Шпионские штучки

Основу высокочастотного тракта любого радиопередатчика, в том числе и транзисторного, составляет генератор высокочастотных колебаний. Прежде чем перейти к рассмотрению некоторых схемотехнических решений ВЧ-генераторов, применяемых в миниатюрных транзисторных радиопередающих устройствах, автор считает необходимым привести некоторые основополагающие сведения, касающиеся теоретических основ генерации высокочастотных радиосигналов. В данном разделе рассматриваются вопросы, касающиеся назначения и основ функционирования высокочастотных генераторов, критерии их классификации, а также основные характеристики. Особое внимание уделено мерам, принимаемым для обеспечения стабильности частоты сигнала, формируемого ВЧ-генератором.

Назначение и принцип действия

Неотъемлемой частью любого миниатюрного радиопередающего устройства является специальный каскад, который предназначен для генерации высокочастотного сигнала несущей частоты. Главной отличительной особенностью такого каскада, который в соответствии с его назначением называется генератором, является возникновение незатухающих ВЧ-колебаний. Такие колебания в генераторе могут возникать либо самопроизвольно, либо при наличии определенного внешнего воздействия (управляющий импульс и т. п.). Генераторы, в которых колебания возникают самостоятельно, часто называют автогенераторами или самовозбуждающимися генераторами.

С точки зрения схемотехники генераторы высокочастотного сигнала несущей частоты, применяемые в миниатюрных транзисторных радиопередатчиках и радиомикрофонах, чаще всего представляют собой усилительный каскад, между выходом и входом которого включена цепь положительной обратной связи. Применение именно положительной обратной связи объясняется тем, что колебания, подаваемые с выхода усилительного каскада на его вход, должны иметь такую полярность, которая необходима для поддержания уже возникших в каскаде колебаний.

При рассмотрении принципа действия генератора входящий в его состав усилительный каскад можно представить как четырехполюсник, без искажений усиливающий подаваемый на его вход сигнал, то есть функционирующий в нормальном (штатном) рабочем режиме. В этом случае форма выходного напряжения такого каскада будет полностью повторять форму напряжения на его входе, но в тоже время будет отличаться большей амплитудой и в некоторых случаях фазой. Если же теперь выходной сигнал усилителя подать на его вход через специальный каскад (цепь обратной связи), который обеспечит преобразование его амплитуды и, при необходимости, фазы таким образом, чтобы они соответствовали аналогичным параметрам входного сигнала, то подавать на вход каскада какой-либо сигнал извне не потребуется. Это значит, что первоначальный входной сигнал может быть отключен, а вместо него в качестве входного будет использоваться соответствующим образом преобразованный выходной сигнал. В результате каскад продолжает функционировать, но уже не как усилитель, а как генератор сигнала. Таким образом, генератор высокочастотных колебаний можно представить как специальный преобразователь, в котором энергия постоянного тока источника питания преобразуется в энергию переменного тока высокой частоты.

Одной из главных задач, решаемых с помощью цепи обратной связи, является такое преобразование амплитуды выходного сигнала, при котором после прохождения через цепь ОС величина амплитуды подаваемого на вход усилительного каскада будет достаточной для поддержания колебаний в системе. Именно это условие, часто называемое балансом амплитуд, является решающим при выборе определенной глубины обратной связи. При меньшей глубине или слабой обратной связи амплитуда выходного сигнала будет уменьшаться, колебания станут затухающими, что приведет к срыву генерации. При большей глубине или сильной обратной связи амплитуда выходного сигнала будет возрастать. В результате неконтролируемое увеличение амплитуды колебаний может привести к выходу из строя активного элемента усилительного каскада. В лучшем случае активный элемент (например, транзистор) либо войдет в режим ограничения, либо закроется.

Второй задачей, решение которой обеспечивает цепь обратной связи, является преобразование фазы выходного сигнала таким образом, чтобы она по отношению к фазе входного сигнала имела сдвиг 0° или 360°. В этом случае обычно говорят, что выходной сигнал подается на вход усилительного каскада в фазе. Выполнение данного условия, часто называемого балансом фаз, является основополагающим фактором при выборе схемотехнического решения активного элемента и цепи обратной связи. Необходимо отметить, что конкретные особенности усилительного каскада и цепи обратной связи обеспечивают синфазность выходного и входного сигналов лишь на одной частоте. Таким образом, частота формируемых генератором колебаний зависит от суммарного фазового сдвига непосредственно в усилительном каскаде и в цепи положительной обратной связи.