Тепер все по порядку.
Робоча частота (частотний діапазон)
Якщо передавач або приймач жорстко налаштовані на певну частоту - то можна говорити про одну робочу частоту. Якщо в процесі роботи можливо перебудовувати робочу частоту, то треба назвати діапазон робочих частот, в межах якого може здійснюватися регулювання.
Вимірюється в кілогерцах (кГц), мегагерцах (МГц) або гігагерцах (ГГц).
Раніше для визначення частотного діапазону частіше використовували не частоту, а довжину хвилі. Звідси пішли назви діапазонів ДВ (довгі хвилі), СВ, (середні хвилі) КВ (короткі хвилі), УКВ (ультракороткі хвилі).
Щоб перерахувати довжину хвилі в частоту, потрібно поділити на неї швидкість світла (300 000 000 м / с). Тобто,
де:
- довжина хвилі (м)
c - швидкість світла (м / с)
F - частота (Гц)
Тепер вам не важко порахувати, що наші діди називали «ультракороткими хвилями». Да да, не дивуйтеся, діапазон 65 ... 75 МГц - це вже не просто «короткі» а «ультракороткі». Але ж їх довжина цілих 4 метри! Для порівняння, довжина хвилі мобільника стандарту GSM - 15 ... 30 см (в залежності від діапазону).
З розвитком техніки і освоєнням нових частотних діапазонів, їм почали давати неймовірні назви на кшталт «сверхкороткие», «гіперкороткіе» і т.п. Зараз для позначення діапазону частіше використовують частоту. Це зручніше хоча б навіть тим, що не потрібно нічого перераховувати і пам'ятати швидкість світла. Хоча, швидкість світла все одно пам'ятати не завадить :)
Ми будемо, в основному, працювати з мовними діапазонами УКВ. Їх два: УКХ-1 - то що в народі так і називають "УКХ", і УКВ-2 - те, що прийнято називати "FM". Назва FM походить від англійського Frequency Modulation - Частотна модуляція (про модуляції читаємо нижче). Взагалі-то, якщо серйозно, то називати частотний діапазон по виду модуляції - технічно безграмотно. Однак, в народі ця назва міцно вкоренилося і стало прозивним. З цим вже нічого не поробиш.
Широко використовується два типи модуляції: амплітудна (АМ) і частотна (ЧМ). Як і буржуйських це звучить як AM і FM. Власне, усіма улюблений діапазон "FM" отримав назву саме завдяки частотної модуляції, з якої працюють всі радіостанції даного діапазону. Є ще фазова модуляція, скорочено - ФМ, але вже, нашенського буквами. Попрошу не плутатися з буржуазним FM.
ЧС, на відміну від АМ, більш захищена від імпульсних перешкод. Взагалі кажучи, на частотах, на яких розташовані радіостанції УКВ-діапазону, застосування ЧС більш зручно, ніж АМ, тому вона там і застосовується. Хоча, телевізійний сигнал все одно передається з амплітудною модуляцією, незалежно від частоти. Але це вже зовсім інша історія.
Частотна модуляція буває узкополосная і широкосмугова. У мовних радіостанціях використовується широкосмугова ЧС - її девіація становить 75 кГц.
У зв'язкових радіостанціях та інших не мовної радіотехніці частіше застосовують узкополосную ЧС, з девіацією близько 3 кГц. Вона більш захищена від перешкод, оскільки допускає більш гостру настройку приймача на несучу.
Отже, наші діапазони:
УКХ-1 - 65,0. 74,0 МГц, модуляція - частотна
УКХ-2 ( "FM") - 88,0. 108,0 МГц, модуляція - частотна
Потужність вихідного сигналу
Чим могутніше передавач - тим далі він може передати сигнал, тим легше цей сигнал буде прийняти.
Для цього потрібно дивитися на:
- Напруга живлення. Чим більше - тим більше потужність (при інших рівних умовах)
- Номінал транзистора, що стоїть в крайовому каскаді (або генераторі, якщо антена підключена прямо до нього). Якщо стоїть якийсь паршивий КТ315 - великої потужності від схеми можна не чекати, не дочекаєтеся. А якщо спробуєте підняти - транзюк, нічого не кажучи, просто по-зрадницькому вибухне ... Краще, якщо стоїть транзистор КТ6хх або КТ9хх, наприклад, КТ608, КТ645, КТ904, КТ920 і т.д.
- Опору транзисторів в колекторної і емітерний ланцюгах кінцевого каскаду. Чим вони менші - тим більше потужність (ППРУ).
Для порівняння скажу так: потужності в 1 Вт вистачає в міських умовах десь на кілометр за умови, що чутливість приймача - близько 1 мкВ.
Ну ми вже почали говорити про чутливість.
Чутливість залежить відсотків на 90 від «шумності» вхідного каскаду приймача. Тому, для досягнення хороших результатів, необхідно використовувати малошумні транзистори. Часто використовують польовики - вони поменше шумлять.
У приймачів діапазону УКВ, чутливість зазвичай знаходиться в межах 0,1 ... 10 мкВ. Наведені значення - крайнощі. Щоб отримати чутливість 0,1 - треба добряче попотіти. Так само, як і треба дуже сильно не поважати себе, щоб зробити приймач з чутливістю 10 мкВ. Істина десь посередині. Порядку 1 ... 3 мкВ - оптимальне значення чутливості.
Вихідний опір передавача
Це дуже важливо знати, тому що можна зробити дуже прекрасний потужний передавач і не отримати від нього і десятої частки номінальної потужності завдяки неправильному погодженням з антеною.
Отже, антена має опір R, скажімо 100 Ом. Щоб випроменити за допомогою цієї антени потужність P, припустимо - 4 Ватта, потрібно докласти до неї напругу U, яке розраховується за законом Ома:
Отримали 20 Вольт.
При напрузі 20 Вольт вихідний каскад передавача повинен тримати потужність 4 Вт, при цьому через нього буде протікати струм
Таким чином, даний передавач на опорі 100 Ом розвиває потужність 4 Вт.
А якщо замість антени на 100 Ом підключити антену на 200 Ом? (А напруга той же - 20 В)
В два рази менше! Тобто, фізично, вихідний каскад готовий прокачати 4 Ватта, але не може, так як обмежений напругою в 20 Вольт.
Інша ситуація: опір антени - 50 Ом, тобто - в 2 рази менше. Що виходить? На неї піде подвійна потужність, через крайовий каскад потече подвійний струм - і транзистор в кінцевому каскаді багатозначно накриється мідним тазом ...
Коротше кажучи, до чого я це все? А до того, що необхідно знати, яке навантаження ми маємо право залучити до виходу передавача, а яку - не в праві. Тобто, необхідно знати вихідний опір передавача.
Але нам треба знати і опір антени. А ось тут-то складніше: його дуже складно виміряти. Можна, звичайно, розрахувати, але розрахунок не дасть точного значення. Теорія завжди трохи розходиться з практикою. Як же бути?
Дуже просто. Існують спеціальні схеми, які дозволяють змінювати вихідний опір. Вони називаються «схеми узгодження». Найбільш поширені два види: на основі трансформатора і на основі П-фільтра. Схеми узгодження зазвичай ставляться на вихідний каскад підсилювача, і виглядають приблизно так (зліва - трансформаторна, праворуч - на основі П-фільтра):
Для настройки вихідного опору трансформаторної схеми, необхідно змінювати кількість витків II обмотки.
Для настройки схеми з П-фільтром, потрібно регулювати індуктивність L1 і ємність C3.
Налаштування проводиться при включеному передавачі і підключеної штатної антени. При цьому, потужність излученного антеною сигналу вимірюється за допомогою спеціального приладу - волномера (це такий промінчик з милливольтметром). В процесі настройки, домагаються максимального значення випромінюваної потужності. Вкрай не рекомендується робити настроювання потужних передавачів, перебуваючи в безпосередній близькості від антени. Якщо, звичайно, ваша мама хоче мати онуків ... :)
Вхідний опір приймача
Майже теж саме. Крім онуків. Сигнал, що приймається занадто слабкий, щоб хоч трохи нашкодити вітчизняному генофонду.
Узгодження опорів виробляється за допомогою вхідного коливального контуру. Антена підключається або до частини витків контуру, або через котушку зв'язку, або через конденсатор. Схеми ось:
Сигнал з контуру також може зніматися або безпосередньо, як показано на схемах, або через котушку зв'язку, або з частини витків. По-Загалом, залежить від волі конструктора і конкретних умов.
Каже нам про те, наскільки випромінюється передавачем сигнал «сінусоідален». Чим менше К.Г. - тим більше сигнал схожий на синус. Хоча, буває і так, що візуально - начебто синус, а гармонік - тьма. Значить, все-таки - НЕ синус. Людині властиво помилятися. Техніка більш об'єктивна в своїй оцінці.
Ось так виглядає «чистий» синус (синусоїда згенерована звуковим генератором програми WaveLab):
Гармоніки виникають, як ми знаємо, через нелінійних спотворень сигналу. Спотворення можуть виникати з різних причин. Наприклад, якщо підсилювальний транзистор працює на нелінійному ділянці передавальної характеристики. Інакше кажучи, якщо при рівних зміни струму бази, зміни струму колектора не рівні. Це може бути в двох випадках:
1. На транзистор подано недостатній струм зміщення. Тобто, при відсутності сигналу він повністю закритий, а відкриватися починає лише зі зростанням рівня сигналу. При цьому, у вихідний синусоїди виходять «спиляними» низи:
До речі, вихідні каскади більшості передавачів працюють в режимі С. Цей режим не має на увазі наявності зміщення бази. Тобто, на виходах таких каскадів завжди буде сигнал з відрізаними низами. Але з цим миряться з огляду на високий ККД подібних каскадів. Гармоніки вирізаються фільтрами, що стоять після каскаду. До речі, каскади, зображені на схемах узгодження, працюють саме в режимі C.
2. Амплітуда вхідного сигналу занадто велика, і необхідний колекторний струм не може бути забезпечений.
наприклад:
У колекторної ланцюга транзистора варто резистор на 100 Ом,
напруга живлення - 25 В.
Відповідно, при повністю відкритому транзисторі, колекторний струм буде дорівнює 25/100 = 0,25 А = 250 мА.
Коефіцієнт посилення транзістора- 50, тобто, колекторний струм в 50 разів більше струму бази.
Тепер така ситуація: на базу подали струм 10 мА. Який буде струм колектора?
Що? 500 мА? Ні фіга подібного! Ми ж тільки що говорили, що при ПОВНІСТЮ відкритому транзисторі, колекторний струм становить 250 мА. Значить, більше цього значення, він не зможе бути ні під яким соусом. Якщо ми будемо збільшувати струм бази від нуля до 10 мА, то колекторний струм буде зростати тільки до тих пір, поки не стане рівним 250 мА. Після цього, він не збільшиться, скільки б ми не збільшували струм бази. Такий режим транзистора називається «режим насичення». У момент досягнення колекторним струмом позначки 250 мА, базовий струм дорівнює 250/50 - 5 мА. Тобто, для коректної роботи даного каскаду, на його вхід можна подавати струм більше 5 мА. Те ж саме проісхедіт і з сигналом. Якщо струм сигналу «зашкалює» за певне значення, то транзистор йде в насичення. На осциллограмме це проявляється у вигляді «спиляних» верхівок синусоїди:
Крім таких характерних спотворень, виникають і інші всілякі нелінійні спотворення сигналу. З усіма цими спотвореннями покликані боротися частотні фільтри. Зазвичай, використовуються фільтри нижніх частот (ФНЧ), оскільки, як говорилося раніше, частоти гармонік зазвичай вище частоти корисного сигналу. ФНЧ пропускає основну частоту і «вирізає» все частоти, які вище основний. При цьому, сигнал, як за помахом чарівної палички, перетворюється в синус чистої краси.
Цей параметр показує, наскільки добре приймач може відокремити сигнал необхідної частоти від сигналів інших частот. Вимірюється в децибелах (дБ) щодо сусіднього частотного каналу або дзеркального каналу (в гетеродинних приймачах).
Вибірковість приймача залежить, в-основному, від добротності коливальних контурів. Детальніше, ми будемо розбиратися з вибірковістю при розгляді конкретних схем приймачів.
Чотири параметра відносяться до НЧ тракту приймача і передавача.
Чутливість по НЧ входу передавача
Чим дошкульніше вхід передавача, тим слабший сигнал можна на нього подавати. Цей параметр особливо важливий в жучках, де сигнал знімається з мікрофона, і має дуже малу потужність. Якщо потрібно, чутливість нарощується додатковими каскадами посилення.
Потужність вихідного НЧ-сигналу приймача
Потужність сигналу, яку віддає на вихід приймач. Її необхідно знати, щоб правильно підібрати підсилювач потужності для подальшого посилення.
КНС (Коефіцієнт нелінійних спотворень)
Ну, в-общем, ми вже розібралися, що таке нелінійні спотворення і звідки вони беруться. Але! Якщо по ВЧ-тракту достоточно поставити фільтр - і все стане добре, то в звуковому тракті «лікувати» нелінійні спотворення куди важче. Точніше - просто неможливо. Тому, зі звуковим або будь-яким іншим модулюючим сигналом, необхідно звертатися дуже дбайливо, щоб в ньому виникло якомога менше нелінійних спотворень.