМЕНТА!
“А”: Что, прямо в ВЧ-тракте!? И они не искажают сигнал?
“С”: Эти специальные кремниевые диоды имеют, так называемую, р—i— n-структуру. Малое сопротивление р—i—n-диода в открытом состоянии позволяет включать его между входным контуром и входом УВЧ в качестве регулируемого аттенюатора без существенного увеличения коэффициента шума.
Поэтому в области частот КВ-диапазона р—i—n-диод можно рассматривать, как эквивалент переменного резистора.
p—i—n-диод отличается от обычного диода с р—n-переходом тем, что между областями с проводимостью Р и N находится слой полупроводникового материала, характеризующегося собственной проводимостью, так называемый i-слой (intrinsic — собственный, внутренний). Этот слой имеет очень малое содержание примесей и поэтому обладает большим удельным сопротивлением. При нулевом смещении объемное сопротивление слоя с собственной проводимостью составляет обычно 7—10 КОм.
Изменение величины объемного сопротивления в зависимости от ИЗМЕНЕНИЯ ПРЯМОГО ТОКА описывается формулой:

“А”: Я не знал о существовании подобных компонентов, потому что в отечественной бытовой аппаратуре они мне еще не встречались.
“С”: Ничего удивительного! А если при этом учесть, сколько видов диодов мы вообще исключили из рассмотрения...


Туннельные, обращенные, переключательные, IMPATT, TRAPPAT... Динисторы, стабисторы, магнитодиоды и прочая, и прочая...
“Н”: А почему исключили?
“С”: По единственной причине — они не будут применены в схеме нашего приемника! Но, друзья мои, осталось еще несколько разновидностей диодов, которые мы рассмотрим при нашей следующей встрече. И без которых мы действительно не сможем обойтись!
“Спец”: Итак, вопрос в принципе решен, я полагаю? “Аматор”: Да, безусловно! “Незнайкин”: И я так считаю!...
“А”: Хотя выбор окончательного варианта структурной схемы еще не произведен!
>

Полупроводниковые диоды — немного истории...

“Аматор”: Я вот тут смотрел кое-какую литературу и нашел упоминание о диодах - СТАБИЛИЗАТОРАХ ТОКА! Может ли такое быть?

“Спец”: Вполне, вполне. Хотя ... никакие известные диоды, насколько мне известно, подобными качествами не обладают!

“Незнайкин”: Ничего себе ситуация!.. Противоречие какое-то получается.

“С”: Ровным счетом никакого! Диоды действительно не могут стабилизировать ток! Но ... сложное полупроводниковое устройство, в состав которого входят как диоды, так и транзисторы, а также и еще кое-какие компоненты (мы к этому вопросу еще вернемся) могут великолепно справляться с этой задачей. А-поскольку это устройство вполне может иметь только ДВА вывода, то простоты ради оно и получило наименование — ДИОД-СТАБИЛИЗАТОР тока!

“Н”: А может лучше о нем сразу рассказать?

“С”: Обязательно, но несколько позже... А сейчас я хотел бы сообщить вам об очень важных для нас диодах, в физической основе действия которых НЕ ЛЕЖИТ вообще р—n-переход! Это диод, основанный на переходе типа МЕТАЛЛ—ПОЛУПРОВОДНИК. Который также обладает выпрямительным эффектом. Эти приборы называют обыкновенно по имени, в честь исследователя, работы которого и подарили их электронике — ДИОДЫ ШОТТКИ.

“А”: Я читал о них! Они характеризуются очень малым временем переключения и очень низкой величиной накопленного заряда!

“С”: Совершенно верно! Добавлю только, что хотя в их основе тоже лежит кремний, но у них весьма мало прямое падение напряжения по сравнению с обычными кремниевыми диодами. Оно составляет около 0,3 В.

“Н”: А у обычных сколько? “А”: Между 0,6 и 0,7 вольта.,.

“С”: У них масса и других достоинств. Например, очень малые шумы и ничтожные (сравнительно с любыми другими типами диодов) емкости! Что в сумме делает диоды Шоттки наиболее предпочтительными для создания ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫХ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ДИОДНЫХ СМЕСИТЕЛЕЙ. Существует и еще один класс диодов, которые дали очень много как схемотехнике, так и дизайну приборостроения...

“А”: Речь идет о СВЕТОДИОДАХ?

“С”: Именно о них! Обратите внимание, что светодиоды изготовляются не путем использования германия или кремния, о которых мы уже говорили ранее.
А на основе СЛОЖНЫХ полупроводников. Например, на основе арсенида—фосфида галлия (имеющего валентную связь типа А3В.). Или, скажем, карбида кремния. Или арсенид—галлий—алюминия и прочие. Эти диоды излучают световые кванты при протекании через них прямого тока. Область спектрального излучения этих диодов имеет довольно узкие границы. При этом яркость свечения в широком диапазоне пропорциональна величине прямого тока светодиода!
“Н”: Так они могут заменить маленькую электрическую лампочку?
“С”: Новейшие светодиоды, получившие наименование “сверхярких”, действительно, можно использовать в качестве подсветки, если тебя не будет шокировать их кроваво-красный свет! Но, в отличие от лампочки, нить накаливания которой нагрета до 2000 °С, излучающая свет область кристалла имеет температуру не выше 50°С! И, что важно, не обладает тепловой инерцией! Вот почему излучение светодиода очень легко модулировать. А, следовательно, одно из основных применений светодиода — это не столько элементарная подсветка., сколько передача информации в световом диапазоне. Токи для этого нужны совершенно пустячные! Например, новейшие японские, американские и голландские светодиоды великолепно светятся уже при токе 2 — 3 мА!
“А”: Для отчетливой индикации этого вполне достаточно! Но ведь на основе светодиодов изготовляются еще и цифровые индикаторы?
“С”: Да, но о них мы будем говорить позднее, когда вплотную займемся ЦОУ для приемника. Но, всем вышеперечисленным, возможности светодиодов опять-таки не ограничиваются! Что бы вы сказали, если мы попробуем применить светодиод в качестве ... стабилитрона?
“Н”: Но ведь стабилитронов различных типов, как успел сообщить мне Аматор, хоть пруд пруди! Так зачем же?...
Что может дать особо нового использование для этой цели светодиодов?
“С”: А вот тут, Незнайкин, ты глубоко неправ! Сточки зрения экономики это вообще одно и то же. А вот с точки зрения электроники...
“А”: Знаете, Спец, я тоже еще как-то не очень врубаюсь в ситуацию!
“С”: Это поправимо...


Мы уже говорили, что стабилитроны, реально, используются для получения опорных напряжений не ниже 3,3 вольта. Более низкие напряжения стабилизации достигаются только последовательным включением обычных диодов в прямом направлении. Но их суммарное дифференциальное сопротивление при этом становится слишком большим. Обратимся к рисунку. На нем изображены ВАХ для различных случаев прямого включения диодов (см. рис. 12.1).

Так кривая 1 — это ВАХ одного кремниевого диода. Кривая 2 —
соответствует случаю прямого включения ДВУХ диодов. Обратите внимание на увеличение степени наклона! А теперь сравните кривые 1 и 2 с кривой 3, характеризующую ВАХ светодиода красного свечения.
“А”: Но я вообще не наблюдаю наклона характеристики кривой 3?! В то же время величина напряжения стабилизации составляет всего 1,6 вольта!
“С”: Насчет наклона ВАХ ты совершенно прав! Его, практически, вообще нет. Дифференциальное сопротивление светодиода не превышает ДОЛЕЙ ОМА! Кстати, в зависимости от длины волны излучения, напряжение стабилизации варьируется от 1,4 вольта (инфракрасный) до 2,4 вольта (зеленый).
“А”: Но имеются еще и такие приборы, как ФОТОДИОДЫ. Рассмотрим ли мы их?
“С”: Я сам сейчас думаю над этим вопросом. С одной стороны, если затронуть тему фотодиодов, нам придется уделить ей большое внимание. С другой — их использование в радиоприемнике в настоящий момент не предполагается. А мы не имеем возможности в наших беседах рассказать обо всей современной электронике. Причем сразу! Согласись, Аматор, что вот не затрагиваем же мы здесь тему о свойствах полупроводниковых лазеров, например...
“А”: Справедливо. В общем, если паче чаяния фотодиоды нам все же понадобятся, никто нам не помешает вернуться к ним...
“С”: Ну что же... На том и порешим!
“Н”: Значит, можно считать, что общее краткое знакомство с диодами мы закончили?
“С”: Да, пожалуй. Осталось только положить здесь начало своего рода справочнику, о необходимости которого мы упоминали выше!
“А”: Нет проблем! Беру бумагу и ручку.


Дорогой Спец, я весь внимание. Уже пишу!...
“С”: Как вы любезны!... В таком случае — уже диктую!... (см. Глава 30., табл. 30.2)
“А”: Ну вот, начало справочнику положено!
“С”: Всё это великолепно! Ну а теперь нас ждет знакомство с транзисторами... Итак, транзистор — это полупроводниковый элемент с тремя электродами, который служит для усиления или переключения сигналов.
Интересна их история. В то самое время как приёмно-усилительная лампа (ПУЛ) победно шествовала по всему свету, наиболее философски мыслящие умы усиленно искали ей замену. Они мечтали о приборчике экономичном, малогабаритном, очень надежном, не требующем для своей работы высоких напряжений. Бум, который произвел в техническом мире приемник — кристадин российского инженера Лосева (снабженный твердотельным диодом — усилителем) вскоре сошел на нет. Ни участок ВАХ кристалла, примененного Лосевым, имевший ОТРИЦАТЕЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ; ни второе удивительное свойство того же кристалла — таинственное (как на то время) свечение при работе — не имели под собой никакого научного объяснения. А сам прибор — необходимой стабильности и постоянства действия.
“А”: А что же европейско-американская мысль? Не заинтересовалась этими эффектами?
“С”: Заинтересовалась, но не очень! Профессор физики Юлиус Ли-лиенфельд, работавший в США по проблеме создания твердотельного кристаллического усилителя, ещё с 1925 года получил 3 патента на совершенно иной принцип! Его патенты касались прибора ныне известного во всем мире как ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР. Патенты были датированы январем 1930 года, сентябрем 1932 года и мартом 1933 года. Кроме того, британский ученый Хейл в декабре 1935 года получил на эту же тему британский патент номер 439457. Но в качестве материала Лилиенфельд выбрал сульфид меди, а Хейл надеялся на пятиокись ванадия, теллур и йод. Первый действующий кристаллический усилитель на нагретом кристалле бромида калия создал немецкий физик Поль в 1938 году.
“А”: Выходит, никто из них не додумался испробовать германий или кремний?


“С”: Будущие создатели транзистора — Браттейн и Шокли так же долгое время экспериментировали с оксидом меди. Но в начале 1940 года Браттейна пригласили понаблюдать за экспериментами химика Рассела Оля, проводившимися в фирме BELL. Оль освещал середину кремниевой пластины, на концах которой были сделаны металлические контакты, присоединенные к вольтметру. Браттейн был поражен увиденным! Вскоре ему была предоставлена возможность работать с образцом кремния, в котором металлурги создали р—п-переход. Биполярный транзистор, фактически, был готов уже родиться, но ... началась Вторая Мировая война. Шоккли и Браттейн были направлены в исследовательский центр, лихорадочно работавший над созданием радаров.
“А”: Получается, что американцы работали не над полевым, а над биполярным транзистором?
“С”: Да, так угодно было Судьбе! Свою работу они смогли продолжить только через шесть лет, то есть после окончания войны. Любопытно, что после войны исследования были продолжены уже не над кремнием, а над германием. В конце 1945 года к Браттейну в группу был направлен физик Джон Бардин, специалист по квантовой механике. Ну, много работы и не меньшее количество везения потребовалось этим ученым! Удачной была, прежде всего, мысль ограничить исследования только простыми элементами — германием и кремнием. Новая, разработанная на основе анализа экспериментов теория, объяснив попутно эффект Шоттки, к концу 1947 года позволила реализовать многолетнюю мечту физиков — создать германиевый усилитель с коэффициентом усиления по напряжению порядка 100! Частотный диапазон достигал при этом 30 кГц!
“Н”: Но получается, что есть два абсолютно различных вида транзисторов?
“С”: Да, это безусловно так! Хотя их, вообще-то не два, а несколько больше.
“А”: А действительно, может перечислим основные типы?
“С”: Без проблем! Можем расписать этот факт следующим образом (см. рис. 12.2).

“Н”: И все это разнообразие действительно применяется?
“С”: Безусловно, но это еще далеко не все! Большой популярностью сейчас! пользуются, например, МДП- или МОП-транзисторы с двумя затворами.


Ищ вот совершенно новый класс — ТРАНЗИСТОРЫ С ВЫСОКОЙ ПОДВИЖ-' НОСТЬЮ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЗАРЯДОВ!
“А”: Но несколько видов транзисторов нам действительно необходимы!?; Так с каких начнем? С биполярных или полевых?
“С”: Не будем понапрасну спорить с историей! А потому — начнем с биполярных!
>

Биполярные транзисторы

“Спец”: Прежде всего — БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР состоит из двух противоположно направленных р—n-переходов. Совершенно ясно, что при этом, как во многих прочих жизненных ситуациях, возможны две структуры : р—п—р и п—р—п .

“Аматор”: При этом одна из внешних областей называется ЭМИТТЕРОМ. В таком случае вторая внешняя область именуется — КОЛЛЕКТОР. А прослойка, лежащая между ними, соответственно — БАЗОЙ (рис. 13.1).

“С”: Интеллигенция тоже именовалась прослойкой! Но любому цивилизованному обществу она необходима точно так же, как БАЗА биполярному транзистору! И в одном, и в другом случае эта база играет решающую и определяющую роль! Если она имеется, то имеется все!

“А”: Благодарю за высокую оценку роли интеллигенции в современном обществе! А вот какова роль базы в транзисторе?

“С”: Давай сперва, опираясь на опыт, полученный при рассмотрении р— n-перехода, представим себе транзистор графически. Пусть это будет п—р— n-транзистор! Посмотрите на его изображение внимательно. Из рисунка следует тот факт, что при любой полярности батареи G, один из переходов окажется подключенным в прямом, а другой в обратном направлении.

“Незнайкин”: То есть “что бы мы ни делали — не идут дела”! То есть я хотел сказать, ток по цепи не проходит!

“С”: Правильно! Хотя, если учитывать тот факт, что реально скорости электронов НЕ РАВНЫ, а существует некоторое распределение их по скоростям, то хотя бы в силу этого ВСЕГДА есть небольшое количество высоко скоростных электронов, которые пройдут через р—n-переход. Вот такой небольшой СКВОЗНОЙ ток будет иметь место в данном случае! Этот ток очень мал и не зависит от величины приложенного напряжения (поймите меня правильно — только до определенного предела!)

“Н”: А если температура будет возрастать?

“С”: Тогда, что совершенно естественно, возрастет и сквозной ток! Более того, возросший сквозной ток будет вызывать дополнительное нагревание переходов...

“А”: Что вызовет новое возрастание тока, а оно, в свою очередь — еще большее нагревание! И так далее!...

“С”: Но вовсе не до бесконечности, а до ТЕПЛОВОГО ПРОБОЯ, который в подобных случаях приводит к разрушению структуры кристалла транзистора!
“Н”: Классно получается! Мы еще не начали толком анализ работы транзистора, но уже знаем, что режим с ОТКЛЮЧЕННОЙ БАЗОЙ — недопустим!
“С”: И запомните эту ИСТИНУ на всю дальнейшую жизнь!...
“А”: Но ведь база должна куда-нибудь подключаться?
“С”: Естественно. А потому нарисуем новую картинку. И внесем в нее одно небольшое добавление... А именно, между эмиттером и базой, в прямом направлении, мы подключим одну небольшую батарейку, и все (рис. 13.2)!...

“А”: Ничего себе “и все”! Сразу “все смешалось в доме Облонских”!
“С”: Ах, оставьте Облонских в покое, нам и своих забот выше крыши! Посмотрите на рисунок! Поскольку переход база —эмиттер включен в прямом направлении, то не будь коллектора — ОН весь ушел бы в базу! Он — это, конечно же, прямой ток перехода. Но, выстроившиеся в коллекторной области положительно ионизированные доноры, своим полем как бы “перехватывают” большую часть проникнувших в базу со стороны эмиттера электронов. И, дополнительно разогнав их, сообщают им достаточную энергию, чтобы они не завернули назад. То есть чтобы они не свернули к положительно ионизированным донорам коллектора, а смогли бы дойти к обозначенной штриховкой зоне коллектора, где их “подхватит” своим положительно заряженным полюсом батарея Gк…э! Далее, уже как коллекторный ток 1к, эти электроны “проследуют” к Gк..э. А из отрицательного полюса этой же батареи ПРИБЛИЗИТЕЛЬНО такое же количество электронов “войдет” в область эмиттера.
“Н”: Вы случайно употребили слово “приблизительно”?
“С”: Многие философы готовы прозакладывать свою собственную голову, что во Вселенной нет ничего случайного! Я, в принципе, не против того, чтобы поспорить на эту тему, но в данном случае выражение ПРИБЛИЗИТЕЛЬНО р употребил действительно НЕ случайно!
“А”: Да и на рисунке видно, что два-три электрончика взяли, да и свернули в базу, перехваченные пусть и небольшим, но тем не менее тоже ПОЛОЖИТЕЛЬНЫМ полюсом батарейки G6_э.


“С”: Очень верное наблюдение! И так будет всегда! Базовый и коллекторный ток в транзисторе неразлучны в том смысле, что для любого транзистора это соотношение выполняется очень строго. Достаточно тем или иным путем добиться увеличения базового тока, как возрастает и коллекторный ток! Ну, а если базовый ток уменьшается, то можете быть спокойны — коллекторный ток уменьшится в той же пропорции!
“А”: А может стоит попробовать нарисовать пару формул на эту тему?
“С”: Паркуа бы и нет? Следите за движением кончика моей шариковой ручки:

“Н”: А что такое К?
“С”: А вот это ИМЕННО ТОТ параметр, о котором многие десятки лет мечтали лучшие физики мира! К — это КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ ТРАНЗИСТОРА по ТОКУ! Поскольку 1к всегда много больше, чем 1б. •
“Н”: Ну и насколько больше, хотелось бы узнать?
“С”: Лучше выразиться так — во сколько раз больше!? Для имеющихся на сегодняшний день в арсенале электроники биполярных транзисторов, коэффициент К (в зависимости от типа и режима транзисторов) находится в пределах от 15 до нескольких тысяч!
“Н”: А от чего это зависит?
“А”: Прежде всего, от толщины базовой области. Но, дорогой Спец, я часто в литературе и в разговорах радистов слышал выражение “коэффициент усиления транзистора — а” и “коэффициент усиления транзистора — р”. Что имеется в виду?
“С”: Действительно, существует несколько различных коэффициентов усиления. Если говорить более строго, то коэффициенты усиления и следует расписать так:
 
коэффициент усиления а — всегда меньше 1, а р — больше.
“Н”: А какой физический смысл оси (3?
“С”: Все зависит от основной схемы включения транзистора. А вариантов включения известно только три. С общей базой, общим эмиттером и общим коллектором. И мы сейчас поговорим об этом более подробно. Но прежде вопрос — всем понятно, что процессы в р—п—р - транзисторе протекают аналогично?
“А”: Да, но только следует поменять полярности обеих батарей на предыдущем рисунке и заменить доноры на акцепторы и, соответственно, акцепторы на доноры. Ну, а электроны — дырками и наоборот.


“С”: Совершенно верно! Значит, со спокойной душой переходим к основным схемам включения. Первая из них — схема с ОБЩЕЙ БАЗОЙ или ОБ. Вот как это выглядит в первом приближении (рис. 13.3).

“Н”: Что я вижу! Батареи G, и G2 соединены разноименными полюсами?!
“С”: Молодец, сразу заметил! Может быть и соотношение токов для этой схемы запишешь?
“Н”: Ну хорошо, я попытаюсь...

Но ... ведь это же и есть коэффициент а!
“С”: Правильно! Ты верно предположил, что ток через rh — 1к, или, соответственно, его изменение, — D I кТы убедился, что в данном случае 1э является входным (или D 1э)! Что бы там не происходило, в любом случае коэффициент усиления по току это отношение D IВЫХ к D 1вх. И пришел к совершенно справедливому заключению, что — это коэффициент усиления по току в схеме с общей базой!
“Н”: Мало радости! Хорош усилитель — ослабляет, а не усиливает!
“С”: Так это — по току! А вот по напряжению “все совсем-совсем иначе”!
“Н”: Откуда это вытекает?
“С”: А ты, Незнайкин, вспомни, что мы говорили о ВАХ диодов? И прикинь, что при изменении D Iб в несколько раз, D Uб_э изменяется не более, чем процентов на 5—8! Значит, если для кремниевого транзистора U6_3 = = 0,7 вольта, то D Uб_э составляет, примерно, не более 0,1 вольта! А вот коллекторная батарейка дает напряжение, к примеру, равное 10 вольт! Но мы подбираем Rн таким, чтобы D URн = 5 вольт.
Но ведь

Вот и выходит, что в схеме ОБ коэффициент усиления по напряжению много БОЛЬШЕ единицы, а коэффициент усиления по току немногим МЕНЬШЕ единицы! Что касается усиления по мощности, то оно также больше единицы.
“Н”: А что можно сказать относительно схем ОЭ и ОК?
“С”: Что касается схемы ОЭ, то именно ее мы рассматривали в самом начале, когда знакомились с принципом работы транзистора.
“А”: Это именно для нее рассчитывался коэффициент усиления по току?
“С”: Да, безусловно! И мы уже знаем, что он значительно больше единицы. Причем — всегда!
“Н”: Но в таком случае для схемы с ОЭ и коэффициент усиления по току, и коэффициент усиления по напряжению значительно больше единицы.


Значит, коэффициент усиления по мощности для этой схемы не менее нескольких тысяч?
“С”: Или даже нескольких десятков тысяч! Ну вот, а теперь рассмотрим последнюю разновидность схемы включения транзистора — схему с ОБЩИМ КОЛЛЕКТОРОМ! Можем записать:

А теперь посмотрим, что можно сказать о КU такой схемы. В самом деле, коллекторный ток, проходя по резистору rh создает падение напряжения, равное URн . Но напряжение U6_3 будет во всех случаях иметь величину около 0,7 вольта. Тогда:

Вот эта схема и получила в технике наименование ЭМИТТЕРНЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ.
“А”: Но на принципиальных схемах транзистор всегда изображается иначе?
“С”: Только иначе! Мы с вами тоже, начиная с этого момента, переходим на обозначение биполярного транзистора принятое в электронике. Транзисторы принято обозначать следующим образом — рис. 13.5.

“А”: Что еще следует знать об особенностях этих трех схем включения?
“С”: Ну, как минимум, то, что представлено в табл. 13.1.

“А”: А какие вопросы по биполярным транзисторам еще остались без рассмотрения?
“С”: Да их еще порядком! Вот, например, такой параметр, как 1ко — ОБРАТНЫЙ ТОК КОЛЛЕКТОРА. Западные авторы обычно именуют его как ОБРАТНЫЙ ТОК ПЕРЕХОДА КОЛЛЕКТОР-БАЗА - Icbo.
“Н”: А какова реальная величина этого тока?
“С”: Для германиевых транзисторов, например, ГТ322, ГТ329, ГТЗЗО и т.д. — его величина не превышает единиц микроампер при температуре окружающей среды +20 °С.
Для кремниевых транзисторов общего применения (маломощных) величина 1ко не превышает десятых долей микроампера. У наиболее высококачественных современных транзисторов этот параметр составляет величину несколько тысячных микроампера!
“А”: Странно, что такие малые токи доставляют столько беспокойства разработчикам электронных систем!
“С”: Еще бы! Возьмем для примера наиболее почитаемую электронщиками схему с общим эмиттером — ОЭ (рис. 13.6).

Когда-то многие радиолюбительские конструкции базировались на применении вот такой “простейшей” схемы усилителя с ОЭ. Невозможно себе даже представить, сколько десятков тысяч радиолюбителей испытали горчайшее разочарование, когда их первые простейшие приемники прямого усиления, где приведенная схемка, в основном и применялась, так никогда и не заработали!


“Н”: И все равно я не могу понять причину! Ведь выбором соответствующей величины R1 мы устанавливаем базовый ток транзистора равным, например, 100 мкА. Если b = 50, ток коллектора 1к будет равен 5 мА, а этого вполне достаточно.
“А”: Ну, Незнайкин, ты рассуждаешь как раз на уровне тех радиолюбителей — неудачников, о которых мы только что говорили!
“С”: Да, потому что они не отнеслись серьезно к такому параметру, как 1ко! А напрасно! Поскольку в действительности для этой схемы:

Таким образом, обратный коллекторный ток СКЛАДЫВАЕТСЯ с базовым током, а если учесть, что с ростом температуры на каждые 10 град С, 1ко возрастает, примерно, вдвое, то необходимость его минимизации становится очевидной.
“А”: А есть какая-нибудь возможность чисто схемным путем уменьшить 1ко?
“С”: К сожалению, Iк0, есть параметр, который не зависит НИКОИМ ОБРАЗОМ от наших схемных ухищрений! Это собственный параметр транзистора, зависящий от многих причин. Например, от качества р—п-перехода, чистоты исходного кремния (германия), правильности кристаллической решетки, степени герметизации поверхности кристалла и т.д. Но вот если ты спросишь, можно ли схемным путем в значительной степени УМЕНЬШИТЬ ВЛИЯНИЕ этого параметра (и его температурных изменений) на стабильность работы усилителя, то я отвечу — ДА!
“Н”: А каким образом?
“С”: Например, используя установку рабочей точки с помощью отрицательной обратной связи по току. Величины сопротивлений R1 и R2 выбираем такими, чтобы ток I превышал 1б в 10 — 15 раз (см. рис. 13.7).

В отсутствии входного сигнала, стабильность рабочей точки тем лучше, чем больше падение постоянного напряжения на R3. Из практических соображений это напряжение выбирают равным, примерно, двум вольтам. Тогда, при возрастании с ростом температуры окружающей среды тока 1ко, увеличивается и падение напряжения на R3. Но поскольку задаваемый резисторами R1 и R2 потенциал базы не изменяется, то, следовательно, уменьшается потенциал между базой и эмиттером транзистора. А это ведет к уменьшению коллекторного тока 1к.


Но это... вызывает уменьшение падения напряжения на R3. А при этом...
“А”: Возрастает U6_3!..
“С”: Ну конечно же! То есть схема “отрабатывает” температурные изменения 1ко, обеспечивая стабильную работу схемы. Вот именно такая конфигурация схемы ОЭ характерна для “профессиональных” узлов.
“А”: Отлично, с 1ко разобрались!
“С”: В первом приближении, только в первом приближении! Но, сдержим наших коней, поскольку мы еще далеко не все рассказали о биполярном транзисторе. А потому самое время коснуться темы о его СЕМЕЙСТВЕ ХАРАКТЕРИСТИК.
“Н”: Что понимается под термином “семейство характеристик”?
“С”: Ну, прежде всего различают ВХОДНУЮ, ПЕРЕДАТОЧНУЮ и ВЫХОДНУЮ характеристики! Не разобравшись в них, переходить к схемотехнике бессмысленно! Дорогой Аматор, я знаю, вы достаточно вникли в суть этого вопроса, а потому прошу вас...
“А”: Лично я всегда относился с симпатией как к транзисторам, так и к их характеристикам! А потому предлагаю на всеобщее обозрение рис. 13.8.

Обратите внимание на семейство ВЫХОДНЫХ характеристик биполярного транзистора. Очень любопытной является точка “А”. Здесь резкое нарастание коллекторного тока (для фиксированного U6_3 = 0,7 В) при повышении UK_3 от 0 до, примерно, 0,4 В неожиданно и полностью изменяет свой характер! И при дальнейшем повышении коллекторного напряжения, от 0,4 до 10 вольт, коллекторный ток возрастает ВСЕГО на ОДИН миллиампер!
“Н”: А если повышать Uк-э дальше?
“С”: Ход выходной характеристики будет оставаться все таким же ровным и плавным! Правда, если мы вовремя не остановимся, то в конце — концов добьемся того, что достигнем напряжения пробоя, при котором произойдет резкое, внезапное и, увы, необратимое разрушение транзисторной структуры. Поэтому для каждого типа транзистора существует строго оговоренное паспортное значение предельного коллекторного напряжения. Оно, в за висимости от предназначения, типа и индекса транзистора, находится в пределах от нескольких (обычно не менее 10) вольт до многих сотен и даже тысяч вольт!


“А”: А насколько изменяется положение точки “А” у такого разнообразия транзисторов? Я имею в виду численные значения напряжения “большого перелома”?
“С”: Это очень важный вопрос! Проекция точки “А” на абсциссу UK_3 соответствует одному из важнейших параметров транзистора — НАПРЯЖЕНИЮ НАСЫЩЕНИЯ. Иначе — Uк-э нас. Чем эта величина меньше, тем более качественным считается транзистор.- Дело в том, что это также чисто внутренний, нерегулируемый схемотехнически параметр транзистора. Прежде у старых германиевых транзисторов, например П416, Uк-э нас — 1 В. У кремниевых высоковольтных (первых выпусков, например КТ605) этот параметр достигал 5 — 6 вольт. У наиболее популярных и массовых, например КТ315, в зависимости от индекса, UK_3 нас варьируется от 0,1 до 0,3 вольт.
“А”: Ну, а у наиболее качественных?
“С”: Да вот, например, отлично зарекомендовали себя такие маломощные транзисторы, как КТ342, КТ3102, КТ3107, КТ349 и т.д. Для них характерно значение рассматриваемого параметра порядка: 0,06 — 0,1 вольт. Заметим также, что Uк-э нас уменьшается при уменьшении величины коллекторного тока.
“А”: Удивительно, что изменение напряжения U6_3 буквально на несколько десятков милливольт (при фиксированном Uк-э ) оказывает такое крутое влияние на величину коллекторного тока!
“С”: Но самое главное, что варьируя потенциал U6_3 ПО НАШЕЙ ВОЛЕ, схемотехнически, мы приступаем к овладению фантастическими возможностями транзистора!
“Н”: Однако, на семействе выходных характеристик отмечен и такой параметр как НАКЛОН, если я не ошибаюсь?
“С”: Нет, Незнайкин, не ошибаешься! Наклон характеристики характеризуется отношением D Iк/D UK_3. Существуют транзисторы, у которых этот наклон стремится к нулю! Или, можно сказать, отношение D UK_3/D IK — стремится к бесконечности! Эта зависимость называется еще ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫМ ВЫХОДНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ и обозначается как гкэ(гсе).
гкэ = D UK/D IK | при U6_3 = const.
“Н”: А что представляет из себя параметр S?
“С”: Изменение коллекторного тока в зависимости от изменения напряжения база—эмиттер, получило определение КРУТИЗНА или S.


S = D 1к/D Uб_э при UK_3 = const.
“А”: А теперь можем перейти к рассмотрению ПЕРЕДАТОЧНОЙ (переходной) ХАРАКТЕРИСТИКИ?
“С”: Вполне! Это очень наглядная характеристика, показывающая зависимость коллекторного тока от напряжения база—эмиттер. Но запомним, что при ФИКСИРОВАННОМ UK_3! Поскольку, если UK_3 варьируется, то в таком случае имеем СЕМЕЙСТВО переходных характеристик!
“Н”: Ну, а для чего тогда необходима ВХОДНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА?
“С”: Для чувства комфорта, дорогой Незнайкин! В некоторых случаях удобно знать зависимость U6_3 от базового тока 16. И, кроме того, при профессиональных расчетах параметров и режимов электронных узлов. Также для описания входной цепи транзистора как нагрузки, соединенной с входным источником напряжения, скажем...
При этом вводят такое понятие, как ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЕ ВХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ:
R (rбэ = D Uб-э/ D Iб При Uк-э = const
И, наконец, мы говорили, что В = Iк /Iб . Помните?
“А”: Да, но мы говорили не о В, а о b , насколько я помню?
“С”: А я именно потому и вернулся к этому вопросу! Повторение — мать учения! Итак, запишем:
b = D Iк/D 16; В = I к /Iб — коэффициент статического усиления по току.
“Н”: А что, между ними есть разница?
“С”: Да как не быть? Вот типовая зависимость коэффициентов статического и динамического усиления по току от величины коллекторного тока для маломощного транзистора (см. рис. 13.9).

Кстати, уточним на всякий случай, что:
b = D Iк/D 16 | при U к-э = const!
“Н”: Ну, наконец, мы кое-что знаем о транзисторе!
“С”: Ты уверен? Информация к размышлению: полное количество параметров транзистора превышает СЕМЬСОТ!
“А”: Я не думал, что так много! Но ведь в практической схемотехнике применяется много меньше?
“С”: Немногим более двух десятков!... Но, друзья мои, пора переходить к ВЫСОКОЧАСТОТНЫМ параметрам транзистора!
“А”: Насколько я знаю, существует частотная зависимость коэффициента усиления по току для реальных транзисторов. И она определяется не в последнюю очередь их технологическими параметрами. Такими, как толщина базы, площади р—n-переходов и все такое прочее.


Ну и, кроме того, наличием паразитных емкостей.
“С”: Абсолютно верно! Я бы только сказал, что технологические параметры определяют высокочастотные свойства транзисторов В ПЕРВУЮ ОЧЕРЕДЬ! Полезно и даже необходимо принять во внимание еще несколько параметров. Например, fb . fb .— это частота, при которой коэффициент усиления транзистора по току уменьшается на 3 дБ. Наряду с fb . используется и частота fт Это такая частота, при которой коэффициент усиления по току Р = 1. Они связаны следующим соотношением:
fт = b fb
Употребляется еще и такой параметр, как f s — граничная частота крутизны транзистора:
fs = 10 fb .
Отмечают также и максимальную частоту генерации fmax, которая, примерно, вдвое выше, чем fт
“А”: А что такое частота fa?
“С”: Достаточно запомнить, что fa = fт! fa — это граничная частота усиления в схеме с ОБ, а fb — граничная частота усиления в схеме с ОЭ.
“А”: Так вот почему в разработках прежних лет так широко использовались схемы высокочастотных каскадов, использующих конфигурацию с общей базой!
“С”: Да, пока не появились современные высокочастотные транзисторы, у которых fт. достигает нескольких ГИГАГЕРЦ, что дает возможность использовать преимущества схем с ОЭ в диапазоне частот до нескольких сотен мегагерц!
“А”: Часто приходится встречать упоминание о так называемом ЭФФЕКТЕ МИЛЛЕРА. Что это такое?
“С”: Дело в том, что в реальных схемах образуются паразитные емкости: С1 — монтажа и подводящих цепей; С2 — емкость эмиттер—база; СЗ — емкость коллектор—база и С4 — емкость коллектор—эмиттер. Все это приводит к появлению емкости, называемой ДЕЙСТВУЮЩЕЙ ВХОДНОЙ ЕМКОСТЬЮ схемы Cs
Cs = Cl + С2 + |А|СЗ.
Здесь А —.коэффициент усиления схемы по напряжению.
Такое увеличение емкости перехода коллектор—база называется эффектом Миллера. Для схемы с ОЭ можно записать:
Cs @ |А|СЗ.
“А”: Жизнь бьет ключом и все по голове! Непросто применять схемы с ОЭ в высокочастотной схемотехнике, как я погляжу!
“С”: Весьма непросто! Но преимущества ОЭ так велики, что разработан целый ряд транзисторов, у которых удалось существенно понизить емкость


СЗ (коллектор—база). В десятки раз! По сравнению с обычными транзисторами. Чтобы не было никаких недоразумений, договоримся, что под “обычными транзисторами” мы будем подразумевать КТ315.
“А”: У любителей они известны, как “семечки”!
“С”: Да, но вообще стоит заметить, что эти самые “семечки” — отличные универсальные транзисторы...
“А”: ...Которые с успехом применяются в высокочастотных схемах!
“С”: Когда для этой цели под рукой нет ничего более подходящего! Кстати, согласно справочнику, для всех индексов транзистора КТ315 емкость СЗ (коллектор—база) составляет 7 пФ, а для КТ315Ж — 10 пФ! А вот для специализированного ВЧ транзистора КТ339А — не более 2пФ! А это — существенная разница! У германиевого транзистора ГТ329 емкость меньше, чем 2 пФ. А вот у ГТ341 —- не более 1 пФ! У прекрасного пециализированного транзистора КТ399А (он действительно имеет параметры международного класса) емкость коллектор—база меньше, чем 1,4 пФ!
“А”: Выходит, что хотя КТ315 и КТ339А имеют примерно равные fт, я никогда не получу при использовании КТ315 такое усиление на высоких частотах, как для КТ339А?
“С”: В одной и той же схеме подключения — никогда! И примирись с этим заранее! Поэтому в радиоприемных устройствах высокого класса (а мы собираемся строить именно такое) следует в радиочастотных цепях применять ТОЛЬКО специализированные малошумящие транзисторы!
“Н”: А чем характеризуются шумовые параметры транзистора?
“С”: Обычно сам транзистор считается бесшумным. Тогда КОЭФФИЦИЕНТ ШУМА F показывает, на какое число необходимо умножить мощность шума в резисторе rbh (где rbh — эквивалентная величина внутреннего сопротивления источника напряжения сигнала), чтобы на выходе бесшумного транзистора получить такую же мощность шума, что и в реальной цепи. Коэффициент шума характеризуется логарифмической величиной F (дБ) = 10 lg F. Эта величина зависит от целого ряда параметров. От режима эксплуатации, диапазона частот, температуры. Для каждого типа специализированных малошумящих транзисторов определен перечень режимов и условий, при которых шум минимален...


“А”: Что мы обязательно учтем при постройке приемника!
“С”: Вне всяких сомнений!
“Н”: Что нам ещё осталось сделать для ознакомления с биполярными транзисторами?
“С”: Больше ничего! Теперь пора перейти к рассмотрению ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ.
>

Полевые (униполярные) транзисторы

“Спец”: Полевыми транзисторами называются кристаллические полупроводниковые структуры, которые, в отличие от биполярных транзисторов, управляются электрическим полем. То есть, практически, без затраты мощности управляющего сигнала.

Вообще к настоящему времени известно около двух десятков различных видов полевых приборов. Основная масса их выполняется на основе кремния или арсенида галлия. Германиевые полевые приборы не применяются в силу ряда причин. Но для наших практических целей достаточно иметь представление о СЕМИ разновидностях полевых транзисторов (рис. 14.1).

“Аматор”: А не многовато будет?

“С”: Да нет, в самый раз! Прежде всего, приведем схемные обозначения этих семи основных видов (см. рис. 14.1).

“Н”: А как работают эти транзисторы и почему необходимо столько различных типов?

“С”: Управляющий электрод всех типов полевых транзисторов (FET) называется ЗАТВОРОМ, обозначаемым как 3 или имеющим международное обозначение G. Он позволяет управлять величиной сопротивления между СТОКОМ С (или D) и ИСТОКОМ И (или S). Управляющим напряжением является, таким образом, Ugs (или Uзи ). Большинство полевых транзисторов являются симметричными, то есть их свойства не изменяются, если D и S поменять местами. В транзисторах с управляющими р—n-переходами затвор отделен от канала обратносмещенным р—п-переходом.

“А”: То есть первое различие от биполярных транзисторов в том, что у БТ управляющий р—n-переход ВСЕГДА включен в прямом направлении, а у ПТ (JFET)— всегда в обратном?

“С”: Это действительно так. Но вот у полевых транзисторов с изолированным затвором, или МОП-транзисторов (MOSFET) затвор отделен от канала тонким слоем диэлектрика SiO2. У этих транзисторов ток через затвор невозможен при любой полярности управляющего напряжения.

“Н”: Но ведь любой реальный прибор всё равно характеризуется какими-то реальными токами?

“С”: Как водится! Так же это относится и к JFET, и к MOSFET. Например, реальные токи затворов JFET находятся в пределах от единиц наноампер до единиц пикоампер.
У МОП-транзисторов (MOSFET) они меньше ещё натри порядка! Таким образом, полевые транзисторы характеризуются колоссальными величинами входных сопротивлений. Оно у них выше, чем у ПУЛов (приемно — усилительных ламп).
“А”: А какова физика работы, например JFET (полевого транзистора с управляющим р—п-переходом)?
“С”: JFET имеет управляющий канал проводимости в объеме полу проводника. Рассмотрим действие прибора, упрощенная конструкция которого показана на приведенном рис. 14.2. Данный прибор изготовлен из кремния, имеющего собственную проводимость n-типа (то есть донорную, с избытком электронов). На верхней и нижней плоскостях сформированы р—n-переходы, путем формировании в кремнии n-типа, областей р-типа (то есть акцепторных, с повышенной концентрацией дырок). Если к затвору относительно истока прикладывается отрицательное напряжение (см. рис. 14.2), то вблизи р+ областей образуются зоны, обедненные электронами (зона Б). Толщина зоны зависит от величины абсолютного значения напряжения Uзи. При приближении этого напряжения к нулю толщина обедненного слоя уменьшается. Та часть структуры, которую не достигли обедненные слои (зоны) называется КАНАЛОМ, из-за чего полевые транзисторы называются также — КАНАЛЬНЫМИ

“А”: Кстати, проводимость канала определяется ОСНОВНЫМИ НОСИТЕЛЯМИ, то есть в данном случае мы можем говорить, что имеем дело с n-канальным прибором, проводимость которого определяется электронами.
“С”: Совершенно верно! Но имеются в виду и р-канальные приборы, проводимость которых имеет сугубо дырочный характер!
“Н”: А что в этом случае изменяется?
“А”: Прежде всего полярность подключения питания изменяется на противоположную! Естественно, меняется и производственная технология!
“С”: Всё так! Но обратимся снова к нашему рисунку! Как вы думаете, что произойдет, если напряжение Uзи будет возрастать?
“А”: Я полагаю, что наступит момент, когда обедненные слои Б1 и Б2 соприкоснутся!
“С”: Правильно, это и будет означать, что канал полевого транзистора окажется перекрытым, проводимость прибора станет очень малой или, что то же самое, сопротивление промежутка ИСТОК — СТОК значительно возрастет!


“Н”: Это напряжение, при котором происходит смыкание обедненных слоев, оно имеет какое-то свое название?
“С”: Безусловно! Это один из важнейших параметров полевого транзистора! И носит имя собственное — НАПРЯЖЕНИЕ ОТСЕЧКИ, обозначаемое как Uотс (или Upinch-off). Но, поскольку даже в этом случае всегда найдутся достаточно энергичные электроны, которые способны преодолеть даже перекрытый канал, то, естественно, довести величину тока до абсолютного нуля не удается! Впрочем, это никому и не нужно! Поэтому обычно считают, что UOTC достигается в том случае, когда ток через канал (или его еще называют ТОК СТОКА — Iст) уменьшается до 10 микроампер.
“Н”: А что произойдет, если U3И = 0?
“С”: В этом случае обедненный слой исчезает, проводимость канала становится максимальной и, следовательно, ток стока достигает максимальной величины. Этот ток называется ТОКОМ НАСЫЩЕНИЯ или током полностью открытого канала — Iсо.
“А”: Вот мы и получили два из трех основных параметров: Uотс и Iсо! Но вот как нам лучше и изящнее подойти к третьему параметру, а именно — КРУТИЗНЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ или S?
“С”: Я понимаю глубинный смысл твоего вопроса, дорогой Аматор! Тебя скорее всего, интересует не столько сам физический смысл этого параметра(ты великолепно знаешь, что это есть отношение D I/D U) сколько то, как проще всего определять этот важнейший параметр на практике! Нет?
“А”: Именно так, уважаемый Спец! Я просто подумал, Что современная технология производства полевых транзисторов дает значительный разброс параметров. Следовательно, для выбора оптимальных режимов каскадов, необходимо определять вышепоименованную тройку параметров для каждого конкретного образца транзистора, а это — хлопот не оберешься!
“С”: Все проще гораздо, в чем мы сейчас и убедимся! Рассмотрим ПЕРЕДАТОЧНУЮ (она же УПРАВЛЯЮЩАЯ) характеристикуJFЕТ (рис. 14.3, а).

Любезный Аматор, прокомментируйте нам вид изображенной кривой!
“А”: Точка “А” соответствует моменту, когда Uзи = 0, а ток стока максимален и равен, в нашем случае 10 мА.


То есть это и будет Iсо или ТОК НАСЫЩЕНИЯ Точка “С” соответствует моменту, когда U3И принимает такое значение, что ток стока примерно равен нулю! Иными словами, это и есть uotc. Согласно рисунку, в нашем случае его величина равна — (- 3 вольта). Но что такое точка “В”?
“Н”: Прошу прощения, но из этой характеристики я заключаю, что для представленной зависимости можно легко подсчитать крутизну S!
“А”: Сделай это...
“Н”: Охотно...
S =D Iс/D Uзи = 2 мА/0,3 В = 7 мА/В;
“С”: Отлично, Незнайкин!... Но вернемся к точке “В”. Она получается, если, совместив линейку с точкой “А”, прочертить прямую, начало которой совпадает с ходом начального участка передаточной характеристики до ее пересечения с осью абсцисс (осью значений Uзи). Наиболее впечатляющим является тот факт, что ВСЕГДА, для любых типов и индексов маломощных JFET, расстояние от начала координат до точки “В” будет меньше расстояния от начала координат до точки “С” РОВНО В ДВА РАЗА!
“А”: Потрясающе! Но ведь это означает, что, зная UOTC, и разделив эту величину пополам, мы можем определить S?
“С”: Да, это так!
“А”: То есть нам достаточно измерить только ДВА параметра, чтобы знать все ТРИ!?
“С”: Но и это еще не все! Легко показать, что, измерив Uотс и Iсо , мы можем весьма точно зарисовать ВЕСЬ ход передаточной характеристики!
“Н”: А что это нам дает?
“С”: Очень многое! Обратимся еще раз к нашей кривой! Чтобы не загромождать предыдущий чертеж, изобразим ее еще раз. Я отметил еще одну точку — “Е”! Ну, кто мне расскажет, чем она так любопытна, что заслужила отдельный рисунок (рис. 14.3, б)
“А”: Если я правильно понял, то участок ЕА — это ПРЯМАЯ ЛИНИЯ, а участок ЕС — кривая. Ну и что из этого?
“С”: А из этого следует важнейшее для схемотехники полевых транзисторов следствие - ПРИ ПОСТРОЕНИИ ЛИНЕЙНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ, необходимо так выбирать рабочую точку, чтобы она располагалась ПОСЕРЕДИНЕ участка АЕ, а именно в точке “Л”! Только в этом случае усилитель не будет вносить нелинейных искажений! При этом, участок АЕ носит название КВАДРАТИЧНОГО!


“А”: Получается, что имея uоtc и Iсо мы можем определить и координаты точки “Е”, которые в нашем случае соответствуют — 1 вольт и 4 мА.
“С”: Отсюда совсем уже просто определить координаты точки “Л”. А что нам поведает по этому поводу Незнайкин?
“Н”: Только то, что точка “Л” определяется величинами Uл = - 0,5 В и током Iл = 7 мА. А вот как обеспечить нужный режим для реальной схемы?
“С”: Достаточно просто, как мы сейчас сможем убедиться (рис. 14.4)... 

Я изобразил эту схемку, чтобы показать, как “загнать” JFET в точку “Л”, координаты которой нам так любезно сообщил Незнайкин. Прежде всего отметим, что: Uл — равно падению напряжения на Rн . Поскольку I. = 7 мА, то:
R _ = UH/IC = 0,5 В/7 мА = 72 Ом;
“Н”: Здорово!... И просто, поскольку из-за ничтожно малого тока затвора, падение напряжения на R3 = 0. Ну, я полагаю, что уж теперь-то мы всё рассказали о передаточной характеристике j FET!
“С”: Ой, Незнайкин, снова спешишь! В таком случае как ты прокомментируешь вот такое семейство передаточных характеристик
(рис. 14.5)?

“Н”: Если вы, Спец, сказали СЕМЕЙСТВО характеристик, то это значит, что здесь речь идет не о разных, а об одном и том же jFET, но при разных температурах?
“С”: Верно! Но самое удивительное не то, что имеется зависимость передаточной характеристики jFET от температуры, а то, что существует точка, вольтамперные координаты которой АБСОЛЮТНО не зависят от температуры окружающей среды!
“А”: А возможно определить координаты этой точки, не проводя реальных температурных испытаний для каждого конкретного транзистора?
“С”: Да, такая возможность имеется. Не прибегая к сложным расчетам, полезно запомнить следующее соотношение:
Uзи с = U отс - 0,63 В.
При этом у реальных jFET величина Iсс находится в пределах от 100 мкА до 500 мкА. Но и это еще не все!
“Н”: Да будет ли этому конец?
“С”: Точно такой же вопрос задал один прохожий путешественнику, когда они стояли у железнодорожного шлагбаума и ждали того момента, когда, наконец, закончит свое прохождение товарняк.


“А”: Интересно, и что же ответил путешественник?
“С”: Он ответил — никогда!
“А”: И чем он мотивировал подобный ответ?
“С”: Да тем обстоятельством, что на станции отправления к товарняку забыли прицепить последний вагон... А если без шуток, то jFET (впрочем как и MOSFET) допускает работу в режиме, который даже не рассматривается при анализе возможностей биполярного транзистора! А именно — в качестве управляемого сопротивления. При этом необязательно вообще подавать на сток какое-либо постоянное напряжение. Хотя и это не исключено! Но мы, пока что, не станем рассуждать на эту тему, а перейдем к семейству ВЫХОДНЫХ характеристик jFET.
“А”: А они что, сильно отличаются по внешнему виду от характеристик биполярного транзистора?
“С”: Да нет, я бы не сказал! А, впрочем, судите сами: Здесь представлено семейство выходных характеристик JFET, передаточную характеристику которого мы рассматривали раньше (рис. 14.6).

“Н”: А пунктирная линия, обозначенная как Ucи нас — это напряжение насыщения сток — исток?
“С”: Ну конечно же! А вот теперь перейдем, наконец, к MOSFET!
“А”: Я встречал в справочниках по МОП-транзисторам такие термины, как ВСТРОЕННЫЙ КАНАЛ и ИНДУЦИРОВАННЫЙ КАНАЛ.
“С”: Вот о них-то и пойдет сейчас речь! Обратимся к следующему рисунку. Здесь изображен МОП-транзистор (MOSFET) ОБОГАЩЕННОГО типа, имеющий, так называемый, ИНДУЦИРОВАННЫЙ канал (рис. 14.7).

“А”: Означает ли это, что при равенстве потенциалов истока и затвора ток через транзистор протекать не будет?
“С”: Безусловно! Более того, даже подавая на затвор незначительное положительное (относительно истока) напряжение, мы эт> ситуацию изменить не в состоянии! MOSFET — заперт! Но, как известно, электроникой занимаются очень настойчивые люди! Мы продолжаем повышать потенциал (см. рис 14.7б). Не торопясь, плавно... И в какой-то момент... появляется ток стока! Это означает, что некоторый положительный потенциал затвора через диэлектрик SiO2 навел (или индуцировал) канал проводимости n-типа, по которому электроны “двинулись” от истока к стоку!


“А”: Напряжение, которое создает канал проводимости, должно превысить некоторую величину, называемую ПОРОГОВОЙ. Может изобразить это графически?
“С”: Что мы и сделаем (см. рис. 14.8)! Вот здесь представлена УПРАВЛЯЮЩАЯ или ПЕРЕДАТОЧНАЯ характеристика некоего MOSFET с индуцированным каналом, пороговое напряжение которого (Un) равно, примерно 2 вольта. Дальше, я полагаю, можно не продолжать?
 
“А”: Мне до сих пор попадались только р-канальные MOSFET.
“С”: Это действительно так. Наибольшее распространение получили именно р-канальные MOSFET с индуцированным каналом типа: КП301 и КП304. Для справки: их пороговые напряжения находятся в пределах 4— 5 вольт! Выходные характеристики подобны уже рассмотренным для JFET.
“Н”: Вы еще ничего не рассказали о назначении ПОДЛОЖКИ!
“С”: Действительно, МОП-приборы снабжены четвертым электродом, получившем наименование ПОДЛОЖКА. Этот электрод в схемах обычно заземляется, чтобы мог индуцироваться канал проводимости. Вообще-то встречаются схемы, где подложка играет роль второго управляющего электрода. Варьирующего крутизну MOSFET. Но, к сожалению, только в сторону уменьшения...
“А”: Мы не рассмотрели еще MOSFET со ВСТРОЕННЫМ КАНАЛОМ!
“С”: И совершенно напрасно, поскольку именно они в значительной степени “делают погоду” в схемотехнике радиоприемников! Добавим, чго их возможности шире, чем у транзисторов с индуцированным каналом. Да вот, посмотрите на рис. 14.9. Здесь представлена передаточная характеристика МОП-транзистора со встроенным n-каналом типа КП305Д,
 
“Н”: Выходит, что даже при U3И = 0 В обеспечивается ток стока равный приблизительно 5 мА!
“А”: Обрати внимание на точку “А”. Это и есть значение Uотс для рассматриваемого транзистора. В свою очередь точки “В” и “Д” определяют размах КВАДРАТИЧНОГО УЧАСТКА ХАРАКТЕРИСТИКИ MOSFET КП305Д. Это не передаточная характеристика, а просто мечта поэта.
“Н”: Меня немного смущает только один нюанс...
“С”: Я внимательно слушаю тебя, наш юный друг. Что за нюанс?
“Н”: Обычно, когда вы ранее упоминали, пусть вкратце, о конкретных типах транзисторов, то речь шла о типе транзистора, но не о его буквенном индексе...


Но сейчас...
“С”: А ты наблюдательный человек, Незнайкин! Тебя смутило, почему я дал передаточную характеристику именно для КП305Д, а не просто для КП305?
“Н”: Да. Кстати, сколько вообще буквенных индексов у этого транзистора?
“С”: У КП305 — четыре буквенных индекса: Д; Е; Ж; И. Должен признать, Незнайкин, что ты задал очень важный вопрос. Поэтому, для ответа на него, я предлагаю вашему вниманию следующий рисунок. Ну как? Хорошо видна разница между буквенными индексами (см. рис. 14.10)?

“А”: Еще как! Но ведь это, помимо всего прочего, означает, что для большинства конкретных применений транзисторы КП305, имеющие различные буквенные индексы НЕ ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМЫ!
“С”: Отличный вывод! Да, для различных индексов существует РАЗЛИЧНАЯ сфера применений. Как правило, “жонглирование” индексами эти транзисторы, как и многие другие, не допускают! А вообще это очень неплохие MOSFET, предназначенные для применения в малошумящих УВЧ в частотном диапазоне до 250 МГц!
“А”: Поскольку семейство выходных характеристик каких-либо аномалий не имеет, стоит ли их рассматривать?
“С”: Это необязательно. Но вот что крайне важно, так это обсудить вопросы соблюдения правил безопасности при работе с MOSFET!
“Н”: Существует опасность для работающего с ними оператора?!
“С”: Напротив, именно для MOSFET! Дело в том, что в них затвор отделен от проводящего канала тонким слоем изолятора, например двуокиси кремния. Толщина этого слоя составляет, приблизительно, 100 нанометров. Для сравнения, длина волны зеленого света — 470 нанометров! Поэтому при напряжении на затворе относительно истока, например 20 вольт, средняя величина напряженности электрического поля составляет порядка ДВУХ МИЛЛИОНОВ ВОЛЬТ НА САНТИМЕТР! Определено, что средняя величина напряженности пробоя для кристалла кварца или кварцевого стекла равна ПЯТЬ МИЛЛИОНОВ ВОЛЬТ НА САНТИМЕТР! Современная, притом весьма совершенная, технология производства MOSFET гарантирует длительную надежную работу приборов при максимальном U3И = 15 вольт!


“Н”: Но, если я правильно рассуждаю, в реальных схемах ведь и того не будет?
“С”: В схемах, конечно же, не будет! Но ведь MOSFET сначала нужно вынуть из упаковки, сформировать выводы, подготовить для установки в плату (или макет)...
“А”: А это делается руками и инструментом! На которых обычно накапливается заряд статического электричества, имеющий величину сотен или даже тысяч вольт! ч
“С”: Достаточно взять в руки MOSFET, как это электричество навсегда погубит транзистор! Ввиду электрического микропробоя слоя SiOr
“Н”: Ничего себе! А как же быть?
“С”: Смотри, вот новенький КП305! Обрати внимание, что на его выводы надето предохранительное кольцо, которое обеспечивает закоротку ВСЕХ четырех выводов транзистора, т.е. стока, истока, затвора, и подложки. Теперь смотри, я слегка сдвигаю колечко вниз. Затем беру небольшой кусочек неизолированного тонкого медного проводника, в качестве которого можно использовать одну из жил обыкновенного монтажного провода. Обматываю выводы MOSFET между корпусом транзистора и предохранительным кольцом... Затем удаляю кольцо...
“А”: Теперь можно спокойно, использовав руки и инструмент, запаять MOSFET в схему и только ПОСЛЕ ЭТОГО удалить проводок! Просто и без затей.
“С”: Я в своей практике использовал этот прием сотни раз! MOSFET остаются неповрежденными и работают хорошо и надежно долгие годы!
“А”: Но может случиться так, что в конкретной схеме нас не устроит даже крутизна, равная 10 мА/В?
“С”: Да сколько угодно! В схемотехнике радиоприемников это тоже случается. На сей случай имеются мощные МОП-транзисторы (PMOS FET),крутизна которых значительно выше. Например, КП 902, КП 905 и т.д. Эти структуры имеют крутизну S порядка 100 мА/В!
“Н”: А в нашем радиоприемнике PMOS FET найдут применение?
“С”: Как сказал товарищ Саахов: “а вот там увидим, да?”
“А”: Ну, а что следует знать о шумовых свойствах JFET и MOSFET?
“С”: Вообще полевые транзисторы имеют значительно меньшие уровни шумов, чем биполярные. Хотя, в то же время, для них характерно НЕСКОЛЬКО шумовых факторов.


Это, прежде всего, температурные (термические) шумы, источником которых является внутреннее сопротивление канала. Полезно запомнить, что эти шумы, при прочих равных условиях, тем меньше, ЧЕМ БОЛЬШЕ КРУТИЗНА S! Затем — дробовая составляющая входного шумового тока, которая пропорциональна току утечки затвора.
“А”: То есть, чем меньше утечка затвора, тем меньше и шум!
“С”: Один из путей ее уменьшения — понижение напряжения сток — затвор. Затем имеются еще, так называемые, МЕРЦАЮЩИЕ шумы вида 1/f. Они более характерны для MOSFET и менее характерны для JFET. Отсюда следует очень важный практический вывод: jFET самые малошумящие в низкочастотной области, a MOSFET по самой своей сути — высокочастотный прибор.
“А”: А может продолжим наш справочник, занеся в него технические характеристики и биполярных, и полевых транзисторов, которые предполагается использовать в нашем радиоприемнике?
“С”: Обязательно! Но они заслуживают того, чтобы завести для этой цели особое ПРИЛОЖЕНИЕ (см. Глава 30).
“А”: Да, но ведь, кроме того, в современных радиоприемниках широко применяются и микросхемы. А мы еще не говорили о них!
“С”: Дорогой Аматор! Мы еще о многом не говорили. Поэтому в нашу следующую встречу начнем именно с микросхем!
Но, как известно, делу — время, а потехе — час. Может так случится, что я недельки на две-три уеду в командировку. Поэтому, дорогой Незнайкин, я попросил Аматора заняться с тобой практической схемотехникой. Дружеский совет — отнесись к этому со всей серьезностью! А пока — до встречи!
>

От теории — к практике

“Аматор”: Привет, дружище! Слушай, какую мировую проблему ты решаешь? Я этим так настойчиво интересуюсь потому, что очень уж ты сконцентрирован на какой-то идее, судя по твоему сосредоточенному взгляду...

“Незнайкин”: Да, это так. Я просто подумал о том, что к моменту возвращения Спеца (а его командировка, насколько я понял, окончится недели через две), мы с тобой должны быть в полной готовности взяться за изготовление и монтаж “большого” приемника с преобразованием “вверх”. Так ведь?

“А”: Ну и в чем проблема?

“Н”: Да в том, что мне совсем не хочется опозориться. Между тем сколько нибудь солидного опыта в отладке аппаратуры у меня, как ты догадываешься, пет. Так вот, поскольку сейчас у меня каникулы, а на улице мороз, то ... я морально готов посвятить это время повышению своего технического уровня

“А”: И думаешь — гадаешь как это сделать с наибольшим эффектом? Могу подсказать. Поверь, что не существует лучшего способа для этого, чем самостоятельно собрать две-три схемки. Но главное — отладить их.

“Н”: Я тоже пришел к этому выводу. Вот тут я прихватил несколько старых журналов “Радио”. Порекомендуй, какую из схем простых приемников мне выбрать для самостоятельного повторения?

“А”: Я тебя понял. Ладно, предъявляй, что ты там притащил. Так-так... Но я, дружище, вижу здесь, в основном, схемы “времен очаковских и покоренья Крыма”. Вот знаменитый в 60-х годах “прямичок” Румянцева. А вот схема “Туриста”. Ну, а это что? Ну конечно, это же схема достопамятной “Спидолы”!.. Послушай, Незнайкин, ты давно смотрел фильм “Чапаев”?

“Н”: Недавно, поскольку его довольно часто крутят. А что, ты собрался рассказать какой-то новый анекдот о Фурманове?

“А”: Не угадал. Я имел в виду классические слова Василия Ивановича. А именно “наплевать и забыть”! Это я о том солидном грузе, который ты, несмотря на неблагоприятные погодные условия, все же доставил ко мне. И на основе которого собирался стремительно повысить свой технический уровень!

“Н”: А почему бы и нет?

“А”: Да потому, что большинство схемных решений радиоприемников тех далеких 60-х и 70-х годов, устарели безнадежно и представляют интерес, .прежде всего, для любителей истории техники.

“Н”: По той причине, что они не содержат микросхем?
“А”: Вовсе нет! Учти на будущее, Незнайкин, дело отнюдь не в микросхемах. И даже не в их отсутствии в составе старых приемников, как ты совершенно верно заметил. Но уж, коль скоро мы упомянули об истории техники, то полезно знать — применение микросхем в составе бытовых радиоприемников промышленного изготовления, зачастую не только не повышало качества изделия, но и значительно его ухудшало! Яркий пример тому — “всеволновый” приемник середины семидесятых — “Украина-210”.
“Н”: Уж не собираешься ли ты утверждать, что можно, используя микросхемы, собрать морально устаревший аппарат, а вот на основе использования транзисторов создать вполне современную вещь?
“А”: Представь себе — это в значительной степени именно так и есть.
“Н”: Но ведь это, я надеюсь, не исключает возможности создания современной аппаратуры на современной микросхемной базе?
“А”: Безусловно! Однако запомни, что, прежде всего НОВАЯ СХЕМО-ТЕХНИКА базируется на новых, прогрессивных технических идеях и подходах. Реализация которых уже САМА ПО СЕБЕ должна давать как очевидные, так и не очевидные преимущества. Вот почему, если хочешь знать, перед отъездом Спеца, у нас состоялся разговор. В котором, между прочим, была затронута и тема нашей сегодняшней беседы.
“Н”: И что предложил Спец?
“А”: А он настоятельно порекомендовал тебе для самостоятельной сборки и отладки следующую принципиальную схему. Это, как видишь, супергетеродинный приемник. Притом КОРОТКОВОЛНОВЫЙ. Двухдиапазонный. Его главное преимущество в том, что он обладает высокой чувствительностью, достаточно прост в отладке, обеспечивает высокое качество приема. А также надежен и неприхотлив.
“Н”: Это его очевидные преимущества? Или ты их относишь к не очень очевидным?
“А”: Конечно очевидные. Хотя, если они тебе сейчас таковыми и не кажутся, ты с этим согласишься позднее, когда мы приступим к детальному рассмотрению и анализу его принципиальной схемы. Ну а что касается “ не очень очевидных” преимуществ, в их наличии ты убедишься чуть позже...


“Н”: А может, прежде чем приступить к анализу принципиальной электрической схемы этого “не во всем очевидного чуда”, рассмотрим его структурную схему?
“А”: Рад констатировать, что школа Спеца не прошла для тебя даром! Поэтому давай изобразим структурную схему экспериментально-учебного радиоприемника, который Спец очень рекомендует тебе собрать и отладить (рис. 15.1). И заметь, ДО ТОГО, как мы возьмемся за постройку “БОЛЬШОГО СУПЕРА” с преобразованием “вверх”.

“Н”: Если ты ничего не имеешь против, я попробую прокомментировать эту структурную схему самостоятельно.
“А”: Готов слушать тебя с искренним и неподдельным интересом. Итак?...
“Н”: Ну, я полагаю, что Z1 — это преселектор. Но мне не совсем понятно, почему в его составе не указан элемент перестройки по частоте? Ну там конденсатор переменной емкости или какая-нибудь хитрая переменная индуктивность, как это делалось в свое время в старых автомобильных приемниках?
“А”: Да потому, что никакой элемент перестройки по частоте здесь совершенно не нужен! Z1 — это диапазонный полосовой фильтр. Его ширина полосы порядка 3 МГц. Он сразу перекрывает несколько коротковолновых радиовещательных поддиапазонов. А именно: 19, 20, 22 и 25 метров.
“Н”: Но ты говорил о ДВУХДИАПАЗОННОМ КВ-супере?
“А”: Здесь, на структурной схеме, второй диапазон не указан. Но на принципиальной схеме, как ты убедишься, он присутствует. И перекрывает диапазоны 31—41 метр.
“Н”: Дальше на структурной схеме идет усилитель А1. Это, как я понимаю, усилитель высокой частоты. Он что, не резонансный?
“А”: Ты снова прав. Это малошумящий широкополосный усилитель ВЧ, обладающий очень хорошей линейностью. Никаких элементов настройки, перестройки и прочее, как видишь, не содержит.
“Н”: Дальше идет U1. Это, как я понимаю, преобразователь частоты входного сигнала в промежуточную частоту. Ну, a G1 — это гетеродин. Но мне не понятна роль U3. Что это за схема?
“A”: U3 — это очень любопытный узел. Но о нем чуть позже. А пока не отвлекайся. Что ты можешь сказать по поводу А2 и U2?


“Н”: Я склонен думать, что А2 — усилитель промежуточной частоты, a U2 — амплитудный детектор. Разве нет? Кстати, какая в данном случае, выбрана промежуточная частота?
“А”: Для увеличения селективности по зеркальному каналу, Спец порекомендовал использовать в качестве первой промежуточной, частоту 5,5 МГц. Как ты еще убедишься, при таком значении первой ПЧ, избирательность по зеркальному каналу в десятки раз выше, чем у традиционных схем.
“Н“: А зачем нужен кварцованный гетеродин G2?
”А”: Да только затем, чтобы понизить значение промежуточной частоты с 5,5 до 0,5 МГц. Дело в том, что коэффициент усиления А2 невелик. А2 усиливает входной сигнал, примерно в 30—40 раз по напряжению.
“Н”: Но с выхода преобразователя частоты U2 сигнал второй ПЧ поступает на A3. Это, очевидно, усилитель второй промежуточной частоты?
“А”: Твоя проницательность достойна Коломбо! Так вот, как раз этот усилитель имеет высокий коэффициент усиления. В максимуме он достигает 3— 4 тысяч. Ну а в минимуме — всего 20—30 раз!
“Н”: Все было так хорошо и понятно. Раньше!... Но только не теперь. Что, о высокочтимый Аматор, имеешь ты в виду, говоря о максимальном и минимальном усилении? Разница между которыми столь велика, сколь и непонятна для меня.
“А”: Ну, раз уж ты полностью заговорил на диалектах Востока, значит, пора приходить к тебе на помощь. Но ты обратил внимание, что на структурной схеме прямоугольники A3 и U3 охвачены ПЕТЛЕЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ? Обозначенной аббревиатурой АРУ? Что в переводе означает — АВТОМАТИЧЕСКОЙ РЕГУЛИРОВКОЙ УСИЛЕНИЯ ?
“Н”: Да, вижу. Но совершенно не представляю, в чем заключается принцип работы этой самой АРУ!
“А”: А между тем АРУ — это замечательная штука! Поскольку (ранее Спец уже рассказывал об этом) из-за “капризов” в атмосфере, происходит “замирание” сигнала в точке приема — “ФЕДДИНГ”. Это явление выражается в том, что амплитуда сигнала, развиваемая далекой радиостанцией в антенне приемника, на протяжении считанных десятков секунд, может измениться в сотни раз!


“Н”: Ох и ничего себе! Ну и как быть?
“А”: Поскольку воздействовать на атмосферу мы не можем (да и не очень хотим), этот вопрос достаточно успешно решается на схемотехническом' уровне. Вот для этого и служит АРУ! Конкретное решение цепи АРУ для нашего случая мы и рассмотрим ниже. А пока продолжим знакомство со структурной схемой.
“Н”: Ладно, потерпим... Ну, дальше следует A3. Это, как я понимаю, усилитель низкой частоты — УНЧ. Ну и, естественно, динамик BF1... Да, так что Вы там, Штирлиц, говорили насчет того, что “время пока терпит”? Это я насчет того, непонятного для моего разумения, прямоугольника U3.
“А”: Твое, потрясающее всякое воображение, долготерпение, будет вознаграждено! Прямо сейчас! Скажи Незнайкин, тебе никогда не приходилось, слушая, где-нибудь на природе, интересную передачу в диапазоне коротких волн, трясти до совершенного исступления приемник, чтобы оживить его, внезапно умолкнувшего?
“Н”: У моего приятеля случилась осенью подобная история. При том, что батарейки, как он утверждал, были свежайшие... Кстати, виновником испорченного настроения моего друга оказался коротковолновый сувенирный приемник “Олимпик-402”. После этого он очень не советовал мне приобретать подобный “Сувенир”.
“А”: Поверь моему слову — это очень дельный совет. Я знаю “Олимпик-402”. Это довольно неплохой по своим параметрам приемник. Но у него есть принципиальный недостаток. В результате эксплуатации, через самое непродолжительное время, у этого приемника выходит из строя конденсатор переменной емкости. Пластины ротора процарапывают тончайшую тефлоновую изоляцию и происходит короткое замыкание пластин при вращении регулятора настройки. Кроме того, из-за конструктивной недоработки, сбивается ось, что вообще приводит к серьезной неисправности приемника.
“Н”: А что, так трудно взять, да и заменить конденсатор?
“А”: Замена конденсатора, в общем, проблемы не решает. Поскольку, во-первых, требует новой настройки в радиомастерской всех высокочастотных узлов приемника. А, во-вторых, вскоре будет то же самое.


И это вообще бич отечественных переносных радиоприемников. Но не в меньшей степени это касается и подобной дешевой аппаратуры китайского, румынского и польского производства.
“Н”: Можно подумать, что в том приемнике, который я собираюсь строить, эта проблема не возникнет...
“А”: Совершенно верно! В том-то все и дело, что у тебя подобная проблема не возникнет никогда! Чтобы так и случилось, в состав структурной схемы и введен прямоугольник U3! Видишь, на нем еще написано — U2/U1?
“Н”: Не томи душу. Я и так весь внимание!
“А”: Так вот, в рассматриваемом приемнике НИКАКИХ конденсаторов переменной емкости нет. А в качестве элемента настройки на станцию применяются ВАР И КАПЫ — специализированные полупроводниковые диоды, емкость которых варьируется в достаточно широких пределах посредством изменения величины электрического потенциала, подаваемого между анодом и катодом этих диодов в обратном направлении. Для этого в настоящее время этот потенциал приходится менять в пределах от 4 до 30 вольт. Иногда немного выше. Но эти 30 вольт нужно еще получить!
“Н”: А что, это так невыразимо сложно?
“А”: Непросто. Поскольку требования к стабильности этого потенциала очень высоки. Это и понятно. Ведь любое самопроизвольное изменение величины напряжения (потенциала), подаваемого на ВАРИКАП, немедленно приведет к соответствующему изменению его емкости. А это, в свою очередь, вызовет несанкционированное изменение частоты настройки. Станция “уйдет”...
“Н”: Понятно. А каким переменным резистором лучше всего воспользоваться для осуществления регулировки подачи на ВАРИКАПЫ управляющего напряжения?
“А”: Только не таким, с помощью которого мы обычно регулируем “громкость” и “тембр”. Существуют специальные, высоконадежные, износостойкие переменные резисторы. Причем, МНОГООБОРОТНЫЕ. Из отечественных можно порекомендовать СПЗ-44. А еще лучше — ППМЛ, что означает, прецизионные, переменные многооборотные, линейные. Вот для обеспечения запросов такого элемента настройки и необходим U3. Который вырабатывает высокостабильное напряжение для запитки ВАРИ КАПОВ.


Вот теперь и наступил тот торжественный момент, когда я разворачиваю перед тобой, заранее вычерченную, принципиальную электрическую схему учебно-тренировочного КВ-приемника (рис. 15.2)...

“Н”: Ничего себе! Хорош же твой “учебно-тренировочный”!...
“А”: Отставить разговорчики! Незнайкин, дорогой. Ты только что шагнул в третье тысячелетие! Как, впрочем, и все остальное человечество. Так что — привыкай! Техника (даже ее исходный учебный уровень) усложняется. Хотя, строго между нами, ничего особо сложного в этой схеме нет. Наоборот — она проста и логична. Да ты скоро в этом и сам убедишься. Так что — выше голову!
“Н”: Считай, что ты меня убедил. А теперь, будь любезен, подробненько так и со вкусом, опиши назначение элементов.
“А”: Придется, Незнайкин, придется... Итак, только вообрази себе, что сигнал интересующей тебя дальней радиостанции, который, как известно, распространяется в виде электромагнитной волны, навел на входе антенны приемника соответствующее высокочастотное напряжение Uc. При этом можешь смело считать, что оно не превышает, например, 50 микровольт. Естественно, что у тебя, в зависимости от выбранного диапазона, подключен или полосовой фильтр “1”, или полосовой фильтр “2”. Но ты что- то хочешь спросить?
“Н”: Да, поскольку вижу, что контакты К1 и К2 — находятся не на самом переключателе диапазонов, а входят в состав реле. Для чего Спец принял именно такое решение? Это ведь усложняет схему?
“А”: Ты действительно так полагаешь? Если да, то напрасно. Дело в том, что именно входная цепь всегда являлась “ахиллесовой пятой”, практически, всех бытовых приемников. Ни в одном совдеповском приемнике так называмого “высшего класса” (а что уже говорить об обычных, массовых) этот вопрос за десятки лет производства так и не был решен удовлетворительно. Дело в том, что переключатель диапазонов должен выполнять сложнейшую задачу. И вопрос не в том, что он должен обеспечивать коммутирование целой группы различных цепей. А в том, КАК он это делает!
“Н”: Понятное дело как.


Переключатель обеспечивает плотное соприкосновение контактов между собой...
“А”: А я и не знал... Лучше послушай. В упоминаемой уже “Спидоле”, контурные катушки (гетеродинные и диапазонные) коммутировались посредством посеребренных внешних контактов. И пока приемник был новый, все было в порядке. Но по мере эксплуатации, серебро на контактах покрывалось тончайшей пленкой окисла, чернело. Переходное контактное сопротивление цепей при этом возрастало. Кроме того, становилось непостоянным во времени. Сигнал, реальная величина которого составляла десятки микровольт, часто был не в состоянии преодолеть такой контакт.
“Н”: Но ведь это означает полную потерю чувствительности, разве нет?
“А”: Во всяком случае, значительное ее ухудшение. И резкое возрастание уровня треска и помех.
“Н”: Но я видел и герметизированные барабанные переключатели?
“А”: Совершенно верно, таковые имеются. Применяя их, от вышеназванных неприятностей можно избавиться. Но далеко не от всех. Поскольку барабанный переключатель (или даже клавишный) — это конструкционный узел, расположение которого не терпит произвола. Он должен размещаться так, чтобы оператору, работающему с приемником, было удобно пользоваться переключателем диапазонов.
“Н”: Иначе говоря, должен быть расположен ФУНКЦИОНАЛЬНО?
“А”: Тебе удалось ухватить всю философскую глубину этой проблемы! А теперь прикинь, что входные высокочастотные цепи должны быть расположены так, чтобы находиться как можно ДАЛЬШЕ от рук оператора. Так наводки меньше. Но в этом случае, чтобы дотянуть сигнальный провод до переключателя и вернуть назад, приходится значительно увеличивать длину проводов входных и гетеродинных цепей. При этом резко падает их добротность, значительно возрастает уровень помех и наводок, затрудняется настройка цепей.
“Н” Ну и какой же ты можешь предложить выход из всего этого?
“А”: Только один — осуществлять высококачественную ВЧ-коммутацию на месте. Вот почему в схеме приемника и применены для этого специальные герконовые реле. Это очень качественный и надежный радиотехнический компонент.


Итак, поскольку ответ на свой вопрос ты теперь знаешь, пошли дальше. Полосовой фильтр не только формирует 3-х мегагерцевую полосу пропускания, но еще и усиливает входной сигнал. Поэтому, приняв уровень сигнала на его выходе, равным 150 микровольт, мы не слишком погрешим против истины.
“Н”: Далее у нас идет широкополосный усилитель А1. Но я не понимаю его принципиальную схему. Не встречал такой.
“А”: Тебя, очевидно, смущает наличие трансформатора Tpl? Действительно, трансформатором этот элемент можно назвать с большой долей условности. В современной схемотехнике он известен больше под названием ШПТЛ — широкополосная трансформаторная линия. Должен тебе заметить, что само построение каскада УВЧ, в коллекторную цепь которого включен этот ШПТЛ, обладает рядом замечательных свойств.
“Н”: Ну и что же это за свойства, которых, как я понял, нет у привычных взору радиолюбителей каскадов?
“А”: Прежде всего, УВЧ на основе ШПТЛ является высоко линейным. Ты еще оценишь, насколько это важно для построения высококачественного приемного устройства. И означает, что даже при достаточно большой амплитуде сигнала ВЧ на входе, выходной сигнал не содержит в себе гармоник. Иными словами, синусоидальный характер выходного сигнала гарантируется.
“Н”: И это все?
“А”: Вовсе нет! Высокая линейность сохраняется в широкой полосе частот. Ну вот, для примера, подобный усилитель может без всякого завала АЧХ работать с сигналами от сотен килогерц до многих десятков мегагерц!
“Н”: А что это за хитрая цепь, собранная, как я понимаю, Toke на ШПТЛ. А именно, Тр2 и ТрЗ? А также на странно включенных диодах VD5—VD8?
“А”: Вот именно так, дорогой Незнайкин, выглядит смеситель. Это, давай напомню, нелинейное устройство, преобразующее частоту входного сигнала в некоторую иную частоту. При этом “всадник”, то есть интересующий нас низкочастотный МОДУЛИРУЮЩИЙ сигнал, никаких искажений претерпевать не должен.
“Н”: Можно ли это уподобить тому, что “всадник” (он же низкочастотный сигнал) просто “меняет коня”?


“А”: Хорошая аналогия. Но присмотрись, на этот смеситель (преобразователь частоты), поступает также и сигнал ГПД — генератора плавного диапазона. В результате перемешивания сигналов, соответственно, имеющих значения входной и гетеродинной частот, получается их разностная частота. То есть первая промежуточная — ПЧ1. Со вторичной обмотки ШПТЛ Тр2 сигнал ПЧ1, равный 5,5 МГц, через конденсатор С6 подается на вход резонансного усилителя, собранного на транзисторе VT2 и включенного по схеме с общим затвором. С его выхода, через конденсатор С9 он подается на вход КАСКОДНОГО усилителя на транзисторах VT3 и VT4.
“Н”: А почему нельзя было обойтись каскадом попроще?
“А”: Потому что КАСКОДНЫЙ усилитель обладает очевидными преимуществами. Во-первых, его входной ИМПЕДАНС (т.е. комплексное высокочастотное сопротивление, учитывающее как активную, так и реактивную проводимости), достаточно велик.
“Н”: Достаточно для чего?..
“А”: Ну хотя бы для того, чтобы не шунтировать резонансный контур С7—L9, настроенный, как ты, безусловно, догадался, на ПЧ1, т.е. 5,5 МГц. Этот каскад хорош и тем, что не склонен к самовозбуждению. То есть от него можно добиться высокого коэффициента усиления по напряжению. Наконец, такой каскад отличается легкостью в настройке.
“Н”: Объясни пожалуйста, что ты имеешь в виду?
“А”: Охотно. Настраивая узел, содержащий в себе несколько резонансных контуров, обычно сталкиваются с явлением, когда “все зависит от всего”. Любой элемент, таким образом, влияет на формирование АЧХ. Причем на ВСЮ, хотя на различные ее участки в различной степени! Но в КАСКОДНОЙ схеме это влияние, практически, ликвидируется. Вот почему такие усилители являются наиболее предпочтительными для построения на их основе резонансных высокочастотных усилителей.
“Н”: Я так понимаю, что УПЧ смело можно зачислять по высокочастотному ведомству?
”А”: И без угрызений совести! Ну, а что касается величины сигнала, то на выходе УВЧ полагаем его амплитуду достигшей 1,2 милливольт. Первый смеситель, осуществив “пересадку” сигнала с высокой на первую ПЧ, понизил его уровень до 400 микровольт.


“Н”: Зачем?...
“А”: Ты хочешь знать, зачем? Да просто потому, что коэффициент передачи сигнала диодных смесителей меньше единицы. Но зато у них масса других, очень полезных свойств. Которые с лихвой компенсируют ослабление ими сигнала. Например, исключительно малый коэффициент искажений. Высокая устойчивость к мощным внеполосным помехам, большой динамический диапазон, малые шумы.
Так что ты можешь с легким сердцем остановиться именно на этом типе смесителей. Ну и ведь, недавно рассмотренный, КАСКОДНЫЙ усилитель первой ПЧ тоже свое дело делает. Так что можешь считать, что на вход ВТОРОГО смесителя, собранного на ШПТЛ Тр4 и Тр5, а также диодах VD9—VD12, поступает сигнал с амплитудой около 20 милливольт.
“Н”: Снова сделаем поправку на особенности кольцевых смесителей и найдем, что на исток транзистора VT5 через конденсатор С18 поступает сигнал второй ПЧ, имеющий амплитуду около 7 милливольт. А вот дальше я не могу понять. Что это за узел?
“А”: Ты имеешь в виду участок принципиальной электрической схемы приемника, выполненной на транзисторах Т6, Т7 и резисторах R20 и R22?
“Н”: Ну конечно! Но послушай, уважаемый Аматор! Не вы ли со Спецом так настойчиво утверждали, что любой усилительный прибор, неважно, электронная лампа или транзистор, для того, чтобы проявить свои замечательные свойства, давшие так много для прогресса человечества, нуждается (я имею здесь в виду, конечно же, прибор) в обязательной подаче на его электроды различных уровней ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ ?
“А”: Иными словами, что электроника немыслима без питающих напряжений? Расслабься, Незнайкин. И, поверь моему слову, не стоит бежать к окулисту по поводу того, что ты не видишь, как подается напряжение на транзисторы VT6 и VT7. Ты не видишь именно того, чего здесь и нет! Действительно, эти транзисторы НЕ ПОДКЛЮЧЕНЫ к источнику постоянного напряжения. А между тем, в отличие от электронных ламп и биполярных транзисторов, полевые транзисторы вполне допускают режим работы БЕЗ подачи на их электроды постоянного потенциала.


Вот как, например, в нашем случае.
“Н”: Но, судя по тому, что на затворы этих транзисторов подается сигнал АРУ, они еще и управляются?
“А”: Да, и это несмотря на отсутствие источника электропитания. Поскольку в этом режиме они являются не усилительными приборами, а неким подобием переменного резистора. Проводимость полевых транзисторов может в широких пределах регулироваться путем подачи различного потенциала постоянного напряжения за их затворы. Пределы регулировки очень широки, от десятков ом до сотен килоом! Кроме того, если амплитуда входного сигнала (вот как в . нашем случае) сравнительно невелика, то область исток—сток полевого транзистора обладает, при определенном потенциале на затворе, ОДИНАКОВОЙ величиной проводимости для разнополярных сигналов.
“Н”: Вот это да! Но тогда вся эта цепь представляет из себя...
“А”: ...Аттенюатор, дружище, причем двойной! Обладающий превосходной регулировочной характеристикой. В самом деле, представь себе, что в исходном состоянии на затворы подан ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЙ потенциал. В этом случае проводимость областей исток— сток полевых транзисторов VT6 и VT7 — минимальна. Иными словами, они находятся в режиме отсечки тока, т.е. ПОЛНОСТЬЮ заперты. Что это означает, как думаешь?
“Н”: Очевидно, то, что их сопротивление очень велико. Поэтому, так как последовательное сопротивление резисторов R20 и R22 меньше 5 килоом, а входное сопротивление VT8 измеряется в сотнях килоом, то ВСЯ (практически) амплитуда сигнала ПЧ2 подается на вход уже знакомой нам КАСКОДНОЙ схемы УПЧ2, собранной на VT8 и VT9. Но если положительный потенциал на затворах полевых транзисторов будет небольшим, то проводимости их каналов резко упадут. И их сопротивление может стать даже меньше, чем сопротивление соответствующих резисторов R20 и R22.
“А”: Отлично, Незнайкин! В этом случае образуется двойной Г-образный делитель напряжения. Поэтому, даже если на С20 будет присутствовать сигнал с амплитудой 100 милливольт, то на затвор VT8 поступит ну разве что сотая доля его амплитуды.


“Н”: Но кто же тот “неизвестный” кто управляет величиной постоянного напряжения на затворах VT6 и VT7?
“А”: Немного терпения. Итак, сигнал, имеющий амплитуду 7 милливольт, воздействовал на затвор полевого транзистора VT8. КАСКОДНЫ И усилитель повышает амплитуду этого сигнала на выходе до величины 350 милливольт. Каскад на транзисторе VT10 еще усилит амплитуду сигнала ПЧ2. И мы не слишком погрешим против истины, если примем амплитуду сигнала на входе АД (амплитудного детектора) равной 1,2 вольта.
“Н”: Это все при том условии, что на входе приемника амплитуда ВЧ-сигнала составляет не более 50 микровольт?
“А”: Верно излагаешь. Но, я надеюсь, ты обратил внимание на то обстоятельство, что на выходе детектора сигнал как бы разделился?
“Н”: А то!... И одна из дорог у меня не вызывает никаких сомнений. Это та, которая ведет на вход усилителя низкой частоты. А вот что касается цепи, которая начинается конденсатором С81...
“А”: Поверь, друг, что “эта дорога ведет к храму”! Вот смотри, модулированный сигнал ПЧ2 поступает на вход электронной цепи, обладающей целым набором нужных нам свойств. Реализуется эта цепь на диодах VD16— VD19, представляющих собой, балансируемую с помощью подстроенного резистора R66 схему “моста”. Выходы этой цепи подсоединены к микросхеме, представляющей собой ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ постоянного тока. Свойства этого усилителя очень интересны. Я вот тут обозначил постоянные напряжения, снимаемые с диагоналей моста, как UC1 и UC2 Так вот, дифференциальный усилитель (ДУ) воплощает в жизнь следующую формулу:
Uвых= К(UС2-UС1).
Здесь К — коэффициент усиления по постоянному току.
“Н”: Если я тебя верно понял, то при взаимном равенстве друг другу величин сигналов на входах, напряжения на выходе дифференциального усилителя не будет никакого? Но тогда зачем он нужен?..
“А”: А ты присмотрись повнимательней! Что происходит? Если оба входных напряжения равны между собой, его выходное напряжение, которое и вправду равно нулю, поступает на вход интересной цепи, которая называется ИТУН — источник тока, управляемый напряжением.


Поскольку в данном случае потенциал на входе ИТУН равен нулю, то в выходной его цепи, нагрузкой которой является резистор R72, ТОК равен нулю. Что при этом будет?
“Н”: При этом падения напряжения на R72 никакого нет. А значит, весь положительный потенциал, равный напряжению питания, приложен к затворам полевых транзисторов аттенюатора ПЧ2, принцип действия которого мы уже рассмотрели.
“А”: То есть при этом (повторение — мать учения) аттенюатор НИКАКОГО ослабляющего действия на уровень входного сигнала ПЧ2 не оказывает. А вот теперь предположи, что сигнал на входе приемника из-за всяких там атмосферных дел, будет возрастать.
“Н”: Тогда, соответственно, возрастут сигналы и на выходе УВЧ, и на выходе УПЧ 1 , и на выходе УПЧ2. А поскольку УПЧ2 обладает значительным усилением, то ему, очевидно, достанется больше всех!?..
“А”: А про наши бедные уши ты подумал? Ведь при росте амплитуды сигнала с антенного входа всего на один порядок, на входе детектора сигнал должен был бы достичь уровня 12 вольт, а то и больше! Вообрази на секунду, какие нелинейные искажения создаст подобный сигнал на выходе усилителя мощности звуковой частоты (УМЗЧ)! И каково придется слушателю?
“Н”: Но ведь у нас предусмотрен этот случай?
“А”: Ну, а как же? Ведь вся эта возня с АРУ затеяна именно для того, чтобы подобная ситуация оставалась только плодом нашего буйного воображения. В самом деле, возросший уровень сигнала промежуточной частоты немедленно нарушит баланс моста. При этом на выходе ДУ появится положительный потенциал, который приведет к генерации соответствующего тока в нагрузке ИТУН.
“Н”: А это будет причиной падения напряжения на резисторе R72...
“А”: ...И немедленного уменьшения, запирающего полевые транзисторы аттенюатора, потенциала на их затворах. Что приведет к уменьшению амплитуды сигнала непосредственно на входе УПЧ2. А это ЭКВИВАЛ ЕНТНО самому радикальному понижению коэффициента усиления (передачи) всего тракта ПЧ2.
“Н”: Вот и нет никакой перегрузки на выходе. И ничего не напрягает чрезмерно наши уши!


“А”: Ну разве что какая- либо нежелательная информация, которую ты “подцепил” на антенну своего учебно-экспериментального... Но даже она прозвучит, с точки зрения акустики, с минимальными нелинейными искажениями...
“Н”: Единственное утешение. Но мне кажется, что вся эта схема будет отрабатывать свой хлеб ПРИ ЛЮБОЙ, даже достаточно малой величине сигнала с выхода ПЧ2. Разве нет?
“А”: Все в наших руках, как сказал однажды какой-то пират, направляя свой бриг во время шторма прямо на скалы... Во-первых, мы вполне можем так отбалансировать диодный мост, что создадим некоторый запас запирающего напряжения. Тогда, для того, чтобы привести цепь ИТУН в действие, нужно, чтобы амплитуда несущей сигнала на выходе УПЧ2 в определенный момент стала выше порога. То есть мы можем реализовать ЗАДЕРЖАННУЮ АРУ. Во-вторых, потенциал, который приложен к затворам VT6 и VT7 — заведомо несколько превышает порог запирания. Тем самым и в этом случае у нас имеется определенный запас регулирования. Так что представленная схема1, будучи весьма эффективной, дает полную свободу для творческого выбора порога срабатывания системы АРУ.
“Н”: А вот такие УПЧ, охваченные АРУ, как-то количественно характеризуются?
“А”: Еще бы! Говорят о таком параметре, как ГЛУБИНА АРУ. Должен заметить, что рассмотренная нами схема, в этом отношении выглядит весьма достойным образом. Ее глубина АРУ, как утверждает Спец, достигает 66 дБ/6 дБ. И даже несколько выше.
“Н”: А что это означает, если от шибко технического термина ДЕЦИБЕЛ перейти к общедоступным “разам”?
“А”: Вообще недурственно тебе было бы приобщиться к пользующимся заслуженным почетом, уважением и международной популярностью, официальным техническим терминам. Но если уж ты так настаиваешь (только по старой дружбе), спешу сообщить, о чем сие соотношение говорит... Так вот, при изменении сигнала на входе второй ПЧ в 3000 раз (имеется в виду его возрастание от некоторой минимальной рабочей величины), сигнал на выходе УПЧ2, возрастет только в 3 раза! Но ведь ты понимаешь, что реально сигнал может возрасти не более, чем в 500 раз.


Поэтому выходной сигнал на выходе УПЧ, практически, не изменится!
“Н”: Вот это здорово! Но мы “оставили за бортом” еще несколько моментов “А”: Помню-помню. Как же, узел U3? Вот он, долгожданный, на рис. 15.3

Кстати, заметим, что, хотя мы решили ограничиться только двумя диапазонами, забывать об их коммутации все равно нельзя. А нам следует переключать не только герконовые реле, но о многооборотный резистор ППМЛ (R25). Так что я привожу полную схему коммутации для “учебно-тренировочного” (рис. 15.4). Теперь возвращаемся к узлу U3.

“Н”: Такой сложный?... Что же ты молчишь? И почему у тебя такой меланхолически-философский вид? Ты устал от разъяснений?
“А”: Я просто, как говорят, слегка “задумался о высоком”... И виной тому — твои навязчивые мысли о сложности! Якобы присутствующей на предложенной тебе схеме. Между тем, дорогой Незнайкин, можешь поверить моему скромному опыту. Тем более, что он опирается на значительно больший опыт Спеца. Так вот, этот опыт говорит — бояться следует не столько схем “средней” сложности, сколько схем “ПРОСТЫХ”! Порой именно “простые” схемы скрывают в себе настоящие сложности! Но об этом мы поговорим в следующий раз.
>

Прогулка по схеме “учебно-тренировочного”...

“Незнайкин”: Добрый день, дорогой Аматор. Мне не терпится продолжить нашу беседу-путешествие по схеме КВ-приемника, который мне уже просто не терпится построить. Я бодр, сосредоточен и готов к восприятию новой информации.

“Аматор”: Добавь — такой нужной и полезной. После этой твоей блестящей демонстрации самовнушения мне ничего не остается другого, кроме как приступить к обсуждению принципиальной электрической схемы узла U3. У тебя снова вопрос?

“Н”: Я просто подумал о том, что, может быть, вместо “электронного” решения, прибегнуть к более простому?

“А”: Ну ты меня просто заинтриговал! Но что ты имеешь в виду, говоря о “более простом решении”?

“Н”: Может быть просто набрать несколько маленьких батареек от часов, соединить их последовательно, да и получить эти самые (+ 30 вольт)? Ведь ВАР И КАПЫ, как я полагаю, тока почти не потребляют? Значит, батареек хватит надолго. Чему это ты так улыбаешься?

“А”: Знаешь, я как-то предложил то же самое Спецу. Представь себе, он тоже развеселился. И сказал, что если бы не пара моментов, то по этому пути, пожалуй, можно было бы пойти.

“Н”: Мне не терпится узнать, что это за “моменты”!

“А”: Первый из них заключается в том, что, хотя сами ВАРИКАПЫ, действительно, тока не потребляют (пара микроампер не в счет), но есть компонент и более прожорливый. Который, как раз, ток потребляет. Я имею в виду МНОГООБОРОТНЫЙ РЕЗИСТОР.

“Н”: Ну это уже совсем просто! Нужно взять резисторы, имеющие высокое сопротивление, вот и все! Скажем, один мегом!...

“А”: Да нет, не все. Ведь при этом резко возрастут шумы. Увеличатся механические требования к ползунку. Как следствие, возрастет уровень помех. Вот почему оптимальный номинал этого резистора — не свыше 47 килоом. А еще лучше — 22 килоома. При этом сквозной ток через многооборотный резистор возрастает. И в нашем случае будет равен, примерно, 1,5 миллиампер. А это для часовых батареек, согласись, многовато. Не надолго их хватит.

“Н”: Ну, а в чем заключается второй момент?

“А”: В том, что стабильность батареек недостаточна.

“Н”: А что, стабильность должна быть очень высокой?
“А”: Представь себе. Но к этому вопросу мы еще вернемся ниже, а пока давай приступать к анализу работы схемы преобразователя напряжения. Заметь, нам требуется достаточно специфическое напряжение, равное +30 вольт. А у нас имеется напряжение — (+9 вольт). Вот в таких случаях и используют одну из разновидностей схем электронного статического преобразователя напряжения. Как видишь, ЗАДАЮЩИЙ ГЕНЕРАТОР (ЗГ) низкой частоты реализован на транзисторе VT1.
“Н”: А зачем здесь лампочка накаливания Л1 ? Для индикации включения?
“А”: Не угадал! Эта лампочка, при работе преобразователя, всегда темная! Ее назначение — быть температурно — зависимым элементом обратной связи. При росте амплитуды сигнала ЗГ, эффективное значение переменного тока нагревает нить лампочки. Ее сопротивление при этом возрастает. Что ведет к уменьшению упомянутого тока. Лампочка слегка остывает, что...
“Н”: ... Ведет к новому возрастанию тока! Значит, поскольку этот процесс носит динамический характер, амплитуда колебаний стабилизируется!
“А”: Вот видишь, как хорошо! Далее с коллекторной нагрузки транзистора VT1, в качестве которой используется резистор R4, сигнал поступает на базу VT2. Этот транзистор предназначен для согласования уровней напряжения. И определяет рабочий режим по постоянному току выходного каскада генератора, выполненного на транзисторах VT3—VT6. Далее через переходной конденсатор, емкостью 0,22 микрофарады, сигнал подается на оконечный усилитель-преобразователь, реализованный на транзисторе VT7. Обрати внимание на существование еще одной обратной связи, осуществляемой через подстроечный резистор R5.
“Н”: Если я верно понял, эти самые обратные связи и позволяют достичь высокой стабильности амплитуды колебаний?
“А”: Совершенно верно! В качестве коллекторной нагрузки транзистора VT7 служит малогабаритный тороидальный трансформатор Tpl. На его вторичной обмотке развивается переменное напряжение равное, примерно, 35 вольт. Которое .выпрямляется диодным мостом (VD1—VD4).


А затем сглаживается электролитическим конденсатором. После чего подается на вход прецизионного линейного стабилизатора, реализованного на транзисторах VT8 и VT9, а также микросхеме. Предусмотрена также подстройка величины выходного напряжения с помощью резистора R19.
“Н”: Дальше все понятно. Остановка за малым — создать все это практически.
“А”: А почему ты ничего не спрашиваешь об УМЗЧ?
“Н”: Только потому, что, как мне кажется, к выходу нашего двух-диапазонного КВ-приемника можно подсоединить вход любого УМЗЧ.
“А”: Отчасти, это так. Но все же, чтобы создаваемое тобой “изделие” не являлось зависящим от какой-либо сторонней аппаратуры, хочу предложить тебе пару-тройку разновидностей УМЗЧ. И хочу заметить, что в настольной (или носимой) модели КВ-приемника особого смысла в сверхмощном УМЗЧ нет ровно никакого! Поэтому я предлагаю тебе для реализации вот такую схему УМЗЧ, где достаточно гармонично сочетаются простота, малые габариты, небольшая мощность и достаточно высокое качество (рис. 16.1).
“Н”: Это что, полная схема?
“А”: А что ты ожидал увидеть? Вавилонскую башню? Могу посоветовать на будущее — придерживайся изображенной на этой схеме конфигурации оконечной части УМЗЧ. Что же касается входного каскада, то здесь, как пишут в газетных объявлениях по квартирному обмену, возможны варианты. А вообще-то усилители мощности звуковой частоты (ранее'их именовали — усилители низкой частоты) — это обширнейшая область электроники и акустики!
“Н”: Но какие-то рекомендации для самостоятельной разработки “ходовых” УМЗЧ, вот как в данном случае, имеются?
“А”: Обязательно. Прежде всего, УМЗЧ должен быть двухтактным и не содержать на выходе трансформатора. Затем очень желательно, чтобы оконечный каскад был построен на комплементарных транзисторах. То есть одинаковых по своим частотным и мощностным параметрам, но имеющих различную проводимость. Проще говоря, один из них должен иметь структуру р—п—р, а другой — п—р—п. В этом случае нелинейные искажения будут минимальными.


“Н”: Но ты говорил о “паре-тройке” схем.
“А”: Я имел в виду построение, предварительных каскадов УМЗЧ. Вот они — выбирай (рис. 16.1, а, б).

“Н”: Без твоего краткого комментария?
“А”: Ну если ты настаиваешь... На рис. 16.1, а. показана схема предварительного усилителя для УМЗЧ на микросхеме К548УН1А. Параметры этого усилителя зависят от глубины отрицательной обратной связи (ООС), которая определяется соотношением номиналов резисторов R1 и R3. В данном случае, коэффициент передачи составляет около 25. Конденсатор коррекции (Скорр) нужен для того, чтобы ограничить диапазон рабочих частот. Ну, а на рис. 16.1, б приведена практическая схема двухкаскадного предварительного усилителя с, так называемой, непосредственной связью между каскадами. Между прочим, это достаточно высококачественный предварительный усилитель. Поскольку для снижения нелинейных искажений здесь использованы ДВЕ цепи ООС.
“Н”: Должен признаться тебе, дорогой Аматор, что все эти твои ООС напоминают мне лихо закрученный детектив, где все действующие лица немедленно попадают в разряд подозреваемых...
“А”: Мне вполне по вкусу твоя аналогия. Действительно, подобные схемы, где электрический р0жим по постоянному току сложным образом зависит от величины номинала каждого резистора схемы, способен привести к состоянию, так сказать, философической меланхолии. Но, уверяю тебя, творческий гений человечества, наряду и с другими проблемами, с такой задачей, как отладка усилителей с непосредственной связью, сумел справиться! И, между нами, это оказалось не так сложно, как кажется вначале. Ну-ка, Незнайкин, начинай анализ!
“Н”: Мне почему-то кажется, что ключевая точка схемы — это резистор R6.
“А”: Твоей интуиции можно только позавидовать...
“Н”: Будучи, буквально, окрылен твоими словами, я продолжаю. Итак, напряжение на резисторе R6, зависящее оттока эмиттера второго транзистора, подается в цепь базы первого транзистора.
“А”: Внимание, Незнайкин! Поскольку рекомендованные транзисторы КТ-342А (КТ-3102) имеют статический коэффициент усиления по постоянному току порядка 250—350, базовый ток VT1 не превышает 1 микроампера! Тем не менее, проходя по R1, этот ток способен создать падение напряжения, которое следует учитывать.


Кроме того, от величины коллекторного тока второго транзистора зависит значение падения напряжения на резисторе R5. А, значит, напряжение коллектора VT2. Ну и, соответственно, напряжение на эмиттере первого транзистора. Вот почему, регулируя величину резистора R6, мы определяем этим режим работы всего предварительного усилителя.
“Н”: Так какую же из двух схем (рис. 16.1, а или рис. 16.1, б) ты мне порекомендуешь для конкретного использования?
“А”: Именно схему двухкаскадного предварительного усилителя на транзисторах. Но не кажется ли тебе, что мы отвлеклись от нашего приемника, как такового?
“Н”: Разве? Ну тогда давай возвращаться к первоначальной теме Тем более, что в наших записях отсутствует, как я заметил, важнейший момент...
“А”: Уж не имеешь ли ты в виду конструкцию катушек индуктивности?
“Н”: Именно! А, кроме того, конструкцию трансформаторов, намотанных на кольцах, под гордым названием Ш ПТЛ. Ведь как я подозреваю, их намотка обладает особой спецификой?
Моточные данные катушек индуктивности полосовых фильтров
Таблица 16.1.

Катушка	Каркас	Провод	Количество витков
L3	ТИП|	ПЭВ 0,18x8 мм	45
L4	ТИП|	ПЭВ 0,15x7 мм	47
L5	ТИП|	ПЭВ 0,18x7 мм	39
L6	ТИП|	ПЭВ 0,18x9 мм	50
L7	тип!	ПЭВ 0,18x9 мм	50
L8	тип!	ПЭВ 0,18x7 мм	39

“А”: Безусловно. Итак, что касается полосовых диапазонных фильтров, то их данные приводятся в табл. 16.1.
Теперь тебе полезно учесть, что для обеспечения нормального приема g диапазоне частот 15,0—12,0 МГц, генератор плавного диапазона (ГПД) должен перестраиваться в пределах:
Минимальная рабочая частота ГПД — 17,465 МГц; Максимальная рабочая частота ГПД — 20,465 МГц; Соответственно, для диапазона частот 12,0 — 9,0 МГц; Минимальная рабочая частота ГПД — 14,465 МГц; Максимальная рабочая частота ГПД — 17,465 МГц.
Что касается конструкции контурной катушки ГПД, то здесь отступать от современного стандарта тоже не следует. Вот она, на рис. 16.2 (тип IV).



“Н”: Но я вижу, что каркас контурной катушки ГПД обеспечивает намотку не виток к витку, а с определенным промежутком?
“А”: Ты хочешь сказать - с ПРИНУДИТЕЛЬНЫМ ШАГОМ? Да, это так. Скажу больше — гетеродинную катушку вообще желательно намотать посеребренным проводом без какой-либо изоляции. Конструкция каркаса с принудительным шагом и позволяет легко это осуществить.
“Н”: Ну, а где я возьму такой провод?
“А”: Как ты еще не раз убедишься в своей практике, добывание комплектующих для своей очередной конструкции — это достаточно хлопотная задача. Но и достаточно азартная. Она чем-то сродни коллекционированию монет или значков. Но только не в данном случае. Потому что если тебе не удастся раздобыть специального серебреною провода, то можно тот же самый вопрос решить иначе. На любом радиотолчке ты приобретаешь кусок монтажного многожильного провода, но ОБЯЗАТЕЛЬНО типа МС. Длина куска — не более 50 сантиметров. Толщина — желательно побольше. Затем аккуратно снимаешь с него фторопластовую изоляцию. Осталось только расплести жилы, что не так уж и сложно. И у тебя в наличии окажется 5—7 профессионально и высококачественно посеребренных проводников. Этого хватит на добрый десяток катушек!
“Н”: А почему я не могу воспользоваться обыкновенным медным эмалевым проводом? Хотя бы той же марки ПЭВ-2?
“А”: Ты, дружище, себя просто недооцениваешь! Ну конечно-же, можешь! Ибо, как сказал японский камикадзе, направляя свой самолет на американский авианосец, “все в наших руках”. Кроме добротности гетеродинной катушки, если ее намотать медным проводом!
“Н”: Это тоже тебе поведал японский камикадзе?..
“А”: Вот как раз на этот счет он ничего не успел сказать! Так что мне об этом в свое время поведал Спец, а я — тебе. И уверяю тебя, гетеродинная катушка стоит того, чтобы ради нее затеять эту возню с серебряным проводом!
“Н”: А ... понял, понял, понял, как сказал однажды поручик Ржевский. СКИН-ЭФФЕКТ или, иначе говоря, эффект поверхностной высокочастотной проводимости. Но не распространяется ли это требование на катушки индуктивности для резонансных контуров первой ПЧ, которая, как я помню, равна 5,465 МГц?


“А”: Можешь считать, что нет. Эти индуктивности выполнены на том же типе каркаса, что и индуктивности полосовых диапазонных фильтров. Намотка катушек ПЧ1 осуществляется проводом, типа ПЭВ-2-0,1 и содержит 80 витков. Емкость конденсатора составляет 12 пикофарад. Кстати, как ты, наверное, заметил, конструкция каркасов содержит в себе сердечник, снабженный резьбой М4. Обычно его изготовляют из карбонильного железа (для высоких частот). Или феррита, когда используется стандартное значение ПЧ, равное 465 кГц. С помощью подобного сердечника можно без какой-либо перемотки обеспечить плавную регулировку значения индуктивности. В сторону ее увеличения. До 30 % и более.
“Н”: А как уменьшить индуктивность, не трогая обмотку?
“А”: Представь себе, и эта проблема решена. Для подобного свершения, как оказалось, вполне достаточно применить резьбовой сердечник, изготовленный из ЛАТУНИ.
“Н”: Ну а что ты можешь сообщить о конструктивных особенностях катушек для ПЧ2?
“А”: Поскольку ПЧ2 равна 465 кГц, то здесь следует применить секционированные катушки, которые в дальнейшем будем именовать — Тип III. Их внешний вид приведен на рис. 16.2. Что же касается моточных данных, то они таковы. Одиночная контурная катушка на 465 кГц содержит 80 витков ПЭВ-2-0,1, намотанных на каркасе Тип III. В каждой из его четырех секций размещено по 20 витков.
“Н”: Но в схеме приемника имеется катушка, содержащая ДВЕ обмотки на одном каркасе. Как поступим в этом случае?
“А”: Тогда в верхних двух секциях размещаем первичную обмотку, а в двух нижних — вторичную. Каждая из секций содержит по 40 витков провода ПЭВ-2-0,08 или ПЭВ-2-0,063. Таким образом, каждая из катушек содержит по-прежнему по 80 витков. Емкость контурного конденсатора составляет 91 пФ.
“Н”: Однако, ты собирался рассказать о ШПТЛ?
“А”: Собирался, однако. ШПТЛ — широкополосные трансформаторные линии — вещь прелюбопытная. Спец рассказывал, ^что их теоретическое описание очень громоздкое и сложное. А вот практическая реализация — одно удовольствие.


Я, конечно, имею в виду простейшие случаи. Поскольку Спец показывал мне такие хитрые ШПТЛ, что я до сих пор не знаю, как они наматываются. Но спешу тебя уверить, что мы вполне можем обойтись в данном приемнике достаточно простыми ШПТЛ.
“Н”: Ты вселил в меня бодрость и оптимизм. Но не лучше ли будет от слов перейти к изображению?
“А”: Посмотри внимательно на этот рис. 16.3. Я все изобразил на нем. Прежде всего, чтобы приступить к намотке ШПТЛ, необходимо подготовить СДВОЕННУЮ И СКРУЧЕННУЮ ПАРУ проводов. Мой совет - в данной конструкции применяем ПЭВ-2-0,22. Отрезав от катушки с проводом кусок длиной 1 метр, далее поступают так, как указано на рис. 16.3.
“Н”: А если точно такого кольца добыть не удастся?
“А”: Тогда могу посоветовать применить кольца из высокочастотного феррита марки 50ВЧ2. Количество витков то же самое. Если размеры кольца соответствуют приведенным на рис. 16.3, разумеется.

“Н”: У нас остался невыясненным еще один компонент.
“А”: Ты имеешь в виду трансформатор преобразователя напряжения? Он, должен заметить, может быть реализован по-разному. Однако наиболее предпочтительным является его намотка на кольце из никель-цинкового феррита марки 600НН или 1000НН типоразмера К16,0x8,0x6,0. Первичная обмотка содержит в себе 80 витков ПЭВ-2-0,18. Вторичная — 300 витков ПЭВ-2-0,1.
“Н”: Какие-нибудь дополнительные рекомендации по этому трансформатору имеются?
“А”: Ну конечно! Прежде всего рекомендую превратить, с помощью надфиля с алмазным покрытием, прямоугольное сечение кольцевого сердечника в некое подобие овала. В противном случае, при намотке, возможно повреждение острой ферритовой гранью изоляции эмалевого провода. А это приведет к неработоспособности трансформатора. Поэтому здесь стоит проявить терпение и аккуратность.
“Н”: Я забыл спросить тебя о частоте преобразования узла (рис 16.4).

“А”: Она невелика — около 10 кГц. Так что при работе преобразователя, ты, приблизив ухо к узлу U3, сможешь убедиться в его работоспособности, услышав тончайший писк, подобный комариному.


Более того, если в этом писке будет прослушиваться некая хрипотца, можно заранее сказать (еще до контроля формы сигналов на осциллографе), что режим работы преобразователя не оптимальный. Да и недостаточно высокое выходное напряжение подтвердит правильность этого вывода.
“Н”: А что можно сказать по вопросу настройки приемника?
“А”: ГПД можно отладить отдельно. С помощью обычного цифрового частотомера и осциллографа. Правильно собранный ГПД начинает работать сразу. И тогда вся настройка сводится к следующему. Оптимальный режим задающего генератора ГПД подбирают путем регулирования потенциометра R42 (см. рис. 15.2). При этом следует отпаять вторичную обмотку ШПТЛ ТрЗ и проконтролировать выходной сигнал ГПД путем подачи его на вход осциллографа и цифрового частотомера.
“Н”: Ну, а кварцованный генератор?
“А”: Ты имеешь в виду гетеродин D2? Здесь дело обстоит еще проще. Этот гетеродин, опять-таки при правильной сборке, начинает работать сразу. При этом в его конструкции применены две катушки индуктивности, намотанные на каркасах Тип 2. До заполнения.
“Н”: Но катушка ЗГ гетеродина D2 имеет отвод. Где он расположен?
“А”: Ровно посередине катушки. В таком случае говорят, что коэффициент ее включения равен 0,5.
“Н”: Я вижу, что можно, наконец, приступать к постройке приемника. Постой-постой, а что ты имел в виду, когда еще в самом начале нашей беседы, когда мы еще только приступили к рассмотрению схемы этого “учебно-тренировочного” КВ-приемника, говорил о НЕОЧЕВИДНЫХ преимуществах его принципиальной схемы?
“А”: Ну у тебя и память... Но вопрос задан вполне своевременно. Так вот, самое главное неочевидное преимущество данной схемы заключается в том, что схемотехнические особенности ее узлов приведены в максимальное соответствие с особенностями схемотехники БОЛЬШОГО ПРИЕМНИКА с преобразованием “вверх”! Поэтому, занимаясь отладкой данного приемника, ты осваиваешь определенный уровень электроники, так необходимый в дальнейшем.
“Н”: Дорогой Аматор, в таком случае, я говорю тебе — до свидания и, одновременно, большое спасибо за помощь и разъяснительную работу, которую ты провел с немалым успехом.


А сейчас я спешу приступить к монтажу и пайке!
“А”: Не считаю себя вправе сдерживать твой творческий порыв! У тебя до возвращения Спеца, на все про все осталась неделя. В добрый час, дружище!
>

Поговорим о микросхемах...

“Спец”: Итак, дорогие друзья, я в большом затруднении... “Аматор”: Слишком о многих типах микросхем нужно говорить?

“С”: Это тоже...Но, как это ни странно, из большого количества специализированных, предназначенных именно для применения в радиоприемниках, серий микросхем, выпускаемых промышленностью еще со времен СССР, использовать ПРАКТИЧЕСКИ НЕЧЕГО!...

“А”: Ничего себе дела... Объяснитесь, Спец, как это возможно?

“С”: Вот смотри... Основные имеющиеся серии — это: 237; 224; 174; 175. Каждая из них насчитывает не менее десятка различных типов микросхем. Но серии 224 и 237 — устарели безнадежно! 174 и 175 — хороши для телевизионных приемников и аудиомагнитофонов! Но для построения высокочувствительного достаточно современного радиоприемника с преобразованием “вверх” — они не являются оптимальными!

“Незнайкин”: То есть в нашем радиоприемнике не будет микросхем?

“С”: Напротив, будут! И в немалом количестве. Но в соответствующих узлах и в соответствующих режимах! А потому начнем наше повествование о микросхемах с ... ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ.

“Н”: Я слышал о них много интересного. Но вплотную с ними дела пока что не имел. Хотя в “учебно-тренировочном” они и применены, но узлы с ОУ все равно отлаживал Аматор...

“С”: Можешь считать, что это славное время наступило! Немного истории...

Собственно операционный усилитель был изобретен Филбриком в 1938 году. Но этот ламповый, громоздкий прибор был не столько изобретением схемы, сколько разработкой принципа. Филбрик, а позднее Ловелл, показал, что при нечетном числе ламповых каскадов высокого усиления, создающих требуемый фазовый сдвиг между входом и выходом, передаточную функцию схемы можно задать ВСЕГО ДВУМЯ внешними компонентами!

“А”: Говорят, что операционные усилители (или ОУ) — самые распространенные микросхемы аналоговой техники.

“С”: Эти слухи документально правдивы! В 1965 году Видлар разработал первый, пригодный для практического использования ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ОУ типа UA709 фирмы FAIRCHILD. Ему были присущи некоторые недостатки, что сдерживало его широкое применение.
Перейдя в фирму National, Видлар разработал более совершенный ОУ типа LM301. Но инженеры фирмы FAIRCHILD разработали новый ОУ, обладающий внутренней частотной коррекцией, в результате чего упростился процесс регулировки сдвига. Поскольку новый ОУ типа m A 741 действительно не требовал в большинстве случаев иных компонентов, кроме тех, которые формируют цепь обратной связи, то ОУ именно этого типа почти мгновенно распространился по всему миру! Их производят сотни полупроводниковых фирм СОТНЯМИ МИЛЛИОНОВ штук!
“Н”: Мне не терпится скорее узнать, что же представляет из себя этот самый ОУ, а главное — чем он может быть нам полезен?
“А”: Может он очень многое...
“С”: Уважаемый Аматор! Я попросил бы тебя начать рассказ.
“А”: Благодарю за доверие!.. Операционный усилитель (ОУ) предназначен для усиления напряжения или мощности входного сигнала. Причем свойства и параметры схем на ОУ определяются элементами цепи обратной связи. ОУ представляют из себя УСИЛИТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА (или УПТ), имеющие нулевое значение выходного напряжения, если входные напряжения равны нулю.
“Н”: Что значит “входные напряжения”? Разве у ОУ не один вход?
“А”: Да, представь себе, ОУ имеют ДВА ВХОДА! Я сейчас изображу это на рис. 17.1.

Вход, обозначенный как (+) называется НЕИНВЕРТИРУЮЩИМ, а вход обозначенный символом (-) — ИНВЕРТИРУЮЩИМ. Для обеспечения возможности работы ОУ как с положительными, так и с отрицательными входными сигналами, используется двуполярное питающее напряжение. ОУ характеризуются очень большим (десятки—сотни тысяч) коэффициентом усиления, а также высоким входным и низким выходным сопротивлениями. Поскольку ОУ ранее широко использовались в аналоговых вычислительных и моделирующих устройствах, выполняя операции суммирования, вычитания, интегрирования и дифференцирования, то оттуда и произошло их название.
“С”: Верно! Хотя будем помнить, что ОУ — прибор реальный. Собственный (иначе дифференциальный) коэффициент усиления ОУ действительно имеет величину в пределах от десяти тысяч до миллиона! Но это есть УСИЛЕНИЕ БЕЗ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ! Затем, чтобы сделать выходное напряжение реального ОУ равным нулю, следует скорректировать напряжение смещения нуля, которое для разных типов ОУ лежит в пределах от десятков микровольт до пяти милливольт.


“А”: Известны две основные схемы усилителей, построенных на основе ОУ. Это ИНВЕРТИРУЮЩИЙ усилитель и НЕИНВЕРТИРУЮЩИЙ усилитель.
“Н”: А что означают эти названия?
“А”: Для начала рассмотрим схему НЕИНВЕРТИРУЮЩЕГО усилителя, то есть такого, который НЕ МЕНЯЕТ ФАЗУ входного сигнала! Вот он представлен на рис. 17.1, б. Коэффициент усиления К = UBЫХ/UBx в данном случае запишется так:
К = 1 + RN / R1
Кстати, если RN = 0, a R1 — стремится к бесконечности, то К = 1.
“Н”: То есть в этом случае получается ПОВТОРИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ? И потом, если я правильно понял, для того, чтобы получить коэффициент усиленияК = 100, то мне достаточно всего л ишь взять отношение RN/R1 = 99?
“А”: Это так!
“Н”: Но, в таком случае, почему бы не получить от этой же схемы значительно больший коэффициент усиления? Например 10000? Или 20000? Или даже все 50000!? К этому есть какие-то ограничения?
“А”: В идеальных ОУ — никаких. В реальных — безусловно!
“Н”: И в чем они заключаются?
“С”: Среди параметров ОУ имеется и такой, как ПОЛОСА ЧАСТОТ. Так вот имеется некоторая частота f1 при которой реальный коэффициент усиления ОУ падает до ЕДИНИЦЫ, независимо оттого каким он был ранее! Например, для упоминаемого ранее ОУ типа m А741 (его отечественный аналог К140УД7) частота f1 равна 0,8 МГц. Это означает, что для К = 100 частотная полоса равна всего 8 кГц! Поэтому для расширения частотной полосы следует снижать К!
“А”: А каков выход из этой ситуации?
“С”' Только один — использовать ОУ, у которых f1 составляет десятки мегагерц! Это, скажем, такие ОУ как К544УД2 (f1 = 15 МГц); К154УД4 (f1 = 30 МГц) и т.д. В настоящее время в США, Японии и Европе имеются ОУ у которых f1 достигает сотен МГц — единиц ГГц Полезно знать и о таком параметре ОУ, как СКОРОСТЬ ОТКЛИКА. При подаче на вход ОУ скачка большого сигнала, усилитель по выходу откликается на это с некоторой конечной скоростью, определяемой внутренними токами и емкостями схемы. Скорость отклика для К140УД7 равна 0,67 вольт/микросекунду. В нашем справочнике мы приведем и этот, и иные параметры для тех ОУ, которые найдут применение в нашей разработке.


“А”. Теперь я хочу представить вниманию собравшихся схему ИНВЕРТИРУЮЩЕГО усилителя, то есть такого, который на своем выходе МЕНЯЕТ ФАЗУ входного сигнала. Для этой схемы справедливо соотношение
К = - (RN / R1)
“С” А что можно сказать, сравнивая между собой входные сопротивления этих двух разновидностей усилителей?
“А”- У инвертирующего усилителя rbx чуть меньше, чем R1. А вот у неинвертирующего — rbx в сотни раз выше!
“С”: Ну что же .. Для первого знакомства этого вполне достаточно. Тем более, что существуют многие десятки типов ОУ, входные каскады которых реализованы на согласованных биполярных транзисторах. Применяются также ОУ, входные каскады которых построены на СУПЕР-БЕТА транзисторах. Вот, например, К140УД14. Есть высокопрецизионные ОУ, которые реализованы целиком на супербетах! Например, К140УД17. Имеется большая номенклатура ОУ, во входных каскадах которых применены согласованные полевые транзисторы. Это: К140УД22; К140УД23; К544УД1; К574УД 1/2/3; К1407УДЗ и т. д.
“Н”: А вот специальные малошумящие ОУ имеются?
“С”: Не без этого. ..Но мы еще вернемся к рассмотрению конкретных ОУ, когда будем рассматривать конкретные же узлы. А сейчас считаю необходимым упомянуть и о других аналоговых микросхемах. Вот, например, об аналоговых перемножителях. В аналоговом ПЕРЕМНОЖИТЕЛЕ НАПРЯЖЕНИЯ выходное напряжение пропорционально произведению входных. Эти микросхемы имеют еще и второе название — БАЛАНСНЫЙ МОДУЛЯТОР. Во всех перемножителях UBЫХ = k ХУ, где, k — масштабный коэффициент; X и У — напряжения, подаваемые на входы.
“Н”: А какую функцию аналоговые перемножители могут выполнять в радиоприемнике?
“С”: На них хорошо, например, строить смесители частот или, скажем, синхронные детекторы. На всякий случай, запомним наименования таких АП, как К525ПС1; К525ПС2; К140МА1; К526ПС1.
“А” А вот по какому ведомству зачислять транзисторные сборки?
“С”: Да, вопрос интересный! Тем более, что транзисторные сборки достаточно широко применяются в специальной радиоприемной технике.


В свое время немало радости разработчикам принесла микросборка “Рондо”, в дальнейшем получившая стандартное наименование K l59HT1. Она содержала пару п.—р—n-транзисторов, эмиттеры которых были соединены.
“Н”: Не могу понять смысла производства подобной сборки! Ведь два обыкновенных транзистора с одинаковым В будут работать не хуже?
“С”: А вот здесь ты сильно ошибаешься, Незнайкин! Подбор двух экземпляров транзисторов, пусть даже с одинаковой В — проблемы не решает! Дело в том, что, в отличие от дискретных транзисторов, ИМЕННО В МИКРОСБОРКАХ транзисторные пары имеют не только одинаковые В, но и еще одно серьезное преимущество. Оно заключается в том, что при равных коллекторных токах, разница в напряжениях база — эмиттер составляет величину не более 1 — 3 милливольт! Это значит, что включенные по схеме дифференциального усилителя, при изменении температуры окружающей среды в достаточно широких пределах, подобные сборки обладают исключительно малым дрейфом параметров! Что делает их незаменимыми, например, в точных стабилизаторах напряжения.
“А”: То есть в нашем случае они найдут практическое применение?
“С”: Мы еще не добрались до принципиальных схем, но в этом случае могу заранее однозначно ответить — ДА!
“А”: А какие типы микросборок найдут у нас применение?
“С”; Вот, например, К198НТ1; К198НТ5; К198НТ7; К504НТ1/2/3 и т.п.
“А”: Ну, а что, в таком случае, можно сказать по поводу применения в приемнике цифровых микросхем?
“С”: Пока только то, что их количество будет исчисляться десятками!
“Н”: Почему бы раньше не рассмотреть вопрос, что вообще представляют из себя эти самые цифровые схемы?
“С”: Да, час настал!...Вы уже знаете, что в нашем приемнике частота принимаемого сигнала должна индицироваться пятиразрядным ЦОУ. Это значит, что несущая частота сигнала должна быть преобразована в соответствующую последовательность прямоугольных импульсов, количество которых затем подсчитывается в десятеричной системе счисления и индицируется. Но ... так никто не поступает! Поскольку ...


сигнал данной частоты на входе приемника может присутствовать, а может и не присутствовать! Согласны?
“А”: Ну конечно, потому что при перестройке частоты приема мы можем “пробегать” участки, соответствующие зонам молчания!
“С”: Только вообразите, что будет твориться при этом на цифровой шкале1 Кроме чувства некомфортности и раздражения, я полагаю, иных чувств у пользователя это не вызовет!
“Н”: Но ведь есть же какой-то выход из всего этого?
“С”: Есть! Поступают следующим образом. ЦОУ измеряет не частоту входного сигнала, который, как говорилось, может присутствовать на антенном входе, а может и не присутствовать. Поэтому измеряют частоту плавного гетеродина (ГПД). Естественно допустить, что в исправном приемнике гетеродин должен работать всегда!
“Н”: Если приемник включен!?
“А”: Ну безусловно! Но тогда ЦОУ показывает не частоту приема, а частоту гетеродина? Следовательно, оператор приемника должен быстренько в уме вычесть из текущей частоты гетеродина значение промежуточной частоты своего приемника и, таким образом, определиться, какую частоту он принимает?
“С”: Вы, друзья мои, слишком плохого мнения о современной цифровой технике! В действительности, всё обстоит вовсе не так мрачно! ЦОУ само, в течение каждого цикла подсчета частоты приема, вносит соответствующую поправку и выдаёт на цифройндикатор ИСТИННУЮ ЧАСТОТУ приема! Ну вот, а теперь давайте разберемся, как и с помощью какой элементной базы реализируются эти прогрессивные идеи.
“А”: Я полагаю с помощью цифровых микросхем. Но ведь их такое множество! Причем самых разнообразных типов! К примеру — транзисторно-утранзисторная логика (ТТЛ); эмиттерно-связанная логика (ЭСЛ); диодно-транзисторная логика (ДТЛ); транзисторно-транзисторная логика с переходом Шоттки (ТТЛШ); комплементарная металл—окисел-полупроводниковая логика (КМОП) и так далее.
“С”: Верно, но список этот можно весьма расширить. Например, ТТЛШ по международной терминологии имеет также различные технологии, как AS — сверхскоростные перспективные с переходом Шоттки; ALS — перспективные экономичные с переходом Шоттки; FAST — компромиссные между AS и ALS.


О КМОП — логике и говорить нечего. Она развивается потрясающими темпами!
“А”: А ЭСЛ — постепенно отмирает?
“С”: Дорогой Аматор, прошу, больше никогда не говори подобного! Как говорил (по другому правда поводу) один гуцульский вуйко — вот уж чего нет, того нет!
“А”: Но не будем же мы применять ВСЕ разновидности цифровых микросхем?
“С”: Все, конечно же, не будем! А вот пару-тройку разновидностей видов цифровых микросхем — обязательно!
“А”: Но не ТТЛ ведь?
“С”: Ты прав, дорогой друг! Для применения в радиоприемной технике, выбирать базовую технологию микросхем нужно с особой тщательностью. Поскольку ... при этом легко свести на нет все достигнутые ранее высокие параметры.
“Н”: Не понимаю, почему? Какое отношение имеют друг к другу радиоприемный тракт и цифровая шкала?
“С”: Самое непосредственное! Есть такое понятие — электромагнитная совместимость ЦОУ с радиоприемным трактом. В ЦОУ имеет место наличие иррегулярных прямоугольных импульсов, в частности, опорного кварцевого генератора, частоты которых подвергаются многократному делению, что создает широкий спектр помех в радиочастотном диапазоне. Взаимодействуя с приемным трактом, эти помехи порождают дополнительные каналы и интерференционные свисты. Поэтому, прежде чем браться за ЦОУ, следует продумать такие нюансы как: тщательная экранировка блока ЦОУ, а также применение минимального количества интегральных схем (ИС), особенно в предварительном делителе частоты, являющимся наиболее мощным источником радиопомех.
“А”: Тогда упор придется сделать на КМОП-логику?
“С”: Безусловно, там где это только возможно, будем применять именно КМОП структуры, поскольку они отличаются особо малым потреблением тока. Но, учитывая специфику приемников с преобразованием “вверх”, легко представить, что эти структуры мы не сможем применять везде!
“А”: Дело в их недостаточном быстродействии?
“С”: Да! Представим себе, что мы принимаем, например, станцию, сигнал которой расположен в 10-метровом диапазоне. Наша первая промежуточная частота — 55,5 МГц.


Это означает, что с гетеродина на вход ЦОУ поступает... 85,5 МГц! Этот сигнал следует сперва превратить в последовательность прямоугольных импульсов, а затем разделить на 1000.
“Н”: А почему именно на 1000?
“С”: Да хотя бы потому, что частоту принимаемого сигнала мёьдолжны индицировать с точностью не 1 Гц, а 1 кГц! Следовательно, на вход ЦОУ должна поступать частота 85,5 кГц! С такой частотой КМОП-логика справится шутя!
“Н”: А на что вообще способна КМОП в смысле частоты?
“А”: Прекрасные, проверенные временем, серии К176 и К561 отлично справляются с частотами до 2 МГц. Сохраняя при этом хорошую крутизну фронтов и малый ток потребления.
“Н”: А разве ток потребления зависит от частоты?
“А”: Обязательно... Но я еще не пришел к окончательному выводу относительно того, на основе каких микросхем будет построен предварительный делитель частоты. Ведь обычные ТТЛ здесь не помогут. Не так ли, Спец?
“С”: Безусловно так! Не помогут нам и экономичные ТТЛШ серии 555. Ничего хорошего не принесет и применение ТТЛШ серии 531. Она “недотягивает” по частоте, помимо всего прочего.
“А”: Ну, а как насчет ЭСЛ? Например, серии 500?
“С”: Они потребляют ток около 150—200 мА на корпус! Например, К500ИЕ137 (делитель на 10), имея максимальную частоту счета 125 МГц, потребляет ток равный 1б5мА! И при этом полярность напряжения питания — отрицательная! В то время, как у КМОП — положительная! Следовательно, применение серии 500 нежелательно крайне!
“А”: Имеются новые ТТЛШ серии КР1531, которые вполне способны работать на частотах до 100 МГц. При этом их ток потребления не превышает 45 мА на счетчик!
“С”: Да, именно на этой серии мы и остановились бы ... если бы не существовало ЗНАЧИТЕЛЬНО лучшего решения!
“А”: Но я не знаю более подходящей серии!...
“С”: Это серия 193, сравнтельно недавно рассекреченная. И в ней имеется микросхема, которая проходит в нашем случае “по всем статьям”! Можно сказать, оптимальная микросхема!
“А”: Как она называется?
“С”: Это К193ИЕЗ. Представляет из себя счетчик, коэффициент деления частоты которого (в зависимости от коммутации управляющих входов) может быть выбран равным 10 или 11.


Потребление тока не более 20 мА! Частота входных сигналов от 30 до 200 МГц! И при этом на ее счетный вход можно подавать синусоидальный сигнал!
“А”: Потрясающе!...
“С”: Особенно то, что эта схема начинает работать не с нулевой частоты, а с 30 МГц. Тем самым отсекается низкочастотная помеха. Кстати, можем сразу же занести параметры и цоколевку микросхемы К193ИЕЗ в наш справочник.
“Н”: Значит, вопрос с первым делением входной частоты на 10 считаем решенным?
“А”: Ну конечно! Теперь наш сигнал (переведенный в форму прямоугольных импульсов) имеет частоту уже не 85 МГц, а “всего” 8,5 МГц! С такой частотой справятся и ТТЛ, и ТТЛШ — спокойно!
“С”: В качестве второго делителя, действительно можно применить многие типы микросхем. Лично я предпочел бы для этого старую “дубовую” (это на сленге электронщиков — синоним надежности) серию ТТЛ. А именно — К133ИЕ2.
“Н”: Но поскольку, как я понял, подавляющее число микросхем в нашем ЦОУ будет именно КМОП, то почему бы не побеседовать об этом более обстоятельно?
“С”: Предложение принято!.. Итак, прежде всего, запомним, что аббревиатура КМОП расшифровывается как: комплементарная металл—окисел-полупроводниковая логика. Слово “комплементарный” переводится как “взаимно дополняющий”. Так именуют пару транзисторов, сходных по абсолютным значениям параметров, но имеющих различные типы прово-димостей. В биполярной технике — это транзисторы р—п—р и п—р—п. А в полевой — транзисторы с р- и п-каналом.
“А”: Следует ли из этого тот вывод, что в последнем случае речь идет об ИНДУЦИРОВАННЫХ каналах?
“С”: Безусловно да! И мы ранее неплохо коснулись этого вопроса. Но теперь я предлагаю рассмотреть работу комплементарного инвертора.
“А”: Я понял в чем дело! На рис. 17.2, а переключатель S1 подает весь “+” источника напряжения на затворы комплементарной пары. Это напряжение превышает пороговое для n-канального MOS. И он, что совершенно естественно, переходит в состояние насыщения. В то же самое время, этот самый “+” на такую же величину напряжения как бы “отдаляет” пороговое напряжение для р-канального прибора.


Поэтому р-канальный MOS — надежно заперт. И его сопротивление сток-исток чрезвычайно велико. А n-канальный полностью открыт. В результате на выходе потенциал равен НУЛЮ!
“Н”: А если на рис 17.2, б S2 перевести в противоположное положение, то р-канальный и n-канальный ранзисторы, я полагаю, просто поменяются ролями!

“С”: Совершенно верно! А теперь обратим внимание на тот факт, что ситуация на выходе рассмотренного инвертора всегда повторяет ситуацию на его же входе с “точностью до наоборот”!
“Н”: Поэтому инвертор и называется инвертором?
“С”: Ну конечно! Итак, запомним, что в основе ВСЕХ цифровых микросхем КМОП находятся три “логических кирпичика”: И, ИЛИ и коммутационный ключ КК. Ну, а если совсем строго, то И—НЕ; ИЛ И—НЕ и КК!
“Н”: Ну что такое НЕ — я понял. Это ведь ничто иное, как инвертирование сигнала! Так?..
“А”: Точно так! Во всех схемах логики (или цифровых схемах малого уровня интеграции) приняты следующие обозначения. Прямоугольник с выводами, изображенный на рис. 17.3, а, читается как 2И —НЕ, а изображенный на рис. 17.3, б, как 2ИЛИ— Н Е. Означает это тот факт, что уровень логического “О” на выходе (рис. 17.3, я) будет в том случае, если на ОБОИХ входах будет присутствовать уровень логической “1”. Что касается элемента, изображенного на рис. 17.3, б то уровень логической “1” будет присутствовать на его выходе в случае, если ИЛИ на первом, ИЛИ на втором входах будет иметь место уровень логического “0. Понятно?

“Н”: Почти... Я не совсем взял в толк, что означает уровень логической “1” и уровень логического “0?
“С”: Вообще принято, что уровень логической “1” соответствует “высокому” потенциалу, а уровень логического “О”, соответственно, “низкому”.
“Н”: А какие реально величины уровней характерны для КМОП?
“С”: В отличие от ТТЛ и ЭСЛ, где напряжение питания строго фиксировано (допускается разброс не более 5 процентов), напряжение питания для КМОП-логики варьируется в широких пределах. Так, КМОП серия К176 работоспособна при питающих напряжениях от +5 вольт до +10 вольт.


А серия К561 — от +3 до + 15 вольт. Это очень удобно, хотя следует учитывать, что при нижних значениях величины напряжения питания, процессы в МОП элементах затягиваются и максимальная рабочая частота падает.
“А”: Я читал, что многомиллиардная программа по созданию СВЕРХСКОРОСТНЫХ интегральных схем — ССИС, проводимая в США в конце 80-х — начале 90-х годов базировалась и на КМОП-технологии?
“С”: Да, это так! В результате Америка, Япония и Европа располагают поистине великолепными высокочастотными микросхемами, базирующимися на использовании КМОП! Их рабочие частоты — сотни мегагерц!
“Н”: А вы можете подробно рассказать о работе триггера или счетчика?
“С”: Дорогой Незнайкин! Чтобы сегодня стало возможным ставить вопрос о создании в домашних условиях задуманного нами высококачественного приемника — потребовались десятки лет труда и поисков лучших ученых и инженеров всего человечества! Хотя цели при этом преследовались, естественно, несколько иные! Сотни миллиардов долларов вложены в развитие электроники!.. Написаны сотни замечательных книг, посвященных, скажем, только применению и особенностям той же КМОП технологии...
Помнишь, как сказал один персонах “Кавказской пленницы”? “Я имею возможность купить козу, но не имею желания...”. И далее: “я желаю купить дом, но не имею возможности...”.
Так вот, было бы очень интересно провести цикл бесед посвященный принципам работы Д-триггеров; JK-триггеров; Т-триггеров. Счетчикам синхронным и ассинхронным, с предустановкой и без таковой, двоичным и десятичным и т.д. Регистрам, сумматорам, мультиплексорам и т.п. Но у нас просто НЕТ такой возможности!
“А”: В общем, как сказал один персонаж из романа Уэллса “Первые люди на Луне”:
“Мы не открыли Луны, Кейвор, мы только добрались до нее...”.
“С”: Лучше не скажешь...
>

Что нужно знать о резисторах и конденсаторах?

“Аматор”: А может имеет смысл коснуться, хотя бы вкратце, особенностей работы и включения только тех цифровых схем, которые будут применяться в нашей разработке?

“Спец”: Разумно! И сделаем мы это тогда, когда дойдем до схемотехники ЦОУ. А пока —пойдем дальше!

“А”: А с чем нам еще необходимо побеседовать прежде, чем вплотную заняться схемо техникой?

“С”: Реальная схемотехника — это отнюдь не только транзисторы и микросхемы, с которыми мы (вчерне, правда) уже познакомились. Это еще и резисторы, и конденсаторы, и катушки индуктивности, и еще очень многое Поговорим, для начала, о резисторах...

“Незнайкин”: Ну, они бывают постоянные и переменные...

“А”: Погоди, Незнайкин... Имеется в виду нечто иное...

“С”: Верно, именно иное. Прежде всего это классификация резисторов по виду их вольт-амперной характеристики. Иначе говоря, зависимости тока от приложенного к ним напряжения. В этой связи различают резисторы ЛИНЕЙНЫЕ и НЕЛИНЕЙНЫЕ. Последние базируются на применении полупроводниковых материалов. К подобным приборам относятся, например, терморезисторы и фоторезисторы. Что касается резисторов линейных, то они действительно подразделяются на постоянные и переменные. По виду исполнения резисторы бывают пленочные, объемные, проволочные и прочая. Подразделяются они и по материалу токопроводящего элемента.

“А”: Кроме того, в зависимости от назначения, резисторы подразделяются на резисторы общего и специального применения. К последним предъявляются повышенные требования в отношении целого ряда параметров.

“Н”: Это каких же?

“С”: Например, точности, стабильности, уровню шумов. Но продолжим, дорогой Аматор...

“А”: Все резисторы характеризуются также номинальным сопротивлением. Раньше говорили, что имеются резисторы с допустимым отклонением от указанного номинала в 20; 10 и 5 процентов.

“С”: Дельно подмечено насчет “раньше”! Теперь резисторы с допуском 20 процентов не применяются в профессиональной электронике вообще! Резисторы с допуском 10 процентов — очень редко. Стандартными стали пятипроцентные резисторы.
А вообще весь цивилизованный мир переходит на 2-процентные и 1-процентные допуски!
“Н”: Даже для самых миниатюрных постоянных резисторов характерна такая точность?
“С”: Ну конечно! Хотя мне лично часто приходится встречаться с резисторами имеющими значительно меньшие допуски! 0,5 и даже 0,1 процента!
“А”: Но ведь это означает, что иметь в загашнике полную “сетку” становится почти безнадежным делом!?
“Н”: А что это такое — “полная сетка”? Что-то из арсенала зажиточной домохозяйки, когда она возвращается с базара?
“С”: Не совсем, Незнайкин! Дело в том, что “полная сетка” 5-процентных резисторов — это J27 различных номиналов. Но сетка 2-процентных резисторов насчитывает уже около 400 номиналов! А однопроцентных более тысячи. Поскольку разработчики не знают заранее, какие номиналы резисторов им понадобятся в каждом конкретном случае, то даже полагая запас по каждому из номиналов в 50 штук (а это считается очень скромным запасом), при 2 процентной шкале это потребует количества не менее 20000 штук!
“А”: Что касается номинальной мощности, то это та максимальная мощность, рассеивание которой на данном резисторе допускается в течение длительного времени и в широком интервале температур.
“С”: Иными словами, в течени? всего срока службы!
“А”: Вот здесь на рисунке я показал, каь обозначается номинальная мощность резисторов на схемах электрических принципиальных (рис. 18.1).

“С”: Мы также не должны забывать о TEMPПЕРАТУРНОМ КОЭФФИЦИЕНТЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ (иначе — ТКС), который характеризует относительное изменение сопротивления резистора при изменении температуры окружающей среды на 1 градус С.
“А”: Можно ли утверждать, что резисторы с меньшим допуском имеют и меньший ТКС?
“С”: В том случае, когда резисторы имеют официальный, гостовский допуск, то ДА! Поэтому резистор с меньшим допуском, - это не просто — подбор. Это новая технология!
“А”: Но резисторы характеризуются еще и уровнем собственных шумов?
“С”: Будем внимательны! Вообще уровень собственных шумов определяется случайными колебаниями разности потенциалов, возникающими на резисторе вследствие флуктуации объемной концентрации носителей заряда, а также его электрического сопротивления.


Если к резистору НЕ ПРИЛОЖЕНО НАПРЯЖЕНИЕ, то:
Еш = 0,0125 D f К.
Здесь Ещ — ЭДС шумов, мкВ; D f — полоса частот, кГц; R — сопротивление резистора, кОм. “А”: Ну, а если к резистору приложить напряжение?
“С”: В этом случае стандартные непроволочные резисторы делятся на две основные группы. В группу “А” входят резисторы, уровень шумов которых не превышает 1 мкВ на каждый вольт приложенного напряжения. Группа “Б” характеризуется другим соотношением, а именно, 5 мкВ на каждый вольт приложенного напряжения.
“Н”: Отсюда я делаю тот вывод, что в первых, малошумящих каскадах приемника следует применять ТОЛЬКО резисторы группы “А”!
“А”: Глубокая мысль! Ну, а каков же будет второй вывод?
“Н”: Рискну заявить, что второй вывод — это желательность выбора такой схемы входного каскада, чтобы на его управляющем электроде (затворе или базе) дополнительное постоянное напряжение было бы как можно меньшим!
“С”: Растут люди! Могу посоветовать из постоянных резисторов прежних лет выпуска — только ОМЛТ — 0,125 (или ОСМЛТ — 0,125), если нет потребности в больших мощностях рассеяния. А из низкоомных метал-лоокисные, типа МОН.
“А”: А из более новых?
“С”: Самыми желательными являются С2—29В. Затем С2—10; С2—23; С2—33; С2—36. Соответствующих мощностей! Кстати, резисторы типа С2—29 характеризуются уровнем шумов существенно меньшим, чем 1 мкВ/В.
“А”: А как насчет высокочастотных характеристик?
“С”: В цепях до 50 МГц, практически никаких проблем не возникает! Но поскольку здесь все свои, то могу посоветовать, по возможности, применять только КМП-резисторы такой фирмы, как PHILIPS.
“Н”: А что такое КМП?
“С”: Эта аббревиатура означает - КОМПОНЕНТЫ, МОНТИРУЕМЫЕ НА ПОВЕРХНОСТЬ. Такой себе хорошенький миниатюрный “кирпичик”. Никаких проволочных выводов! А, следовательно, никаких паразитных индуктивностей! КМП прекрасно работают на частотах до 500 МГц и даже выше. В общем, Европа — А!
“А”: А что можно сказать о резисторах переменного сопротивления?
“С”: Да очень многое можно сказать! Прежде всего, мы не в школе! Значит, договоримся сразу — компот отдельно, а шпроты —отдельно! Поэтому будем различать резисторы ПОДСТРОЕННЫЕ и ПЕРЕМЕННЫЕ! А переменные, в свою очередь, подразделять на просто переменные и переменные многооборотные!


“Н”: Дальше в лес — больше дров!..
“С”: Начнем все же с подстроечных. Так называются резисторы, которые устанавливаются непосредственно на печатные платы и регулируются в процессе настройки электронных узлов и более не беспокоятся! То есть пользователь электронной аппаратуры их не видит и не крутит! Поде троечные резисторы могут быть герметизированные и негерметизированные, однооборотные и многооборотные.
“А”: Я на телевизионных платах видел СПЗ—16 — негерметизированные. Они нам нужны?
“С”: Как прошлогодний снег! Это не для профессионалов. В нашей разработке будут употребляться следующие типы: из однооборотных — СП 3—13а; СП5-16 В(А, Б, В,). Из многооборотных - СП5-3; СП5-2.
“А”: Ну, а переменные?
“С”: Прежде всего в приемнике нам потребуется один многооборотный переменный резистор.
“А”: Для подачи напряжения на варикапы?
“С”: Именно для этого! Возможно применение таких типов, как СП5—39; СПЗ—44. Хотя я предпочел бы ППМЛ!
“Н”: Почему именно его?
“С”: Этот очень хороший, износоустойчивый десятиоборотный потенциометр обладает повышенной надежностью. А это немаловажно!
“А”: А что можно сказать о КОНДЕНСАТОРАХ? Не вообще, а конкретно?
“С”: Система из двух обкладок или пластин, разделенных диэлектриком и обладающая способностью накапливать электричество, называется конденсатором. Емкость конденсатора, как известно, есть физический параметр, определяемый отношением количества накапливаемых на отрицательном полюсе электронов к приложенному напряжению. УДЕЛЬНАЯ ЕМКОСТЬ — отношение емкости к объему (либо массе) конденсатора. НОМИНАЛЬНАЯ ЕМКОСТЬ — это та емкость, которая указана на конденсаторе заводом-изготовителем. Она гостируема и составляет некоторый стандартный ряд.
“А”: Однако фактическая емкость каждого конденсатора отличается от номинальной. Но в пределах допуска.
“С”: Да, есть такой параметр, как ДОПУСТИМОЕ ОТКЛОНЕНИЕ ЕМКОСТИ. Нам очень важен такой параметр, как ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ' ПРОЧНОСТЬ КОНДЕНСАТОРА.
“А”: Это она характеризуется НОМИНАЛЬНЫМ РАБОЧИМ НАПРЯЖЕНИЕМ? То есть максимальным напряжением, при котором конденсатор может надежно работать в течение тысяч часов?


“С”: Ты прав, мой друг! Просто для справки — различают еще ИСПЫТАТЕЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ, а также ПРОБИВНОЕ.
“А”: Есть еще такой параметр, как СОПРОТИВЛЕНИЕ ИЗОЛЯЦИИ КОНДЕНСАТОРА. Она представляет собой отношение напряжения, приложенного к конденсатору к его току утечки.
“С”: Следует заметить, что емкость конденсатора зависит от частоты приложенного напряжения. И хотя, чисто теоретически, конденсаторы не рассеивают энергию в виде тепла, реальные конденсаторы, тем не менее, характеризуются потерей мощности. Это связано с проводимостью диэлектрика, нагревом металлических элементов и т.п. Очень важной характеристикой конденсатора является ТКЕ — ТЕМПЕРАТУРНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ ЕМКОСТИ.
“А”: Но ведь ТКЕ — обратимый параметр? То есть если температура становится прежней, то и емкость соответственно?
“С”: Да, к общему удовольствию! А вообще ТКЕ — представляет собой относительное изменение емкости при изменении температуры на 1 °С.
“А”: Однако мало радости доставляет ТКЕ если конденсатор входит в состав высокочастотной резонансной цепи!
“С”: Мало — это не то слово! Особенно это касается гетеродинов! Поэтому, в зависимости в от величины ТКЕ, конденсаторы разделяются на группы. Каждая имеет свое значение ТКЕ!
“Н”: Давайте, на всякий случай, составим на сей счет небольшую таблицу! “А”: Это разумно! Итак, смотри таблицу (табл. 18.1).

“Н”: А почему бы ВСЕ конденсаторы не выпускать на основе керамики МП 0 и все дела?
“С”: Это и ненужно, и невозможно! Ненужно, поскольку в состав контуров входит, как известно, еще и катушка индуктивности, которая (как увидим позднее) тоже характеризуется аналогичной величиной ТКИ (температурный коэффициент индуктивности). А применение керамики типа МП 0 не позволило бы ввести в контур термокомпенсацию!
“A”: A невозможно, очевидно, потому, что в керамических конденсаторах большой емкости применена керамика с колоссальным значением диэлектрической проницаемости! И это понятно, если принять во внимание степень миниатюрности этих конденсаторов.
“С”: Но вот с ТКЕ таких конденсаторов дело обстоит хуже! Я занес в таблицу группы от Н—10 до Н—90 включительно!


“Н”: А что означают звездочки?
“С”: Только тот факт, что для этих групп характерен не ТКЕ, а относительное изменение их емкости в интервале температур от -60 °С до +85 "С соотнесенное с их емкостью при +20 "С.
“А”: Будем ли подробно говорить о классификации конденсаторов?
“С”: Сейчас нет, поскольку об этом будем упоминать при описании компонентной базы, требующейся для практической реализации узлов приемника. Отметим только, что в нашем случае наиболее применимыми будут керамические конденсаторы типов: КМ (монолитные), К10—17 и К10—23 (керамические прямоугольные). А также некоторые другие.
“Н”: А почему вы ничего не говорите об электролитах?
“С”: Исключительно потому, что о них следует сказать особо! Электролитические и оксидно-полупроводниковые конденсаторы отличаются от всех прочих типов прежде всего своей КОЛОССАЛЬНОЙ удельной емкостью! Ну и по конструкции, по технической реализации. Они в качестве диэлектрика содержат оксидный слой на металле, являющийся анодом. Вторая обкладка (катод) — это или электролит (в электролитических конденсаторах) или слой полупроводника (в оксидно-полупроводниковых), нанесенный непосредственно на оксидный слой. Анод изготовляется, в зависимости от типа конденсатора, из алюминиевой, ниобиевой или танталовой фольги.
“А”: А какие из них самые предпочтительные?
“С”: Вопрос далеко непростой!.. Я вспомнил анекдот о сотрудниках бухгалтерии одного предприятия, занятых разгадыванием кроссворда. Один из них спрашивает у другого: “Ревизор” Гоголя — это комедия или трагедия?” На что тот отвечает, что это зависит от того, откуда его (то есть ревизора) присылают! Так и электролитические конденсаторы! Формально, самые лучшие из них (причем сразу по всем параметрам) — это танталовые. Затем идут ниобиевые и оксидно-полупроводниковые. И уже после них —алюминиевые. Танталовые, например, характеризуются тем, что могут работать как при очень низких, так и при высоких температурах. Например, К52—1Б (от -60 до +85 °С); К52—2 (от -60 до +135 °С) и т.д.


У них очень малы токи утечки и очень велика удельная емкость. По всем этим параметрам ниобиевые им заметно уступают.
“Н”: А алюминиевые? -
“С”: Вот именно по их поводу я и рассказал анекдот! Здесь ведь все дело в том, где изготовлен алюминиевый электролитический конденсатор...
“Н”: На каком заводе?
“А”: Скорее на территории какой страны находится этот завод! Мне как-то попались электролиты К50—35 без “чулка”! Это был просто какой-то кошмар! У новых конденсаторов на 470 мкФ — почти миллиамперные утечки!
“С”: Действительно, с отечественными электролитами дела обстоят очень неблагополучно! Из алюминиевых можно без опасений употреблять в серьезных разработках только К50—16 (в “чулке”) и К50—35Б. А также К50—40Б. Кстати, температурный диапазон для К50—16 — от -20 до +70 градусов С. Но возьмите, например, японские АЛЮМИНИЕВЫЕ электролиты фирмы RUBICON. При тех же емкостях и напряжении, японские изделия занимают объем В НЕСКОЛЬКО РАЗ МЕНЬШИЙ! Их токи утечки находятся на уровне отечественных ТАНТАЛОВЫХ!
“А”: А какой у них температурный диапазон?
“С”: Даже у самых миниатюрных японских, американских и европейских изделий он обязательно указывается на “чулке” корпуса. Их алюминиевые электролиты широкого применения характеризуются диапазоном от -40 до +85 °С. А специального применения от -60 до +105 °С! Очень хороши и электролиты японской фирмы NЕС; американской фирмы WESTON; голландской PHILIPS. Отличные изделия производят тайваньские и южнокорейские фирмы. А также индийские.
“Н”: И эти конденсаторы можно свободно достать?
“С”: Без особых проблем!
“А”: А какие конденсаторы СНГ можно применять без опасений?
“С”: Я рекомендую только следующих типов: танталовые К52—1 (К52—1Б); оксидно—полупроводниковые К53—19; ниобиевые К53—18; алюминиевые — К50—35Б и К50—40Б (в “чулке”). Ограниченно — К50—16 (только в “чулке”), И вышеупомянутые забугорные — без ограничений!
“А”: Мы еще ничего не говорили о подстроечных конденсаторах!
“С”: Да, это важная для нас тема. Подстроечные конденсаторы применяются как в колебательных контурах для точной подстройки емкости, так и в высокочастотных схемах типа гетеродина или смесителя.


В специальной технике более употребительны подстроенные конденсаторы с воздушным диэлектриком. Но достаточно хороши и керамические: КТ4—21; КТ4—25.
“Н”: Ну, а конденсаторы переменной емкости?
“С”: Поскольку их применять мы не будем, то не станем и обсуждать эту тему.
“Н”: Но мы еще не обсудили проблему катушек индуктивности?
“А”: А ведь Незнайкин прав!
“С”: Настолько, что этот вопрос заслуживает отдельной беседы.
>

Об индуктивности — подробно!

“Аматор”: Не хотите ли взглянуть на содержимое этой коробки, уважаемый Спец?

“Спец”: О, да ведь это...

“А”: Да, мы с Незнайкиным пособирали по разным ящикам и шкафам все возможные каркасы для катушек индуктивности. Ведь, как мне кажется, контуров нам предстоит наматывать не один и не два!

“С”: Уж не загрустил ли ты, дорогой Аматор, по этому поводу?

“А”: Только отчасти, а больше потому, что не дает мне покоя одна историческая аналогия...

“С”: Если не секрет, то какая?

“А”: Да ей скоро почти 3000 лет! В восьмом веке до нашей эры Ассирию начали теснить “соседи”. Но прославленный в веках и тысячелетиях ассирийский царь Тиглатпаласар Третий ... удачно реорганизовал свою армию! Сделал ее регулярной. Ввел стандартизированное вооружение. Создал новый принцип тактического построения армии и ... враги Ассирии в течение последующих десятков лет боялись ассирийцев как огня! Армии Тиглат-паласара нависли над Азией как тучи!..

“Незнайкин”: А что, на досуге он занимался еще и радиолюбительством?

“А”: Вот как раз об этом хроники как-то ничего не сообщают! Но, взглянув сейчас на десятки разнокалиберных катушек индуктивности, лежащих в этой коробке, я и подумал о войске Тиглатпаласара ДО его реорганизации!...

“С”: Ваш намек понял! Действительно, как говорилось уже в значительно более поздних летописях, “велика Россия, а порядка в ней нет...” Так вот, касательно всех этих разнокалиберных катушек индуктивности... Как говорил Василий Иванович (Чапаев) — “наплевать и забыть!”.

“Н”: Так сурово?

“С”: “Жизнь диктует нам свои суровые законы”. В нашей разработке будут использоваться действительно ДЕСЯТКИ индуктивностей. А радиотехническая печатная плата — это не футбольное поле! Принцип экономии места, габаритов и веса здесь очень важен. Учтите также, что разные типы каркасов имеют и разные ТКИ. Ну и, наконец, чисто эстетический момент! Аккуратная плата, с установленными на ней аккуратными стандартными компонентами, которую при необходимости несложно (относительно) повторить — что может быть лучше?

“А”: В таком случае содержимое этой коробки я пожалуй подарю подшефной школе...
“С”: Это будет самым лучшим решением!... В то время как мы с вами пойдем по пути Тиглатпаласара и, прежде всего, наведем порядок в том разнообразии типов каркасов, которые мы будем широко применять!
“Н”: Вы хотите сказать что одним или двумя типами мы не обойдемся?
“С”: Безусловно нет! Далее ты, Незнайкин, еще не раз убедишься в этом. Итак, готовясь к нашему разговору об индуктивностях, я составил своеобразную практическую коллекцию, которую и хочу предложить сейчас вашему вниманию. Все эти каркасы мы зарисуем, присвоим им порядковые номера и дадим характеристики.
“А”: Отлично! Это сэкономит нам в дальнейшем массу сил и времени, а также обеспечит повторяемость!
“С”: Итак, вот с какими типами ВЧ-каркасов мы будем иметь дело в дальнейшем (см. стр. 342). А вообще высокочастотными называются катушки индуктивности, импеданс которых носит индуктивный характер в диапазоне частот от 100 кГц до 400 МГц. ВЧ-катушки применяются в качестве элементов колебательных контуров, для получения, в случае необходимости, частотнозависимых цепей, полосовых фильтров и т.д.
“А”: А ВЧ-дроссели — это катушки индуктивности?
“С”: Дело в том, что ВЧ-катушки подразделяются на четыре группы:
а) катушки контуров, не определяющих частоту; б) катушки контуров, определяющие частоту (гетеродинные); в) катушки связи контуров с другими цепями; г) дроссели высокой частоты. Таким образом, ВЧ-дроссели — это и то, и не то! Тем более, что они не имеют элементов подстройки индуктивности. ИНДУКТИВНОСТЬ — есть физическая величина, которая характеризует количество энергии, запасаемой катушкой при протекании по ней электрического тока. Она зависит от формы, размеров, числа витков катушки, а также от параметров ее сердечника.
“А”: Если он у нее есть!... Тогда ДОБРОТНОСТЬ катушки есть отношение реактивного сопротивления катушки к активному. Любой катушке присущи и паразитные параметры. Например, СОБСТВЕННАЯ ЕМКОСТЬ, поскольку в диапазонных катушках она уменьшает коэффициент перекрытия диапазона частот.


“С”: Катушки индуктивности характеризуются СТАБИЛЬНОСТЬЮ параметров при изменении температуры и влажности.
“Н”: Ее, очевидно, характеризует температурный коэффициент индуктивности — ТКИ ?
“С”: Да! Напомним, что ТКИ — это относительное изменение индуктивности при изменении температуры на 1 °С. Отметим, что катушки типов I и VI1 лучше наматывать СПЛОШНОЙ намоткой, то есть виток к витку. Максимальная индуктивность, которую при этом можно получить, не превышает 15 микрогенри.
“Н”: Но ведь это же так мало! Получается, что эти каркасы в нашем приемнике использовать не удастся ?
“С”: Напротив! В нашей разработке, в основном, будут применяться индуктивности злачительно меньшие! Самая главная наша забота — это добротность и стабильность применяемых катушек.
“А”: Поэтому самые крупногабаритные (тип V и VI) изготовлены из фторопласта? Это лучшее, что можно пожелать?
“С”: К сожалению, не самое лучшее! В дорогих профессиональных приемниках специального назначения именно гетеродинные катушки, порой, являются одними из самых дорогих компонентов. Они изготавливаются из плавленого кварца и обмотки на них не наматываются, а формуются точным вжиганием чистого серебра. Вот это, действительно, сверхвысокостабильные катушки! Но фторопласт — это, без преувеличения, сказочный материал! И в отношении диэлектрических свойств на высоких частотах тоже! Из доступных (относительно) материалов, фторопласт — наилучший!
“А”: На чертеже каркасов типа V и VI изображено нанесение внешней резьбы! Это для того, чтобы обеспечить намотку с принудительным шагом?
“С”: Именно для этого! Поскольку эта мера способствует повышению добротности. При этом намотку выполняют толстым ПОСЕРЕБРЕННЫМ проводом с некоторым натяжением.
“Н”: И как много таких катушек вы предполагаете использовать в приемнике?
“С”: Немного! Возможно всего одну — в ГПД! Но нужную добротность в состоянии обеспечить в этом случае только тип VI!
“Н”: Но канавки для намотки с принудительным шагом имеют и заводские катушки типа III и IV!


“А”: И ты еще сам убедишься, насколько это удобно!
“Н”: Но вот я держу в своей руке стандартный латунный экран. Каково его значение?
“С”: Экранированные катушки применяют, когда необходимо устранить паразитные связи или наводки, то есть влияние на катушку полей других источников. Эффективность экранирования повышается с увеличением частоты переменного электромагнитного поля, толщины экрана и УМЕНЬШЕНИИ удельного сопротивления материала экрана. Но применение экрана изменяет параметры катушки. Уменьшается индуктивность и добротность, увеличивается собственная емкость.
“А”: Но, тем не менее, кругом и рядом в радиоприемниках применяется экранирование!
“С”: Ничего удивительного! Наводки сторонних источников подавляются великолепно. Уменьшение индуктивности компенсируется несколькими лишними витками и применением сердечника. А добротность, например, в контурах ПЧ (мы еще в этом убедимся на практике) изначально избыточна! На частоте 465 кГц добротность контуров более высокая, чем 80, практически, не нужна! А сами катушки обеспечивают почти в полтора раза больше!
“А”: Вопрос снимается! Но что можно сказать относительно сердечников для катушек?
“С”: ВСЕ наши регулируемые катушки рассчитаны на применение цилиндрических резьбовых сердечников М4. Материал этих сердечников особого разнообразия у нас иметь не будет. Только ТРИ разновидности: карбонильное железо, феррит и латунь.
“А”: При этом отметим, что сердечники из карбонильного железа и феррита УВЕЛИЧИВАЮТ индуктивность катушки, а латунный сердечник ее УМЕНЬШАЕТ.
“С”: Ну вот, мы поговорили, вкратце, о катушках индуктивности. Добавлю только, что обычно ТКИ для каркасов типа I; II; III и IV составляет величину +0,005. Для типов V и VI около +0,003. А теперь перейдем к дросселям ВЧ. Что нам поведает по этому поводу Аматор?
“А”: Дроссель ВЧ — это некоторая индуктивность, применяемая в электрических цепях для увеличения сопротивления ИМЕННО токам высокой частоты. Конструктивно ВЧ-дроссели представляют собой однослойную катушку, намотанную на ферромагнитном сердечнике.


Для нас, очевидно, актуальны только три типа ВЧ-дросселей. Это: ДМ; Д и компактные окукленные. Ну, я полагаю, с индуктивностями пока все?
“С”: А вот и не все! О чем говорит вам аббревиатура — ШПТЛ ?
“А”: Мы уже, вкратце, касались темы ШПТЛ, но хотелось бы более подробно.
“С”: ШПТЛ - или ШИРОКОПОЛОСНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРНЫЕ ЛИНИИ в ширпотребовских радиоприемниках не применялись и, сколько могу судить, не применяются и сейчас! Иное дело — профессиональная и специальная радиотехника.
“А”: А в чем заключаются достоинства ШПТЛ?
“С”: Они поистине неисчислимы, как сказал бы старик Хоттабыч!
Прежде всего — именно они дают возможность строить каскады усиления высокой частоты, обладающие прекрасными линейными характеристиками!
“А”: Это все отлично, но ведь есть же множество схем без ШПТЛ, которые тоже линейны!
“С”: Бесспорно... Бесспорно... А вот как у них дела с широкополосностью? Помнишь, как-то у меня на работе, в лаборатории, мы с тобой исследовали АЧХ нескольких “обычных” схем?
“А”: Конечно помню! Я еще был разочарован тем обстоятельством, что в апериодическом (нерезонансном) усилителе радиочастот “завал” АЧХ начался уже после 10—12 МГц! И это в то время, как использовались вполне нормальные, высокочастотные транзисторы...
“С”: “Семечки” или КТ315, хочешь ты сказать?
“А”: Да, но его fn = 250 МГц! Коэффициент усиления каскада был нами сделан равным, помнится, десяти. Так что запас, вроде бы, был.
“С”: А затем мы взяли более высокочастотный транзистор, но какого-то существенного улучшения тоже не получили, так? “Завал” все равно начался на 15 МГц?
“А”: Все так...
“С”: Вот мы и вернулись к тому вопросу. Ну, а если бы я предложил тебе всеми правдами и неправдами, но НА ТОМ ЖЕ ТРАНЗИСТОРЕ выполнить каскад усиления радиочастоты с тем же коэффициентом равным 10, но ... с полосой 50—70 МГц!?
“А”: Ну, я просто отказался бы, а вы, Спец?
“С”: А я — нет! И поверь, сделал бы это достаточно легко, применив для этой цели именно ШПТЛ! Это уже не говоря о том, что профессиональные баллансные, кольцевые, двойные баллансные и т.п.


СМЕСИТЕЛИ для высококачественного радиоприема проще всего реализуются именно на ШПТЛ! Но это еще далеко не все его возможности!
“Н”: А почему же ШПТЛ, при таких-то возможностях, не нашли применение в бытовой радиотехнике?
“С”: Они для нее слишком сложны, и слишком хороши одновременно! Слишком хороши, поскольку бытовые “всеволновые” советского производства приемники, как мы уже говорили, ограничивали себя частотой около 12 МГц. И им высокое качество было ни к чему! А слишком сложны,
потому что, несмотря на кажущуюся простоту, изготовление ШПТЛ требует высококвалифицированного ручного труда.
“Н”: А что же ШПТЛ представляют из себя и каковы их габариты?
“С”: ШПТЛ могут быть выполнены в виде хитрозакрученной кабельной линии. Кроме того, на основе так называемых ТРАНСФЛЮКТОРОВ и с помощью иных технических средств. Но мы, в своей деятельности, ограничимся ШПТЛ, выполненными на основе ТОРОИДАЛЬНЫХ или иначе — кольцевых сердечников. Они характеризуются минимальными размерами. А также, практически, полным отсутствием внешнего магнитного поля. Это позволяет использовать тороидальные катушки без экранов.
“А”: Но недостатки у кольцевых сердечников какие-нибудь есть? “С”: Придраться, было бы желание, можно вообще к чему угодно! В том числе и к кольцевым сердечникам. Например, к сложности намотки, невозможности регулировки индуктивности. Или понижения ее стабильности...
“Н”: А вот последнее уже нехорошо!
“С”: Ничуть не бывало! При ширине полосы в десятки мегагерц, не стабильность полосы в пределах пусть даже 10—15 кГц никому не страшна!
“А”: А мотаются ШПТЛ обычно? С помощью челнока?
“С”: Да нет. Не совсем обычно! Следует заметить, что в различных случаях сложность намотки ШПТЛ различается весьма существенно! Есть исключительно трудоемкие ШПТЛ! Но для нас вполне подходят достаточно простые, в конструктивном смысле, структуры. Итак, прежде всего, необходимо получить, так называемую, “скрученную пару” проводов. Небольшой пример. Берем обыкновенный медный обмоточный провод с эмалевой изоляцией...


“А”: Хорошими проводами с эмалевой изоляцией считаются марки: ПЭВ-2; ПЭВТЛ-2; ПЭЛР-2 и некоторые другие...
“Н”: Ну, час от часу не легче! Пожалуйста, будь так добр — называешь тип или марку — давай тут же расшифровку!
“А”: Хорошо, сейчас даю... ПЭВ-2-это ПРОВОД В ЭМАЛЕВОЙ ИЗОЛЯЦИИ ВЫСОКОПРОЧНОЙ ДВУХСЛОЙНОЙ. ПЭВТЛ-2 - ПРОВОД в ЭМАЛЕВОЙ ИЗОЛЯЦИИ ВЫСОКОПРОЧНОЙ ТЕПЛОСТОЙКОЙ ДВУХСЛОЙНОЙ. А название ПЭЛР-2 констатирует тот факт, что применяется высокопрочная ПОЛИАМИДНАЯ эмаль двухслойная! Вопросы, пожелания имеются?
“Н”: Пока что нет...
“С”: Меня особо радует это “пока”! Итак, теперь этот самый изолированный провод (обычно с диаметром медной жилы 0,22 или 0,25 мм) мы отрезаем от катушки или бухты. Поверьте моему опыту — куска длиной 1 МЕТР нам вполне достаточно! Затем складываем его вдвое и ... завязываем узелок (рис. 19.1).
“А”: На память?..
“С”: Только для того, чтобы помнить, как это делается! Ну, а если серьезно, то в месте перегиба провода. Вот так, как это показано на рис. 19.1, б. А теперь — внимание! Самый главный момент! Начинаем аккуратно переплетать два конца провода между собой на всю длину. Количество переплетений (или СКРУТОК) на единицу длинны должно четко соблюдаться. Исходить, в данном случае, нужно из того, чтобы на один погонный сантиметр длины пары приходилось ТРИ скрутки. Увеличение или уменьшение числа скруток на один сантиметр влечет за собой изменение импеданса ШПТЛ и, вообще говоря, нежелательно!

“А”: А затем использовать для намотки челнок?
“С”: Челнок здесь совершенно не нужен!... Затем берется нужное нам кольцо (тороидальный сердечник), потом в него продевается “узелок”, а дальше все показано на рис. 19.1, г.
“А”: Но мы еще ничего не говорили о материале кольца (или тороидального сердечника).
“С”: Для ШПТЛ используются обычно высокочастотные ферриты. Рекомендуемые марки: 50ВЧ2 и ЗОВЧ2. Отличные результаты дает применение колец марки ВТ. Все эти кольца имеют стандартные типоразмеры. Можно рекомендовать:
К 12,0x6,0x4,5; К 7,0x4,0x2,0 (для 50ВЧ2) или К 10,0x6,0x3,0 (для ЗОВЧ2).


Эти цифры обозначают, соответственно, характеристики внешнего диаметра кольца, внутреннего диаметра, а также толщины. Все размеры даются, естественно, в миллиметрах.
“Н”: Но феррит очень твердый материал! Он, в конце-концов, не прорежет эмалевую изоляцию проводов?
“С”: Чтобы этого ни в коем случае не произошло, есть несколько рецептов! Можно, например:; предварительно обмотать кольцо лентой, приготовленной из тонкого целлофанового кулька. Еще лучше — воспользоваться для этого фторопластовой лентой.
“А”: А лакоткань?
“С”: Тоже не исключено. Но в моей практике был случай, когда, несмотря на все эти ухищрения, острый край кольца все же прорезал лакоткань и нарушил эмалевую изоляцию проводов! Поэтому теперь я поступаю иначе. Начинаю с того, что беру надфиль круглого или полукруглого сечения (но ОБЯЗАТЕЛЬНО С АЛМАЗНОЙ НАСЕЧКОЙ). И затем аккуратно обра батываю как внешнюю, так и внутреннюю поверхности кольца
“Н”: Ну и мороки с этими кольцами!
“С”: Вовсе не так много, как кажется. Зато после такой обработки можно ни фторопластом, ни целлофаном, ни лакотканыо тороидальный сердечник не обматывать! Кстати, в нашем случае количество витков скрученного провода будет очень невелико. В зависимости от требуемой полосы частот, от 10 до 20 витков.
“А”: Всего то7
“С”: А чего ты ожидал, дорогой друг? Полагал, что потребуются многие десятки или даже сотни витков? Как видишь — нет!
“Н”: А как поступим с “узелком”?
“С” Возьмем ножницы и, аккуратненько так, срежем. Получается изделие, показанное на рис. 19.2. Теперь зачистим и залудим концы проводов. С помощью тестера убедимся, что проводники не закорочены.

“А”: Я обозначил здесь номерами 1 и 3 — концы одного из проводов скрученной пары, а номерами 2 и 4 — концы другого проводника.
“С”: А теперь — внимание! Я аккуратно скручиваю вместе концы проводов ; 2 и 3. А затем пропаиваю их. У нас получился простейший ШПТЛ. А вот как подобная конфигурация выглядит на принципиальной электри ческой схеме (рис. 19.3).

“Н”: А что означают точки возле начала обмоток?


“С”: Что полярность подключения обмоток должна быть только такой, как показано. И никакой другой!
Ну, можем считать, что предварительные сведения о ШПТЛ — получены! Теперь можем переходить к рассмотрению других компонентов.
>

Реле, оптроны, блоки питания

“Спец”: Поговорим об очень ответственных компонентах нашего, ещё не построенного, приемника. А именно — о реле!

“Аматор”: Об электромагнитных реле? Но для чего они в нашем приёмнике?

“С”: А как вы, милостивый государь, собираетесь реализовывать переключение диапазонов?

“А”: С помощью переключателя, естественно. Правда, если исходить из современных тенденций, можно попробовать использовать специальные переключающие диоды, например.

“Незнайкин”: Или панельку, как у калькулятора или у цифрового телефона.

“А”: Да, в конце-концов, поставить хороший герметизированный барабанный переключатель? Я знаю подходящие.

“С”: Это всё понятно! Иными словами, вы предлагаете в высококачественном приемнике, значительное количество слаботочных проводников вытянуть из-под экрана, дотянуть до переключателя, а затем тянуть обратно?

“А”: Я же говорил о переключающих диодах! Тогда всё можно решить тихо-мирно!

“С”: Это в высококачественном приемнике-то!? Какая милая шутка! То есть ввести в состав входных контуров заведомо нелинейные элементы, которые ещё и ухудшают развязку? Ну, уж нет!

“А”: А что ещё можно предложить?

“С”: Ничего, кроме коммутации входных цепей с помощью специа-лизированых малогабаритных электромагнитных реле. На сегодняшний день они для этих применений зарекомендовали себя отлично!

“Н”: Один приятель принес как-то в класс электромагнитное реле. Здоровущее такое!...

“С”: Я говорил о специализированных! Напомню, что электромагнитные реле предназначены для коммутации электрических цепей в системах автоматики, сигнализации и связи. Вообще слово “реле” — французского происхождения и имеет многовековую историю. Раньше оно означало почтовые станции, на которых происходила перепряжка лошадей. В нашем случае реле выглядит несколько иначе. Оно состоит из корпуса, сердечника, катушки и контактной группы. Или даже нескольких контактных групп. Всё это смонтировано на общем основании и закрыто чехлом.

“А”: Я слышал, что есть и так называемые ГЕРКОНОВЫЕ реле.

“С”: Да, есть.
Вообще ГЕРКОН — это герметизированный контакт. Он помещается в стеклянную колбочку, заполненную инертным газом. Контакты геркона, находящиеся внутри колбочки, представляют из себя контактные ферромагнитные пружины. Они, одновременно, являются и элементом магнитной цепи. Если магнитное поле имеет достаточную напряженность, эти контактные пружины притягиваются. При этом они, обратимо деформируясь, замыкают или размыкают контакты.
“Н”: А в обычных реле не используются герконы?
“А”: В обычных — нет! Но меня смущает тот факт, что контактные группы обычных реле рассчитаны на значительные токи и напряжения. Они справятся с коммутацией очень малых сигналов?
“С”: Обычные реле НЕТ, не справятся! Но есть несколько типов реле, которые предназначены самим провидением для коммутации радиочастотных цепей. Это, например, герконовые реле типа РЭС-42; РЭС-43; РЭС-44; РЭС-64 и т.д. Но ... все они достаточно великоваты, а учитывая их потребное количество, со вздохом, правда, но мы вынуждены будем по этой причине отказаться от их применения в нашей конструкции (рис. 20.1).

“Н”: Ну, а есть какие-нибудь ну очень миниатюрные реле, способные успешно коммутировать слабые высокочастотные сигналы?
“С”: К нашему общему удовольствию — да! Причем несколько типов. Например: РЭС-49; РЭС- 60; РЭС-80 и т.д. Герконов они НЕ СОДЕРЖАТ! Из них самые подходящие и доступные — это РЭС-49. Они имеют одну контактную группу на переключающих контактах с серебряным или платиновым покрытием. Гарантированное количество срабатываний для нашего режима коммутации — до миллиона! Их габаритные размеры — площадь, занимаемая на плате —5x10 мм. Высота — 15 мм.
“Н”: Совсем крохотные!
“С”: И тем не менее великолепно зарекомендовавшие себя в радиотехнических цепях.
“А”: А какой у них ток срабатывания?
“С”: Существенный вопрос. Я предполагаю, что наиболее оптимальными для нас будут РЭС-49, имеющие номер технического паспорта 428. У них ток срабатывания — 7 мА; напряжение срабатывания — 11 вольт. Специфику их схемотехнического применения дадим тогда, когда перейдем к рассмотрению конкретных схем.


“А”: Какие еще элементы остались без рассмотрения?
“С”: Да вот, например. Что мы решаем по поводу регулирующего устройства для системы АРУ?
“А”: Пожалуй, можно подумать о применении в качестве таковой, системы, включающей в себя полевой транзистор. Мне как-то пришлось читать, что регулирующие устройства для аттенюаторов цепей АРУ бывают однозвенными, а также дву-звенными. С продольным и по перечным включением регулируемого элемента (резистора). Я зарисовал это (рис. 20.2).

Здесь на рис. 20.2, а и б изображены аттенюаторы с продольным расположением регулирующего резистора, а на рис. 20.2, в и г — с поперечным расположением.
“Н”: А в качестве регулирующего резистора ты и предлагаешь взять “полевик”?
“А”: Ну естественно!
“С”: Поздравляю, дорогой Аматор! Это очень неплохое решение, особенно если использовать варианты с поперечным расположением. У них нелинейность заведомо меньше, чем у продольных.
“А”: Тогда, может, приступим к выбору типа полевого транзистора для этой цели?
“С”: Мы бы немедленно приступили к этой работе, случись нам говорить на эту тему лет двадцать назад! Но мы говорим об этом именно сегодня. Поэтому я просто обязан заметить, что наиболее высокую степень линейности регулирования достигают не с помощью jFET или MOSFET, а с помощью совершенно иных приборов - ОПТРОНОВ и ХОЛЛОТРОНОВ!
“А”: О холлотронах я слышу вообще в первый раз!
“С”: Холлотрон — это преобразователь, основанный на эффекте Холла, управляемый магнитным полем. У этого прибора есть немало сторонников, но я не из их числа. Иное дело — ОПТРОН! Вообще оптическая электроника — это бескрайний Океан! В нем можно утонуть с головой!
“Н”: Если перед этим акулы не съедят!
“С”: А их, поверь, хватает! Оптоэлектроника — это стремительно развивающаяся область электроники, оптики и еще Бог знает чего! Я листал недавно ведомственный справочник, так оптоэлектронные приборы занимают уже отдельные тома! Каких там только нет!? Так вот, из всего этого великолепия я выбрал один прибор, который существует, можно сказать, именно для нашего случая.


“А”: Ну, Спец, не томите душу...
“С”: Не стану. Вот я изобразил этот прибор схематически (рис. 20.3).

“Н”: Только и всего?
“А”: Как сказал муравей, увидав слона...
“С”: Дорогой Незнайкин, а разве этого мало? Все гениальное сперва может и не казаться таковым. Очевидно, ты просто не вдумался в то, что видишь?
“Н”: Ну, я так понимаю, что внизу изображен светодиод. А вверху, очевидно, фоторезистор. Когда светит светодиод — сопротивление фоторезистора RФ МИНИМАЛЬНОЕ, а когда он не светит, то МАКСИМАЛЬНОЕ !
“С”: Все правильно, но не совсем. Дело в том, что излучающий светодиод имеет ЛИНЕЙНУЮ характеристику интенсивности излучения от величины тока, проходящего через него. Следовательно, фоторезистор R будет также ЛИНЕЙНО и плавно изменять свое сопротивление!
“А”: Это действительно здорово! Во-первых, у сигнальной цепи НИКАКОЙ гальванической связи с управляющей цепью НЕТ! Даже у полевых транзисторов реальная АССИМЕТРИЯ характеристик, если поменять местами сток и исток все равно существует! А здесь ее просто нет! А как называется это чудо?
“С”: С удовольствием сообщаю. Это АОР-124. Его данные мы помещаем в наш с вами справочник. Но мы связались с высокими частотами, однако ещё не решили вопрос, какими марками кабелей и разъемов мы с вами будем осуществлять коммутацию высокочастотных блоков? Поскольку обычные проводники длинною 7—10 см для передачи ВЧ-сигналов совершенно не пригодны. Они и сами “излучают” и “принимают” на себя высокочастотные электромагнитные поля.
“Н”: Я раньше думал, что кабель используется только для подачи сигнала от коллективной антенны к телевизору!
“А”: Полагаю, что теперь уже ты так не думаешь! Но я бы попросил рассказать о кабелях вас, Спец!
“С”: Линии передачи сигнала играют ответственную роль в радиочастотных цепях, где они используются в качестве путевода для сигналов от одного участка схемы к другому. Интересно, что линии передачи сигнала являются как бы исключением из того принципа, согласно которому полное сопротивление источника сигнала, в идеале, должно быть малым по сравнению с сопротивлением нагрузки, создаваемым возбуждаемой целью; а нагрузка должна иметь входное сопротивление, которое превышает сопротивление источника, к которому она (нагрузка) подключена.


Вот как раз для линий передачи оказывается, что нагрузка должна иметь сопротивление, РАВНОЕ волновому сопротивлению линии.
“А”: В этом случае говорят, что “линия согласована”?
“С”: Именно так! При этом сами линии передачи сигнала бывают, в основном, двух видов: ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ ПРОВОДНИКИ и КОАКСИАЛЬНЫЕ ЛИНИИ. Именно коаксиальные линии используются в виде коротких отрезков с разъемами типа BNC (байонетными) для передачи сигналов между приборами, или блоками, или даже отдельными узлами. Коаксиальные линии, будучи полностью экранированными, исключают влияние излучения и наводок от внешних сигналов.
“А”: Я встречался с определениями, что такой-то кабель обладает “волновым сопротивлением — 75 Ом”. Или 50 Ом. Что имеется в виду?
“С”: Это значит, что волна, бегущая по линии, имеет отношение напряжение/ток, равное Z0. Это Z0 обычно равно или 75 или 50 Ом. При работе с ВЧ сигналами ОЧЕНЬ ВАЖНО “согласовать” нагрузку с волновым сопротивлением линии.
“А”: В связи с тем, что “согласованная” нагрузка может передать импульс в оконечное устройство без искажений?
“С”: Верно! Причем именно в этом случае вся мощность сигнала попадает в нагрузку. Поэтому при конструировании узлов мы будем пользоваться коаксиальными линиями. Следовательно, входы и выходы ВЧ блоков будут выполняться с использованием ВЧ-разъемов.
“А”: Разъемы типа BNC (байонет) очень распространены. Их насчитывается десятки видов! Какие модификации найдут непосредственное применение в нашей разработке?
“С”: Вообще самые распространенные — это пара: СР-50-74 ПВ и СР-50-73 ФВ, рассчитанные на применение кабелей с внешним диаметром 3,5 мм. Но для нас наиболее предпочтительными являются такие пары, как: СР-50-104 ФВ и СР-50-103 ФВ или подобные им. Они рассчитаны на кабели с внешним диаметром 2,5 мм.
Ну вот, пожалуй и все по общим вопросам! “Н”: Теперь можно перейти к схемотехнике?
“С”: Да, если бы не одна “мелочь”. А именно, чем вы, друзья мои, собираетесь запитывать макет, а затем и конструктивно оформленные блоки радиоприемника?


“Н”: То есть необходим некий блок питания? А какое выходное напряжение он должен выдавать?
“А”: Полагаю, Незнайкин, что НИКАКИМ одним выходным напряжением мы не обойдемся!
“С”: Правильная мысль! Давайте прикинем: для питания ОУ, а они у нас явно найдут применение, необходимо симметричное (как “+”, так и “-”) напряжение 15 вольт. Или, по меньшей мере, симметричное напряжение 10 вольт! Затем напряжение для ЦОУ. Его величина составляет + 7,5 вольт. Затем, относительно высокое напряжение для варикапов +30 вольт. Для питания усилителей, гетеродинов, преобразователей и наконец, УНЧ (усилителя низкой частоты) — тоже необходимо симметричное напряжение 15 вольт
“А”: То есть необходимы, как минимум, ТРИ напряжения относительно мощных, способных отдать ток до 300 мА. И одно напряжение (для запитки варикапов), имеющее крайне незначительную токовую нагрузку.
“С”: Действительно, сами варикапы тока, практически, не потребляют! Но стабилизатор, запитывающий варикапы, некоторый ток все же потребляет. А поскольку напряжение на варикапы подается с движка многооборотного переменного резистора ППМЛ-1И, то важен номинал этого резистора. Наиболее предпочтителен номинал 22 кОм. Следовательно, ток потребляемый этим резистором, — около 2 мА. И внутреннее потребление стабилизатора — тоже, примерно, 2—3 мА. Вот из этого и будем исходить.
“Н”: Но ведь батарейки нас не спасут?
“А”: Ну конечно не спасут! Так что некий “лабораторный блок” сетевого питания строить все равно придется.
“С”: Это не проблема. Тем более, что это далеко не напрасный труд! Или этот же лабораторный блок, или такой же подобный, все равно должен войти в состав радиоприемника.
“Н”: Ну и отлично! Делать, так делать!
“С”: А еще говорят, что весь энтузиазм остался в прошлом!.. Ну, в таком случае, начнем рассмотрение схемотехнических вопросов именно с блока питания!
“Н”: Это, наверное, достаточно просто! Вот я сейчас зарисую “принци-пиалочку”. Значит так... Трансформатор, выпрямители, а затем — на стабилитроны. Вот так, готово! А что, разве неправильно (рис. 20.4)?...



“А”: Твоими устами, Незнайкин, да мед бы пить!... Представь себе, что идея у тебя правильная. Но, к сожалению, только в принципе! А любой прибор, Незнайкин, запомни это, должен работать НЕ В ПРИНЦИПЕ, А В КОРПУСЕ !
“Н”: А в чем ОНА — моя ошибка?
“А”: Если строить стабилизатор по предложенной тобой схеме, Незнайкин, учитывая тот факт, что сквозной ток стабилитрона СРАВНИМ ПО ВЕЛИЧИНЕ с током нагрузки, то плата за электроэнергию будет несколько выше оптимальной! А самое главное — стабилизатор этот все равно будет НИКУДА НЕ ГОДЕН! Потому что НЕСТАБИЛЬНОСТЬ выходного напряжения будет не менее нескольких ДЕСЯТКОВ МИЛЛИВОЛЬТ!
“Н”: Ну, а что с этим можно поделать?
“С”: Очень даже можно! Ты нарисовал так называемый ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ. То есть такой, степень стабилизации которого зависит от параметров примененных стабилитронов. Но в современной электронике подобные стабилизаторы давно не применяются!
А имеют место только, так называемые, КОМПЕНСАЦИОННЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ. Ты ведь имел с ними дело, дружище Аматор?
“А”: Да, это великолепная вещь! Принцип действия компенсационного стабилизатора (иначе КС) сводится к автоматическому регулированию выходного напряжения. Компенсационные стабилизаторы напряжения являются АВТОРЕГУЛИРУЕМЫМИ УСТРОЙСТВАМИ с замкнутой системой автоматического регулирования. Принцип действия показан на приведенном рис. 20.5.

“Н”: Получается, что делитель напряжения на резисторах R2 и R3 позволяет получать в точке “а” напряжение, пропорциональное выходному Uвых
А”: Да, если меняется Uвых , скажем, увеличивается, то увеличивается и потенциал точки “а”. А если Uвых уменьшается, то это происходит и в названной точке тоже. Ну, рассуждай дальше...
“Н”: Я не знаю, как получается опорное напряжение в точке “б”, ног оно НЕ ИЗМЕНЯЕТСЯ при изменении UВЫХ! Но тогда между точками “а” и “б” возникает некоторое напряжение, величина и знак которого зависят от UBЫХ.?..
“С”: Смелее, Незнайкин! Далее это РАЗНОСТНОЕ напряжение заводится на входы УСИЛИТЕЛЯ РАССОГЛАСОВАНИЯ, на выходе которого вырабатывается сигнал, величина которого пропорциональна модулю напряжения рассогласования.А полярность такова, что управляемое им РЕГУЛИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО компенсирует ВСЕ изменения выходного напряжения.
Таким образом, СТАБИЛИЗАЦИЯ СВОДИТСЯ К УСТРАНЕНИЮ РАЗНОСТИ между эталонным (или опорным) напряжением и той частью выходного напряжения, которая поступает в точку “а”. Ну вот, а теперь можно переходить к РЕАЛЬНЫМ принципиальным схемам!

Стабилизатор напряжения — тонкости и нюансы

“Аматор” Ну тогда вам, Спец, и карты в руки!

“Спец”: Вот какую принципиальную электрическую схему электронного стабилизатора напряжения я предлагаю сперва для обсуждения, а затем для реализации (рис. 21.1).

“Незнайкин”: Есть моменты в этой схеме, которых я не понимаю совершенно! Например, какую функцию выполняет транзистор КП103К?

“С”: Очень важную, дорогой Незнайкин! Этот типичный JFET, имеющий канал р-типа, включен в качестве СТАБИЛИЗАТОРА ТОКА. Этот стабилизатор тока удобен именно тем, что выполняется по схеме БЕЗ использования вспомогательного напряжения, благодаря чему это дает возможность включить его как ДВУХПОЛЮСНИК. Его внутреннее сопротивление (как источника тока) несколько превышает 500 кОм! Второе преимущество этой “простой” схемки — работа в области “термостабильной” точки, что делает величину Iс ст (тока стока) независимой от температуры окружающей среды...

“А”: Если я верно понял, ток стока полевого транзистора затем разделяется и одна часть его является базовым током транзистора КТ312, а другая — является коллекторным током транзистора VT6. Интересно вот только, как соотносятся между собой эти части. А также — зачем потребовалось такое странное включение транзисторов VT2, VT3 и VT4 ?

“С”: Это “странное” включение называется СХЕМА ДАРЛИНГТОНА или иначе - СОСТАВНОЙ ТРАНЗИСТОР. Служит она только для получения на основе “обычных” транзисторов “прибора” со сверхвысоким значением b . Обычной величиной является 20000 — 50000! Следовательно, без учета воздействия суммарного Iко (обратного коллекторного тока), для нормальной работы VT4, при среднем токе нагрузки стабилизатора 300 мА, необходим базовый ток около 6 мА. Для VT3 базовый ток равен приблизительно 300 микроампер. Откуда базовый ток VT2 — 5 микроампер!

“Н”: Значит при этом из 200 микроампер, которые обеспечиваются источником тока на JFET VT1, собственно в базу VT2 идет 5 микроампер, а на долю коллекторного тока VT6 остается 195 мкА? А этого хватит для нормальной работы КТ315?

“С”: Вполне! Вообще запомни, что планарно-эпитаксиальные транзисторы типа КТ315; КТ312; КТ342 и подобные им, уже при коллекторных токах от 100 микроампер и выше имеют высокие значения b !

“А”: А какую задачу выполняет VT5?
“С”: Представь себе, что жизнь сложилась так, что напряжение UBЫХ по каким-то причинам уменьшилось. Тогда его значение понизилось и на базе VT6. Следовательно, уменьшится и ток коллектора Iк транзистора VT6. И, естественно, эмиттерный ток тоже. Так вот, не будь транзистора VT5, потенциал эмиттера VT6 уменьшился бы тоже. Но VT5 реагирует на это увеличением своего коллекторного тока, компенсируя тем самым начавшееся было уменьшение потенциала на эмиттерном резисторе R3.
“А”: Иными словами, “свято место пусто не бывает”! Но ведь ток коллектора VT6 все равно уменьшился?
“С”: Без вариантов! Теперь он равен уже не 195 мкА, а, например, 185 мкА или даже меньше! Что же произойдет дальше?
“А”: Я полагаю, что поскольку стабилизатор тока на JFET стойко держит свои 200 мкА. (и никаких гвоздей), a VT6 свои прежние 195 мкА коллекторного тока брать на себя не желает, а “согласен” только на 185 мкА, то эти самые 10 мкА пойдут в базу VT2, увеличивая, тем самым проводимость составного транзистора.
“С”: Все так! Это приводит к тому, что проводимость VT4 — увеличивается, а его напряжение коллектор-эмиттер УМЕНЬШАЕТСЯ. Следовательно, это приводит к возрастанию ubЫx!
“Н”: Ну, а если UBЫХ почему-то увеличилось?
“А”: В этом случае VT6 начинает увеличивать свой эмиттерный ток. Потенциал его эмиттера при этом ВСЕ РАВНО НЕ ИЗМЕНИТСЯ, поскольку VT5 соответственно, уменьшит значение коллекторного (а значит и эмиттерного) тока. Но базовый ток составного транзистора — уменьшится. Следовательно, уменьшится проводимость VT4. Таким образом, система автоматического регулирования “отрабатывает” все изменения выходного напряжения, немедленно компенсируя их!
“С”: Вот и разобрались! Какие еще неясности?
“Н”: Зачем в схеме конденсатор С4?
“С”: Для предотвращения возможного самовозбуждения схемы.
“Н”: А почему применено такое странное параллельное включение конденсаторов С1 и С2?
“А”: Этого момента спервоначала не понимают многие... Дело в том, что любой конденсатор С можно рассматривать, как последовательный колебательный контур, образуемый не только емкостью С, но и собственной паразитной индуктивностью Lc! А электролитические конденсаторы характеризуются вполне ощутимой собственной индуктивностью.


Чтобы “закоротить” эту индуктивность, практикуют параллельное с электролитом подключение КЕРАМИЧЕСКОГО конденсатора.
“Н”: Мы рассмотрели работу стабилизатора напряжения (СН) на +12 вольт. А как устроена схема СН на -12 вольт? В ней есть какие-либо принципиальные отличия?
“С”: Все транзисторы заменяются своими комплементарными аналогами. Изменяются полярности подключения стабилитронов и электролитов. Единственный транзистор, который остается тем же — это JFET типа КП103!
“А”: Именно из-за того, что наш стабилизатор тока — ДВУХПОЛЮСНИК, достаточно просто поменять местами его выводы “а” и “б” !
“С”: Большего и не требуется!
“А”: Но все же мне непонятно одно! Ведь есть же неплохие интегральные стабилизаторы напряжения серии К142ЕН... Почему бы не применить их?
“С”: Если ты внимательно ознакомишься с их параметрами, то заметишь, что их коэффициент стабилизации как по напряжению, так и по току оставляет желать много лучшего.
“Н”: А что это такое - КОЭФФИЦИЕНТ СТАБИЛИЗАЦИИ?
“С”: КОЭФФИЦИЕНТ СТАБИЛИЗАЦИИ ПО НАПРЯЖЕНИЮ равен отношению изменения напряжения на входе схемы СН к вызванному им изменению напряжения на выходе схемы СН при некотором токе нагрузки. Обычно ток нагрузки приравнивается к номинальному.
КСТ =D U ВХ / D U ВЫХ
Величина, обратная КСТ называется КОЭФФИЦИЕНТОМ НЕСТАБИЛЬНОСТИ.
“Н”: Тогда коэффициент стабилизации по току, означает, как изменяется выходное напряжение при изменении выходного тока в некотором промежутке значений?
“С”: Да, при изменении тока нагрузки от минимального до максимального при условии, что входное напряжение не меняется!
“А”: Но ведь в реальных схемах меняются в некоторых пределах, случайным образом, и входное напряжение, и ток нагрузки?
“С”: Несомненно! Поэтому и говорят о некотором суммарном коэффициенте стабилизации. Так вот, на микросхемах 142 серии этот показатель получается в 3—5 раз хуже, чем в предложенной нами схеме.
“Н”: То есть имеет смысл немедленно взяться за ее изготовление?
“С”: Не раньше, чем мы выясним еще один важный вопрос.


Самым мощным, естественно, является транзистор VT4, который называется ПРОХОДНЫМ. Но как вы считаете, что произойдет, если закоротить клемму UВЫХ на землю?
“А”: Ток проходного транзистора резко возрастает, поскольку ничем не ограничен. А всё напряжение, которое в состоянии обеспечить выпрямитель приходится на переход коллектор — эмиттер VT4. Мощность значительно превышает максимально допустимую и транзистор, естественно, полностью выходит из строя. Пробой транзистора означает, что на выходе будет повышенное нестабилизированное напряжение, которое станет представлять опасность уже для основных электронных радиотехнических узлов.
“Н”: Но предложенный вами стабилизатор, дорогой Спец, не защищен ведь от короткого замыкания на выходе?
“С”: Вот именно для того, чтобы избежать последствий, в случае короткого замыкания выхода, я предлагаю следующее дополнение к ранее приведенной схеме (рис.21.2).

“А”: Я так понимаю, что пока ток нагрузки (рис. 21.2, а) не превышает некоторый максимально допустимый, например 500 мА, падение напряжения на резисторе R13 недостаточно для отпирания VT1. Следовательно, его коллекторный ток можно считать равным нулю. Но в этом случае заперт и VT2. Следовательно, коллекторный ток VT2 так же равен нулю!
“С”: Верно! Ну, а в случае короткого замыкания на выходе?
“А”: В этом случае падение напряжения на RДАТ превышает 0,6 В. VT1 переходит в состояние насыщения и его коллекторный ток “отопрет” транзистор VT2. В свою очередь, его коллекторный ток создаст на истоковом резисторе падение напряжения такой полярности, что это вызовет запирание полевого транзистора.
“С”: Процесс этот, прошу заметить, носит динамический характер. То есть максимальный ток, проходящий через проходной транзистор, очень просто подсчитывается по формуле:
I МАКС К..З. = 0,6В / R ДАТ
Таким образом при R ДАТ = 1 Ом, максимальный ток короткого замыкания буде равен 600 мА.
“А”: Действительно, VT4 будет работать в допустимом режиме по току.
“Н”: А если снять закоротку?
“С”: Стабилизатор немедленно восстановит нормальный режим работы.


Предлагаемая схема в этом отношении является совершенно некапризной. Кстати, есть прямой смысл заменить в приведенной схеме транзисторы VT3 и VT4 на один составной транзистор Дарлингтона (речь идет о рис. 21.1).
“А”: Я полагаю, это будет составной п—р—n-транзистор типа КТ825?
“С”: Совершенно верно! Помимо того, что у КТ825 сравнительно мало напряжение насыщения составной структуры (около 2 В), его максимальный ток составляет несколъко ампер. Поэтому, уменьшив величину R ДАТ, не прибегая более ни к каким схемным изменениям, можно увеличить допустимый уровень тока нагрузки.
“Н”: А не будете ли вы столь добры представить схему стабилизатора на отрицательное напряжение?
“А”: Если никто не возражает, я сделаю это прямо сейчас (рис. 21.3).

“Н”: В этом стабилизаторе в качестве VT3 и VT4 тоже применяется составной транзистор?
“А”: Да, но типа КТ827. Он комплементарен Дарлингтоновскому транзистору КТ825.
“Н”: А сложно построить подобный стабилизатор?
“С”: Если строго соблюсти условия, которое я вам сейчас сообщу, то стабилизаторы, собранные по приведенным выше схемам, начинают работать сразу.
“А”: Интересно, в чем заключается это условие?
“С”: Обратите еще раз внимание на стабилизатор тока. Его ток стока должен быть установлен равным точно 0,2 мА. Тогда все остальные режимы устанавливаются АВТОМАТИЧЕСКИ!
“Н”: А как проще всего это сделать?
“С”: Обычно поступают следующим образом. Собирают отдельно вот такую элементарную цепь. Для ее питания достаточно обычной батарейки на 9 вольт (рис. 21.4)

“А”: В качестве измерительного прибора лучше всего использовать тестер.
“С”: Да, поставив его на предел 600 микроампер. .R|cr берется для начала, равным 3,3 кОм. Если ток измерительного прибора превышает требуемые 200 микроампер, то увеличивают RИСТ , проходя последовательно значения: 3,6 к; 3,9 к; 4,3 к; 4,7 к и т.д. Применяя транзисторы соответственных буквенных индексов, обычно при подборе требуется не более трех попыток.
“Н”: А какие буквенные индексы наиболее предпочтительны для рассматриваемой схемы стабилизатора?


“С”: Для транзисторов с р- каналом это: КП103И; КП103К; 2П103Б и 2П103В. Для n-канала можно выбирать такие транзисторы, как КПЗОЗБ, КПЗОЗВ; КПЗОЗА; 2ПЗОЗА (Б, В). То есть такие, паспортное значение UОТС которых не превышает 3-х вольт.
“А”: А какого типа следует применять подстроечный резистор?
“С”: Предпочтительнее всего использовать следующие типы многооборотных подстроечных резисторов: СП5-3; СП5-2; СП5-22; СП5-1ВА. Возможно применение и однооборотных СП5-16ВА или СП5-16ВБ. Атакже подобных им модификаций. Применение подстроечного резистора дает возможность ТОЧНО установить выходное напряжение. Точно — это значит до единиц милливольт!
“Н”: Но речь шла о ТРЕХ выходных напряжениях, а не о ДВУХ!? Что меняется в стабилизаторе на +7,5 вольт?
“С”: Прежде всего, вполне достаточно иметь на входе не 16, а всего 12 вольт! Схема защиты при этом не претерпевает ровно никаких изменений, кроме одного единственного. В качестве VD1 применяется стабилитрон КС 168 или КС 175. А вот схема дифференциального усилителя несколько иная. Да вот она (рис. 21.5).

“А”: Здесь в качестве опорного стабилитрона применен ТОЛЬКО один светодиод?
“С”: Этого достаточно вполне.
“Н”: Я хотел еще спросить о том, чего здесь нет!
“А”: Интересный поворот темы! Это не о трансформаторе ли зашла речь?
“Н”: Именно о нем!
“С”: Есть много возможностей! Следует исходить из того, по какому пути проще пойти! Можно, например, взять готовый стандартный трансформатор типа ТПП, имеющий соответствующие вторичные обмотки. Или, скажем, использовать трансформатор одного из следующих типов: ТН-33; ТН-34; ТН-36, и т.п. Полное наименование: ТН-33-220-50; ТН-34-220-50ит.д. Очень хорошим решением является изготовление трансформатора-тора. Это, кстати, обойдется в несколько раз дешевле. Можно использовать как самодельный, так и стандартный тороидальный трансформатор.
“А”: Действительно, сейчас можно на радиотолчке приобрести соответствующий по мощности тор с уже намотанной первичной (сетевой) обмоткой. Она обычно содержит 2200 витков.


Следовательно, 10 витков на вольт! Намотать три вторичных обмотки на соответствующие выходные напряжения — труда не составит!
“Н”: Ну, это как для кого. А какие нам нужны вторичные напряжения обмоток?
“А”: Исходи из того, что нужны ДВЕ обмотки по 15 вольт и одна на 10 вольт!
“Н”: Но на принципиальной схеме (рис. 21.6) я вижу нечто ИНОЕ? На входах двух стабилизаторов 18 вольт и на входе третьего — 12 вольт? трансформатора Tpl содержат по 140 витков. А вторичная обмотка Тр2 содержит 100 витков. Что касается типа обмоточного провода, то самым подходящим будет являться ПЭВ-2 или ПЭВТЛ-2 диаметром 0,39 мм (во всяком случае не ниже-0,35).

“С”: Я посоветовал бы еще одно. Намотать на челнок, примерно, по ВОСЕМЬ МЕТРОВ этого провода, сложенного вдвое. А затем наматывать тор одновременно. Тогда параметры обмоток 1 и 2 будут одинаковыми. Намотку следует производить аккуратно, равномерно распределяя витки по кольцу.
“Н”: А третью обмотку?
“С”: Ее мы наматываем на другой тор.
“А”: Ну, а как мы поступим с питанием варикапов? Что, мотать на тор еще одну обмотку, но тонким проводом9
“С”: Ни в коем случае! Это не только не нужно, но даже вредно! “А”: Почему вредно?
“С”: Потому что к напряжению, которое запитывает варикапы, предъявляются совершенно особые требования! Несмотря на смехотворный ток потребления, качество и стабильность напряжения должно быть высочайшим!
“Н”: Стабильность — это я понимаю. А вот что такое КАЧЕСТВО напряжения?
“С”: Этот термин следует понимать таким образом, что АМПЛИТУДА ПУЛЬСАЦИЙ выходного напряжения должна быть ИСЧЕЗАЮЩЕ малой! Так, при напряжении 30 вольт, амплитуда пульсаций не должна превышать десятых долей милливольта!
“А”: А почему так строго?
“С”: Такова суровая правда жизни, о любознательные мои друзья! Это напряжение определяет величину емкости колебательного контура генератора плавного диапазона приемника! И здесь “шутки” просто неуместны! Поэтому поступают следующим образом. Несколько ранее я уже приводил проверенную и отлично зарекомендовавшую себя ПРАКТИЧЕСКУЮ принципиальную схему получения столь необходимых нам 30 вольт высокого качества из, как говорится, любого источника более низкого напряжения.


Вспомните рис. 16.4.
“А”: Схема, я тебя узнал. Именно такую мы применили для той же цели и в первом КВ-приемнике! Но мне не совсем ясно, почему генератор низкой частоты для преобразователя вы предложили транзисторный, а не на ОУ?
“С”: Во-первых, потому, что этот генератор имеет ОДНОПОЛЯРНОЕ питание! Что очень удобно! Во-вторых, схема, при необходимости, имеет резервы использования. Снабжена она и системой автоматической стабилизации амплитуды колебаний!
“Н”: Но лампочка, выступающая элементом системы стабилизации-амплитуды, сама светиться не должна?
“С”: Нисколько! Напротив, только исключительно острый глаз, да и то вблизи, в темноте, заметит, что нить лампочки слегка порозовела! Смысл применения этой микролампочки заключается в следующем. Для получения гармонических колебаний с МАЛЫМИ ИСКАЖЕНИЯМИ используют инерционно-нелинейную цепь отрицательной обратной связи. Нужный характер нелинейности обеспечивается тогда, когда с ростом амплитуды сигнала уменьшается сопротивление в цепи эмиттера транзистора задающего генератора.
“А”: То есть получается, что лампочка играет роль терморезистора?
“С”: И с величайшим успехом! На транзисторах VT3, VT4, VT5 и VT6 собран симметричный оконечный каскад генератора. Цепь обратной связи поддерживает высокую стабильность работы генератора в достаточно широком диапазоне температур.
“А”: А какие элементы данной схемы определяют рабочую частоту?
“С”: Прежде всего, это конденсатор С1. В представленном на схеме варианте, генератор выдает частоту около 8 кГц. Каскад, собранный на VT7, посредством повышающего трансформатора (собранного на ферритовом колечке) и высококачественного мостового выпрямителя, в качестве которого применена матрица 2Д906А (Б), позволяет получить напряжение около 35 вольт.
“А”: Которое затем подается на компенсационный стабилизатор, в чем-то подобный уже рассмотренным ранее, а во многом и отличающийся! Например, я не возьму в толк, зачем потребовалась микросхема там, где ранее мы обходились с помощью транзисторов?


“Н”: И что это за непонятное включение ДВУХ из них, а именно VT13 и VT14?
“С”: Во-первых, микросхема здесь использована со смыслом и по причине крайней необходимости! Строго говоря, 198НТ1 — это даже не микросхема, а МИКРОСБОРКА, где на одном кристалле сформированы ПЯТЬ транзисторов. Два из них (по схеме VT11 и VT12) имеют объединенный эмиттер. Поскольку их параметры настолько ИДЕНТИЧНЫ, что попытаться подобрать подобную пару из дискретных транзисторов — конечно можно! Но я очень не советую! Неблагодарное это занятие! Во-вторых, мало того, что у VT11 и VT12 одинаковые параметры! Эти транзисторы ВСЕГДА будут находиться в одинаковых температурных режимах! В том случае, если у них приблизительно одинаковы коллекторные токи, естественно! Вот что такое технология изготовления транзисторов на ОДНОМ кристалле!
“А”: То есть самая подобранная пара дискретных транзисторов, именно в * силу того, что они собраны в разных корпусах, ВСЕГДА будут проигрывать ИНТЕГРАЛЬНОЙ паре?
“С”: Для подобных приложений — ВСЕГДА! Но температурные условия для остальных трех транзисторов микросборки тоже одинаковы! Это позволяет говорить о существовании глубокой обратной связи по температуре. В результате вышесказанного и нестабильность, и температурный дрейф ВСЕГДА будут в несколько раз лучше, чем у тех же схем, но собранных на дискретных транзисторах! Заметьте, в описываемых стабилизаторах напряжения мы широко используем эти особенности микросборок.
“Н”: А почему же, в таком случае, ранее мы применили подобное решение только для питания варикапов?
“С”: Нужды не было! Поскольку, например, питание гетеродинов будет осуществляться не от общих, а от автономных специализированных СН. А в них основой схемы и будут подобные решения!
“А”: Что касается включения транзисторов VT13 и VT14, то, как я понимаю, с их помощью получают опорное напряжение?
“С”: Да, именно эта схема, или ее модификации, применяется в интегральной электронике. Она позволяет получить высокостабильное опорное напряжение при сквозном токе, равном ВСЕГО 100 микроамперам!


“А”: Да это раз в 50 меньше, чем обычно?
“Н”: Ну, а что все- таки представляет собой сам повышающий трансформатор?
“С”: Колечко из феррита, как я уже говорил. Марки 600НН или 1000НН. Типоразмер: К 12,0x6,0x4,5. Или К 13,0x5,5x5,0. В любом случае первичная обмотка содержит 80 витков провода ПЭВ-2-0,15 или ПЭВ-2-0,13. Параметры вторичной обмотки: 330 витков, равномерно намотанных по кольцу проводом ПЭВ-2-0,1. Лучше всего количество витков вторичной обмотки — подобрать.
“А”: А конструктивно?
“С”: Рисунок печатной платы будет представлен позднее. Но весь этот узел собирается на основе миниатюрных компонентов, на единой плате. Конструктивно он НЕ входит в состав силового блока стабилизаторов напряжения. И размещается отдельно, поближе к варикапам ГПД.
>

---

---