Двунаправленные усилители

При конструировании трансиверов всегда сталкиваешься с определённым компромиссом: аппарат стараешься сделать как можно проще с одной стороны, но чтобы как можно качественнее и как можно более сложные задачи при этом решали его узлы, с другой стороны. Достичь желаемого результата можно, заставив большинство узлов работать многофункционально. Например, заставить работать опорный кварцевый гетеродин ещё и как телеграфный гетеродин, либо микрофонный усилитель как генератор звуковой частоты. Учитывая тот факт, что многие узлы в режиме приема могут исполнять те же задачи и в режиме передачи, то, заставляя их работать в обоих режимах поочередно, можно резко сократить общее количество примененных деталей в трансивере. При этом некоторое усложнение схемы из-за дополнительной коммутации вполне оправдано. В этом отношении большой выигрыш дает применение реверсивных усилительных каскадов. Однако, большинство реверсивных усилителей тоже имеют компромисс: усилитель приобретя новое качество (реверсивность), теряет в чем-то другом (усиление, рассогласовка входных/выходных сопротивлений, расстройка избирательных элементов, невозможность включения усилительных приборов по одной схеме в обоих направлениях прохождения сигнала, изменение условий работы обратных связей при переключении направления усиления и другие). Могу с уверенностью утверждать о достоверности вышеназванных фактов, так как в свое время «плотно» поработал с реверсивными усилителями разных конструкций и даже «умудрился» получить патент Республики Казахстан (№ 4365) на одну из своих разработок. Как пример приведу схему, показанную на рисунке №1, реверсивного усилителя, который я использовал неоднократно в своих разработках, и который несколько обходит вышеназванные «подводные камни». При прохождении сигнала слева направо по схеме работает транзистор VT2, так как на него подано питающее напряжение +12ВRx. Транзистор VT1 обесточен. Входное сопротивление каскада можно согласовать путем подбора витков трансформатора Т1 (обмотка III), а выходное подбором витков катушки L2. Выход 2а (С6) используется при высокоомной нагрузке. Резистор R8 служит для регулировки усиления при прохождении сигнала в этом направлении. При прохождении сигнала справа налево работает транзистор VT1, так как на него подано напряжение +12ВТх (транзистор VT2 обесточен). Присутствующее положительное напряжение на резисторе R2 попадая через R3 на эмиттер VT2 способствует лучшей развязке между каскадами. Выход каскада согласовывается по сопротивлению путем подбора витков трансформатора Т1 (обмотка II). Резистором R6 регулируют усиление в этом режиме работы каскада. При всех своих положительных качествах и этот каскад имеет недостатки – большее количество элементов по сравнению с нереверсивным каскадом.
А ведь, по сути, любой каскад может стать реверсивным, если его вход и выход поменять местами (переключать). При этом в обоих направлениях прохождения сигнала свойства каскада будут сохранены полностью, так же будут работать и обратные связи, а аналогично и элементы селекции. Простейшее решение этой проблемы – применение реле. Но это решение имеет кучу недостатков: ненадежность работы механических контактов, большая емкость между ними, невысокое быстродействие реле и другие. Гораздо предпочтительнее будут электронные переключатели. Ну а простота схемы и малые размеры присущи схемам коммутации, выполненным на диодах.
На рисунке №2 показана схема двунаправленного усилителя, выполненная на микросхеме К122УН1Д с управлением переключения направления прохождения сигнала по одной шине разнополярным напряжением (+12В и -12В). Коммутатор выполнен на диодах VD1…VD4. Если на управляющую шину подано напряжение +12 вольт, то сигнал проходит по тракту С1, VD2, C4, DA1, C9, C8. Если подано -12 вольт, то сигнал идет по цепочке С8, VD3, C3, DA1, C7, VD1, C1. В качестве микросхемы DA1 могут быть использованы и другие микросхемы, либо усилители, выполненные и на дискретных элементах, в их состав могут быть включены и различные фильтры, что ещё более повышает коэффициент двойного использования узлов в трансивере.
На рисунке №3 показана схема аналогичного реверсивного усилителя, выполненного на такой же микросхеме. Отличие составляет то, что управляется он по двум шинам, но однополярным напряжением, что в некоторых случаях оказывается более приемлемым. Как и в предыдущей схеме в качестве усилительного узла может быть применены и другие микросхемы, либо схемы, выполненные на дискретных элементах. Прохождение сигнала в режиме приема происходит по следующему маршруту (подано напряжение +12BRx): С2, VD1, C4, DA2, C7, VD4, C9. Прохождение сигнала в режиме передачи: С10, VD2, C4, DA1, C7, VD3, C1 (подано напряжение +12BTx). При применении микросхемы К122УН1Д, если наблюдается самовозбуждение на высоких частотах, то конденсатор С8 следует переключить на её вывод 5. Если же и в этом случае самовозбуждение не устраняется, то выводы микросхемы 4 и 5 следует зашунтировать резистором (5…10 кОм – подобрать экспериментально) – это усилит отрицательную обратную связь, что повысит устойчивость усилителя. В данный усилитель можно ввести и элемент селекции – параллельный контур. Его включают следующим образом: вывод 8 отсоединяют от вывода 9 и включают контур между этими выводами, при этом вывод 8 дополнительно шунтируют на корпус конденсатором емкостью 0,01…0,047 мкФ. Рабочий диапазон частот микросхемы простирается от звуковых частот до 5 МГц. При использовании данной микросхемы в качестве усилителя низкой частоты, конденсатор, идущий с вывода 11 микросхемы (С8 по рисунку №3) заменяют на электролитический номиналом 100 мкФх15 вольт, остальные конденсаторы заменяют на 10мкФх15В. Конденсаторы С4, С5, С6, С7, С8 располагают анодами к микросхеме, С3, С6 – анодами к питающему напряжению, С1, С2, С9, С10 – анодами к клеммам Вх/Вых. Микросхему 122 серии можно заменить на аналогичную 118 серии К118УН1Д (старые названия микросхем: К1УС221Д, К1УС181Д). Помните, что усиление данной микросхемы зависит, в том числе, и от входных сопротивлений смежных каскадов.
Что дает применение реверсивных усилителей, переключение направления, усиления которых, выполнено на диодах? Во первых, как уже упоминалось выше, при переключении направления, сохраняются все свойства примененного усилительного каскада в полном объеме. Во вторых: почти каждый каскад таким образом можно превратить в реверсивный, ограничения могут быть по мощности и частотному спектру (зависит от типа примененных коммутационных диодов).
А теперь посмотрим, какие реальные преимущества дает применение таких реверсивных каскадов в реальных схемах. Возьмем, к примеру, трансивер, имеющий блок-схему «Радио-76». Почему именно его? Да потому, что в нем и так уже большая часть деталей имеет двойное использование. Итак – смотрим на рисунок №4. Здесь желтым цветом обозначены диодные коммутаторы сигналов, стрелками зеленого цвета –показан маршрут прохождения сигнала в режиме приема, красными – в режиме передачи. В этой схеме применено всего три диодных коммутатора. Первый из них (ДК1) реверсирует фильтр сосредоточенной селекции и усилитель радиочастоты, второй – кварцевый фильтр и усилитель промежуточной частоты и третий – предварительный усилитель низкой частоты (кстати, если в качестве УНЧ применен маломощный усилитель, то ДК3 может коммутировать полностью весь НЧ тракт, при этом динамическая головка начинает работать в качестве микрофона, что еще более увеличивает коэффициент двойного использования радиодеталей). Обратите особое внимание: применение диодных коммутаторов позволяет не только применять множество различных усилительных схем в качестве реверсивных, но еще и делает ненужным применение блока коммутации гетеродинов в конкретной данной схеме! Обратите также внимание: кварцевый фильтр, как в режиме передачи, так и в режиме приема всегда будет находиться в нужном месте («впереди лошади» - он будет переключаться вместе с усилителем), в результате отпадет необходимость, как во многих конструкциях, применять дополнительный кварцевый фильтр, лукаво называя его «подчисточным», с целью объяснения его наличия в приемном тракте, чтобы хоть как-то объяснить его нужность, а не излишество наличия дополнительных дефицитных деталей, хотя на самом деле он устраняет недостатки примененной блок-схемы аппарата, позволяя в режиме передачи получить SSB-сигнал без переключения основного фильтра). Ну а двойное использование опорного кварцевого гетеродина ещё и в качестве телеграфного генератора (самопрослушка своего телеграфного сигнала осуществляется с помощью звукового генератора электронного телеграфного ключа, в чем также немало преимуществ – чистый, устанавливаемый по желанию оператора, тон, регулируемый уровень, сам же генератор можно использовать как контрольный для проверки работоспособности УНЧ, а также для звуковой сигнализации включения отдельных режимов – например: телеграф, режим настройки, сигнализация аварий и др.), а также блока АРУ и S-метра в качестве измерителя выходной мощности передатчика – это уже приятный довесок к положительным сторонам данной схемы. Раздельная регулировка усиления при разных направлениях прохождения сигнала в данной схеме тоже решается с помощью диодных развязок. В качестве смесителей следует применять диодные кольцевые балансные смесители – они «от природы» реверсивные каскады, хорошо давят несущую и развязывают вход от выхода, а, также, «принципиально» не возбуждаются. Так что, если понравилось, то дерзайте юноши! Вас ждут великие дела!
16.09.2007г. Рубцов В.П. UN7BV. Казахстан, Астана.