Чтение онлайн

Особой популярностью пользуются схемотехнические решения, в которых для получения ВЧ-сигнала, модулированного по частоте, применяются специальные полупроводниковые элементы, например, варикапы. Модуляторы на варикапах применяются для получения частотной модуляции сигналов не только LC-генераторов, но и генераторов с кварцевой стабилизацией частоты.

Конечно же, в специализированной литературе и в сети Интернет можно найти немало схемотехнических решений транзисторных микропередатчиков, в которых для модуляции ВЧ-сигналов используются и другие способы. Однако рассмотрение особенностей функционирования таких устройств выходит за рамки предлагаемой книги. Поэтому в данной главе основное внимание уделено описанию простейших схем, обеспечивающих реализацию упомянутых выше способов модуляции.

Необходимо отметить, что одна из неблагоприятных особенностей приводимых далее схемотехнических решений АМ– и ЧМ-модуляторов, обусловленная их простотой, заключается в наличии так называемых паразитных модуляций. Дело в том, что при изменении определенных параметров и режимов работы отдельных элементов ВЧ-генератора с помощью простейших схем модуляции практически всегда одновременно с изменением, например, амплитуды несущего высокочастотного сигнала в соответствии с мгновенным значением сигнала, содержащего полезную информацию (амплитудная модуляция), происходит изменение частоты ВЧ-сигнала (частотная модуляция). И, наоборот, при осуществлении частотной модуляции в качестве паразитной проявляется амплитудная модуляция сигнала несущей частоты. Таким образом, при использовании одного и того же схемотехнического решения можно создать микропередатчик, с помощью которого, например, в КВ-диапазоне можно передавать АМ-сигналы, а в УКВ-диапазоне – ЧМ-сигналы. При этом выбор диапазона и, соответственно, вид модуляции зависит от параметров и номиналов элементов соответствующих каскадов, в первую очередь генератора ВЧ-сигнала.

В малогабаритных транзисторных радиопередающих устройствах и радиомикрофонах для получения частотно-модулированного сигнала нередко применяются специальные полупроводниковые приборы, называемые варикапами. С их помощью можно модулировать по частоте сигналы, формируемые как LC-генераторами, так и генераторами с кварцевой стабилизацией частоты.

Варикап представляет собой разновидность полупроводникового диода, одним из основных свойств которого является зависимость так называемой барьерной емкости от приложенного к нему обратного напряжения. При этом отрицательный полюс источника напряжения должен быть подключен к положительному выводу варикапа. В процессе подачи на варикап управляющего напряжения, например, НЧ-сигнала, мгновенное значение этого сигнала вызывает соответствующее изменение величины обратного напряжения на электродах варикапа. В результате происходит и изменение его барьерной емкости. Таким образом, в схемах модуляторов варикап используется в качестве аналога конденсатора переменной емкости, управляемого не механически, а электрически, посредством изменения величины обратного напряжения.

Необходимо отметить, что в модуляторах миниатюрных радиопередатчиков нередко в качестве варикапов используются кремниевые стабилитроны при обратном напряжении, величина которого меньше напряжения стабилизации, когда обратный ток еще очень мал, и, следовательно, обратное сопротивление стабилитрона весьма велико.

Основными параметрами варикапа являются его номинальная емкость, коэффициент перекрытия по емкости в рабочем интервале напряжений, максимальная рабочая частота, добротность конденсатора, роль которого выполняет варикап, а также температурный коэффициент варикапа.

Номинальная емкость варикапа представляет его барьерную емкость при заданном напряжении смещения. На основании зависимости барьерной емкости от приложенного к выводам варикапа обратного напряжения строится так называемая вольт-фарадная характеристика варикапа, имеющая участок, форма которого близка к линейной. Для того чтобы варикап работал именно на этом участке характеристики, на его электроды следует подать исходное напряжение смещения, величина которого определяет положение рабочей точки варикапа, то есть его номинальную барьерную емкость.

Под коэффициентом перекрытия по емкости в рабочем интервале напряжений понимается отношение общих емкостей варикапа при двух заданных значениях обратного напряжения. Обычно определение данного коэффициента производится для емкостей в рабочем интервале напряжений, то есть коэффициент перекрытия по емкости представляет собой отношение максимальной и минимальной емкостей варикапа.

Значение максимальной рабочей частоты определяет граничную частоту, при превышении которой основные параметры варикапа перестают соответствовать паспортным данным. Добротность конденсатора, роль которого выполняет варикап, рассчитывается как отношение реактивного сопротивления на заданной частоте к сопротивлению потерь при заданной емкости варикапа или обратном напряжении. Особого внимания заслуживает температурный коэффициент варикапа, который характеризует зависимость величины его емкости от температуры окружающей среды.

Помимо указанных параметров при выборе варикапа для каскада модуляции миниатюрного радиопередатчика следует обратить внимание на такие параметры, как максимальная рассеиваемая мощность, максимально допустимое обратное постоянное напряжение, а также постоянный обратный ток при этом напряжении.

Одним из основных способов осуществления модуляции в транзисторных микропередатчиках является воздействие модулирующего НЧ-сигнала на параметры селективного элемента ВЧ-генератора. Селективный элемент обычно представляет собой резонансный контур, образованный параллельно включенными катушкой индуктивности и конденсатором. Изменение параметров входящей в состав контура катушки индуктивности в миниатюрных радиопередатчиках довольно затруднительно, поскольку соответствующие схемотехнические решения весьма сложны, а их реализация трудоемка. В то же время применение варикапа, доступного и дешевого полупроводникового элемента, емкость которого можно изменять, непосредственно подавая на его выводы модулирующее напряжение, значительно упрощает решение задачи. Поэтому схемотехнические решения модуляторов на варикапах, обеспечивающие частотную модуляцию ЧМ-сигнала с весьма приемлемыми параметрами, пользуются особой популярностью.

В транзисторных LC-генераторах варикап в качестве элемента с емкостным характером комплексного сопротивления может быть подключен к резонансному контуру как параллельно, так и последовательно.

Упрощенные принципиальные схемы включения варикапа параллельно резонансному контуру (без цепей формирования напряжения смещения варикапа) приведены на рис. 4.1. Отличительной особенностью схемотехнического решения, изображенного на рис. 4.1б, является включение варикапа вместо конденсатора параллельного резонансного контура.

Рис. 4.1. Принципиальные схемы включения варикапа параллельно резонансному контуру (а) и вместо конденсатора резонансного контура (б)

При разработке модулятора на варикапе не следует забывать о том, что для функционирования этого полупроводникового прибора в штатном режиме на его выводы следует подавать напряжение смещения определенной величины. Поэтому в состав модулирующего каскада необходимо включить соответствующую цепь формирования напряжения смещения варикапа. Такая цепь в миниатюрных транзисторных передатчиках обычно выполняется на резисторах. Принципиальная схема параллельного колебательного контура с цепью формирования напряжения смещения варикапа приведена на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Принципиальная схема параллельного колебательного контура с цепью формирования напряжения смещения варикапа

Параллельный колебательный контур образован катушкой индуктивности L1 и емкостью варикапа VD1. Резонансная частота контура может изменяться при изменении величины обратного напряжения на варикапе, которое зависит от положения движка потенциометра R2. Для того чтобы уменьшить шунтирующее влияние потенциометра R2 на добротность контура, в цепь включен резистор R1, имеющий сравнительно большое сопротивление. Также в состав цепи включен разделительный конденсатор С1, без которого варикап VD1 оказался бы замкнут накоротко через катушку L1.