лабы / лаба 20 / лаба_5_20_рпу_метода

данном случае работает как регулируемый обратной связью по току из коллекторной цепи (с резистора 2R54) источник стабильного тока.

В цепи питания каскада установлен П-фильтр 2C63, 2R54, 2C61, однотипный с фильтром 2C48, 2R46, 2C50, выполняющий ту же функцию и имеющий те же параметры.

Резистор 2R51 убыстряет разряд блокировочных конденсаторов 2C61, 2C63 цепи питания передатчика (провод +5V_TX2 в линии групповой связи) при переходе с передачи на прием, чем обеспечивает быстрое выключение передатчика и отсутствие самовозбуждения по трактам прием-передача в момент переключения (когда приемник уже включился, поскольку у него постоянная времени цепей питания меньше, чем у передатчика, а передатчик еще не выключился). Через разделительный конденсатор 2C62 сигнал с коллектора транзистора резистивного каскада поступает на следующий каскад.

Каскад предварительного усиления выполнен по схеме с общим эмиттером на транзисторе 2VT13 и работает в режиме класса АВ. В нем применена параметрическая стабилизация режима с тепловой обратной связью на прямовключенном диоде 2VD5. Смещение на базу транзистора подается через разделительный резистор 2R59, который c блокировочным конденсатором 2С59 выполняет также функцию фильтра нижних частот, предотвращающего попадание ВЧ потенциала к диоду 2VD5. Частота среза фильтра 2R59, 2С59 – 19 кГц. Начальный ток диода 2VD5 и, как следствие, транзистора 2VT13 (в точке перелома входной характеристики) задается номиналом резистора 2R58 и составляет 2,4 мА. В каскаде предварительного усиления применена параллельная схема коллекторной цепи. Питание на транзистор 2VT13 подается от источника плюс 13,8 вольта через фильтр 2C73, 2R65, 2C70 с частотой среза 16 кГц (в 1700 раз ниже рабочей частоты). Столь большое соотношение частот выбрано для того, чтобы обеспечить как можно большее затухание ВЧ сигнала, прошедшего через фильтр в цепь питания. В этом каскаде ВЧ напряжение в цепи коллектора уже достигает 10-и и более вольт и уже требуется очень хорошая фильтрация цепи питания.

Цепь согласования между каскадом предварительного усиления и предоконечным каскадом (драйвером) выполнена в виде параллельного колебательного контура 2L20, 2C75 с внешнеемкостной связью через три параллельно соединенных конденсатора 2C67, 2C71, 2C74 для обеспечения достаточного уровня проходящей через них реактивной мощности. Вход следующего каскада подключен к параллельному контуру с помощью внутрирезистивной связи через резистор 2R67. Этот резистор, будучи включенным последовательно в индуктивную ветвь контура, вносит в него активные потери, снижает добротность, и тем самым расширяет полосу согласования межкаскадной цепи. Однако КПД цепи согласования при этом падает. С той же целью, для расширения полосы пропускания, дроссель питания в коллекторной цепи 2LR1 зашунтирован резистором 2R66, номиналом 680 Ом и мощностью 0,5 Вт. В этой межкаскадной цепи согласования расширение полосы пропускания достигается за счет введения в

колебательную систему резистивных потерь. При малом уровне мощности

11

такое допустимо, хотя резисторы для запланированных потерь, греются. Блокирует холодный конец дросселя по ВЧ на землю конденсатор 2C70.

Драйвер – предоконечный каскад. Выполнен на транзисторе 2VT17 по схеме с общим эмиттером в режиме класса С. В этом режиме стабилизация рабочей точки не требуется, поскольку без сигнала транзистор заперт. Для линеаризации нагрузки межкаскадной цепи соглапсования последовательно в базовую цепь транзистора включен резистор 2R70 сопротивлением 1 Ом. Одновременно он выполняет антипаразитную функцию, реализуя фильтр нижних частот совместно с емкостью эмиттерного перехода транзистора, и предотвращает самовозбуждение каскада по схеме индуктивной трехточки, поскольку и в базе и в коллекторе имеются индуктивные элементы, а им в дополнение до трехточечной схемы всегда имеется емкость коллекторного перехода.

Как и в каскаде предварительного усиления, в драйвере применена параллельная схема коллекторной цепи. Но в отличие от него, нет RC фильтра питания. Есть лишь коллекторный дроссель 2LR2 зашунтированный резистором 2R74 для расширения полосы пропускания. Холодный конец дросселя блокируется по ВЧ на землю конденсатором 2C73. Питается драйвер от источника питания радиостанции плюс 13,8 вольта. В качестве цепи согласования между драйвером и оконечным каскадом усиления мощности применен П-контур с низким значением нагруженной добротности для расширения полосы пропускания. Входная емкость П-контура образована параллельно соединенными конденсаторами 2С80 и 2С82; индуктивность – катушка 2L21; выходная емкость контура – входная емкость затвор-исток полевого транзистора оконечного каскада 2VT22. Два конденсатора, соединенные параллельно, 2С76 и 2С77 – разделительные. Поскольку на весьма значительной входной емкости полевого транзистора необходимо развить напряжение, как минимум, в 5 вольт на рабочей частоте, ток в цепи согласования, протекающий через разделительный конденсатор, достаточно велик и для обеспечения требуемого уровня реактивной мощности используются два конденсатора.

Выходной каскад передатчика выполнен на полевом транзисторе 2VT22 с индуцированным каналом n-типа и работает в режиме обогащения. Начальное смещение на затвор транзистора задается от источника плюс 5 вольт, через два резистора 2R57 и 2R64, которые совместно с конденсаторами 2C65 и 2C61 образуют двухзвенный фильтр нижних частот, чтобы мощный ВЧ сигнал с затвора транзистора выходного каскада не попал бы в цепь питания плюс 5 вольт. Если 2R57 – исключительно резистор фильтра питания, то 2R64

– это разделительный резистор, достаточно большого номинала, чтобы не шунтировать цепь затвора выходного транзистора.

Резистор 2R76 – антипаразитный, выполняет функцию, аналогичную резистору 2R70. Резистор 2R81 – защитный резистор, предохраняет изоляцию затвора от пробоя статическим электричеством при монтаже и ремонте радиостанции. Цепочка 2VD6, 2R79 – автоматическое смещение рабочей точки транзистора при подаче на его затвор ВЧ потенциала. На каждой отрицательной полуволне диод открывается и отводит часть ВЧ мощности в

12

резистор 2R79. Это приводит к тому, что положительная полуволна ВЧ напряжения становится больше, чем отрицательная. То есть, имеет место дополнительное смещение, открывающее транзистор выходного каскада на каждой положительной полуволне. Это эквивалентно, при наличии ВЧ напряжения возбуждения на затворе, переходу транзистора из режима класса B в режим класса AB, что приводит к увеличению импульсов коллекторного тока и, как следствие, увеличению выходной мощности передатчика радиостанции.

Стоковая цепь выходного каскада выполнена по параллельной схеме.

Высокочастотный дроссель 2LR3 зашунтирован резистором 2R83 для увеличения широкополосности (внесением дополнительных потерь в первый контур выходной колебательной системы) и отсутствия побочных резонансов (сглаживания АЧХ). Холодный конец дросселя заблокирован по ВЧ на землю конденсатором 2С83. Питание в цепь стока подается через П-фильтр на элементах 2C83, 2DR3, 2C97. Резистор 2R85 – антизвонный, предотвращает возможные паразитные резонансы в дросселе 2DR3 в полосе модулирующих частот, внося в него небольшие активные потери. Питающее напряжение 13,8 вольта выходной каскад получает от источника питания радиостанции через транзисторный регулятор, который в режиме АМ выполняет роль модулятора, а в режиме ЧМ – регулятора выходной мощности передатчика.

Выходная цепь согласования. Выполнена по трехконтурной схеме. Первый контур – одиночный с низким значением нагруженной добротности и пологой АЧХ. В него входят следующие элементы: первая емкость – конденсаторы 2C92, 2C93, 2C94, соединенные параллельно; индуктивность – катушка 2L24; вторая емкость – конденсаторы 2C80 и 2C95, соединенные параллельно. Связь между первым контуром и последующими - внешнеемкостная, через конденсатор 2C90.

Два остальных контура образуют двойной П-контур, то есть, два параллельных контура с внутриемкостной связью. Связь выбрана больше критического значения, благодаря чему образуется двугорбая АЧХ с крутыми скатами и провалом по центру, куда как раз вписывается одногорбая АЧХ первого контура. Двойной П-контур выполнен симметричным и не трансформирует сопротивлений. То есть, и на его входе и на выходе соотношение ВЧ напряжения и тока на рабочей частоте составляет 50 Ом. В него входят элементы: входной параллельный контур – 2C96, 2L22; общая емкость внутренней связи между контурами – конденсаторы 2C84, 2C85, 2C89, соединенные параллельно; выходной параллельный контур – 2L23, 2C86. Таким образом, получаем широкую полосу согласования стоковой цепи с нагрузкой при незначительной неравномерности внутри полосы пропускания.

Параметры первого П-контура выбраны таким образом, чтобы он работал инвертором импеданса, то есть, по номиналам элементов он симметричный, и при нагрузке, равной его волновому сопротивлению, обеспечивает трансформацию 1:1. Но если его нагрузить на сопротивление не равное волновому (ρ), то со входа его сопротивление будет обратным через ρ2. Он трансформирует стандартное сопротивление кабельной линии 50 Ом в граничное сопротивление стоковой цепи, при котором от источника 13,8 В

13

можно получить мощность 10 Вт с учетом КПД выходной колебательной системы. Rгр = ηU2c / (2 P) = 0,8 *132 / (2 * 10) = 6,8 Ом.

Связь выходной колебательной системы с радиоприемником. Сигнал от антенны, пройдя двойной П-контур в обратном направлении, по сравнении с направлением сигнала в передатчике, ответвляется к радиоприемнику (сигнал RX_IN). Через конденсатор связи 1С1 он попадает на двусторонний ограничитель на двух встречно-параллельных диодах 1D2. В режиме «Прием» напряжение на диодах составляет микровольты, диоды заперты и не оказывают влияния на проходящий сигнал. В режиме передачи диоды открываются, ограничивают напряжение на входе приемника на уровне 0,7 вольта и подключают через себя конденсатор связи 1С1 параллельно конденсатору 2С96, что учтено при расчете выходной цепи согласования передатчика.

Амплитудный модулятор. В передатчике для получения АМ применена стоковая модуляция (по аналогии с радиолампами – анодная). В качестве модулятора применена схема транзисторного регулятора с обратной связью, аналогичная схемам, применяемым в аналоговых стабилизаторах напряжения компенсационного типа. Однако, в отличие от стабилизаторов, в качестве опорного напряжения здесь используется не стабилитрон, а модулирующее напряжение. Требование же к компенсационной схеме предъявляемое по быстродействию, чтобы на верхней модулирующей частоте схема бы успевала отрабатывать на своем выходе изменения сигнала модуляции. То есть, постоянная времени регулятора должна быть: τр ≤ 0,25 / Fв = 0,25 / 3400 = 73,5 мкс.

Модулирующий сигнал в режиме АМ (провод MAM в линии групповой связи) Поступает на активный фильтр нижних частот второго порядка на транзисторе 2VT12. Частотозадающие элементы фильтра 2R52, 2C64, 2R56, 2C60. Частота среза фильтра 4,5 кГц. Эквивалентная добротность фильтра 0,34. Cоотношения: fср = 1 / [2π√(R2 C1 C2)];

C1 = 1 / (4πfсрRQ); С2 = Q / (πfсрR), где C1 – 2C64; C2 – 2C60; R = 2R52 = 2R56 (почти).

Схема эмиттерной стабилизации режима транзистора 2VT12 включает в себя делитель напряжения в цепи базы: 2R55, сумма 2R52, 2R56 плюс внутреннее сопротивление источника сигнала (ИС 2DA1, вывод 21). Эмиттерная нагрузка выполнена по сложной схеме (аналогично, как у транзистора 2VT5) из резисторов 2R60, 2R61 и потенциометра 2RV2. Потенциометр 2RV2 устанавливает усиление в тракте модулятора и, как следствие, максимальный уровень глубины модуляции. Цепочка 2R63, 2C66 представляет собой фильтр нижних частот (частота среза около 12 кГц и зависит от положения движка потенциометра 2RV2), защищающий модулятор от ВЧ наводок своего передатчика. Аналогичную защитную функцию выполняют конденсаторы 2C72 и 2C81. Конденсатор 2С68 – разделительный; совместно с входным сопротивлением следующего каскада он образует переходную цепочку, частота среза которой около 3 Гц и лежит ниже нижней частоты модуляции. Резисторы 2R69 2R90 – делитель напряжения, задающий смещение базы транзистора 2VT15. Элементы 2VT11, 2R62 и 2VT14 – ключевая схема переключения смещения при переходе с приема на передачу.

14

Блокировочный конденсатор 2C69 защищает цепь базы 2VT15 от возможных ВЧ наводок по цепи питания; частота среза цепочки из 2C69 и делителя напряжения в цепи базы около 1000 Гц. Одновременно, этот конденсатор задает постоянную времени переключения модулятора передатчика при переходе с приема на передачу и наоборот.

Сопряжение постоянных времени цепей питания передатчика и приемника необходимо, чтобы при переключении с приема на передачу сначала выключался радиоприемник и лишь затем, включался передатчик. В противном случае, одновременно работающие на одной частоте передатчик и приемник образуют кольцо самовозбуждения, которое и в эфир и в динамик радиостанции дадут громкий писк, бьющий по ушам обоим корреспондентам.

Резистор 2R68 – добавочный, для уменьшения шунтирующего действия делителя напряжения на цепь базы транзистора 2VT15. Транзисторы 2VT15, 2VT16 и резистор 2R73 образуют дифференциальный усилительный каскад с эмиттерной связью, выполняющий функцию аналогового вычитания опорного сигнала (входного сигнала модуляции) и сигнала обратной связи с выхода компенсационного регулятора напряжения. Нагрузкой каскада является резистор 2R72 и включенные последовательно с ним эмиттерные переходы регулирующих транзисторов 2VT18 и 2VT19. Они включены по схеме составного транзистора (Дарлингтона) имеющего общий коэффициент усиления по току: βобщ = β1 β2. Резистор 2R71 отводит обратный ток коллектора из цепи базы транзистора 2VT19, чтобы он не увеличивал бы начальный ток составного транзистора.

Эмиттер составного транзистора (2VT18 и 2VT19) подключен к источнику питания плюс 13,8 вольта, а коллектор – к цепи питания стока выходного транзистора передатчика.

Цепь обратной связи с выхода регулятора (коллектор составного транзистора) имеет три ветви. Две ветви – по постоянному и переменному напряжению и одна – только по переменному.

Первая ветвь: регулируемый делитель напряжения 2R84, 2R82 и переменный резистор 2RV4 – устанавливает уровень сигнала обратной связи (как следствие – напряжение питания выходного каскада и выходную мощность передатчика) в режиме частотной модуляции.

Вторая ветвь: регулируемый делитель напряжения 2R84, 2R78 и переменный резистор 2RV3 – устанавливает уровень сигнала обратной связи (как следствие – мощность несущей) в режиме амплитудной модуляции. Резисторы 2R78 и 2RV3 подключаются только в режиме АМ с помощью ключевого управляющего транзистора 2VT21. Поскольку в режиме АМ общее сопротивление резисторов 2R82, 2RV4, 2R78 и 2RV3 всегда будет меньше, чем резисторов 2R82 и 2RV4, то напряжение питания выходного каскада передатчика при АМ всегда будет меньше, чем при ЧМ и лишь на пике сигнала модуляции они могут сравняться.

Конденсатор 2C87 обеспечивает устойчивость работы схемы компенсации, как системы автоматического регулирования. Обе ветви, первая и вторая, должны поддерживать постоянными средние уровни мощности при АМ и ЧМ в течение всего время работы радиостанции, и одновременно отрабатывать в

15

выходном напряжении регулятора изменения входного сигнала модуляции. Поэтому постоянная времени цепочки обратной связи 2R84, 2C87, 2R82, 2RV4 соответствует частоте среза 5900 Гц, что выше верхней частоты модуляции 4500 Гц и регулятор заведомо успевает ее отработать. Обе ветви могут быть отключены ключом 2VT20, который при своем открывании отключает обратную связь и обеспечивает на выходе регулятора максимально возможное напряжение питания выходного каскада передатчика, то есть – максимальную мощность.

Третья ветвь: делитель напряжения 2R80, 2R77 и конденсатор 2C79. Это «ускоряющая» цепь, через которую регулятор отрабатывает просадки напряжения питания на инфранизких частотах, которые возникают при артикуляции человеческого голоса. Обычно частота артикуляций не превышает 25 Гц. Частота среза дифференцирующей цепочки 48 Гц, что в два раза выше. То есть, регулятор заведомо справляется и с этими явлениями.

Работа модулятора АМ: Сигнал с микрофона фильтруется и выделяется полоса частот 200 – 4500 Гц. Затем усиливается в микрофонном усилителе и коммутируется в микросхеме 2DA1 на выход МАМ. Далее, через фильтр второго порядка поступает на компенсационный регулятор с обратной связью, на вход левого по схеме транзистора дифференциального каскада. На вход правого транзистора поступает с выхода регулятора сигнал обратной связи, регулируемый в зависимости от нужной выходной мощности передатчика. Разность между модулирующим сигналом и сигналом обратной связи усиливается дифкаскадом и управляет проходным составным транзистором, который непосредственно регулирует выходное напряжение модулятора.

16

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

В качестве основного измерительного модуля, на лабораторной установке по исследованию радиостанции "ТАИС РМ-45", используется компьютер с установленной на нем специализированной измерительной программой “M- Studio” (рис.3).

Рис.3. Внешний вид лабораторной установки

Для снятия и изучения необходимых характеристик, на низкочастотный вход радиостанции подается модулирующий сигнал различного уровня и частоты. В качестве источника модулирующего сигнала используется звуковая плата компьютера. Параметры сигнала (амплитуда и частота), устанавливаются непосредственно с помощью клавиатуры и «мыши» в экранном меню измерительной программы. Ниже приведена структурная схема лабораторной установки (рис.4).

17

установки стрелки индикатора на нулевое деление. Вход прибора, через специальный выносной пробник, подключен к выходному коаксиальному кабелю радиостанции через тройниковый переход. В данной лабораторной работе используется род измерения – переменное напряжение, предел измерения – 30 В, отсчет ведется по соответствующей шкале, обозначенной на фото. Начальная калибровка прибора производится с помощью ручек коррекции нуля измерителя. Методика калибровки будет изложена ниже.

последующего измерения его параметров при помощи компьютера. В данном случае, прибор, как бы представляет собой эталонный ЧМ приемник, настроенный на частоту сигнала радиостанции. Анализатор СК3-43 имеет

19

следующие органы управления: переключатель диапазонов (в пределах которого можно настроить прибор), ручка настройки прибора на частоту сигнала (в пределах заданного диапазона), переключатель вида исследуемой модуляции (АМ, ЧМ), кнопки и регуляторы для проведения калибровки прибора.

Анализатор модуляции является сложным универсальным радиоизмерительным прибором. В лабораторной работе использованы не все его функции, поэтому на фото обозначены только те органы управления,

которые будут использоваться. Менять положение остальных органов управления категорически запрещено! Так же необходимо отметить, что ручка настройки прибора на частоту сигнала – многооборотная (25 оборотов от края до края) и имеет сложный механизм привода. Убедительная просьба –

при настройке прибора соблюдать осторожность.

20