Рис. 4.12. Принципиальная схема амплитудного модулятора на биполярном n-p-n-транзисторе для генератора с кварцевой стабилизацией частоты
В рассматриваемой конструкции на транзисторе VT1 выполнен кварцевый генератор, а на транзисторе VT2 – модулятор радиопередающего устройства. Транзистор VT1 по переменному току включен по схеме с общим эмиттером, стабилизация рабочей точки этого транзистора обеспечивается с помощью цепи ООС, а режим работы по постоянному току определяется величиной сопротивления резистора R1. Модулирующий низкочастотный сигнал подается на базу транзистора VT2 через разделительный конденсатор С1. Режим работы этого транзистора определяется величиной сопротивления резистора R2.
Особенностью данного схемотехнического решения модулятора является включение перехода коллектор-эмиттер транзистора VT2 между эмиттером транзистора VT1 и шиной корпуса. В соответствии с мгновенным значением модулирующего НЧ-сигнала, поступающего на базу транзистора VT2, происходит запирание или отпирание этого транзистора. При этом изменяется падение напряжения на переходе коллектор-эмиттер транзистора VT2, что приводит к изменению величины напряжения питания, которое подается на каскад, выполненный на транзисторе VT1. В результате изменяется режим работы транзистора VT1 по постоянному току с соответствующим изменением амплитуды ВЧ-сигнала, формируемого кварцевым генератором. Модулированный по амплитуде сигнал снимается с коллектора транзистора VТ1.
Необходимо отметить, что величина сопротивления резистора R2 выбирается так, чтобы с учетом значения потребляемого генератором тока величина напряжения на коллекторе транзистора VT2 была равна приблизительно половине напряжения питания. При необходимости напряжение на коллекторе транзистора модулятора может быть в пределах от 1/4 до 3/4 напряжения питания конструкции.
Каскад, обеспечивающий амплитудную модуляцию сигнала кварцевого генератора, может быть выполнен на биполярном транзисторе p-n-p проводимости. Принципиальная схема одного из вариантов такого модулятора приведена на рис. 4.13.
Рис. 4.13. Принципиальная схема амплитудного модулятора на биполярном p-n-p-транзисторе для генератора с кварцевой стабилизацией частоты
На транзисторе VT1 выполнен модулятор, а на транзисторе VT2 – кварцевый генератор радиопередающего устройства. Особенностью данного схемотехнического решения модулятора является включение перехода коллектор-эмиттер транзистора VT1 между коллектором транзистора VT2 и положительной шиной источника питания. Положение рабочей точки транзистора VT1 определяется величинами и соотношением сопротивлений делителя, в состав которого входят резисторы R1 и R2.
Транзистор активного элемента генератора по переменному току включен по схеме с общим эмиттером, при этом положение рабочей точки транзистора VT2 определяется величинами и соотношением сопротивлений делителя, в состав которого входят резисторы R3 и R4. Эти же резисторы совместно с резистором R5 образуют схему стабилизации положения рабочей точки. Кварцевый резонатор BQ1 включен последовательно с конденсатором С2 в цепь обратной связи между коллектором и базой транзистора VT2.
Модулирующий низкочастотный сигнал подается на базу транзистора VT1 через разделительный конденсатор С1. В соответствии с мгновенным значением модулирующего НЧ-сигнала происходит запирание или отпирание этого транзистора и, как следствие, изменяется падение напряжения на переходе коллектор-эмиттер. В результате по закону модулирующего сигнала изменяется величина напряжения питания, подаваемого на транзистор VT2, на котором выполнен активный элемент генератора. Изменение режима работы транзистора VT2 по постоянному току приводит к соответствующему изменению амплитуды формируемого кварцевым генератором ВЧ-сигнала. Модулированный по амплитуде сигнал снимается с коллектора транзистора VТ2.
Частотная модуляция
Основу рассмотренных в предыдущем разделе конструкций каскадов, обеспечивающих амплитудную модуляцию сигнала ВЧ-генераторов с кварцевой стабилизацией частоты, составляют схемотехнические решения, в которых в соответствии с модулирующим сигналом изменяется напряжение питания активного элемента. Однако на практике при разработке миниатюрных радиопередатчиков и радиомикрофонов широко используются модуляторы, позволяющие реализовать частотную модуляцию высокочастотного сигнала кварцевого генератора.
Необходимо отметить, что при конструировании таких устройств разработчики вынуждены решать две, казалось бы, взаимоисключающие задачи. С одной стороны, следует добиться достаточного уровня стабилизации частоты ВЧ-генератора, а с другой – необходимо обеспечить приемлемое изменение этой частоты по закону модулирующего сигнала. Результатом решения этих задач является определенный компромисс, достигаемый, например, посредством применения схемотехнических решений каскадов модуляции на варикапах.
Особенностью любительских конструкций транзисторных микропередатчиков с частотной модуляцией является частое применение схемотехнических решений осцилляторных ВЧ-генераторов с кварцевой стабилизацией частоты, в которых кварцевый резонатор используется в качестве элемента с индуктивным характером комплексного сопротивления в резонансном контуре. При этом варикап, как элемент с изменяемой по закону модуляции емкостью, подключается или последовательно, или параллельно кварцевому резонатору.
Не следует забывать о том, что последовательное включение варикапа и кварцевого резонатора приводит к повышению частоты последовательного резонанса и соответствующему уменьшению разности частот параллельного и последовательного резонанса кварцевого резонатора. При параллельном включении варикапа и кварцевого резонатора частота параллельного резонанса понижается, а разность частот параллельного и последовательного резонанса кварцевого резонатора также уменьшается.
Упрощенная принципиальная схема одного из вариантов модулятора на варикапе (без цепей формирования напряжения смещения варикапа) для генератора с кварцевой стабилизацией частоты, выполненного по схеме Пирса, приведена на рис. 4.14.
Рис. 4.14. Упрощенная принципиальная схема модулятора на варикапе для генератора по схеме Пирса
Принцип действия генератора с кварцевой стабилизацией частоты, выполненного по схеме Пирса, то есть по схеме емкостной трехточки с включением кварцевого резонатора между базой и коллектором транзистора активного элемента, был подробно рассмотрен ранее. Напомним, что в данной схеме используется индуктивная составляющая комплексного сопротивления кварцевого резонатора BQ1, который работает в режиме, близком к режиму параллельного резонанса. При этом резонансную частоту в незначительных пределах можно регулировать изменением емкости элемента, который включен последовательно с кварцевым резонатором BQ1. Особенностью рассматриваемого схемотехнического решения является включение варикапа VD1 последовательно с кварцевым резонатором BQ1 в цепь ОС между коллектором и базой транзистора VT1. При изменении емкости варикапа по закону модулирующего сигнала обеспечивается частотная модуляция сигнала ВЧ-генератора.
Упрощенная принципиальная схема одного из вариантов модулятора на варикапе (без цепей формирования напряжения смещения варикапа) для генератора с кварцевой стабилизацией частоты, выполненного по схеме Колпитца, приведена на рис. 4.15.
Рис. 4.15. Упрощенная принципиальная схема модулятора на варикапе для генератора по схеме Колпитца
Принцип действия генератора с кварцевой стабилизацией частоты, выполненного по схеме Колпитца, был подробно рассмотрен ранее. В данном случае речь идет о трехточечном кварцевом генераторе, в котором транзистор активного элемента по переменному току включен по схеме с общим коллектором. При этом кварцевый резонатор BQ1, имеющий индуктивный характер реактивного сопротивления, образует индуктивную ветвь параллельного резонансного контура. Емкостная ветвь этого контура состоит из двух включенных последовательно конденсаторов С1 и С2, в точку соединения которых подается сигнал с выхода активного элемента (эмиттер транзистора VT1). В результате конденсаторы С1 и С2 образуют емкостной делитель в цепи положительной обратной связи.
Резонансную частоту контура, и, соответственно, частоту генерируемых колебаний, в незначительных пределах можно регулировать изменением емкости элемента, который включен последовательно с кварцевым резонатором BQ1 в цепь ОС между базой транзистора VT1 и шиной корпуса. Особенностью данной схемы является то, что в качестве такого элемента с изменяемой емкостью используется варикап VD1. В результате при изменении емкости варикапа по закону модулирующего сигнала обеспечивается частотная модуляция сигнала ВЧ-генератора.