Б.Родин, RW3AY
"РД" №4 1996г - №1 1997г
Традиционно, в 60 и 70-е годы, да и в начале 80-х приемная (радиочастотная) часть самодельных приемников и трансиверов содержала два преобразования частоты и в большинстве радиолюбительских конструкций усилители промежуточной частоты (УПЧ) содержали, как правило, 2 -3 каскада усиления. Ламповые и, впоследствии, транзисторные или комбинированные приемники супергетеродинного типа строились практически по единой структурной схеме. В качестве фильтров основной селекции использовались, появившиеся к тому времени и, получившие широкое распространение, электромеханические фильтры (ЭМФ) на частоту 500 кГц.
С появлением же узкополосных кварцевых фильтров с высокими эксплуатационными характеристиками, в частности, хорошей прямоугольностью, сравнимой с прямоугольностью ЭМФ, малым затуханием в полосе прозрачности и большим затуханием в полосе задерживания, большую популярность приобрели приемники и трансиверы с одним преобразованием частоты. Этому способствовало также появление методик и накопление опыта по изготовлению в радиолюбительских условиях дифференциально-мостовых и, особенно, лестничных кварцевых фильтров. И, как следствие, в 80-е и начале 90-х годов разработка и изготовление самодельных конструкций с одним преобразованием частоты стало преобладающим.
Если вспомнить основные модели любительских трансиверов, получивших большую популярность и широкое распространение среди отечественных радиолюбителей, то, без всякого сомнения, лидером является трансивер конструкции UW3DI 1971 года - ламповый и 1974 года - лампово-полупроводниковый, а также совместные конструкции UA1FA и UA1AB, а затем и самого UA1FA. Также и другие, мало чем отличающиеся друг от друга конструкции. Многие, в последствии, старались придерживаться структурного повторения этих моделей. Коммутация прием-предача в радиотракте сводилась, в основном, к реверсу смесителей и использованию УПЧ полностью или частично, или же к полному разделению трактов приема-передачи.
Я так же, как и все, начинал экспериментировать с уже известными структурами и опробовал много схемных реализации УПЧ. Большая часть моих "изысканий" пришлась на конец 70-х и начало 80-х годов. Элементная база сводилась к использованию широко распространенных в те годы радиодеталей. В основном, это были биполярные и полевые транзисторы, а также доступные микросхемы разных серий. После некоторых экспериментов от микросхем пришлось отказаться по причине завышенных шумов и трудности организации эффективной АРУ для приема SSB и CW сигналов. На частотах 8-10 МГц достаточно тяжело было получить высокий и, главное, устойчивый коэффициент усиления, порядка 80 - 100 дБ. Возникали также трудности с согласованием кварцевых фильтров. И, что тоже немаловажно, сохранялись проблемы с коммутацией режима прием-передача.
Мне довелось опробовать довольно много разнообразных схем транзисторных усилителей высокой частоты — апериодических, резонансных и низкоомных широкополосных. Как и многие, достаточно долго возился с полевыми двухзатворными транзисторами, хотя, их выбор был невелик. Зная их высокоомные свойства, пытался реализовать простоту построения в сочетании с получением большого усиления. Начинал с известной схемы UA1FA на двух двухзатворных полевых транзисторах. Понял, что ничего не добьюсь. Как не перераспределяй усиление, после 60 дБ усилитель самовозбуждается и из него получается хороший генератор.
Затем подобрался к каскадам с каскодным включением транзисторов. Сама идея "каскодов" уже тогда была не нова, но и они, в чистом виде, не позволили реализовать задуманные характеристики УПЧ. Пример тому — УПЧ в трансивере КРС. Там все контура УПЧ зашунтированы резисторами, суммарное усиление примерно 60 дБ, иначе опять возникает положительная обратная связь и получается не усилитель, а генератор. Какая-то заколдованная цифра, обойти которую мне удалось спустя некоторое время. Вот тут-то и потребовалась новая концепция создания УПЧ.
В те годы среди отечественных радиолюбителей еще не получила широкого распространения, так называемая, 50-омная схемотехника, а книг Рэда (на русском языке, да в широкой продаже) не было и в помине. Как-то, общаясь со своими коллегами по работе "в неофициальной" обстановке, мне посоветовали обратить внимание на эмиттерный повторитель, состоящий из двух комплементарных транзисторов. Подобных отечественных аналогов еще не было и пришлось довольствоваться обычными транзисторами КТ315 и КТ361.
Действительно, подключение такого повторителя практически к любому резонансному каскаду дает положительный эффект, особенно, при согласовании с последующим каскадом, другими словами, при каскадировании. Объединяя несколько подобных каскадов, достаточно просто реализовалось требуемое усиление. Но, чтобы быть более точным, одного этого оказалось недостаточно.
Пришлось каждый из каскадов УПЧ сделать низкоомным и не только по выходу, используя повторитель, но и по входу. Я не стал специально рассчитывать резонансный усилитель с распределенными параметрами, а довольствовался лишь тем, что на входе каждого из каскадов, без исключения, установил низкоомный резистор 100 ... 150 Ом.
Теперь скажу несколько слов, непосредственно, о самом каскаде усиления. Для простоты я остановился на использовании широко известной каскодной схемы с последовательным включением транзисторов, хотя конфигурация схем каскодных усилителей весьма разнообразна. Нижний транзистор - полевой, верхний - биполярный, рис. 1. Обратите внимание — практически никакой новизны — важен подход.
Собственно, описывать преимущества такого усилителя нет смысла, об этом и так много написано. Хочу отметить лишь одно очень важное обстоятельство. В каскодном усилителе, также как и в двухзатворном полевом транзисторе, небольшая проходная емкость, а Си (или Ск-б) нижнего транзистора практически не оказывает никакого влияния. В связи с чем, сводится к минимуму эффект Миллера - снижение усиления на высоких частотах. Справедливости рада, надо отметить, что использование двухзатворных полевых транзисторов значительно проще, но, как отмечалось ранее, их выбор был ограничен, а КП350 меня сильно раздражали своей беззащитностью к статическому электричеству, и я от них отказался навсегда. Надеюсь, что читатели, особенно те, кто выбросил большое количество транзисторов с изолированным затвором в корзину, поймут меня правильно. Итак, выбор был сделан.
Существуют несколько вариантов регулирования каскодного усилителя. Я остановился на изменении потенциала базы биполярного (верхнего) транзистора. Коэффициент передачи подобного каскада, нагруженного на 100 ... 150 Ом и на частоте 9 МГц, при указанных номиналах резисторов и питающем напряжении 15В, примерно 26 ... 28 дБ. Его можно немного увеличить, уменьшив соотношение резисторов в истоковой цепи VT1, и он максимален при напряжении на базе +7,8 В. Наблюдается точка перегиба регулировочной характеристики, рис.2, переходить через которую не рекомендуется. Возможны небольшие разбросы регулировочного напряжения из-за разбросов параметров транзисторов - крутизны полевых и коэффициентов передачи по току биполярных транзисторов.
С появлением сигнала под действием АРУ регулировочное напряжение должно уменьшаться. Глубина регулирования одного каскода при хорошей экранировке может достигать более 60 дБ. Не следует забывать о том, что на высоких частотах существует опасность просачивания сигнала ("пролаза") в обход усилительного каскада, поэтому межкаскадные экранировки желательны.
Теперь, собственно говоря, пора рассказать что-же получилось в конечном итоге. Мне все же удалось реализовать устойчивый коэффициент передачи УПЧ на частоте 9 Мгц — 90 дБ, хотя это и не предел. Для KB приемника большая величина и, в ряде случаев, может быть даже чрезмерная.
При изготовлении усилителя не требуется принимать особых ухищрений. Можно, конечно, постараться и удовлетворить определенным конструкторским требованиям, налагаемым на подобные устройства — сборка в линейку, секционирование, полная экранировка и т.п. Но этого не потребовалось. В одном из своих макетов из-за нехватки места я завернул схему УПЧ таким образом, что ее выход оказался недалеко от входа, но это обстоятельство не повлияло на устойчивость усилителя, хотя, так делать нельзя, но уже по другим соображениям.
Следует добавить, что повторитель имеет входное сопротивление 390 ... 430 Ом на частотах около 9 МГц, а каскодный усилитель — резонансный, следовательно, для обеспечения необходимой добротности колебательного контура требуется предусмотреть его частичное включение. Мною, для простоты согласования, используется только емкостной делитель.
В конечном итоге, я вполне удовлетворился 4-х каскадным каскодным УПЧ на 16-ти транзисторах! Из них 8 только в эмиттерных повторителях. В первом каскоде мною использовался неплохой, по тем временам, и малошумящий полевой транзистор КП312А, в остальных — КП307Д. Из биполярных транзисторов был выбран КТ368А. Эмиттерные повторители были собраны на транзисторной комплементарной паре — КТ3102 и КТ3107. На входе усилителя использовались самодельные кварцевые лестничные фильтры на частоту 8975 кГц, выбор которой определялся только наличием соответствующих кварцевых резонаторов. SSB фильтр с полосой пропускания 2,5 кГц содержал 8 резонаторов, a CW фильтр с полосой пропускания 0,6 кГц - 6 кварцевых резонаторов. Фильтры включались последовательно и были аккуратно согласованы. CW фильтр можно было включить для улучшения селективности в телеграфном режиме. Для компенсации, вносимого им затухания 6... 8 дБ, последовательно с ним, включен дополнительный широкополосный усилитель. Перед последним каскадом УПЧ был установлен 6-ти кристальный лестничный фильтр с полосой пропускания около 3-х кГц. Без него нельзя. Впоследствии, с легкой руки ex UA3AAO, его окрестили "подчисточным".
УПЧ, в целом, охвачен пороговой АРУ с изменяемым порогом срабатывания. АРУ можно отключить — в этом случае предусмотрена ручная регулировка усиления. Временные характеристики АРУ выдерживались достаточно строго —время срабатывания и отпускания, могут выбираться отдельно для каждого из режимов работы. В усилителе осуществляется абсолютно апериодический режим регулирования без каких-либо заметных выбросов и установочных процессов. Увеличение входного сигнала в полосе прозрачности кварцевого фильтра на 110 дБ приводит к приращению 6 дБ на выходе радиоприемника.
Изложенное выше относится к приемнику, сделанному в экспериментальных целях, и довольно продолжительное время используемого в качестве контрольного.
Ну, а теперь о главном, что, собственно, и послужило поводом для написания этой статьи. После довольно длительного перерыва, как-то неожиданно пришла идея совершенно иного построения УПЧ в приемо-передающем тракте трансивера с одним преобразованием частоты. Ко мне обратился один из моих товарищей с просьбой помочь ему в разработке небольшого трансивера. У него как раз появились проблемы с построением УПЧ.
Прежде всего, я поделился с ним своим предшествующим опытом, о котором рассказал в начале статьи, надеясь, что этим все и ограничится. Но как бы ни так. Какое-то время мой приятель занимался самостоятельно, а я находился в положении стороннего наблюдателя. Надо отдать ему должное и только позавидовать его усердию и терпеливости, но время шло и ничего путного у него не выходило. В конечном итоге пришлось подключиться к его проблеме, и через некоторое время я предложил ему для обсуждения структурную схему будущего УПЧ, рис.3. О конкретной реализации пока не было и речи.
Не думаю, что я изобрел что-то особенное, но усилитель неплохо вписывался в планируемую им конструкцию. Во-первых, в сигнальном тракте УПЧ ничего не переключается. Принимаемый сигнал проходит своим путем до детектора, используются оба кварцевых фильтра и работает АРУ, а в режиме передачи предоставляется возможность прекрасного самоконтроля по ПЧ. В отличие от известных схем УПЧ, я добавил два высокочастотных низкоомных сумматора с хорошей развязкой по входу. Первый установлен на входе второго кварцевого фильтра и на него подается DSB сигнал от балансного модулятора, а второй используется для ввода СW сигнала, хотя особой необходимости в нем нет, можно обойтись и без него.
Как видно на структурной схеме после второго фильтра каналы приема-передачи разделяются. Передаваемый сигнал усиливается дополнительным резонансным усилителем, имеющим как ручную регулировку, так и возможность подачи ALC напряжения. В режиме приема этот каскад обесточен, но для исключения "пролаза" принимаемых сигналов в тракт передатчика установлен дополнительный аттенюатор с затуханием 40 ... 60 дБ, хотя, он может оказаться и лишним. Буферный усилитель передатчика и его коэффициент передачи устанавливается в соответствии с предполагаемыми требованиями.
Предложенная структура, на мой взгляд, обладает хорошей универсальностью и ее можно встраивать практически в любую конструкцию. Можно усмотреть ряд недостатков, в частности, — использование двух дорогих и высококачественных кварцевых фильтров на близко расположенные частоты и, увеличенное, по сравнению с известными схемами УПЧ, количество элементов.
УПЧ был специально разработан для приемо-передающего радиочастотного тракта любительского SSB/CW трансивера с одним преобразованием частоты. Целью создания этого УПЧ является получение большого усиления и обеспечение хорошей устойчивости к самовозбуждению. В качестве основного усилительного каскада выбрано каскодное включение двух маломощных транзисторов — полевого с n-каналом и биполярного. Межкаскадное соединение обеспечивается специальным эмиттерным повторителем, собранным на комплиментарной транзисторной паре.
Исходя из условий построения тракта прием/передача трансивера, УПЧ содержит соответствующие коммутируемые каналы приема и передачи. Переключение каналов осуществляется быстродействующей системой управления независимо от режима SSB или CW (на схеме не показана).
В приемном канале основная селекция SSB радиостанций, производится двумя кварцевыми фильтрами ФП2П4-410 с очень близкими параметрами и полосой пропускания 2,4 +/-0,3 кГц по уровню -6 дБ, отобранными из наборов "Кварц 35", как наиболее доступных.
Если охватить одним взглядом всю схему УПЧ, то в нем можно выделить три основных участка. Первый участок — это 3-х каскадный резонансный усилитель, которым определяется основное усиление приемника, второй — выходной каскад УПЧ с дополнительным кварцевым фильтром. Третий участок -- усилительный каскад в тракте передачи, работающий совместно со вторым кварцевым фильтром. Он подключен параллельно выходному каскаду УПЧ приемника и используется для формирования и усиления передаваемого SSB сигнала.
Нужная боковая полоса выбирается переключением кварцевых резонаторов в опорном генераторе и определяется выбранным диапазоном, она также может быть изменена на противоположную автоматически при смене диапазона или по желанию. Имеется индикация выбранной боковой полосы.
Если боковая полоса не соответствует данному диапазону, то предупреждающе мигает светодиод (индикация на схеме УПЧ не приводится).
В режиме приема тракт УПЧ передатчика закрыт напряжением, близким к потенциалу "земли" и наоборот — при передаче полностью закрыт 3-х каскадный усилитель, а выходной каскад УПЧ приемника закрывается не полностью для обеспечения самоконтроля. Предусмотрена возможность установки уровня самоконтроля в УНЧ, по желанию оператора.
Мне кажется, что здесь присутствует некоторая новизна структурного решения и я, надеюсь, мой дорогой читатель, что с Вашей помощью удастся подтвердить или опровергнуть это предположение.
В отличие от приемного, в передающем тракте вполне достаточно одного каскада усиления. В нем предусмотрена ручная регулировка "Уровень передачи" и, с целью снижения искажений при изменении нагрузки выходного каскада, имеется специальный вход для подачи управляющего напряжения от системы ALC. Здесь это сделано до смесителя передатчика, что не совсем правильно. Лучше регулировать после смесителя, но в случае использования широкополосного каскада, приходиться ограничиваться таким включением с ужесточением требовании на максимальный размах SSB/CW сигнала на входе смесителя передатчика, во избежание искажений.
На этой же схеме показан коммутируемый кварцевый CW-генератор для формирования телеграфных посылок. Он может быть собран на плате УПЧ или вынесен за пределы платы, соединяясь с ней отрезком коаксиального кабеля. В CW-генераторе предусмотрено формирование необходимой формы огибающей телеграфного сигнала, а его коммутация производится от общей системы управления трансивером.
Как отмечалось ранее, прежде всего ставилась задача обеспечения устойчивой работы УПЧ при большом коэффициенте усиления — до 100 дБ и более, а также хорошей повторяемости. В большинстве случаев такого усиления не требуется. Речь идет, в основном, об обеспечении запаса устойчивого усиления. В процессе эксперимента не преследовалась цель создать что-то сверхестественное, а, используя недефицитные (как посмотреть!) элементы, обеспечить получение требуемых параметров.
Сигнал промежуточной частоты от приемного смесителя через низкоомный широкополосный усилитель (на этой схеме не показан - он находится в блоке реверсивного преобразователя частоты, см, Р-Д№2-96) поступает на вход первого кварцевого фильтра. Основные звенья усилителя, такие как кварцевые фильтры, да и сами усилительные каскады, должны быть приспособлены для работы в низкоомных цепях. Также для удобства соединения с предыдущим каскадом, входное сопротивление УПЧ может быть выбрано 50 (75) Ом. Оно определяется волновым сопротивлением соединительного коаксиального кабеля.
На входе усилителя установлен П-образный резистивный аттенюатор с затуханием - 2дБ. Кстати, очень полезная вещь при согласовании в широкой полосе частот. Им определяется входное сопротивление УПЧ. Схема согласования кварцевых фильтров, имеющих сопротивление отличное от 50 или 75 Ом строится исходя из этого предположения. Ведь оно, как правило, находится в пределах 270 ... 360 Ом (для фильтра ФП2П4-410).
Согласование входной и выходной цепей обоих кварцевых фильтров основывается на использовании Г-образного LC-звена. С его помощью легко настраивать кварцевые фильтры в низкоомных цепях и, более того, достигается хорошая неравномерность в полосе прозрачности фильтра. Имея в наличии измеритель АЧХ (я пользовался Х1-48), процедура настройки любого кварцевого фильтра с известными или неизвестными параметрами упрощается, а время, затрачиваемое на его настройку, существенно сокращается. Есть одно обстоятельство, которое желательно запомнить. Конденсатор Г-образного согласующего LC-звена должен устанавливаться со стороны наиболее низкоомного конца.
Также хорошо известно, что кварцевые фильтры вносят некоторое затухание, которое определяется конструкцией фильтра и схемой согласования. Скомпенсировать вносимое затухание в полосе прозрачности можно с помощью повышающего ВЧ-трансформатора. Конструкция такого трансформатора хорошо известна широкому кругу радиолюбителей. В данном случае это обычный широкополосный ВЧ-трансформатор, намотанный в три провода на ферритовом кольце с большой магнитной проницаемостью любого диаметра и содержит всего несколько витков. Здесь он работает в узкой полосе частот — на промежуточной частоте трансивера, поэтому требования к его конструкции минимальны.
Обмотка трансформатора состоит из трех равных частей, соединенных последовательно, с коэффициентом трансформации 1 : 3. Соотношение же сопротивлений пересчитывается, как 1:9. Если его полная обмотка будет нагружена на резистор 470 Ом, то входное сопротивление со стороны первого отвода относительно земли будет приведено, приблизительно, к 50 Ом.
Экспериментально получается полная компенсация затухания, вносимого кварцевым фильтром. За счет установки простого пассивного ВЧ-трансформатора, коэффициент передачи этой цепи обеспечивается от 0 до + 2 дБ.
Следует отметить еще, как минимум, два важных обстоятельства. Первое связано с шумами усилительного каскада. Хорошо известно, что коэффициент шума каскодного усилителя определяется нижним усилительным элементом, в частности, используемым в нашей схеме полевым транзистором. Поэтому в первом каскаде необходимо применить самый малошумящий из имеющихся транзисторов. Наиболее подходящим (из числа доступных) для снижения шума первого каскада, у меня оказался полевой транзистор КП312А с планарными выводами. Вполне возможно, что в настоящее время имеются и более подходящие полевые транзисторы. Второе — связано с устойчивостью работы всего усилителя. Как отмечалось ранее, для повышения устойчивости усилителя пришлось сделать каждый из усилительных каскадов УПЧ низкоомным -- за счет принудительной установки резистора 100 ... 150 Ом и обеспечить соответствующие межкаскадные соединения. Этого удалось добиться с использованием эмиттерного повторителя, способного работать на низкоомную нагрузку.
Обратите внимание — эмиттерные цепи третьего и четвертого повторителей отличаются от первых двух. Объясняется это тем, что в оконечных каскадах усилителя перед 2-м фильтром и перед SSB детектором требуется обеспечить несколько большую (пиковую) мощность на нагрузке 50 (75) Ом. Там могут присутствовать достаточно мощные сигналы, которые никоим образом не должны ограничиваться. Иначе, можно забыть об эффективной работе АРУ. Ниже я постараюсь образно показать почему.
Давайте посмотрим, что делается в некоторых точках УПЧ при приеме мощного сигнала и отсутствия АРУ. Проведем наши рассуждения относительно чувствительности УПЧ, допустим, 1 мкВ (на самом же деле чувствительность несколько выше).
Исходя из известного усиления одного каскода 24 ... 26 дБ, трехкаскадный усилитель имеет максимальный коэффициент усиления 72 ... 78 дБ. Для простоты посмотрим, что это будет в "разах". Величина 80 дБ соответствует 10000 раз. Следовательно, на выходе третьего каскада ( на входе второго фильтра) получится всего-то 5 ... 8 мВ. Немного. На выходе же последнего каскада, коэффициент передачи которого выбирается несколько ниже — 20 дБ, уже получится в 10 раз больше — 50 .... 80 мВ. Здесь и далее я рассматриваю эффективные значения сигналов. Получается вполне реальная чувствительность усилителя при известном соотношении сигнал/шум 10 дБ. Такой сигнал хорошо разбирается, а по шкале S-метра получится величина S3.
Можно предположить, что диапазон принимаемых сигналов в радиолюбительском эфире очень велик. В некоторых публикациях приводятся цифры 120 ... 130 дБ. 120 дБ — это один миллион раз — тяжелый случай.
Приведу еще несколько цифр для сравнения. Шкала S-метра градуируется для максимальных значений входного сигнала S9 + 60 дБ. Что-бы это значило? Величина S9 соответствует 50 мкВ на нагрузке 50 (75) Ом, а + 60 дБ — в 1000 раз больше, иначе, 50 мВ.
Для определения перегрузочной способности нашего усилителя договоримся проводить дальнейшие рассуждения относительно последней цифры — входного сигнала в 50 мВ. На выходе третьего каскада в нашем усилителе при известном коэффициенте усиления должна получится величина, в среднем, в 3000 раз больше — 150 В. Конечно, имеется ручная регулировка усиления, но попробуйте успеть. Понятно, что это не реально — ограничение наступит значительно раньше, а в наушниках будут жуткие искажения. Что же противопоставить? Только высокоэффективную АРУ. Иначе говоря, снизить усиление, тем самым, как минимум, скомпенсировав эти самые 60 дБ. Не забывайте, что у нас еще имеются 20 дБ прироста в последнем каскаде УПЧ.
Если посмотреть внимательнее, то нашими рассуждениями мы построили некоторую диаграмму уровней усилителя и теперь знаем в каких местах требуется ожидать ограничения сигнала — раз, и какие меры надо предпринять, чтобы не допустить ограничения самого сигнала — два. Подобными рассуждениями можно пользоваться при самостоятельном проектировании УПЧ.
Мы имеем два "узких" места в нашем усилителе — третий и четвертый каскады усилителя, а именно, их выходная цепь, работающая на низкоомную нагрузку. Ограничение не должно происходить раньше, чем сигнал достигнет амплитуды, равной напряжению питания. На самом же деле оно может быть существенно ниже. Отсюда и требуется достаточная мощность выходной цепи 3-го и 4-го эмиттерных повторителей.
Хочу обратить внимание на очень важное обстоятельство. Напоминаю, что в данном УПЧ рассматривается АРУ, управляющее напряжение для которой вырабатывается после SSB детектора радиоприемника, иначе говоря, по низкой частоте. Сама схема регулятора была опубликована ранее в самом первом сборнике "Радио-дизайн" 1993 года. Она вырабатывает напряжение регулирования отдельно для УПЧ и управляемого входного ВЧ аттенюатора, в ней осуществляется выбор постоянной времени АРУ для приема телеграфных и однополосных сигналов, а также предусмотрено быстрое восстановление чувствительности в случае появления и пропадания сигнала мощной радиостанции или помехи.
К сожалению, мне не довелось провести макетирование с регулятором, вырабатывающим управляющее напряжение по промежуточной частоте.
Теперь попытаемся определить чем определяется глубина регулирования АРУ. На мой взгляд это величина максимально допустимого напряжения на входе SSB детектора до появления искажений на его выходе. В детекторе, который я использую, допускается величина входного сигнала, примерно, до 300 мВ эфф. Порог срабатывания АРУ устанавливается автоматически на уровне 3-4 баллов по шкале S. При желании его можно изменить в сторону увеличения, но тогда будет достаточно трудно отображать слабые уровни сигнала на S-метре.
Легко подсчитать диапазон регулирования АРУ. Зная величину отношения максимального неограниченного сигнала на входе SSB детектора к уровню чувствительности 1 мкВ получим 300000 раз или около 110 дБ. Самое интересное, что эту цифру удалось подтвердить при очень несложном эксперименте.
Варьируя величиной петлевого усиления всей системы регулирования, устанавливается и поддерживается определенный уровень сигнала на входе детектора ( при экстремальных условиях) — или на выходе приемника, в целом. Можно достаточно точно пронормировать определенный (максимальный) уровень сигнала промежуточной частоты на входе детектора. В нашем случае, именно, коэффициент усиления в петле регулирования является той установкой, которую система в целом будет поддерживать. Иначе говоря, таким образом мы задаем тот предел, когда становится возможным появление нелинейных искажений, от которых мы стремимся защитить свой радиоприемник.
Хочу обратить внимание и на следующий фактор, связанный с искажениями модулированного сигнала. Представьте себе или проведите маленький эксперимент. На какой-то усилительный каскад, регулируемый по постоянному току (пусть это будет рассматриваемый нами каскад — не важно), с ВЧ-генератора поступает постоянно возрастающий амплитудно-модулированный сигнал. Рано или поздно наступит момент, когда он начнет ограничиваться (сверху). Уменьшая напряжение регулирования, мы подзапираем каскад и снижаем усиление. Выходной сигнал начинает восстанавливаться и приобретать первоначальную форму, и так продолжается всякий раз с очередным увеличением входного сигнала. Наконец, наступает момент, когда появившиеся искажения уже не исправляются.
Мы останавливаем эксперимент и постараемся определить зону регулирования в пределах неискаженного модулированного сигнала. Каково же будет наше удивление, когда обнаружится, что протяженность этого участка окажется невелика. На мой взгляд, именно это обстоятельство и доказывает необходимость применения большого количества каскадов для получения качественной АРУ для амплитудно-модулированных сигналов. На SSB картинка практически не изменяется, хотя, порой, бывает трудно оценить возникающие искажения.
В завершение затянувшегося "обмена опытом" добавлю, что прежде всего рассматриваю АРУ в большей степени как защиту собственных ушей от большого разброса мощностей принимаемых радиостанций и помех, а также быстрого и незаметного на слух восстановления приема при пропадании сильного сигнала или помехи. Не согласен с утверждением устоявшихся понятий об обезличивании корреспондентов, существенном увеличении шумов и сложностью приема CW радиостанций. Может это и справедливо для известных нам приемников, имеющих режим РРУ/АРУ, причем, в большинстве случаев плохую АРУ.
Вообще-то говоря, действие автоматической регулировки усиления значительно шире и нельзя ограничиваться рассмотрением работы только УПЧ в отрыве от остальной схемы радиоприемника.
Глубина автоматического регулирования устанавливается в усилителе АРУ (в нашем случае после SSB-детектора) и зависит от его коэффициента усиления при подаче на вход УПЧ максимального неограниченного сигнала. Контроль осуществляется на выходе УПЧ или, соответственно, на входе SSB-детектора. Величины эти конкретные и зависят от схемы построения УПЧ. Мне представляется возможным установить уровень сигнала ПЧ на входе кольцевого SSB-детектора 100 мВ +/- 20 мВ, имея минимальный запас + 10 дБ до наступления ограничения на выходе. Необходимо помнить о том, что SSB-детектор, никоим образом, не должен ограничивать подобные уровни сигнала.
Нельзя не отметить также попыток применения некоторыми конструкторами мощных биполярных и полевых транзисторов в каскадах усилителя ПЧ, более серьезной селекции и т.п. Но это уже отдельный разговор, к которому могут присоединиться все желающие. Насколько мне известно, в нашей периодической (радиолюбительской) печати публиковались разнообразные схемы УПЧ, как элемент какой-либо конструкции, но не попадалось статей с серьезным анализом происходящих в них процессов.
Их немного. Прежде всего, все контурные катушки УПЧ должны размещаться в металлических экранах. Если этого не сделать, то они могут насасывать посторонние сигналы, а при плотном монтаже могут проявляться просачивания на частоте ПЧ. Мой подход при изготовлении катушек сводится к получению максимально возможной индуктивности при емкости контура 51 ... 56 пФ (на частоте 8.8 МГц). Используются готовые цилиндрические катушки диаметром 5 мм с подстроечным сердечником. Они содержат по 40 витков любого медного провода диаметром 0.2 мм. Для сборки УПЧ с большим коэффициентом усиления лучше разработать секционированную плату.
Напоминаю, — в схеме усилителя предусмотрена электронная коммутация режима "прием-передача" от единой системы управления (СУ) трансивером. Во-первых, во время передачи должен полностью закрываться 3-х каскадный УПЧ. Выходной каскад УПЧ перед SSB-детектором закрывается не полностью, обеспечивая возможность самоконтроля, уровень которого можно установить подстроечным резистором. Во-вторых, предусмотрена коммутация передающего тракта с возможностью ручной регулировки уровня передачи и введения простой ALC. Операционный усилитель, используемый для этой цели, требует дополнительного источника отрицательного напряжения. Используя усилитель в собственных конструкциях, наверняка, потребуется самостоятельная привязка схемы УПЧ к конкретной системе управления трансивера и обеспечение четкой коммутации приемо-передающего тракта.
Предлагаемый усилитель промежуточной частоты может быть приспособлен для подключения к реверсивному преобразователю (см. Р—Д №2—96) и построения радиочастотного тракта трансивера с одним преобразованием частоты. Из-за нехватки времени макетирование этого тракта полностью не проводилось, однако, предыдущий опыт работы с подобными устройствами подсказывает, что при повторении не должны встретиться какие-либо сложности как при его сборке, так и при его настройке. Думаю, что нет необходимости подробно описывать процедуру настройки УПЧ — она ничем не отличается от традиционной, но лучше всего проверять и настраивать каждый каскад по отдельности с нагруженным выходом на резистор 100 ... 150 Ом.