Часть 4. Назначение всех элементов принципиальной схемы радиопередатчика

Схема условно разбита на две части: низкочастотный тракт и высокочастотный тракт. Низкочастотный тракт составляют микрофон М1, предварительный усилитель низкой частоты, выполненный на операционном усилителе, и компрессор динамического диапазона входного речевого сигнала, сжимающего динамический диапазон за счет каскада на полевом транзисторе VT1 (выбран транзистор КП303А). Высокочастотный тракт включает в себя задающий генератор с кварцевой стабилизацией частоты, одновременно выполняющий роль умножителя частоты автоколебаний в целое число раз, а также частотного модулятора, оконечный каскад (генератор с внешним возбуждением), выполняющий роль усилителя мощности, согласующее устройство. Далее промодулированный сигнал поступает в антенну.

В конструкции присутствует микрофон (М1), который, по-видимому, крепится на печатную плату НЧ-тракта и выводится из корпуса через специальное отверстие на передней панели. Сигнал с микрофона поступает на цепь, состоящую из резистора R4 и конденсатора С2: эта цепь представляет собой высокочастотный фильтр, позволяющий снизить влияние посторонних шумов низкой частоты. Далее входной сигнал поступает на неинвертирующий вход операционного усилителя DA1 (обозначен на схеме цифрой «3»), который усиливает разность сигналов: U_вых=К(U_{вх неинв}-U_{вх инв}). Этот операционный усилитель выполняет роль линейного усилителя. Элементы R6 и С4 – цепь положительной обратной связи (частотная характеристика цепи аналогична частотной характеристике цепи R4С2). Сигнал с выхода операционного усилителя поступает на компрессор динамического диапазона, который работает следующим образом: постоянная составляющая усиленного сигнала выделяется на резисторе R10. Посредством диодов VD1 и VD2 переменное напряжение звуковой частоты преобразуется в постоянное отрицательное напряжение, которое воздействует на затвор полевого транзистора: положительная полярность звукового сигнала поступает через конденсатор С8 (разделительный конденсатор) на анод диода VD2, затем через «землю» на R10, затем на R9 и на полевой транзистор VT1. Отрицательная полярность звукового сигнала идет с «земли» через конденсатор С9 на анод диода VD1. Таким образом продетектированное переменное напряжение в постоянное поступает на затвор полевого транзистора. Цепь R4С5 является частотно-зависимой: входом схемы является конденсатор С5, на высоких частотах его сопротивление уменьшается, соответственно, увеличивается коэффициент передачи, поэтому эта цепь, скорее всего, выступает в роли ФНЧ. Полевой транзистор VT1 ведет себя в этой схеме как переменный резистор: при увеличении амплитуды речевого сигнала увеличивается постоянное напряжение на затворе. Сопротивление канала (сопротивление перехода «сток-исток») увеличивается, а коэффициент усиления операционного усилителя, который определяется как , уменьшается. Конденсатор С6 шунтирует инвертирующий вход усилителя. На инвертирующий вход (на схеме операционного усилителя – цифра «2») с выхода через резистор R7 (постоянная составляющая сигнала) и конденсатор С7 (переменная составляющая сигнала), которые образуют цепь отрицательной обратной связи (коэффициент передачи операционного усилителя определяется характеристиками цепей положительной и отрицательной обратных связей)  поступает сигнал речевой частоты, вычитается из входного, который, как уже отмечалось, поступает на неинвертирующий вход, и разность умножается на определенный коэффициент усиления (величина его зависит от амплитуды сигнала с микрофона). Сигнал на выходе усилителя поступает на частотно-зависимую цепь R11С10 – НЧ-фильтр, по всей видимости предназначенный для гашения высокочастотных шумов.

Резисторы R2 и R3 – это делитель напряжения, он создает однополярное питание для операционного усилителя. Это же напряжение через резисторы R11 и R12 поступают на катоды варикапов VD3 (варикапная матрица КВС111А). Все эти резисторы определяют рабочую точку (напряжение смещения) варикапной матрицы. Матрица КВС111А – элемент задающего генератора: известно, что емкость варикапа изменяется пропорционально приложенному к нему напряжению, а колебательное звено (LC-контур, резонансный контур) – один из основных элементов автогенератора – определяет частоту, которую вырабатывает автогенератор (частота резонансного контура: ), соответственно, с изменением емкости изменяется резонансная частота. Элементы L1, C12, C18, транзистор VT2 образуют емкостную трехточку (элемент обратной связи – С12). Резисторы R14 и R12 образуют делитель напряжения – создается напряжение смещения для работы в режиме с отсечкой, резистор R16 также обеспечивает положение рабочей точки транзистора. При таком режиме на выходе транзистора VT2 (выбран транзистор КТ368) образуется последовательность импульсов определенной формы (это зависит от величины угла отсечки и амплитуды входного сигнала), которую можно разложить в ряд Фурье, т.е. на сумму гармонических составляющих. Колебательный контур (нагрузка транзистора) L2C13 настраивается на одну из гармоник (при помощи изменения индуктивности L2). Кстати, встречное включение варикапов обеспечивает более линейную зависимость емкости варикапа от напряжения и уменьшает нелинейность модуляционной характеристики, резистор R13 способствует линеаризации статической модуляционной характеристики. Так как вблизи кварца Q1 включена индуктивность L1, можно полагать, что кварц, включенный в цепь обратной связи, скорее всего работает как последовательный колебательный контур.

На схеме присутствуют связанные индуктивности L2 и L3: посредством этой связи из катушки L2 – элемент колебательного контура L2C13 – передается энергия катушке L3 (явление взаимоиндукции). То есть посредством такой связи колебания из контура L2C13 передаются на транзистор VT3 – на этом транзисторе собран ГВВ. Резисторы R17 и R18 предназначены для создания смещения на базе, конденсатор С14 – короткое замыкание по высокой частоте. Резистор R19 предназначен для ограничения базового тока, а также выполняет роль противопаразитного элемента по отношению к самовозбуждению: дело в том, что физически у транзистора есть выводы, которые представляют собой совокупность индуктивностей и емкостей, поэтому могут возникать автоколебания, поэтому резистор R19 нужен в качестве препятствия самовозбуждению. Дроссель «Др1» - блокировочная индуктивность, предназначенная для подачи питания на транзистор VT3. Конденсатор С15 – блокировочная емкость, предназначенная для того, чтоб переменный ток обходил источник питания Е_к. Генератор с внешним возбуждением на транзисторе VT3 работает в режиме с отсечкой, поэтому на выходе генератора наблюдается периодическая последовательность импульсов, которую также можно разложить в сумму гармонических составляющих. Эти импульсы поступают на П-образный четырехполюсник – L4,C16,С17 – устройство согласования передатчика с антенной и фильтрации высших гармоник. Индуктивность L4 предназначена для гашения реактивной составляющей комплексного сопротивления антенны, емкость С19 – для беспрепятственного прохождения ВЧ тока в антенну.

На общей шине расположены резисторы R20, R5, R1 – для ограничения постоянного тока, текущего от источника питания, а также для вклада в создание рабочей точки на транзисторе VT3, подачи питания на транзистор VT2 (наряду с индуктивностью L2) и питания микрофона М1. Также на общей шине расположены конденсаторы С1, С3 и С11 – они служат для следующего: если в общей шине, по которой течет постоянный ток, возникают гармонические составляющие, отправлять их на «землю».

Заключение

В ходе выполнения курсового проекта была проанализирована работа реального радиопередатчика повышенной мощности с кварцевой стабилизацией частоты задающего генератора, предназначенного для передачи частотно-модулированного колебания. Был рассчитан оконечный каскад передатчика – передатчик был рассчитан в граничном режиме. Был произведен конструкторский расчет катушек индуктивности и выбор стандартных номиналов емкостей и блокировочных дросселей, что дало представления в производстве катушек индуктивностей и практическом применении рядов МЭК. Работа со специализированными программами MMANA и RFSimm показала возможности компьютерного моделирования антенн радиопередающих устройств и разработки устройств согласования. Анализ принципиальной схемы радиопередающего устройства показал разнообразие схемотехники радиопередающих устройств.