Двухзатворный полевой транзистор: Двухзатворные полевые транзисторы в смесителе приёмника прямого преобразования – Простые супергетеродинные приемники на двухзатворных полевых транзисторах. Часть 1 — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

Двухзатворные полевые транзисторы в смесителе приёмника прямого преобразования

Р/л технология

Главная Радиолюбителю Р/л технология

Входе проведения экспериментов со смесителями на полевых транзисторах КП305 большинство из них вышли из строя по причине их высокой чувствительности к статическому электричеству. Поэтому было решено провести эксперименты со смесителями на двухзатворных полевых транзисторах BF960, BF961, BF964S зарубежного
производства и отечественных КП327А. Особенность этих транзисторов — наличие в цепях затворов встроенных защитных диодов, поэтому они устойчивы к статическому электричеству.

Схема смесителя диапазона 80 метров на одном транзисторе показана на рис. 1. Здесь гетеродин работает на частоте, вдвое меньшей принимаемой. Это позволило существенно ослабить излучение сигнала гетеродина (до 80 дБ) и практически избавиться от фона переменного тока, обусловленного таким излучением. Без УВЧ чувствительность приёмника с таким смесителем может достигать 0,3 мкВ. Динамический диапазон приёмника — около 100 дБ. Мощность сигнала гетеродина при этом невелика, смеситель начинает работать при напряжении сигнала гетеродина 0,3 В.

Рис. 1. Схема смесителя диапазона 80 метров на одном транзисторе

Сигналы диапазона 80 метров выделяет двухконтурный фильтр L1C2L2C3. Так как межэлектродные ёмкости транзистора малы, оказалось возможным его непосредственное подключение ко второму контуру. Сток и исток можно поменять местами, без заметного ухудшения качества приёма.

В этом смесителе можно применить любой из перечисленных выше полевых транзисторов. Трансформатор Т1 намотан на кольцевом магнитопроводе К10х6х4 из феррита 400НМ втрое сложенным проводом ПЭЛ 0,2, число витков — от 12 до 18. Катушки L1 и L2 намотаны виток к витку проводом ПЭЛ 0,2 на общем каркасе диаметром 5 мм и содержат по 42 витка. Расстояние между катушками — 4 мм, каждую подстраивают «своим» подстроечником.

Применив в смесителе простые фазовращатели на RC-элементах [1] и хороший ЗЧ-фильтр, можно сделать SSB-приёмник прямого преобразования с подавлением ненужной боковой полосы. Схема такого смесителя показана на рис. 2. И хотя подавление ненужной боковой полосы не столь велико, как в приёмнике трансивера прямого преобразования «Пилигрим» [2], здесь сохранено основное достоинство таких приёмников — простота и малое число элементов. ВЧ-фазовращатель собран на элементах R1 и C1, а НЧ-фазовращатель — на элементах R2, R3, C4, C5 и Т3. Их совместная работа обеспечивает подавление ненужной боковой полосы от 10 до 40 дБ.

Рис. 2. Схема смесителя с фазовращателем на RC-элементах и ЗЧ-фильтром

Трансформатор Т1 намотан на кольцевом магнитопроводе К10х6х4 из феррита 400НМ вдвое сложенным проводом ПЭЛ 0,2, число витков — 20. Конструкция трансформатора Т2 аналогична конструкции трансформатора Т1 в предыдущем смесителе. В качестве трансформатора Т3 использован выходной трансформатор (первичная обмотка) от УЗЧ карманного приёмника. Его можно намотать на магнитопроводе К16х8х4 из феррита 2000НН. Обмотка содержит 500 витков вдвое сложенного провода ПЭЛ 0,1. Так как избирательность приёмника прямого преобразования зависит в основном от качества фильтра ЗЧ, не стоит на нём экономить.

Собрав предложенные смесители, вы будете приятно удивлены громкостью и качеством приёма. Диодные смесители здесь просто «отдыхают». За месяц наблюдений на диапазоне 80 метров на приёмники прямого преобразования с описанными выше смесителями и без УВЧ, с антенной «наклонный луч» длиной 20 м были приняты радиолюбительские радиостанции всех районов, за исключением 7-го и 0-го.

Предложенные смесители обратимы и могут быть использованы для формирования сигнала на передачу, необходимо лишь подобрать уровни сигналов ЗЧ и ВЧ.

Литература

1. Поляков В. Т. Радиолюбителям о технике прямого преобразования. — М.: Патриот, 1990.

2. ПИЛИГРИМ трансивер прямого преобразования. — URL: http://www.cqham.ru/ forum/showthread.php?4635 (14.03.18).

Автор: Александр Федотов (RV6AT, ex UA6AHX), г. Темрюк Краснодарского края

Дата публикации: 22.06.2018

Мнения читателей

Владимир / 04.09.2018 — 05:54
Прекрасная идея.НО вызывает сомнение динамический диапазон в 100дб. Как у этого смесителя обстоят дела с прямым детекированием АМ сигнала? Кстати. думаю , что такой смеситель можно использовать и супергетеродинах……..
Эдуард / 27.08.2018 — 10:33
Автор прямо прочитал мои мысли! Я тоже думал об аналогичном включении двухзатворого полевика в смесителе. Обязательно использую такое решение в приёмнике на 10 метров! Спасибо, Александр и 73! Эдуард ex UA0IBF

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному выше материалу:

Простые супергетеродинные приемники на двухзатворных полевых транзисторах. Часть 1

Современные двухзатворные полевые транзисторы (ДПТ), например импортные серий BF9xx, доступны и дешевы, имеют малые шумы и большую крутизну, относительно малый разброс параметров и при этом хорошо защищены от статики. Смесители на ДПТ получаются исключительно простые и эффективные, типовая схема включения показана на рис.1.

Напряжение сигнала подается на первый затвор, а напряжение гетеродина плавного диапазона (ГПД) – на второй. Максимальный динамический диапазон (по интермодуляции — порядка 70дБ, по блокированию – более 90дБ) получается при близком к нулю напряжении смещения на затворах. Высокое выходное сопротивление (порядка 10-20кОм) очень хорошо согласуются с широко распространенными магнитострикционными ЭМФ на частоты порядка 500 кГц, а малый ток стока (порядка 1-1,5мА) позволяет применить непосредственное включение обмотки возбуждения ЭМФ. При этом довольно большая крутизна преобразования (примерно 1,5…2мА/В) позволяет получить высокую чувствительность даже без УПЧ. Высокое входное сопротивление по обоим входам также существенно упрощает сопряжение с преселектором и ГПД.

На основе этих смесителей, используя завалявшийся в тумбочке маловостребованный дисковый электромеханический фильтр (ЭМФ) на 500кгц со средней полосой пропускания, за пару часов неспешной, в удовольствие, работы с паяльником автором был сделан очень простой как по схеме, так и наладке, достаточно чувствительный и помехоустойчивый супергетеродин. Приятно отметить, что и в наши дни создание простых радиоприемников для наблюдений за любительскими станциями привлекательно для многих радиолюбителей, о чем свидетельствует большой интерес, проявленный коллегами в процессе обсуждения на форуме [1]. Это и побудило меня разработать на одной и той же основе несколько вариантов КВ приемников, чтобы показать насколько простыми могут быть схемные решения при использовании ДПТ.

Приемник наблюдателя с ЭМФ на 80м.

Это самый простой (базовый) однодиапазонный вариант супергетеродинного приемника. Его принципиальная схема представлена на рис.2.

Входной сигнал любительского диапазона 80 м (полоса частот 3,5…3,8 МГц) величиной не менее 1 мкВ поступает на регулируемый аттенюатор 0R1, выполненный на сдвоенном потенциометре. По сравнению с одиночным потенциометром подобное решение обеспечивает бОльшую глубину регулировки ослабления ( более 60дБ) во всем КВ диапазоне, что позволяет обеспечить оптимальную работу приемника практически с любой антенной. Далее сигнал поступает на входной двухконтурный диапазонный полосовой фильтр (ДПФ), образованный катушками индуктивности LI, L2 и конденсаторами С2, С3, С5, С6 с внешнеемкостной связью через конденсатор С4. Показанное на схеме подключение к первому контуру через емкостной делитель С2С3 рекомендуется для низкоомной антенны (четвертьволновый “луч” длиной около 20 м, диполь или “дельта” с фидером из коаксиального кабеля). Для высокоомной антенны в виде отрезка провода длиной значительно меньше четверти длины волны выход аттенюатора 0R1 подключают к выводу платы Х1, соединенному с первым контуром (L1С2C3) входного фильтра через конденсатор С1. Способ подключения каждой антенны подбирают экспериментально по максимальной громкости и качеству приема.

Схема этого двухконтурного ПДФ оптимизирована под сопротивление антенны 50 ом и сопротивление нагрузки (R4) 200ом, При этом его коэффициент передачи за счет трансформации сопротивлений составляет примерно +3дБ, что обеспечивает реализацию высокой чувствительности – не хуже 1 мкВ. В виду того, что с приемником может применяться антенна любой, случайной длины, да и при регулировке аттенюатором сопротивление источника сигнала на входе ПДФ может меняться в широком диапазоне, чтобы получить в таких условиях достаточно стабильную АЧХ, по входу ПДФ установлен согласующий резистор R1. В качестве катушек применены готовые малогабаритные дроссели стандартных номиналов, которые дешевы, уже широко доступны и, главное, можно отказаться от столь нелюбимых многими начинающими радиолюбителями самодельных катушек.

Выделенный ДПФ сигнал величиной не менее 1,4 мкВ подается на первый затвор полевого транзистора VT1. На второй его затвор поступает через конденсатор С7 напряжение гетеродина величиной порядка 1…3 Вэфф. Сигнал промежуточной частоты (500 кГц), являющийся разностью частот гетеродина и сигнала, величиной порядка 25…35 мкВ выделяется в цепи стока смесителя контуром, образованным индуктивностью обмотки ЭМФ Z1 и конденсаторами С12С15. Развязывающие цепочки R11C11 и R21C21 защищают общую цепь питания смесителей от попадания в нее сигналов гетеродина, промежуточной и звуковой частоты.

Первый гетеродин приемника выполнен по схеме емкостной трехточки (вариант Клаппа) на транзисторе VT2. Контур гетеродина составлен из катушки индуктивности L3 и конденсатора С8,С9,С10. Частоту гетеродина можно перестраивать (с некоторым запасом по краям) в диапазоне 4000-4300 кГц конденсатором переменной емкости (КПЕ) 0С1. Резисторы R2,R5 и R7 определяют и жестко задают (за счет глубокой ООС) режим работы транзистора по постоянному току, чем и обеспечивается высокая стабильность частоты. Резистор R6 улучшает спектральную чистоту (форму) сигнала. Питание обоих гетеродинов +6в стабилизировано интегральным стабилизатором DA1. Цепочки R10C14С16 и R12C17 защищают общую цепь питания обоих гетеродинов и развязывают их друг от друга.

Основную селекцию сигналов в приемнике выполняет ЭМФ Z1 с полосой пропускания 2,75 кГц со средней полосой пропускания. В зависимости от типа примененного ЭМФ селективность по соседнему каналу (при расстройке на 3 кГц выше или ниже полосы пропускания) достигает 60…70дБ. С его выходной обмотки, настроенной конденсаторами С19, С22 в резонанс на промежуточную частоту, сигнал поступает на детектор, который выполнен по схеме, аналогичной первому смесителю, на полевом транзисторе VT4. Его высокое входное сопротивление позволило получить минимально возможное затухание сигнала в ЭМФ основной селекции (порядка 10-12дБ), поэтому на первом затворе величина сигнала составляет не менее 8…10 мкВ.

Второй гетеродин приемника выполнен на транзисторе VT3 почти по такой же схеме, что и первый, только вместо индуктивности применен керамический резонатор ZQ1. В этой схеме генерация колебаний возможна только при индуктивном сопротивлении цепи резонатора, т.е. частота колебаний находится между частотами последовательного и параллельного резонансов. Нередко в подобных приемниках во втором гетеродине используют довольно дефицитный комплект — кварцевый резонатор на 500 кГц и ЭМФ с верхней полосой пропускания. Это удобно, но заметно удорожает приемник. В нашем приемнике в качестве частотозадающего элемента применен широко распространенный керамический резонатор на 500кГц от пультов ДУ, имеющий достаточно широкий межрезонансный интервал ( не менее 12-15кГц). Подстройкой емкости конденсаторов С23,С24 второй гетеродин легко «тягается» по частоте в диапазоне, как минимум 493-503 кГц и, как показал опыт, при исключении прямых температурных воздействий обеспечивает достаточную для практики стабильность частоты. Благодаря этому свойству, для нашего приемника подходит практически любой ЭМФ со средней частотой около 500 кГц и полосой пропускания 2,1…3,1 кГц[2]. Это может быть, скажем, ЭМФ-11Д-500-3,0В или ЭМФДП-500Н-3,1 или ФЭМ-036-500-2,75С, использованный автором, с буквенными индексами В, Н, С. Буквенный индекс указывает, какую боковую полосу относительно несущей выделяет данный фильтр — верхнюю (В) или нижнюю (Н), или же частота 500 кГц приходится на середину (С) полосы пропускания фильтра. В нашем приемнике это не имеет значения, поскольку при налаживании частоту второго гетеродина устанавливают на 300 Гц ниже полосы пропускания фильтра, и в любом случае будет выделяться верхняя боковая полоса. Требуемую частоту второго гетеродина для конкретного ЭМФ с полосой пропускания П (кГц) можно определить по простейшим формулам

– для ЭМФ с верхней полосой F=500кГц,

— со средней полосой F(кГц)=499,7 — П/2,

— с нижней полосой F(кГц)=499,4 — П.

Напряжение сигнала второго гетеродина частотой около 500 кГц (в авторском экземпляре 498,33 кГц) и величиной порядка 1,5…3 Вэфф поступает на второй затвор VT4 и в результате преобразования спектр однополосного сигнала переносится с ПЧ в область звуковых частот. Коэффициент преобразования (усиления) детектора примерно 4.

Выделенный вторым смесителем на резисторе R17 сигнал звуковой частоты величиной порядка 30-40 мкВ проходит через трехзвенный ФНЧ с частотой среза примерно 3кГц, образованный цепью С26,R19,С27,R20,С29. Очищенный от паразитных продуктов преобразования и остатков сигнала второго гетеродина сигнал поступает через разделительный конденсатор С28 на вход УЗЧ (вывод 3 DA2), сделанный на основе популярной LM386N-1[3]. Для получения требуемой чувствительности и обеспечения эффективной работы АРУ, коэффициент усиления УЗЧ повышен до 500 благодаря включению цепи R22,С30 в цепи ООС. Нагрузка УЗЧ — регулятор громкости подключается через дополнительный однозвенный ФНЧ (R25,С37) с частотой среза примерно 3кГц, дополнительно снижающий внеполосные шумы, что заметно повышает комфортность прослушивания эфира на современные широкополосные малогабаритные динамики или низкоомные телефоны, например компьютерные мультимедийные.

Усиленный УЗЧ сигнал детектируется диодами VD1,VD2 , и управляющее напряжение АРУ поступает в цепь затвора регулирующего VT5.

Как только величина регулирующего напряжение превысит пороговое (примерно 1В), транзистор открывается и образованный им совместно с резистором R20 делитель напряжения за счет отличных пороговых свойств такого регулятора весьма эффективно стабилизирует выходной сигнал звуковой частоты на уровне примерно 0,65-0,7 Вэфф, что соответствует максимальной выходной мощности примерно 60 мВт, а на 16омном – 30 мВт и приемник будет достаточно экономичным. При такой мощности современные импортные динамики с высоких КПД способны озвучить трехкомнатную квартиру, а вот для некоторых отечественных динамиков может показаться маловато, тогда можно повысить в 2 раза порог АРУ, установив в качестве VD1,VD2 красные светодиоды, при этом питание УНЧ нужно будет поднять до 12 В.
В режиме покоя или при работе на высокоомные головные телефоны приемник довольно экономичен — потребляет порядка 12 мА. При максимальной громкости звучания подключенной к его выходу динамической головки сопротивлением 8ом потребляемый ток может достигать 45 мА, Блок питания годится любой промышленного изготовления или самодельный, обеспечивающий стабилизированное напряжение +9…12 В при токе не менее 50 мА.

Для автономного питания удобно применять батарейки, размещенные в специальном контейнере или аккумуляторы. Например, аккумулятора на 8,4 В размером с «Крону» и емкостью 200мА/час хватает более чем на 3 часа прослушивания эфира на динамик при средней громкости, а при применении высокоомных телефонов – более 10 часов.

Все детали приемника, кроме разъемов, переменных резисторов и КПЕ, смонтированы на плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита размером 45х160мм. Чертеж платы со стороны печатных проводников приведен на рис. 3,

а расположение деталей – на рис.4.

Скачать чертёж печатной платы в формате lay.

Транзисторы VT1,VT4 могут быть любой из серий BF961, BF964, BF980, BF981 или отечественные КП327. Для некоторых из этих транзисторов может потребоваться подбор истоковых резисторов до получения тока стока 1…2 мА.

Для гетеродинов подойдут импортные общецелевые транзисторы n-p-n типа 2SC1815, 2N2222 или отечественные КТ312, КТ3102, КТ306, КТ316 с любыми буквенными индексами. Полевой транзистор VT1 2N7000 может быть заменен аналогами BS170, BSN254, ZVN2120a, КП501а. Диоды VD1,VD2 1N4148 можно заменить на любые кремниевые КД503, КД509, КД521, КД522.

Постоянные резисторы — любого типа мощностью рассеивания 0,125 или 0,25 Вт. Детали, устанавливаемые навесным монтажом на шасси (см. рис.8), могут быть любого типа. Потенциометры 0R1 – сдвоенный, может иметь сопротивление 1-3,3кОм, 0R2 – 47-500 Ом. Конденсатор настройки 0С1 — желательно малогабаритный с воздушным диэлектриком с максимальной емкостью не менее 240пФ. При отсутствии такого конденсатора можно использовать малогабаритный КПЕ транзисторного радиовещательного приемника. Конечно, конденсатор настройки полезно было бы оснастить простейшим верньером с замедлением 1:3… 1:10.

Керамические контурные конденсаторы малогабаритные керамические термостабильные (с малым температурным коэффициентом емкости (ТКЕ) — групп ПЗЗ, М47 или М75) КД, КТ, КМ, КЛГ, КЛС, К10-7 или аналогичные импортные (дисковые оранжевые с черной точкой или многослойные с нулевым ТКЕ — МР0). Триммеры CVN6 фирмы BARONS или аналогичные малогабаритные. С26, С29 желательно термостабильные пленочные, металлопленочные например серий МКТ, МКР и аналогичные. Остальные керамические блокировочные и электролитические – любого типа импортные малогабаритные.

Для намотки гетеродинной катушки L3 использован готовый каркас с ферритовым подстроечником 600НН и экраном от стандартных контуров ПЧ 465 отечественных транзисторных радиоприемников (в частности, от радиоприемника “Альпинист”), для которого формула расчета количества витков для получения требуемой индуктивности равно W=11*SQRT(L[мкГн]), в нашем случае для получения 8,2мкГц требуется 31 виток провода диаметром 0,17-0,27мм.

После намотки катушки равномерно в 3х секциях внутрь каркаса ввинчивают подстроечник, и затем эта конструкция заключается в алюминиевый экран, при этом штатный цилиндрический магнитопровод не используют.

Вообще, в качестве каркаса самодельных катушек любые доступные радиолюбителю, разумеется с соответствующей корректировкой печатных проводников:

— очень удобны и термостабильны импортные от контуров ПЧ 455кГц, подобные примененному в [3], подстроечником которого служит ферритовый горшок, имеющий резьбу на наружной поверхности и шлиц под отвертку, количество витков для получения требуемой индуктивности равно W=6*SQRT(L[мкГн]), в этом случае для получения 8,2мкГц требуется 17 витков провода диаметром 0,17-0,27мм.

— для популярных броневых сердечников типа СБ12а формула расчета количества витков для получения требуемой индуктивности равно W=6,7*SQRT(L[мкГн]), в этом случае для получения 8,2мкГц требуется 19 витков провода диаметром 0,17-0,27мм.

— если использованы готовые каркасы диаметром 7,5мм с подстроечниками СЦР и экранами от контуров ПЧ блоков цветности телеприемников, то при длине намотки 8мм (при малом числе витков намотку ведем виток к витку, а при большом числе витков — в навал) формула расчета количества витков для получения требуемой индуктивности равно W=14*SQRT(L[мкГн]), в этом случае для получения 8,2мкГц требуется 40 витков провода диаметром 0,17-0,27мм.

Как уже отмечалось выше, в ПДФ в качестве катушек индуктивности применены стандартные импортные малогабаритные дроссели типа ЕС24 и аналогичные. Разумеется, если приобрести готовые дроссели требуемой индуктивности проблематично, можно применить и в ПДФ самодельные катушки, рассчитав число витков по приведенным выше формулам. И наоборот, если возникнут трудности с намоткой самодельных катушек, в качестве L3 также можно применить готовый импортный дроссель 8,2мкГ. Наш коллега Г.Глухов (RU3DBT) при изготовлении этого приемника пошел таким путем (рис.5) и отмечает вполне удовлетворительную стабильность частоты ГПД[1].

В качестве дросселя L4 годится любой готовый индуктивностью в пределах 70-200мкГн, но можно применить и самодельный, намотав на ферритовом колечке диаметром 7-10мм проницаемостью 600-2000 20-30 витков (большее число витков соответствует меньшим значения диаметра и/или проницаемости).

Налаживание. Правильно смонтированный приемник с исправными деталями начинает работать, как правило, при первом же включении. Тем не менее, полезно провести все операции по наладке приемника в последовательности, изложенной ниже. Все регуляторы надо поставить в положение максимального сигнала, а сердечники катушек в L7, L8 в среднее положение. Сначала с помощью мультиметра, включенного в разрыв питания, проверяем, что потребляемый ток не превышает 12-15мА, в динамике должен прослушиваться собственные шумы приемника. Далее, переключив мультиметр в режим измерения постоянного напряжения, измеряем напряжения на всех выводах микросхем DА1, DA2 – они должны соответствовать приведенным в таблице 1

Таблица 1

вывод	Напряжение,В	№вывода DA1	Напряжение,В
Исток VT1	0.25	1	6,0
Сток VT1	8,1	3	9,0
Исток VT4	0.25	№вывода DA2	Напряжение,В
Сток VT4	6,1	1	1,29
Эм. VT2	2.1	3	0
Кол. VT2	5,5	5	4,43
Эм. VT3	2,1	6	8,90

Проведем простейшую проверку общей работоспособности основных узлов.

При исправном УНЧ прикосновение руки к выводу 3 DA2 должно вызывать появление в динамике громкого, рычащего звука. Прикосновение руки к общей точке соединения С27R19R20 должно привести к появлению такого же по тембру звука, но заметно меньшей громкости – это включилась в работу АРУ. Проверяем токи стоков ДПТ по падению напряжения на истоковых резисторах R9 и R16, если оно превышает 0,44 В, т.е. ток стока ДПТ превышает 2мА, нужно увеличивая сопротивление истоковых резисторов добиться уменьшения тока до уровня порядка 1-1,5мА.

Для установки расчетной частоты второго гетеродина снимаем технологическую перемычку (джампер) J2 и вместо нее к этому разъему подключаем частотомер. При этом VT4 выполняет функцию развязывающего (буферного) усилителя сигнала второго гетеродина, что практически полностью устраняет влияние частотомера на точность установки частоты. Это удобно не только на этапе налаживания, но в дальнейшем, в процессе эксплуатации, позволит проводить оперативный контроль, а при необходимости и подстройку, частот гетеродинов без полной разборки приемника. Требуемой частоты добиваемся подбором С24 (грубо) и подстройкой триммера С23(точно). Возвращаем на место перемычку (джемпер) J2 и аналогично, подключив частотомер вместо технологической перемычки (джампера) J1 проводим проверку, а при необходимости и укладку (подстройкой индуктивности L3), диапазона перестройки ГПД, который должен быть не уже 3980-4320 кГц. Если диапазон перестройки ГПД окажется излишне широк, что вполне вероятно при использовании КПЕ с большей максимальной емкостью, последовательно с ним можно включить дополнительный растягивающий конденсатор, требуемую емкость которого надо будет подобрать самостоятельно.

Для настройки в резонанс входной и выходной обмоток возбуждения ЭМФ подают (через конденсатор емкостью 20…100 пФ) с ГСС на первый затвор транзистора VT1 немодулированный сигнал частотой, соответствующую середине полосы пропускания ЭМФ (в авторском варианте — 500 кГц) и подбором величины конденсаторов С12, С22 (грубо) и точной подстройкой триммерами С15, С19 по максимуму выходного сигнала. При этом, во избежание срабатывания АРУ, уровень сигнала ГСС поддерживают таким, чтобы сигнал на выходе УНЧ не превышал 0,4Вэфф. Как правило, для ЭМФ неизвестного происхождения неизвестна даже ориентировочная величина резонансной емкости, а она, в зависимости от типа ЭМФ, может быть в пределах от 62 до 150пФ. Можно существенно облегчить настройку, если предварительно измерить индуктивность обеих катушек ЭМФ, например, посредством простой приставки [4].

Тогда резонансную емкость для каждой катушки (а индуктивность их отнюдь не одинакова, разница может достигать 10%, так в моем экземпляре ЭМФ индуктивность составила 840 и 897мкГн) легко определим по формуле

С[пФ]=101320/L[мкГн].

Если значения контурных элементов ПДФ соответствуют указанным на схеме с точностью не хуже +-5%, дополнительной настройки не требуется. При самодельных катушках настройку ПДФ можно сделать по стандартной методике с использованием ГСС.

Для нормальной работы приемника на диапазоне 80м желательно подключить наружную антенну длиной не менее10-15м. при питании приемника от батарей полезно подключить заземление или провод противовес такой же длины.

Хорошие результаты дает использование в качестве заземления металлических труб водоснабжения, отопления или арматуры балконного ограждения в панельных железобетонных зданиях.

Обсуждение статьи, вопросы и комментарии можно сделать на форуме

Литература.

Форум «Простой приемник наблюдателя с ЭМФ» http://www.cqham.ru/forum/showthread.php?t=16795
Шульгин К. Основные параметры дисковых ЭМФ на частоту 500кгц. — Радио, 2002, №5, с.59-61.
Беленецкий С. Двухдиапазонный КВ приемник «Малыш». — Радио, 2008, №4, с.51, №5, с.72.
Беленецкий С. Приставка для измерения индуктивности в практике радиолюбителя. — Радио, 2005, №5, с.26—28.

Сергей Беленецкий (US5MSQ) г.Луганск, Украина

Многие коллеги уже изготовили однодиапазонный вариант, некоторые из низ даже выложили своеобразные видеоотчеты о работе приемника на youtube:

Продолжение во второй части…

Частотный детектор на двухзатворном полевом транзисторе

Для демодуляции частотно-модулированных (далее – ЧМ) сигналов традиционно используют дробовый детектор и детектор отношений [1]. Недостатком указанных детекторов является низкий коэффициент передачи по напряжению и сложность настройки.

Более надежным и простым в налаживании есть фазовый ЧМ детектор на однозатворном полевом транзисторе, описанный в [2],[3]. Схема работает в пассивном режиме и поэтому как и традиционные ЧМ детекторы имеет низкий коэффициент передачи за напряжением. Лучшие характеристики имеет двухзатворный полевой транзистор.
Предлагается схема фазового ЧМ детектора на двухзатворном полевом транзисторе в активном режиме (рис. 1).

ЧМ сигнал подводится ко второму затвору, а опорный сигнал, который наводится в колебательном контуре С3L1 через конденсатор С2 подводится к первому затвору транзистора. При изменении знака девиации частоты входного сигнала относительно резонансной частоты fo опорной резонансной цепи С3L1 изменяется соотношение фаз опорного и входного сигнала. Это приводит к появлению на выходе детектора усиленного НЧ сигнала.

На графике (рис. 2) показано амплитудно-частотные характеристики собранного ЧМ детектора при использовании в качестве опорной резонансной цепи колебательного контура С3L1 (кривая 1, fo=10,7 МГц) и кварцевого резонатора Z1 типа РК-169 отечественного производства от переносных УКВ радиостанций (кривая 2, fo=10,7 МГц).

Как видно из графика использование кварцевого резонатора позволяет получить большую крутизну функции преобразования ЧМ детектора на высоких частотах. Такой детектор можно применить в средствах связи при малых девиациях сигналах (5 – 15 кГц).

При подаче на вход детектора с LС контуром ЧМ сигнала напряжением 100 мВ с девиацией 60 кГц на выходе получен низкочастотный сигнал напряжением 175 мВ.

На базе ЧМ детектора был собран экспериментальный УКВ ЧМ приемник без использования усилителя промежуточной частоты (рис. 3).

Во входной части использован УКВ блок типа УКВ-2-1С от магнитолы «VEF-260», что позволило принимать сигналы в диапазоне 65 – 73 МГц.

Принципиальные схемы УКВ блока и УНЧ не приводятся для упрощения схемы приемника. В качестве опорного контура С3L1 на 10,7 МГц использован контур (С21L4 – нумерация производителя) полосового УКВ фильтра от блока ВЧ-ПЧ той же магнитолы. Приемник принимает все местные УКВ ЧМ радиостанции в условиях города на антенну длиной 100 см.

Использованная литература:

1. Радиоприемные устройства: учебник для вузов / Н.Н. Гуга, А.И. Фалько, Н.И. Чистяков. – М.: Радио и связь, 1986. – 320 с.
2. В.В. Поляков. ЧМ детектор на полевом транзисторе // Радио. – 1978. — №6
3. Патент Франции №20792 от 15.07.1965.

Петр Ватаманюк (UT0YA)
Василий Мельничук (UR5YW)

Камрад, смотри полезняхи!

Василий Мельничук (korjavy)

Украина, г. Черновцы

Когда то был связистом.

Двухзатворный полевой СВЧ транзистор

Оригинальной разновидностью ПТШ является полевой транзистор с двумя затворами Шоттки, каждый из которых служит для управления током, протекающим по каналу. Схематический разрез структурыдвухзатворногополевого транзистора приведен на рис. 9.4 , а , вариант его топологической схемы показан на рис. 9.4 , б . Между истоком (И) и стоком (С) размещены последовательно два затвора. Размеры элементов структуры даны в микрометрах.

Основное использование прибора – усилитель с регулируемым усилением

. В этом случае на первый затвор (З₁) подается усиливаемый сигнал, а изменением смещения на втором затворе (З₂) задается коэффициент усиления, возможна его регулировка в пределах от +20 до –40 дБ. Прибор может работать в системах автоматической регулировки усиления, например, для стабилизации выходной мощности.

Важным достоинством такого усилителя является повышенная устойчивость, которая достигается в результате резкого снижения проходной емкости (паразитной емкости между входом и выходом, через которую может проходить сигнал неконтролируемой обратной связи) благодаря наличию между выводами З₁ и С электрода З₂, заземленного по высокой частоте.

Рис. 9.4. Схематический разрез (а) и топологическая схема (б) двухзатворногополевого СВЧ транзистора

Благодаря наличию двух управляющих электродов возможны еще несколько вариантов применения прибора:

– Модулятор с усилением. Входной сигнал подается на З₁, а модулирующий сигнал – на З

– Переключатель с усилением. Управляющий импульсный сигнал подается на З₂, в режиме пропускания достигается значительное усиление, в режиме запирания осуществляется подавление сигнала до 40 дБ.

– Смеситель с усилением или самогенерирующий смеситель. В последнем случае на транзисторе строится гетеродин с использованием электрода З₁, преобразуемый входной сигнал подается на З₂.

– Умножитель частоты с усилением. Преобразуемый сигнал подается на З₁, постоянное смещение на З₂ оптимизируется для наибольшего выхода требуемой гармоники.

Таким образом, полевой транзистор с затвором Шоттки имеет широкий диапазон применений. По основным параметрам (максимальная выходная мощность, коэффициент усиления, минимальный уровень шума) он превосходит биполярный транзистор на частотах свыше 4 ГГц. Помимо этого, ПТШ на основе GaAs является базовым активным прибором для монолитных ИС диапазона СВЧ.

Дата добавления: 2018-05-25; просмотров: 1348;

Полевые транзисторы (Униполярные)- принцип работы и устройство, обозначение на схеме

Полевые транзисторы это отдельный тип полупроводников, которые оснащены одновременно тремя электродами. Их называют истоком, затвором и стоком. В оснащенном стоком/истоком пространстве, находится особый канал токопровождения. В нем и протекает электрический ток. Он изготовлен из материалов, обладающих полупроводниковыми свойствами с переходом либо p либо n.

Управление осуществляется изменением величины проводимости канала, которая находится в прямой зависимости от напряжения заряда, проходящего между затвором и истоком. В биполярных транзисторах ток течет к коллектору от эмиттера, проходя через переходы p-n. В статье рассмотрены все вопросы строения, особенности, сферы использования полевых транзисторов. В качестве дополнения, статья содержит в себе несколько видеоматериалов и одну подробную научную статью.

Различные модели полевых резисторов

Полевые транзисторы с изолированным затвором. Устройство и принцип действия

Полевой транзистор с изолированным затвором (МДП-транзистор, MOSFET) – это полевой транзистор, затвор которого отделен в электрическом отношении от канала слоем диэлектрика. МДП-транзисторы (структура: металл-диэлектрик-полупроводник) выполняют из кремния. В качестве диэлектрика используют окисел кремния SiO2. отсюда другое название этих транзисторов – МОП – транзисторы (структура: металл-окисел-полупроводник). Наличие диэлектрика обеспечивает высокое входное сопротивление рассматриваемых транзисторов (1012 … 1014Ом).

Полевые транзисторы – это однополярные устройства, как и обычные полевые транзисторы. То есть управляемый ток не должен проходить через PN переход. В транзисторе имеется PN переход, но его единственное назначение – обеспечить непроводящую обедненную область, которая используется для ограничения тока через канал.

Принцип действия МДП-транзисторов основан на эффекте изменения проводимости приповерхностного слоя полупроводника на границе с диэлектриком под воздействием поперечного электрического поля. Приповерхностный слой полупроводника является токопроводящим каналом этих транзисторов. МДП-транзисторы выполняют двух типов – со встроенным и с индуцированным каналом.

Полевые транзисторы разных размеров

Рассмотрим особенности МДП-транзисторов со встроенным каналом. Конструкция такого транзистора с каналом n-типа показана на рис. 4, а. В исходной пластинке кремния р- типа с относительно высоким удельным сопротивлением, которую называют подложкой, с помощью диффузионной технологии созданы две сильнолегированные области с противоположным типом электропроводности – n. На эти области нанесены металлические электроды – исток и сток. Между истоком и стоком имеется тонкий приповерхностный канал с электропроводностью n- типа. Поверхность кристалла полупроводника между истоком и стоком покрыта тонким слоем (порядка 0,1 мкм) диэлектрика. На слой диэлектрика нанесен металлический электрод – затвор. Наличие слоя диэлектрика позволяет в таком полевом транзисторе подавать на затвор управляющее напряжение обеих полярностей.

Основные характеристики полевых транзисторов.

Основные параметры полевых транзисторов:

Максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность;
Максимально допустимая рабочая частота;
Напряжение сток-исток;
Напряжение затвор-сток;
Напряжение затвор-исток;
Максимально допустимый ток стока;
Ток утечки затвора;
Крутизна характеристики;
Начальный ток стока;
Емкость затвор-исток;
Входная ёмкость;
Выходная ёмкость;
Проходная ёмкость;
Выходная мощность;
Коэффициент шума;
Коэффициент усиления по мощности.

Полевые транзисторы разных размеров

Полевые транзисторы с управляющим р-n-переходом

В полевых транзисторах с управляющим р-n-переходом управление током транзистора достигается путем изменения сечения канала за счет изменения области, занимаемой этим переходом. Управляющий р-n-переход образуется между каналом и затвором, которые выполняются из полупроводников противоположных типов проводимости. Так, если канал образован полупроводником η-типа, то затвор – полупроводником p-типа. Напряжение между затвором и истоком всегда подается обратной полярности, т.е. запирающей р-n-персход. Напомним, что при подаче напряжения обратной полярности область, занимаемая р-n-переходом, расширяется. При этом расширяется и область, обедненная носителями заряда, а значит, сужается область канала, через которую может течь ток. Причем, чем больше значение запирающего напряжения, тем шире область, занимаемая р-n-переходом, и тем меньше сечение и проводимость канала.

Материал в тему: устройство подстроечного резистора.

Так же, как и для биполярных транзисторов, для описания работы полевых транзисторов используют выходные характеристики. Выходная характеристика нолевого транзистора – это зависимость тока стока Iс от напряжения между стоком и истоком при фиксированном напряжении между затвором и истоком. В отличие от биполярного, работа нолевого транзистора может также описываться непосредственной зависимостью выходного параметра – тока стока от входного – управляющего напряжения между затвором и истоком. В зависимости от температуры, эти характеристики несколько изменяются. Напряжение UЗИ, при котором канал полностью перекрывается (IС = 0), называется напряжением отсечки Uотc. Управляющее действие затвора характеризуют крутизной, которая может быть определена по выходным характеристикам (см. рис. 1.15, г):

S = ΔIс/ΔUЗИ, при UСИ = const.

Так как управляющий p-n-переход всегда заперт, у полевых транзисторов практически отсутствует входной ток. Благодаря этому они имеют очень высокое входное сопротивление и практически не потребляют мощности от источника управляющего сигнала. Это свойство относится не только к транзисторам с управляющим р-n-переходом, но и ко всем полевым транзисторам, что выгодно отличает их от биполярных.

Распространённые типы полевых транзисторов

В настоящее время в радиоаппаратуре применяются ПТ двух основных типов – с управляющим p-n-переходом и с изолированным затвором. Опишем подробнее каждую модификацию.

Управляющий p-n-переход

Эти полевые транзисторы представляют собой удлинённый полупроводниковый кристалл, противоположные концы которого с металлическими выводами играют роль стока и истока. Функцию затвора исполняет небольшая область с обратной проводимостью, внедрённая в центральную часть кристалла. Так же, как сток и исток, затвор комплектуется металлическим выводом.

Электронно-дырочный p-n-переход в таких полевых транзисторах получил название управляющего, поскольку напрямую изменяет мощность потока носителей заряда, представляя собой физическое препятствие для электронов или дырок (в зависимости от типа проводимости основного кристалла).

Интересный материал для ознакомления: что нужно знать об устройстве силового трансформатора.

Изолированный затвор

Конструкция этих полевых транзисторов отличается от описанных выше ПТ с управляющим p-n-переходом. Здесь полупроводниковый кристалл играет роль подложки, в которую на некотором удалении друг от друга внедрены две области с обратной проводимостью. Это исток и сток соответственно. Функцию затвора исполняет металлический вывод, который отделяется от кристалла слоем диэлектрика и, таким образом, электрически с ним не контактирует.

Из-за того, что в конструкции этих полевых транзисторов используются три типа материалов – металл, диэлектрик и полупроводник, – данные радиокомпоненты часто именуют МДП-транзисторами. В элементах, которые формируются в кремниевых микросхемах планарно-эпитаксиальными методами, в качестве диэлектрического слоя используется оксид кремния, в связи с чем буква «Д» в аббревиатуре заменяется на «О», и такие компоненты получают название МОП-транзисторов.

Полевой транзистор на схеме.

Существует два вида этих полевых транзисторов – с индуцированным и встроенным каналом. В первых физический канал отсутствует и возникает только в результате воздействия электрического поля от затвора на подложку. Во-вторых канал между истоком и стоком физически внедрён в подложку, и напряжение на затворе требуется не для формирования канала, а лишь для управления его характеристиками. Схемотехническое преимущество ПТ с изолированным затвором перед транзисторами с управляющим p-n-переходом заключается в более высоком входном сопротивлении.

Это расширяет возможности применения данных элементов. К примеру, они используются в высокоточных устройствах и прочей аппаратуре, критичной к электрическим режимам. В силу конструктивных особенностей МОП-транзисторы чрезвычайно чувствительны к внешним электрическим полям. Это вынуждает соблюдать особые меры предосторожности при работе с этими радиодеталями. В частности, в процессе пайки необходимо использовать паяльную станцию с заземлением, а, кроме того, заземляться должен и человек, выполняющий пайку. Даже маломощное статическое электричество способно повредить полевой транзистор.

Классификация транзисторов.

Выходные характеристики

Семейство выходных характеристик транзистора с управляющим рп-переходом в схеме с общим истоком показано на рис. 26.4. Они аналогичны выходным характеристикам биполярного транзистора. Эти характеристики показывают зависимость выходного тока I_D от выходного напряжения V_DS(напряжения между стоком и истоком) для заданных Значений напряжения на затворе V_GS(напряжения между затвором и истоком).

Диапазон изменения смещающего напряжения затвор-исток довольно велик (несколько вольт) в отличие от биполярного транзистора, где напряжение база-эмиттер практически постоянно. Видно, что при увеличении (по абсолютной величине) напряжения на затворе ток стока уменьшается. Это уменьшение происходит до тех пор, пока расширяющийся обедненный слой перехода затвор-канал не перекроет весь канал, останавливая протекание тока. В этом случае говорят, что полевой транзистор находится в состоянии отсечки.

Схема полевого транзистора.

Напряжение отсечки

рассмотрим выходную характеристику для V_GS= 0. При увеличении напряжения V_DS(от нулевого значения) ток стока постепенно увеличивается, пока не достигает точки Р, после которой величина тока практически не изменяется. Напряжение в точке Р называется напряжением отсечки. При этом напряжении обедненный слой, связанный с обратносмещенным переходом затвор-канал, почти полностью перекрывает канал. Однако протекание тока I_Dв этой точке не прекращается, поскольку благодаря этому току как раз и создается обедненный слой. Все кривые семейства выходных характеристик имеют свои точки отсечки: P₁, P₂ и т. д. Если соединить эти точки друг с другом линией, то правее ее лежит область отсечки, являющаяся рабочей областью полевого транзистора.

Полевой транзистор.

Усилитель на полевом транзисторе с общим истоком

Схема типичного усилителя ЗЧ на полевом транзисторе показана на рис. 26.5. В этой схеме через резистор утечки R₁ отводится на шасси очень малый ток утечки затвора. Резистор R₃ обеспечивает необходимое обратное смещение, поднимая потенциал истока выше потенциала затвора. Кроме того, этот резистор обеспечивает также стабильность режима усилителя по постоянному току. R₂ – нагрузочный резистор, который может иметь очень большое сопротивление (до 1,5 МОм). Развязывающий конденсатор С₂ в цепи истока устраняет отрицательную обратную связь по переменному току через резистор R₃. Следует отметить, что разделительный конденсатор С₁ может иметь небольшую емкость (0,1 мкФ) благодаря высокому входному сопротивлению полевого транзистора.

При подаче сигнала на вход усилителя изменяется ток стока, вызывая, в свою очередь, изменение выходного напряжения на стоке транзистора. Во время положительного полупериода входного сигнала напряжение на затворе увеличивается в положительном направлении, обратное напряжение смещения перехода затвор-исток уменьшается и, следовательно, увеличивается ток I_Dполевого транзистора. Увеличение I_D приводит к уменьшению выходного (стокового) напряжения, и на выходе воспроизводится отрицательный полупериод усиленного сигнала. И наоборот, отрицательному полупериоду входного сигнала соответствует положительный полупериод выходного сигнала. Таким образом, входной и выходной сигналы усилителя с общим истоком находятся в противофазе.

Расчет статического режима

Одно из преимуществ полевого транзистора – очень малый ток утечки затвора, величина которого не превышает нескольких пикоампер (10^-12 A). Поэтому в схеме усилителя па рис. 26.5 затвор находится практически при нулевом потенциале. Ток полевого транзистора протекает от стока к истоку и обычно отождествляется с током стока I_D (который, очевидно, равен току истока I_S).

Рассмотрим схему на рис. 26.5. Полагая I_D = 0,2 мА, вычисляем потенциал истока:

V_S = 0,2 мА · 5 кОм = 1 В. Это величина напряжения обратного смещения управляющего pn-перехода.

Падение напряжения на резисторе R₂ = 0,2 мА · 30 кОм = 6 В.

Потенциал стока V_D = 15 – 6 = 9 В.

Линия нагрузки

Линию нагрузки можно начертить точно так же, как для биполярного транзистора. Если I_D = 0, то V_DS= V_DD = 15 В. Это точка Х на линии нагрузки. Если V_DS= 0, то почти все напряжение V_DDисточника питания падает на резисторе R₂. Следовательно, I_D = V_DD / R₂= 15 В / 30 кОм = 0,5 мА. Это точка Y на линии нагрузки. Рабочая точка Q выбирается таким образом, чтобы транзистор работал в области отсечки. Выбранная рабочая точка Q точка покоя определяется величинами: I_D = 0,2 мА, V_GS= – 1 В, V_DS= 9 В.

Полевой транзистор.

МОП-транзистор

В полевом транзисторе этого типа роль затвора играет металлический электрод, электрически изолированный от полупроводника тонкой пленкой диэлектрика, в данном случае оксида. Отсюда и название транзистора «МОП» – сокращение от «металл-оксид-полупроводник». Канал п-типа в МОП-транзисторе формируется за счет притяжения электронов из подложки р-типа диэлектрическим слоем затвора (рис. 26.7). Ширину канала можно изменять, подавая на затвор электрический потенциал. Подача положительного (относительно подложки)

Заключение

Более подробную информацию об устройстве полевых транзисторов можно узнать в статье Лекция о полевых транзисторах. Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на сайте. Также в нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессионалов.

Чтобы подписаться на группу, вам необходимо будет перейти по следующей ссылке: https://vк.coм/еlеctroinfonеt. В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию:

www.bourabai.ru

www.studme.org

www.radiolubitel.net

www.radioprog.ru

www.eandc.ru

ПолупроводникиЧто такое NTC термисторы

ПолупроводникиЧто такое SMD светодиоды