5.5. Гетеродины

Вспомогательное напряжение, необходимое для осуществления процесса преобразования частоты, создаётся специальным устройством, называемым гетеродином приёмника. Таким устройством может быть как простейший маломощный автогенератор незатухающих колебаний, так и весьма сложная схема формирования совокупности высокостабильных напряжений требуемых частот и амплитуд.

Основными требованиями, предъявляемыми к гетеродинам, являются:

• обеспечение необходимого значения рабочей частоты, а также возможность перестройки её в заданном диапазоне;

• высокая стабильность частоты генерируемых колебаний;

• постоянство амплитуды генерируемых колебаний;

• минимальный уровень высших гармоник в выходном напряжении.

Большинство схем гетеродинов можно разделить на две группы: простейшие (или однокаскадные) и сложные. Простейшие схемы гетеродинов представляют собой однокаскадные генераторы с самовозбуждением. Такие схемы гетеродинов применяются в вещательных и телевизионных РПрУ. Недостатком таких гетеродинов является низкая стабильность частоты.

В профессиональных РПрУ применяют гетеродины с кварцевой стабилизацией частоты. Достоинством таких гетеродинов является возможность получения стабильных колебаний. Кварцевый генератор без дополнительных мер стабилизации частоты обеспечивает относительную нестабильность частоты порядка 10 ^–5 в диапазонах температур 10 … 30° С. Сложные схемы с применением параметрической или кварцевой стабилизации могут обеспечить относительную нестабильность до 10 ^{– 6} … 10 ^{– 10} . При построении гетеродинов также используются различные варианты сложных схем: синтезаторы частоты, генераторы с многократным умножением частоты, квантовые генераторы и др.

Подробно принципы построения генераторов с самовозбуждением, а также стабилизация их работы рассматриваются в курсе «Радиопередающие устройства».

Рассмотрим основные схемы генераторов с самовозбуждением, которые могут использоваться в качестве гетеродинов.

Генераторы с трансформаторной обратной связью

На рис.5.5 показан генератор с трансформаторной ОС и включением транзистора по схеме с ОЭ.

Рис.5.5. Генератор с трансформаторной ОС

В этих схемах положительная ОС осуществляется с помощью трансформатора Тр, первичная обмотка L_К которого вместе с конденсатором С образует колебательный контур, настроенный на частоту генерирования схемы.

Усиленное выходное напряжение на резонансной частоте контура имеет на коллекторе транзистора VT максимальную амплитуду и фазовый сдвиг 180° относительно входного напряжения. Часть этого напряжения снимается с вторичной обмотки L_СВ в качестве напряжения ОС. Для выполнения условия баланса фаз трансформатор Тр должен дополнительно осуществлять инверсию фазы сигнала на 180°. Для этого вторичную обмотку трансформатора включают во встречном направлении по отношению к первичной обмотке. Точки около обозначений обмоток трансформатора на схемах рис.5.5 указывают на выводы обмоток с синфазным напряжением.

Коэффициент трансформации выбирают таким, чтобы на резонансной частоте коэффициент усиления генератора был больше единицы. Благодаря этому сразу же после включения питания возбуждаются колебания, амплитуда которых экспоненциально нарастает до тех пор, пока величина коэффициента усиления не установится равным единице. При этом амплитуда колебаний устанавливается постоянной.

Генераторы с индуктивной обратной связью

Схема генератора с индуктивной ОС, изображена на рис.5.6:

Рис.5.6. Генератор с индуктивной ОС на биполярном транзисторе

Эта схема похожа на схему рис.5.5. Отличие заключается в том, что трансформатор заменён катушкой L_К с отводом от средней точки обмотки. Индуктивность катушки вместе с ёмкостью параллельно включённого конденсатора С определяет резонансную частоту возбуждения генератора. Через конденсатор С_Б переменное напряжение подаётся на базу транзистора. Это напряжение по отношению к коллекторному имеет фазовый сдвиг 180°, т.е. эта обратная связь является положительной. Амплитуда напряжения ПОС устанавливается соответствующим выбором положения отвода на катушке L_К. Ток покоя коллектора транзистора определяется величиной сопротивления резистора R_Б.

Схема генератора с индуктивной ОС на полевом транзисторе приведена на

рис.5.7.

Рис.5.7. Генератор с трансформаторной связью на полевом транзисторе

В этом перестраиваемом генераторе наименьшая частота генерируемых колебаний соответствует максимальной ёмкости конденсатора С. Катушка контура имеет отвод, который образует первичную L₁ и вторичную L₂ обмотки автотрансформатора. Напряжение ОС с катушки L₂ подаётся на базу транзистора через конденсатор связи С_СВ. Реактивное сопротивление этого конденсатора должно быть значительно меньше сопротивления резистора R_З в цепи затвора на наименьшей частоте генерирования. Дроссель L_ДР исключает попадание высокочастотных колебаний тока коллектора в источник питания.

Генераторы с ёмкостной обратной связью

Особенностью генератора с ёмкостной ОС (рис.5.8) является наличие в нём ёмкостного делителя напряжения, который определяет коэффициент передачи напряжения цепи ОС.

Рис.5.8. Генератор с ёмкостной обратной связью

Выходное напряжение снимается с коллектора VT, а напряжение обратной связи – с конденсатора С₂. Последовательно соединённые конденсаторы С₁ и С₂ с катушкой L_К образуют колебательный контур, эквивалентная ёмкость которого С_К = С₁ С₂ / (С₁ + С₂). Резонансная частота этого контура

f₀ = .