Рис. 90. Схема высокочастотного генератора на 27, 12 МГц.

Ti - испытуемый транзистор; обмотки 1-2 и 3-4 - соответственно из 16 и 4 витков медного провода 00,5 мм на общем каркасе 05 мм.

-оВЧ

Обладая столь малым по сравнению с Кз = 1 кОм сопротавлением, конденсатор Сз на высоких частотах практически замыкает эмиттерный контур накоротко.

Сопротивлением нагрузки служит колебательный контур LC-j,. С помошью подстроечного винта сердечника можно настроить генератор

точно на резонансную частоту, на которой он, как известно, приобретает очень высокое сопротивление.

В схеме, приведенной на рис. 90, показан и новый, незнакомый еще нам элемент - кварцевый резонатор. Согласно положению о работе с радиоустановками, рабочая частота всякого передатчика должна быть очень стабильной; отклонения от нее допускаются самые незначительные (например, 27,12 МГц+0,6%). Именно для повышения стабильности в схему передатчика и включают кварцевый резонатор. Наряду с этим он вьшолняет также роль элемента обратной связи при генерации колебаний. Кварцевый резонатор состоит из кристалла, в котором при подведении электрического напряжения возникают механические напряжения (изменяющие его размеры). Периодически меняя приложенное напряжение, возбуждаем в кристалле механические колебания. При совпадении частоты собственных колебаний кварца с частотой электрических (возбуждающих) колебаний наступает резонанс. Суть заключается в том, что частота \;обственных колебаний кварца высокостабильна. У кварцевых резонаторов, применяемых в наших схемах, стабильность частоты составляет:

в диапазоне температур от -20 до 70° С А/

-- =±5- 10-

в диапазоне температур от 22 до 28° С

= ±3- 10

иными словами, отклонение от основной частоты - не более 0,005%.

Таким образом, с помощью кварцевого резонатора для частоты 27,12 МГц допустимое правилами отклонение на ±0,6% надежно обеспе-

Рис. 91. Кварцевые резонаторы: а - в чехле; б - со штепсельной розеткой; в - со снятым корпусом.

чивается. В дальнейшем мы увидим, что незначительное отклонение частот от номинального значения является даже достоинством. Оно позволяет использовать одновременно в одном и том же канале 27,12 МГц несколько передатчиков. По сравнению с испытанным ранее колебательным контуром, имеющим затухание d~3,5%, затухание кварцевого резонатора d~ 0,005% представляет собой ничтожно малую величину. В технике для характеристики данного свойства колебательного контура пользуются и величиной, обратной

затуханию, которую называют добротностью Q =- . Для практичес-

кого .применения кварцевые резонаторы выпускаются в металличес-

М Jl Рис. 92.Печатная плата (а) и схема расположения элементов (б) ВЧ-генератора.

Глубина погружения сердечника

Рис. 93. Монтаж ВЧ-генератора на п ......

печатной плате. 9 *- V b настройки ВЧ-гене-

ратора.

I - точка наилучшей стабильности колебаний; 2 - точка наибольшей КИХ корпусах (мИКрОМИНИаТюр- амплитуды ВЧ-колеба й.

ные резонаторы). Имеются квце-вые резонаторы больших (например, HC-6/U) и меньших (HC-25/U)

размеров. Оба варианта - со штекерным включением. Внешний вид кварцевых резонаторов показан на рис. 91.

Выберем тип HC-25/U. Для лучшего использования кварцевого резонатора (а также для дополнительной его защиты от механических повреждений) натянем на него голивинилхлоридный изолирующий чехол с клапаном. На клапане напишем номер канала и сведения о его принадлежности к приемнику или передатчику. Для наших целей пригодны любые имеющиеся в продаже кварцевые резонаторы, лишь бы они работали на частоте соответствующего канала. Для оперативной смены кварцевых резонаторов при переходе системы дистанционного управления на работу в другом канале следует выбирать кварцевые резонаторы штекерной конструкции, а на печатных платах иметь соответствующие штекерные гнезда.

С помощью ВЧ-генератора, который в дальнейшем станет составной частью передатчика системы дистанционного управления, мы генерируем и излучаем ВЧ-колебания. Для этого требуется получить соответствующее разрешение. Право на проведение экспериментов с ВЧ-колебаниями и изготовление передатчика системы дистанционного управления мы приобретаем лишь с получением такого разрешения.

Вернемся, однако, к нашему ВЧ-генератору. Произведя на печатной плате (рис. 92) монтаж всех элементов схемы (рис. 93), проверим еще раз все пайки на прочность и отсутствие перемычек. Выше упоминалось, что этой же самой схемой мы будем пользоваться и для проверки частотных свойств транзисторов, поэтому на плате должны быть предусмотрены штекерные гнезда для включения транзистора. Подключим к генератору плоскую батарею 3R12 и измерим с помощью авометра потребляемый ток (между источником и плюсовой шиной) . При полностью выдвинутом сердечнике катущки Li с помощью установим общий ток равным примерно 5 мА. Пластмассовой отверткой (или, если ее нет, заточенной

Источник 0,0i&\ Л Л Д| Dug] Авометр или

Рис. 95. Схема прибора для измерениямощности ВЧ-копебаний.

пластмассовой вязальной спицей) будем ввинчивать сердечник в катушку. Ток при этом будет медленно расти. С помощью Кг сместим рабочую точку так, чтобы ток не превышал 10 мА. При некотором определенном положении сердечника частота колебаний контура сравняется с резонансной частотой кварца. При совпадении этих частот потребляемый ток будет наибольшим. Если ввинчивать сердечник дальше, колебания резко сорвутся и ток упадет до начальною малого значения (рис. 94). Вьщвинем сердечник ю катушки и повторим всю процедуру сначапа. Достигнув резонанса, повернем сердечник на полоборога назад. Колебательный контур при этом, конечно, несколько расстроится, зато генератор будет теперь работать наиболее стабильно.

Важным свойством хорошего генератора является то, что он работает в режиме автоколебаний, т. е. на самовозбуждении.

Проверим на самрвозбуждаемость наш генератор, для чего выключим и включим несколько раз напряжение питания. Невзирая на срывы колебаний, после включения ток должен сразу достичь своего прежнего значения. Учитывая, что наш генератор должен применяться и для испытаний, соберем его на одном из серийных транзисторов (например, SF-135c). Если мы захотим проверить частотные свойства какого-либо некондиционного транзистора, нужно будет всего лишь измерить потребляемый ток. У некондиционных транзисторов, предназначаемых для ВЧ-устройств, этот ток должен составлять не менее 8 мА. Если он окажется ниже, то испытуемые транзисторы годятся только для низкочастотных и импульсных устройств. Предлагаемая схема (см. рис. 90) пригодна для проверки и-/>-и-транзисторов. При желании проверить />-п-р-транзистор необходимо изменить полярность источника питания.

Мы измеряем мощность Определить с достаточной точностью выход-вч-колебаний ную мощность передатчика можно весьм.а

несложным способом. Если к выводу 3 катушки связи L i ВЧ-генератора (см. рис. 90) припаять медный провод длиной около 1,5 м, то этот провод будет исполнять роль передающей антенны, т. е. излучать часть генерируемых контуром L, Сз ВЧ-колебаний. Однако для целей измерения нужно эти колебания не излучать, а обращать в тепло в эквиваленте антенны. Последний представляет собой включенные параллельно резисторы Ri. . . . , R4 и подключается к генератору вместо антенны, которая в этом случае должна быть отсоединена. Для измерения мощности высокочастотное напряжение выпрямляется германце-

вым диодом и сглаживается накопительным конденсатором Сг (рис. 95) . По постоянному току нагрузочные резисторы разделяются от высокочастотного контура конденсатором Ci. Для измерений лучше всего пользоваться высокоомным вольтметром (идеальным был бы ламповый вольтметр): такой измерительный прибор практически не представляет собой нагрузки для генератора. Вследствие этого измерения и расчеты мощности ВЧ-колебаний /*вч можно вести, взяв за основу пиковые значения высокочастотного переменного напряжения Итвч- Тогда, зная, что

зфф ВЧ ВЧ

где IL

тВЧ

эфф ВЧ - д-

равное 60 Ом, получаем

, -d R - сопротивление эквивалента антенны.

и1гВЧ

Считав, например, со шкалы вольтметра значение С^ц =6,02 В, имеем

6,02 В

2- 60 Ом

36,24 В- В- А 120 В

= 300 мВт.

Таким образом, по измеренному значению высокочастотного напряжения всегда можно вычислить соответствующее ему значение мощности высокой частоты.

При изготовлении схемы по рис. 95 нужно обратить внимание на следующее обстоятельство. Мы знаем, что при частоте 27,12 МГц для получения необходимой индуктивности колебательного контура достаточно иметь на катушке всего несколько витков провода. Это означает, что любой, даже очень короткий, кусочек провода уже будет представлять собой известную индуктивность (чаще всего нежелательную), а между близко один к другому расположенными проводами возникнет паразитная емкость. Поэтому все провода высокочастотных схем, исключая антенну, следует выполнять как можно более короткими и разносить их между собой как можно дальше.

Рис. 96. Печатная плата (а) и схема расположения элементов на плате (б) прибора для измерения мощности ВЧ-колебаний.

Кз и расположены под

o + 1,5...12B

Рис. 97. Монтаж прибора для измерения мощности ВЧ-колебаний.

Печатная плата измерителя мощности ВЧ-колебаний и схема расположения элементов на плате показаны на рис. 96, монтаж - на рис. 97. Для присоединения источника напряжения высокой частоты (в нашем эксперименте это катушка связи 1) воспользуемся двумя короткими кусочками (до 5 см) медного многожильного провода. Эквивалент антенны образуется четырьмя углеродистыми резисторами по 240 Ом каждый (см.рис. 95).

200 300 Р-,ыВт

Рис. 98. К измерению мощности высокочастотного генератора: а - схема; б - характеристика.

Резисторы должны быть включены параллельно друг другу, благодаря чему общее их сопротивление составит 60 Ом. Какое значение имеет это сопротивление 60 Ом, мы узнаем позже, при изготовлении передатчика (см. Антенна излучает высокую частоту ). Обычные углеродистые резисторы изготовляются со спиральной нарезкой, вследствие чего на частоте 27,12 МГц они обладают большой индуктивностью. Поэтому в качестве резисторов следует применять по возможности высокочастотные пленочные резисторы без спиральной нарезки. Напомним, что при параллельном соединении резисторов их-общая индуктивность становится меньше, чем у каждого из резисторов в отдельности. Провода, идущие к измерительному прибору, делают такой длины, чтобы было удобно работать.

Соединим теперь клеммы / и 2 измерителя мощности ВЧ-колебаний с катушкой связи испытуемого генератора и подключим авометр к клеммам 3 и 4 (рис. 98j а). Если имеется второй измерительный прибор, используем и его для измерения тока, потребляемого генератором. В зависимости от качества транзистора при потребляемом токе 10 мА напряжение высокой частоты должно составлять около 0,65 В. Это соответствует мощности высокой частоты примерно 3,5 мВт..

Повторяя снова настройку генератора с подключенным к нему измерителем мощности, заметим, что при некотором положении сердечника имеет место максимум мощности высокой частоты. Примечательно, что этот максимум наступает при установке сердечника в положение

наибольшей стабильности колебаний. В передатчике колебаниями ВЧ-генератора управляются последующие каскады, и это является еще одной причиной того, почему настройка генератора осуществляется на точку наибольшей стабильности и максимальной отдачи мощности.

Исследуем теперь зависимость отдаваемой мощности от напряжения на зажимах источника питания. При напряжении питания 4,5 В установим ток, потребляемый генератором, равным 10 мА. По ходу эксперимента будем повышать напряжение питания от 1,5 В скачками по 1,5 В до значения 12 В. Одновременно будем измерять потребляемый постоянный ток и амплитудные значения напряжения высокой частоты Ub4- Найденные значения сведем в таблицу и, вычислив мощность постоянного тока Р и мощность высокой частоты вч. построим график (рис. 98, б). Получаемые экспериментальные графики в той или иной степени будут отличаться от образцового, представленного на рис. 98,6, поскольку все измеренные и вычисленные величины очень сильно зависят от типа транзистора и его параметров. Однако в любом случае этим характеристикам присуща одна и -та же особенность, которая состоит в том, что отдаваемая мощность высокой частоты растет прямо пропорционально мощности потребляемого постоянного тока.

Таким образом, мы установили, что для получения от ВЧ-генератора нужной мощности высокой частоты необходимо иметь высокое напряжение источника питания.

Мы передаем и принимаем ВЧ-колебания

Как нам уже известно, ВЧ-колебания, генерируемые ВЧ-генератором, могут излучаться антенной. Припаяв к клеммам ВЧ схемы генератора (см. рис. 90) в качестве антенны отрезок медного провода длиной около 1 м и расположив его вертикально> мы получим простейший, поначалу еще маломощный высокочастотный передатчик. С его помощью уже можно провести первые опыты по передаче. Для регистрации излученных колебаний изготовим простейший приемник, который в дальнейшем можно будет использовать В качестве вспомогательного прибора при настройке передатчика системы дистанционного управления. Приемник этот детекторный, рассчитанный на 27,12 МГц (рис. 99 и 100) .На свою 50-сантиметровую антенну он прини1у1ает ВЧ-колебания и подает их на колебательный контур L, С настроенный на частоту передатчика (ВЧ-генератора) 27,12 МГц. Вследствие резонанса на клеммах приемника возникает переменное напряжение частот 27,12 МГц. Это напряжение выпрямляется диодом Лi (рис. 101), про-

Рис. 99. Схема высокочастотного приемника на 27,12 МГц.

L1 - катушка из 12 витков медного провода 00,5 мм на каркасе 05 мм.

Рис. 100. Печатная плата (в) и схема расположения элементов (б) высокочастотного приемника.

пускающим только положительные полуволны высокочастотного напряжения. Конденсатор (.2 накопительный, поэтому в точке 2 снимается уже выпрямленное и сглаженное напряжение, которое может быть измерено авометром.

Приемник изготовляется с таким расчетом, чтобы его можно было крепить непосредственно к измерительным клеммам прибора. Для присоединения антенного провода предусмотрено специальное гнездо, так что этот вспомогательный прибор оказывается весьма удобным в эксплуатации. Для нащих первых опытов с передачей и приемом сигналов ВЧ-гене-ратор должен работать при напряжении питания 9 В. Приемник с присоединенной антенной удалим от генератора на 20 см. Затем, медленно вращая сердечник катушки L i приемника, будем вводить его в катушку до тех пор, пока стрелка измерительного прибора (шкала 100 мВ) не отклонится до максимального значения. Закрепим сердечник в этом положении с помощью капли воска (расплавив паяльником кусочек воска от свечи). Итак, приемник настроен.

Теперь для знакомства со свойствами высокой частоты проведем три эксперимента;

1-й эксперимент. ВЧ-генера-тор работает при напряжении источника питания 4,5 В и 9 В. Приемник удален на расстояние 20 см.

Рис. 101. Напряжения в контрольных точках высокочастотного приемника.

Результаты. При питании от 4,5 В измеренное напряжение высокой частоты составляет лишь половину того, что снимается при 9 В.

Выводы. При половинном значении напряжения питания отдаваемая генераторам мощность тоже вдвое меньше, чем при полном напряжении. Поэтому и напряженность поля передатчика, а значит, и напряжение высокой частоты, снимаемое с приемника, тоже будут вдвое меньше. Таким образом, с помощью ВЧ-приемника мы можем получить представление о напряжении высокой частоты (относительные измерения), а значит, и оценить мощность или напряженность поля передатчика.

ВЧ-приемник в дальнейшем сослужит нам добрую службу в качестве измерителя напряженности поля высокой частоты.

2-й эксперимент. ВЧ-генератор работает при напряжении питания 9 В, приемник постепенно удаляется от расстояния в 20 см до 1 м.

Результаты. С увеличением расстояния уменьшается напряженность поля передатчика. Однако для надежного функционирования системы дистанционного управления моделями необходимо иметь на выходе приемника достаточно высокое напряжение сигнала. Следовательно, расстояние между приемником и передатчиком мы не можем увеличивать произвольно. Различают напряженность поля в месте передачи и напряженность поля в месте приема (в обоих случаях имеются в виду поля высокой частоты). Напряженность поля в месте приема не должна падать ниже некоторого минимума, который определяется свойствами самого приемника. Применяя приемник, собранный по схеме, приведенной на рис. 99, отклонение стрелки прибора удается наблюдать лишь на расстояниях, не превышающих 2 м. Для увеличения дальности действия следует применять передатчик повышенной мощности (с более значительной напряженностью поля в месте передачи) и более чувствительный приемник (обеспечивающий требуемое управляющее напряжение при значительно более низкой напряженности поля в месте приема) .

3-й эксперимент. ВЧ-генератор работает при напряжении питания 9 В. Приемник отнесен от передатчика на 30 см. Антенну передатчика (первоначально параллельную антенне приемника) отклоняем от вертикального положения в обе стороны на 90°. Касаться антенны рукой нельзя, поэтому отклонять ее будем с помощью нити длиной 50 см, которую закрепим за кончик антенны.

Результаты. Измеренное напряжение. высокой частоты снижается от максимального значения, получаемого при параллельном взаимном расположении передающей и приемной антенн, почти до нуля при их взаимно перпендикулярном расположении. В какую сторону отклоняется антенна, значения не имеет.

Выводы. Излучаемые колебания высокой частоты мы должны принимать по возможности без потерь, поэтому необходимо тщательно следить за тем, чтобы передающая и приемная антенны всегда были направлены одинаково и никогда не оказывались перпендикулярными друг другу.

Высокая частота усиливается и модулируется

Теперь перед нами возникают две существенные проблемы: во-первых, наложение колебаний частоты сигнала на колебания несущей частоты в передатчике (модуляция) и, во-вторых, обратное выделение колебаний частоты сигнала из модулированных колебаний несущей частоты в приемнике (демодуляция). Кроме того, следует обьединить известные уже нам функциональные блоки в одну общую комплексную схему - передатчик и изготовить этот передатчик как единый прибор. Для этого нам придется выполнить некоторые механические-работы. На рис. 102 показано, какие функциональные блоки входят в состав передатчика, а какие - в состав приемника.

Остановимся сперва на схеме передатчика. Функции отдельных блоков и их взаимодействие ясны из рис. 102. С помощью приведенной схемы мы можем читать и принципиальную схему передатчика, приведенную на рис. 103. Отыщем на ней сначала знакомые уже нам каскады. Слева показан ВЧ-генератор. Он такой же, как тот, что мы собирали по схеме, представленной на рис. 94, для экспериментальных исследований. Для того чтобы познакомиться с принципом работы и свойствами высокочастотных оконечных каскадов, антенны и модулятора, соберем пробную схему, но не на экспериментальной плате, а прямо на плате передатчика. Это необходимо потому, что свойства высокочастотных схем сильно зависят от их механического исполнения. Пробная схема, собранная на отдельной плате, может вести себя совсем иначе, чем конструкция на плате передатчика.

ВЧ-генератор с усилителем

Ttfflttr

Оконечный, каскад

КоВирую-щее

Ж

Ишитель ущ. демооултвр сигнала

Декодирующее h

Модулятор

ПереЬатчил

Приетик

Рулевая машинка 1

Рулевая машинна2

Батарея I I I

Рис. 102. Структурная схема устройства дистанционного управления.