Шпионские штучки, или Секреты тайной радиосвязи - Михаил Адаменко

Высокочастотные колебания возникают в колебательном контуре, включенном по переменному току между базой транзистора VТ1 и шиной корпуса. Резонансный контур образован кварцевым резонатором BQ1 и конденсаторами С1, С2, С3 и С4. Сигнал, сформированный в эмиттерной цепи транзистора VТ1, то есть на выходе активного элемента, подается на емкостной делитель, образованный конденсаторами С3 и С4, входящий в состав резонансного контура. Снимаемое с емкостного делителя напряжение подается во входную цепь активного элемента, а именно на базу транзистора VТ1, в результате чего каскад оказывается охваченным положительной обратной связью. Величина напряжения ОС, и, соответственно, глубина обратной связи, определяется соотношением величин емкостей конденсаторов С3 и С4.

Необходимо отметить, что при стабилизации положения рабочей точки транзистора VT1 указанным способом, то есть с помощью мостовой схемы, в состав которой входят резисторы R1, R2 и R4, резисторный делитель оказывает заметное влияние на добротность кварцевого резонатора BQ1. Это влияние объясняется тем, что при сравнительно высоком входном сопротивлении транзистора элементы указанного делителя выступают в качестве дополнительной нагрузки пьезоэлектрического элемента. В результате уменьшение добротности кварцевого резонатора может привести к ухудшению параметров всего каскада. Решить данную проблему можно либо выбором возможно больших величин сопротивлений резисторов делителя, либо применением более простых схем стабилизации положения рабочей точки транзистора (без резисторного делителя). Однако во втором случае, скорее всего, стабильность положения рабочей точки будет хуже.

Емкость конденсаторов С3 и С4, которые используются в емкостном делителе, следует выбирать возможно большей, особенно если в качестве активного элемента каскада применяется транзистор с менее качественными высокочастотными параметрами. При этом емкость конденсатора С4 в выходной цепи обычно выбирается в 2–3 раза большей, чем емкость конденсатора С3. Высокая суммарная емкость позволяет последовательно с кварцевым резонатором включить цепочку из двух включенных параллельно конденсаторов С1 и С2. Подстроечный конденсатор обеспечивает возможность регулировки рабочей частоты генератора в незначительных пределах.

Рассмотренное схемотехническое решение может стать основой транзисторного генератора с выходной частотой до 100 МГц. Однако в этом случае рекомендуется использовать гармонические составляющие основной частоты генерации. К достоинствам схемы Колпитца следует отнести и то, что один из выводов кварцевого резонатора BQ1 при необходимости может быть подключен непосредственно к шине корпуса. Для этого достаточно исключить из схемы конденсаторы С1 и С2.

Не менее интересным представляется схемотехническое решение емкостной трехточки с включением кварцевого резонатора между эмиттером и коллектором транзистора активного элемента (рис. 3.13в). Такую схему часто называют схемой Клаппа. Принципиальная схема кварцевого трехточечного генератора по схеме Клаппа приведена на рис. 3.17.

Рис. 3.17. Принципиальная схема кварцевого генератора с включением транзистора по схеме с общей базой (схема Клаппа)

Транзистор VТ1 по постоянному току включен по схеме с общим эмиттером. При этом положение рабочей точки транзистора определяется величиной сопротивлений резисторов R1 и R2, образующих делитель напряжения. По переменному току транзистор VТ1 включен по схеме с общей базой, поскольку по высокой частоте его база заземлена через конденсатор С1 сравнительно большой емкости. Стабилизация положения рабочей точки транзистора VT1 обеспечивается мостовой схемой, в состав которой помимо резисторов R1 и R2 входит резистор R4 в цепи эмиттера транзистора.

Кварцевый резонатор BQ1 включен в выходной цепи активного элемента, между коллектором транзистора VT1 и шиной корпуса. Связь выходной и входной цепей активного элемента обеспечивается включением между коллектором и эмиттером транзистора VT1 емкостного делителя, образованного конденсаторами С3 и С4. Емкости этих конденсаторов следует выбирать максимально возможными, однако не следует забывать о том, что одновременно с их увеличением уменьшается глубина обратной связи, что приводит к ухудшению режима работы кварцевого резонатора BQ1. В данном случае емкостной делитель подключен параллельно резонатору, поэтому его общее емкостное сопротивление должно быть хотя бы в два раза больше, чем внутреннее сопротивление резонатора, для того, чтобы обратная связь имела достаточную глубину. При необходимости величины емкостей конденсаторов С3 и С4 можно уменьшить. Параллельно конденсатору С3 рекомендуется подключить подстроечный конденсатор С5.

Из схемы видно, что для достижения высокого выходного сопротивления каскада величина сопротивления резистора R3 в цепи коллектора транзистора VT1 должна быть большой. Однако реализация этого условия довольно сложна, поскольку одновременно необходимо обеспечить стабильный режим работы транзистора. В этом заключается один из недостатков рассматриваемого схемотехнического решения. Тем не менее, при соблюдении определенного компромисса можно сконструировать генератор с весьма приемлемыми параметрами.

При выборе величины сопротивления резистора R3 не следует забывать о том, что его малое значение одновременно с уменьшением выходного сопротивления каскада приводит к уменьшению добротности кварцевого резонатора, который работает в режиме параллельного резонанса. Увеличить сопротивление резистора R3 можно за счет увеличения напряжения источника питания. При низком напряжении питания вместо резистора R3 рекомендуется включить дроссель.

Генераторы последовательного резонанса

Схемотехническое решение высокочастотного кварцевого генератора может быть основано на применении кварцевого резонатора в качестве элемента цепи положительной обратной связи. В таких генераторах, часто называемых генераторами последовательного резонанса, кварцевый резонатор используется как последовательный резонансный контур и работает на частотах, близких к частоте последовательного резонанса. При этом эквивалентное сопротивление кварцевого резонатора имеет активный характер.

В настоящее время известно несколько основных схемотехнических решений кварцевых генераторов последовательного резонанса, каждое из которых имеет свои достоинства и недостатки. Среди таких схем следует отметить генераторы по схемам Батлера (Butler) и по схеме Хегнера (Hegner). При этом генераторы последовательного резонанса по схеме Батлера могут быть выполнены как на одном, так и на двух транзисторах.

Упрощенная принципиальная схема кварцевого генератора последовательного резонанса по схеме Батлера на двух транзисторах приведена на рис. 3.18. Главной особенностью данного схемотехнического решения является включение кварцевого резонатора BQ1 в цепь положительной обратной связи между эмиттерами транзисторов VT1 и VT2.

Рис. 3.18. Упрощенная принципиальная схема кварцевого генератора последовательного резонанса по схеме Батлера на двух транзисторах

Упрощенная принципиальная схема кварцевого генератора последовательного резонанса по схеме Батлера на одном транзисторе приведена на рис. 3.19. В этом случае транзистор VT1 по переменному току включен по схеме с общей базой. Особенностью этого схемотехнического решения является включение кварцевого резонатора BQ1 в цепь положительной обратной связи между коллектором и эмиттером транзистора VT1.

Рис. 3.19. Упрощенная принципиальная схема кварцевого генератора последовательного резонанса по схеме Батлера на одном транзисторе

Упрощенная принципиальная схема кварцевого генератора последовательного резонанса по схеме Хегнера приведена на рис. 3.20. Главной особенностью рассматриваемой схемы является включение кварцевого резонатора BQ1 в цепь положительной обратной связи между коллектором транзистора VT2 и базой транзистора VT1.

Рис. 3.20. Упрощенная принципиальная схема кварцевого генераторов последовательного резонанса по схеме Хегнера

Следует признать, что указанные схемотехнические решения сравнительно редко применяются при разработке высокочастотных генераторов миниатюрных радиопередающих устройств. Дело в том, что более сложные схемотехнические решения генераторов с кварцевой стабилизацией частоты обычно основаны на использовании двух и более транзисторов, что ведет к усложнению схемы и увеличению количества пассивных элементов. В специализированной литературе и в сети Интернет можно найти большое количество конструкций, которые представляют собой модификации указанных схем генераторов последовательного резонанса, а их схемы лишь на первый взгляд имеют принципиально значимые отличия от основополагающих схемотехнических решений. В связи с ограниченным объемом предлагаемой книги в данном разделе будут рассмотрены особенности работы кварцевых генераторов последовательного резонанса на основе схем Батлера.