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 если 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).

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

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 перемешают 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?

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

Рис. 161. Генератор по трехточечной схеме.

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).

Рис. 162. Напряжение АРУ подается на базу транзистора.

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 R 1 и R 2 , 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.

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

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 современных 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 крохотном 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 микроминиатюризовать 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.