БЕСЕДА ТРИНАДЦАТАЯ. СУПЕРГЕТЕРОДИН НА ТРАНЗИСТОРАХ

В этой беседе двое наших друзей обсуждают работу супергетеродина. Они рассматривают возможность осуществления автоматической регулировки усиления в транзисторных радиоприемниках. Заканчивают беседу изучением применения полупроводниковых приборов в различных каскадах приемника.

Действие обратной связи

Незнайкин. — С тех пор как твой дядюшка и ты сам рассказали мне о различных схемах на транзисторах, я испытываю любопытное ощущение: у меня такое впечатление, будто я прогуливаюсь по улице «полупроводниковых приборов», которая идет параллельно улице «электронных ламп». Обе улицы весьма похожи друг на друга, но когда начинаешь повнимательнее рассматривать здания, обнаруживаешь немало различий.

Любознайкин. — Не вижу ничего удивительного. Транзисторы должны выполнять те же самые функции, что и лампы. Ты уже знаешь, как они усиливают напряжения в разных диапазонах частот, и только что услышал, как устроены на них мощные каскады. Ты знаком с детектированием на полупроводниковых диодах и с различными способами осуществления отрицательной обратной связи.

Н. — Однако до сих пор ты не рассказал мне, как осуществляется в транзисторных схемах положительная обратная связь. Я помню, что в ламповых схемах для осуществления такой связи с выхода снимают часть усиленного тока и возвращают на вход посредством индуктивной связи между цепями анода и сетки.

Эта обратная связь неизменно заставляет меня думать о змее, кусающей себя за хвост... И я помню, что обратная связь позволяет увеличить коэффициент усиления, повышая тем самым чувствительность приемников. И ссли еще увеличить обратную связь, то начинается генерирование колебаний. Это явление используется не только в передатчиках для создания несущих токов ВЧ, но и в супергетеродинных приемниках для преобразования частоты посредством биений с токами, принятыми антенной.

Л. — Твоя память, мой дорогой друг, доставляет мне удовольствие и облегчит объяснения, которые я собираюсь дать.

Посмотри на эту схему, она совершенно аналогична ламповым схемам с обратной связью. Мы видим настроенный контур, включенный на вход транзистора между базой и эмиттером. С этими электродами контур соединен через конденсаторы, пропускающие переменные составляющие (рис. 160).

Учитывая малое входное сопротивление транзистора, параллельно ему включили лишь часть катушки настроенного контура, чтобы он не оказался слишком зашунтированным, что снизило бы его избирательность.

Н. — Я вижу, что токи обратной связи наводятся в этой катушке обмоткой, которая связана с нею и по которой протекает усиленный ток коллектора.

Л. — Совершенно верно. Видишь, насколько это похоже на создание обратной связи в схемах на лампах? Здесь также можно создать регенеративный детектор, сделав связь между двумя обмотками регулируемой и подав на базу смещение, при котором транзистор обеспечивал бы детектирование.

Н. — Я никогда не видел приемников на транзисторах, в которых перемещают катушку обратной связи для регулирования величины этой связи.

Л. — То, что некогда применялось в ламповых приемниках, уже не применяется в транзисторных. Обратная связь используется в них в основном для генерирования колебаний, необходимых для преобразования частоты. В этом случае на вход подключают настроенный контур, который получает принятые антенной колебания, а в выходную цепь включают настроенную первичную обмотку первого трансформатора промежуточной частоты.

Н. — Вот мы и подошли к схеме супергетеродина. Однако, прежде чем ты начнешь говорить о деталях, я хотел бы задать нескромный вопрос: Можно ли на транзисторе сделать схему, аналогичную ламповой трехточке, где усиленный выходной ток протекает по части катушки колебательного контура?

Рис. 160. Преобразователь частоты, в котором транзистор генерирует колебания, смешивающиеся с входными сигналами.

Рис. 161. Генератор по трехточечной схеме.

Рис. 162. Напряжение АРУ подается на базу транзистора.

Рис. 163. Схема с демпферным диодом, включенным параллельно колебательному контуру.

Л. — Нет ничего проще. Ты видишь, что в этой схеме ток коллектора проходит по части катушки колебательного контура (рис. 161).

Автоматическая регулировка усиления

Н. — Когда мы говорили об обратной связи, я вспомнил об автоматической регулировке усиления. Здесь усиленные напряжения тоже снимаются после детектирования и направляются к усилительным лампам ВЧ или ПЧ, чтобы воздействовать на их переменную крутизну.

Можно ли воспользоваться подобным средством в транзисторных схемах?

Л. — Вполне. Крутизна транзистора зависит от величины его эмиттерного тока. А та, в свою очередь, изменяется в зависимости от потенциала базы. Следовательно, прилагая на базу напряжения АРУ, изменяют коэффициент усиления транзистора, повышая его, когда вследствие замирания напряжения ВЧ в антенне становится слабее.

Н. — Одним словом, АРУ осуществляется здесь так же просто, как в приемниках на лампах. Продетектированное напряжение выравнивается резистором R и конденсатором С и затем подается на базы транзисторов УВЧ и УПЧ (рис. 162).

Л. — Увы, Незнайкин, с транзисторами все это намного сложнее, чем с лампами. Не забывай, что входная цепь здесь имеет относительно небольшое сопротивление, включенное параллельно с настроенным контуром. Когда же напряжение АРУ изменяет потенциал базы, изменяется не только коэффициент усиления транзистора, но и его входное сопротивление. Затухание в колебательном контуре снижается, и его избирательность возрастает.

Н. — Тем лучше!

Л. — Нет, мой друг, ибо избыточная избирательность слишком ограничивает ширину полосы частот, пропускаемых этим контуром. В результате частоты, отстоящие дальше от несущей частоты, оказываются ослабленными или вообще срезанными. Это выражается в ослаблении или даже в исчезновении высоких звуков.

Диод, вносящий переменное затухание

Н. — Как исправить эту печальную ситуацию?

Л. — Это удается сделать включением параллельно настроенному контуру одного демпферного диода (рис. 163). Схему рассчитывают так, что при малом напряжении АРУ диод не пропускает ток и поэтому не вносит затухания. Но когда сигналы становятся сильными, напряжение АРУ превышает потенциал общей точки резисторов , которые образуют делитель напряжения.

В этом случае диод пропускает ток. Это означает, что его сопротивление перестает быть бесконечным и становится тем меньше, чем выше напряжение АРУ. Снижение сопротивления цепи, обозначенной на схеме жирной линией, вносит затухание в настроенный контур, благодаря чему его избирательность остается неизменной.

Н. — Очень хитрая схема! Я констатирую, что специалистам по электронике удается исключительно оригинально решать самые сложные проблемы.

Прием в нескольких диапазонах волн

Л. — Поверь мне, в каждой области радиотехники есть немало сложных проблем. Так, желание принимать в нескольких диапазонах волн обязывает иметь столько же разных индуктивностей в схемах настройки ВЧ, включая и схему гетеродина в каскаде преобразователя частоты. Так, например, чтобы перейти с приема в диапазоне ДВ на прием в диапазонах СВ или КВ, нужен переключатель, позволяющий подключать к схеме соответствующие катушки. Можно установить несколько отдельных катушек, но чаще используют катушки, соединенные последовательно. Катушка, имеющая самое малое количество витков, служит для приема КВ; она же, соединенная последовательно со следующей катушкой, позволяет настроиться на СВ, а все три соединенные последовательно катушки используются для приема передач на ДВ.

Н. — А антенна должна соединяться с каждой из этих катушек?

Л. — Да, но в большинстве совремнных приемников традиционная антенна служит лишь для приема КВ. Средние и длинные волны принимают с помощью миниатюрных ферритовых антенн, состоящих из катушек, надетых на электромагнитные сердечники. Я позволю себе напомнить, что сердечники представляют собой прекрасные проводники магнитных силовых линий и поэтому концентрируют в себе поля электромагнитных волн. Благодаря этому эти маленькие собиратели волн эквивалентны рамочным антеннам без сердечника значительно больших размеров.

Карманный приемник

Н. — Теперь-то я понимаю, как принимают передачи далеких радиостанций крохотным карманным радиоприемником. Однако какой должна быть схема, умещаемая в такой маленький объем?

Л. — Это вполне может быть супергетеродин, состоящий из преобразователя частоты, двух каскадов УПЧ, детектирующего диода и двух каскадов УНЧ, причем выходной каскад может быть собран по двухтактной схеме.

Н. — Ты просто смеешься надо мною, Любознайкин! Как можно в таком крохигном корпусе уместить полдюжины транзисторов, один или два диода, два конденсатора переменной емкости, множество катушек, конденсаторов и резисторов, не говоря уже о соединительных проводах и батареях питания...

Л. — Ну хорошо, я попрошу моего дядюшку объяснить тебе различные методы миниатюризации и микроминиатюризации. Они применяются повсеместно, за одним только исключением.

Н. — Каким?

Л. — Не удалось микроминиатюризовагь человеческое существо. Вот почему конструкторы вынуждены не слишком уменьшать размеры органов управления, таких как вращающиеся ручки, кнопки и т. п.

Н. — На мой взгляд, это очень счастливое исключение.