Радиомикрофоны с модулятором на варикапе
В простых радиомикрофонах, выполненных на двух транзисторах, широко используются схемотехнические решения, в которых по закону модулирующего сигнала изменяется емкость варикапа, входящего в состав резонансного контура. Принципиальная схема одного из вариантов такого радиомикрофона, выполненного на двух биполярных транзисторах разной проводимости, приведена на рис. 5.9.
Рис. 5.9. Принципиальная схема радиомикрофона на биполярных транзисторах разной проводимости с модулятором на варикапе
В рассматриваемой конструкции преобразование акустического сигнала в электрический НЧ-сигнал осуществляется электретным микрофоном BM1, который по высокой частоте шунтирован конденсатором С1. Напряжение питания на микрофон подается через резистор R1. Сформированный на выходе электретного микрофона ВM1 низкочастотный сигнал через резистор R2 поступает на варикап VD1 и инициирует изменение емкости варикапа по закону модулирующего сигнала. Напряжение смещения подается на варикап через резисторы R1 и R2. Необходимость использования резистора R2 объясняется различиями между величинами напряжения питания микрофона и напряжения смещения варикапа. Конденсатор С2 сравнительно большой емкости обеспечивает развязку варикапа VD1 и коллектора транзистора VT1 по постоянному току.
Одной из особенностей предлагаемого радиомикрофона является схемотехническое решение активного элемента ВЧ-генератора, выполненного по схеме емкостной трехточки на транзисторе VT1, имеющем p-n-p проводимость. По переменному току этот транзистор включен по схеме с общей базой, которая подключена к шине корпуса через конденсатор С3. Положение рабочей точки транзистора VT1 определяется параметрами делителя напряжения, в состав которого входят резисторы R3 и R4. Эти же резисторы совместно с резистором R5 образуют схему стабилизации положения рабочей точки. Резонансный контур LC-генератора включен в цепь коллектора транзистора VT1 и представляет собой параллельный колебательный контур, который образован катушкой индуктивности L1 и подстроечным конденсатором С6. Варикап VD1 подключен параллельно резонансному контуру.
Изменение управляющего напряжения на варикапе VD1, инициированного модулирующим сигналом, приводит к соответствующему изменению емкости варикапа, что приводит к изменению резонансной частоты контура LC-генератора в небольших пределах. Модулированный сигнал снимается с эмиттера транзистора VТ1 и подается на базу транзистора VT2, на котором выполнен буферный каскад. К эмиттеру транзистора VT2 подключена антенна радиомикрофона, в качестве которой можно использовать отрезок изолированного провода длиной от 10 см до 30 см.
Катушка L1 наматывается на каркасе без сердечника диаметром 5 мм и содержит 4 витков медного посеребренного провода диаметром 1 мм. В некоторых радиоконструкторах, основанных на рассматриваемой схеме, катушка L1 изготовлена непосредственно на печатной плате. Методики расчета и изготовления так называемых плоских печатных катушек неоднократно приводились в специализированной литературе, например, в статье Ю. Янкина, опубликованной в № 11 журнала «РАДИО» в 1976 году, и поэтому в данной книге не рассматриваются.
Тем не менее, необходимо отметить, что в данной конструкции основное влияние на значение рабочей частоты LC-генератора оказывают параметры катушки L1 и подстроечного конденсатора C6. Если значение резонансной частоты контура обозначить как F (МГц), индуктивность катушки L1 как L (мкГ), а емкость конденсатора С6 как С (пФ), то взаимосвязь между этими величинами определяется следующей формулой:
F2 ? 25300: (LC).
Используя приведенное соотношение можно рассчитать, к примеру, значение индуктивности катушки L1 при использовании подстроечного конденсатора C6 емкостью 5 – 25 пФ для выбранного диапазона рабочих частот в пределах от 66 МГц до 74 МГц. В этом случае сигналы радиомикрофона можно прослушивать на обычный УКВ-радиоприемник.
Дальность действия такого радиомикрофона зависит от величины напряжения питания и может составлять от 10 м до 100 м. В свою очередь, напряжение питания может быть от 3 В до 15 В. При выборе величины напряжения питания следует соответствующим образом откорректировать и номиналы отдельных элементов.
Транзистор типа BF414 можно заменить, например, транзистором типа BF440 или BF441. Вместо транзистора типа BF240 можно использовать импортный транзистор типа BF241, а также отечественный транзистор типа КТ312В.
Налаживание данной конструкции следует начать с подбора сопротивления резистора R1. При использовании в качестве источника НЧ-сигнала электретных микрофонов различных типов величина сопротивления этого резистора выбирается такой, чтобы напряжение питания, подаваемое на микрофон, соответствовало его паспортным данным. После этого подбирается величина сопротивления резистора R2 таким образом, чтобы падение напряжения на варикапе VD1 было равно выбранному напряжению смещения, обеспечивающему работу в так называемом режиме молчания.
Грубая настройка рабочей частоты ВЧ-генератора осуществляется изменением расстояния между витками катушки L1, а точная настройка обеспечивается с помощью подстроечного конденсатора С6. При использовании в данной конструкции плоской печатной катушки для настройки частоты используется конденсатор С6.
Необходимо отметить, что одной из особенностей данной конструкции является возможность выбора номиналов большинства входящих в ее состав пассивных элементов в процессе налаживания в сравнительно большом диапазоне. Например, сопротивление резистора R1 может быть от 6,8 кОм до 15 кОм, сопротивление резистора R2 – от 22 кОм до 47 кОм, а сопротивление резисторов R3 и R4 может составлять от 9,1 кОм до 22 кОм. Значение сопротивления резистора R5 следует выбирать в пределах от 3,3 кОм до 4,7 кОм, а резистора R6 – в пределах от 1,5 кОм до 3,3 кОм. Емкость конденсатора С1 может быть от 1000 пФ до 1500 пФ, емкость конденсатора С2 – от 1000 пФ до 0,01 мкФ, а емкость конденсаторов С3 и С7 может составлять от 0,01 мкФ до 0,033 мкФ. Значение емкости конденсатора С4 следует выбирать в пределах от 22 пФ до 33 пФ, а конденсатора С5 – от 6,8 пФ до 8,2 пФ.
Принципиальная схема еще одного варианта радиомикрофона с модулятором на варикапе приведена на рис. 5.10. Его особенностью является использование биполярного и полевого транзисторов.
Рис. 5.10. Принципиальная схема радиомикрофонана на биполярном и полевом транзисторах с модулятором на варикапе
В данной конструкции для усиления сигнала, сформированного электретным микрофоном, используется однокаскадный микрофонный усилитель, выполненный на биполярном транзисторе VT1. Низкочастотный сигнал на базу транзистора подается через разделительный конденсатор С1. Максимальная амплитуда неискаженного усиленного сигнала на выходе микрофонного усилителя будет в том случае, когда напряжение на коллекторе транзистора VT1 составляет примерно половину от величины напряжения питания каскада. Для стабилизации положения рабочей точки транзистора VT1 в данном случае используется схемотехническое решение с цепью отрицательной обратной связи по напряжению. Резистор R2, образующий цепь ООС, подключен между коллектором и базой транзистора VT1. Принцип действия такой схемы стабилизации был подробно рассмотрен в соответствующем разделе одной из предыдущих глав.
Усиленный НЧ-сигнал, снимаемый с коллекторной нагрузки транзистора VT1 (резистор R3), через резистор R4 подается на варикап VD1 и инициирует изменение емкости варикапа по закону модулирующего сигнала. Напряжение смещения подается на варикап через резисторы R3 и R4. Необходимость использования резистора R4 объясняется различиями между величинами коллекторного напряжения транзистора VT1 микрофонного усилителя и напряжения смещения варикапа VD1.
Варикап VD1 подключен параллельно резонансному контуру, образованному подстроечным конденсатором С3 и катушкой индуктивности L1. Этот контур входит в состав высокочастотного LC-генератора, выполненного по схеме Хартли на полевом транзисторе VT2, который по переменному току включен по схеме с общим стоком. Конденсатор С2 сравнительно большой емкости обеспечивает развязку варикапа VD1 и затвора транзистора VT2 по постоянному току. Транзистор VT2 по переменному току включен по схеме истокового повторителя, то есть с общим стоком. Электрод стока этого транзистора замкнут на шину корпуса через конденсатор С4. Принцип действия LC-генератора, выполненного на полевом транзисторе по схеме Хартли, был подробно рассмотрен в соответствующем разделе одной из предыдущих глав.
При поступлении на варикап модулирующего НЧ-сигнала происходит изменение его емкости. Поскольку варикап VD1 включен параллельно резонансному контуру, образованному конденсатором С3 и катушкой L1, то по закону модулирующего сигнала изменяется и частота формируемого ВЧ-генератором сигнала. Модулированный сигнал, формируемый на выходе генератора, снимается с электрода истока полевого транзистора VT2. Для приема сигналов данного радиомикрофона можно использовать любой вещательный радиоприемник, имеющий FM-диапазон.
Питание данного радиопередающего устройства осуществляется от обычной батарейки типа «Крона» или от аккумулятора напряжением 9 В. Напряжение питания электретного микрофона снимается с резистора R1, а величина напряжения смещения, подаваемого на варикап VD1, определяется значениями сопротивлений резисторов R3 и R4.
Транзистор типа BС547 зарубежного производства можно заменить, например, отечественным транзистором типа КТ3102Б или КТ645А.
Катушка L1 наматывается на каркасе с ферритовым сердечником диаметром 4 мм и содержит 5 витков медного посеребренного провода диаметром 1 мм с выводом от середины. В зарубежных источниках встречаются варианты рассматриваемой конструкции, в которых катушка L1 выполнена непосредственно на печатной плате.
Налаживание данной конструкции следует начать с подбора сопротивления резистора R1. При использовании в качестве источника НЧ-сигнала электретных микрофонов различных типов величина сопротивления этого резистора выбирается такой, чтобы напряжение питания, подаваемое на микрофон, соответствовало его паспортным данным. Затем подбирается величина сопротивления резистора R3 таким образом, чтобы напряжение на коллекторе транзистора VT1 составляло примерно половину от величины напряжения питания. После этого подбором величины сопротивления резистора R4 устанавливается номинальное напряжение смещения на варикапе VD1, обеспечивающее работу в так называемом режиме молчания.
Грубая настройка рабочей частоты ВЧ-генератора осуществляется изменением расстояния между витками катушки L1, а также перемещением ее сердечника. Точная настройка обеспечивается с помощью подстроечного конденсатора С3.
