1.3.2 Усилители радиочастоты, смесители и гетеродины.

 

Основные требования.

 

К усилителям радиочастоты предъявляются требования малых соб­ственных шумов и высокой избирательности при достаточно большом коэффициенте усиления.

Одно из важнейших требований к транзисторам УРЧ и смесителей — достаточно высокая предельная (fт) или граничная (fгp, fB) частота коэф­фициента передачи тока. В ранних моделях РТ применялись ВЧ транзи­сторы, у которых предельная частота в схеме с ОЭ была не намного выше частоты усиливаемого сигнала (50...100 МГц). Это вынуждало разработчи­ков использовать дешевые, но недостаточно высокочастотные транзисто­ры в схеме с ОБ, которая позволяет ослабить паразитную ОС — обратную передачу тока из коллекторной (выходной) цепи во входную через про­ходную емкость транзистора. Однако, схема с ОБ имеет серьезные недо­статки по сравнению с ОЭ, один из которых — очень низкое входное сопротивление ступени, шунтирующее входной контур.

Для хорошей работы ВЧ ступени в схеме с ОЭ предельная частота транзистора fт должна быть примерно в 10 раз больше частоты сигнала fc. С появлением недорогих ВЧ и СВЧ транзисторов с граничными частотами порядка сотен мегагерц и даже единиц гигагерц эта пробле­ма была успешно решена. В настоящее время даже в каскадах УРЧ радиотелефонов, работающих в диапазоне 900 МГц, биполярные тран­зисторы применяются исключительно по схеме с ОЭ.

Развитие схемотехники УРЧ

Дальнейшее развитие схемотехники УРЧ связано с применением полевых транзисторов (ПТ) как с р-n переходом между затвором и каналом, так и с изолированным затвором (МДП, МОП). Полевые транзисторы (2SK161, 2SK193, 2SK543/544 и др.) наряду с высокой предельной частотой (сотни мегагерц) имеют значительно большее, по сравнению с биполярными, входное сопротивление, а также гораздо меньший уровень собственных шумов. Хотя на высоких частотах вход­ное сопротивление падает по сравнению с низкочастотным значением, оно остается достаточно большим и позволяет включать колебательный контур в цепь затвора полностью, без отвода (рис. 1.3.6, 1.4.6, 1.5).

Наиболее хорошие результаты в ВЧ усилительных каскадах и, особен­но в смесителях, были достигнуты при использовании двухзатворных ПТ.

Такие транзисторы имеют очень малые проходные и межзатворные емко­сти — порядка сотых долей пикофарад. Это обеспечивает максимально высокую устойчивость УРЧ.

 

Схемотехника смесителей.

 

В смесителях, построенных на биполярных и однозатворных ПТ, сигнал гетеродина fгет, чаще всего подается через конденсатор связи малой емкости на базу или затвор транзистора, т.е. вместе с входным сигналом fc (реже встречается схема подами напряжения гетеродина на эмиттер или исток). В этом случае, возникает эффект влияния частоты сигнала на частоту настройки гетеродина — т.н. «затягивание». Эф­фект «затягивания» проявляется в значительно меньшей степени, при стабилизации частоты гетеродина кварцевым резонатором. Практичес­ки полную развязку fc и fгeт дает применение двухзатворных МДП-транзисторов. На один из затворов ПТ подается сигнал РЧ, например, с катушки связи контура усилителя, а на другой затвор — напряжение гетеродина, как, например, в УРЧ РТ Panasonic KX-T9080.

Схемотехника гетеродинов

Гетеродин РПУ РТ представляет собой маломощный самовозбуждаюшийся генератор с кварцевой стабилизацией частоты или управле­нием цепью ФАПЧ синтезатора частоты.

Гетеродины собираются по схеме емкостной трехточки с кварцевым резонатором или управляющим элементом системы ФАПЧ, включенным между базой и «землей». На рис. 1.8 показаны гетеродины с кварцевой стабилизацией частоты (Х401, Q402 и Х402, Q404). Нагрузкой каскада может быть колебательный контур (L403) в коллекторной цепи Q402 с катушкой связи (схема с ОЭ) или активное сопротивление (R412) в цепи эмиттера Q404 (схема с ОК.).

Частота гетеродина выбирается ниже частоты сигнала на величину промежуточной частоты («нижняя» настройка гетеродина). Частотные свойства транзисторов, применяемых в гетеродинах, также должны быть достаточно высокими. Обычно во всех трех каскадах — УРЧ, смесителе и гетеродине — работают транзисторы одного типа с предельной частотой не менее 250 МГц, например, 2SC380 (250), 2SC1923 (550), 2SC1674 (600), 2SC2714 (550) и другие (в скобках указаны значения fт в мегагерцах).

В 1.3.4 рассмотрена схема гетеродина, управляемого цепью ФАПЧ синтезатора частоты одновременно с возбудителем РПДУ.

В последнее время разработчики РТ применяют транзисторы интег­ральных схем в высокочастотной части приемников. Так, например, в трубках Panasonic KX-TC428RU и КХ-ТСМ546ВХВ все ВЧ каскады радиоприемника — УВЧ, смеситель, гетеродин и синтезатор частот -собраны на микросхеме XNI116.