КВ и УКВ 2007/3
Как только стали доступны полевые транзисторы (ПТ), появились модуляторы и смесители на них. Особенно интересно использование ПТ в режиме управляемого активного сопротивления, без источника питания. Напряжение гетеродина подают на затвор, а канал транзистора (сток-исток) включают в цепь сигнала. Модулятор на ПТ в таком режиме обладает свойствами балансного, поскольку при отсутствии НЧ сигнала на его выходе ничего нет, а при положительной и отрицательной полуволнах сигнала на выходе появляется ВЧ напряжение с фазой 0 и 180 градусов (как и в классическом балансном модуляторе). В нашей стране впервые подобные модуляторы описал А.Погосов, EZ3ABV. Помнится, его статья [1] произвела сенсацию.
Вполне восторженно отзывался о смесителях на ПТ в пассивном режиме и автор одного из первых американских патентов на эту тему, перечисляя их основные достоинства - малую мощность, потребляемую от гетеродина, высокую линейность и т. д. Схема смесителя для гетеродинного приёмника, подобного описанному в [2, с.32], приведена на рис.1. Лучше всего в этом смесителе работают ПТ с изолированным затвором, симметричным относительно выводов стока-истока каналом и "правой" характеристикой, т. е. закрытые при нулевом напряжении на затворе и открывающиеся при небольшом положительном. Такие транзисторы теперь широко используют в ключах, мультиплексорах и т. д.
Рис. 1.
Конденсатор С1 служит для регулировки связи с антенной, С2 - для настройки входного контура, С3 - блокировочный, он замыкает ВЧ токи, но представляет значительное сопротивление для токов НЧ. Его ёмкость обычно равна 0,01-0,1 мкФ. Он может быть и входным конденсатором ФНЧ, обычно устанавливаемого в гетеродинных приёмниках после смесителя. Резистор R1 (сопротивлением в сотни килоом) поддерживает нулевой потенциал затвора. Если ПТ имеет "левую" характеристику, через этот резистор следует подать запирающее напряжение смещения, такое, чтобы транзистор открывался лишь при подаче гетеродинного напряжения.
Всё бы хорошо, да не совсем. На высоких частотах начинают играть роль проходные ёмкости ПТ затвор-исток и затвор-сток. Из-за них получается малое подавление несущей в модуляторе и малое подавление сигнала гетеродина в смесителе гетеродинного приёмника. Это создаёт помехи соседям, слушающим на близких частотах, и помехи в своём собственном приёмнике (при отсутствии УРЧ). Дело в том, что излучённый приёмной антенной сигнал гетеродина модулируется чем угодно на плохих контактах сети, диодах выпрямителей, ржавых листах крыши и т.д. Промодулированный помехами сигнал возвращается в приёмник, синхронно детектируется в смесителе и поступает в УНЧ. На выходе могут возникнуть и фон переменного тока, и интермодуляционные помехи, и вообще незнамо что.
Вывод прост: надо добиваться максимального подавления гетеродинного сигнала как на выходе модулятора, так и на входе смесителя. "В лоб" это делается применением балансных схем, т.е. увеличением числа ПТ, что нежелательно. И вот, спустя четверть века после разработки описанного устройства, удалось существенно улучшить его, практически не усложняя!
Схема модернизированного обратимого модулятора-смесителя показана на рис.2. Элементов в ней ровно столько же, но катушка связи L2 разделена на две части, подключённые к стоку и истоку ПТ. Числа витков частей катушки L2.1 и L2.2 могут быть или одинаковыми, если ПТ симметричен (ёмкости затвор-сток и затвор-исток равны), или разными. Со стороны электрода ПТ с большей ёмкостью часть катушки должна иметь пропорционально меньшее число витков. Остальные детали - те же.
Рис. 2.
Дополнительная (вторая) балансировка модулятора смесителя получается так: если полезные токи (НЧ сигнал, прерываемый ВЧ колебаниями гетеродина) текут по частям катушки связи L2 в одном направлении, и их действие на контур L1-C2 суммируется, то паразитные ёмкостные токи с затвора на сток и исток транзистора текут в частях катушки L2.1 и L2.2 в разных направлениях, и их действие взаимно компенсируется.
Экспериментальная проверка устройства на частоте 24 МГц (максимальная частота, на которой еще можно "верить" осциллографу автора) показала следующее: при использовании транзисторов КП303А и КП305Б в модуляторе по схеме рис.1 подавление несущей едва достигало 20 дБ. Переход к схеме рис.2 увеличил подавление до 43 дБ, причём никакой специальной балансировки не делалось. Катушки L1 и L2 были намотаны на кольце К6х4х5 из карбонильного железа (средняя часть магнитопровода СБ-12) проводом ПЭЛШО-0,25. Катушка L1 содержала 12, a L2.1 и L2.2 - по 3 витка. В схеме рис.1 эти части были соединены последовательно, образуя одну катушку связи в 6 витков.
При подаче НЧ сигнала амплитудой 1 В от звукового генератора в модуляторе по схеме рис.2 наблюдалась безукоризненная форма DSB сигнала на контуре L1C2 с размахом более 3 В.
Дальнейшие усовершенствования предложенного модулятора-смесителя могут быть такими: для работы гетеродина на половинной частоте надо включить два одинаковых ПТ каналами параллельно, а на затворы подать противофазные напряжения гетеродина через симметрирующий трансформатор [3, С. 127]. Можно исток и сток одного транзистора соединять соответственно со стоком и истоком другого, обеспечив дополнительную симметричность всей структуры.
Полагаю, что весьма перспективно применение устройства и в простых микротрансиверах, подобных описанным в [3, с.227 - 233], и их дальнейших модификациях типа "Пикси" [4], "Микро-М" [5] и т.п. Уменьшенное излучение гетеродинов должно значительно повысить помехоустойчивость трансиверов и облегчить работу в минитестах при близком расположении корреспондентов.
В .Поляков
Литература
1. А.Погосов. Модуляторы и детекторы на полевых транзисторах.- Радио, 1981, №10, С.19 -21.
2. В.Т.Поляков. Приёмники прямого преобразования для любительской связи. - М : ДОСААФ, 1981.
3. В.Т.Поляков. Радиолюбителям о технике прямого преобразования. - М.: Патриот, 1990.
4. CQ-QRP №9, с.5.
5. CQ-QRP №10, с. 13,14.
