Схема индикатора поля (ИП) (рис.1) представляет собой усилитель постоянного тока на ОУ с каскадом УВЧ и ВЧ детектором.
На входе УВЧ установлен фильтр ВЧ L1,C2,L2,C3, который обрезает сигналы с частотой ниже 10 – 20 МГц, в противном случае, прибор начинает реагировать на фон электропроводки, и др. индустриальные помехи.
Усилитель ВЧ выполнен по схеме с общим эмиттером, режим выставляется резистором R1 так, что бы на коллекторе VТ1 было напряжение равное Uкол=Uпит/2.
Через конденсатор С4 сигнал поступает на диодный детектор VD1, здесь необходимо применять СВЧ германиевый диод ГД402,ГД507, нельзя применять диод Д9, максимальная частота которого 40 МГц.
Выпрямленный сигнал поступает на вход ОУ через фильтр L3,L4,С6,С7, которые препятствуют попадания на вход ОУ ВЧ составляющей. Операционный усилитель работает от однополярного питания, поэтому для его нормальной работы, при помощи делителя на R4; R5 создана искусственная “средняя точка”.
Усиление микросхемы определяется отношением R6/R8 при малых сигналах на входе. При увеличении напряжения на выводе 6 микросхемы до 0,6 - 0,7 вольт происходит открывание диода VD2 и в цепь обратной связи усилителя подключается резистор R7, что уменьшает усиление и делает шкалу прибора линейной.
В качестве ОУ можно применить 140УД12 или 140УД6 (предпочтительнее). В случае использования УД6 резистор R9 из схемы необходимо удалить. Резистором R10 осуществляется установка шкалы прибора на 0.
VT1 - СВЧ транзистор, например КТ399.
L1 -8 витков, провода 0,5 на оправке 5мм. L2-6 витков, того же провода.
Дросселя L3, L4 по 60 - 100 мкГн.
Следующая схема (рис.2) представляет собой доработанную конструкцию, применение дополнительного ОУ позволило исключить резисторный делитель напряжения и улучшить характеристики прибора.
Для тех, кто предпочитает звуко-световую индикацию, предлагается другой вариант (рис.3), отличающейся наличием управляемого напряжением мультивибратора.
Схема очень простая и не должна вызвать трудностей в изготовлении и настройки.
В качестве звукового излучателя применен пьезо-излучатель.
Частота сигнала определяется номиналами конденсаторов мультивибратора в пределах 10–33Нф
Данная конструкция (рис.4) способна засечь:
Радио микрофон V пит=3 В. F=93 МГц - 4 метра
Радио микрофон, одно транзисторный, Vпит=3 В. F=420 МГц - 3 метра
Радио микрофон Vпит=3 В. F=860 МГц - 80 см.
Китайская телекамера Vпит=9В. F=1200 МГц. - 4 метра
Мобильный телефон, во время передачи - 6 – 7 метров.
Рисунки печатных плат в программе Layout:
Линейный детектор. В основу детектора (рис. 8.7, а) положена микросхема К122УД1. Нагрузкой этой микросхемы являются два транзистора, которые работают на общий сглаживающий фильтрf$3, C2. При наличии входного сигнала транзисторыVT1 иVT2 поочередно открываются. Детектор работает в широком диапазоне частот. Выходная характеристика (рис. 87,6) снята на частоте 100 кГц.
Детектор с АРУ. Схема (рис. 8.8, а), построенная на интегральной микросхеме К224ЖАЗ, предназначена для детектированияAM-сигналов промежуточной частоты и усиления напряжения АРУ На вход интегральной микросхемы подается сигнал с последнего каскада УПЧ. Сигнал УПЧ детектируется первым транзистором микросхемы и с его коллектора через разделительный конденсаторСЗ поступает на регулятор громкостиR2. С вывода 5 снимается сигнал АРУ. Для фильтрации составляющих ПЧ включен конденсаторС2. Неусиленный сигнал АРУ после каскада детектора формируется на конденсаторе С1. Максимальный сигнал АРУ после усиления вторым транзистором микросхемы формируется на конденсатореС2. Максимальный сигнал АРУ практически равен питающему напряжению. Технические характеристики детектора проиллюстрированы графиками рис. 8.8,б.
Рис. 8.7
Рис. 8.8
3. Детекторы с оу
Детектор с удвоителем. Для детектированияAM сигнала в схеме (рис. 8.9, а) применен удвоитель напряжения на диодах Когда на входе отрицательная полуволна, происходит заряд конденсатораС1 через диодVD1. При смене полярности входного сигнала конденсаторС1 разряжается через диодVD2. На конденсатореС2 будет двойная амплитуда входного сигнала. Постоянная составляющая на выходе схемы зависит от коэффициента усиления ОУK y.u = l + (R 2 /R 1). При малых сигналах на входе схема проявляет пороговые свойства. Порог открывания меняется в зависимости от коэффициента усиления ОУ. Переходные характеристики детектора при различныхR1 приведены на рис. 8.9,6, а зависимость напряжения порогаU п от K у.и - на рис. 8.9,в.
Детектор с ОС по постоянному току. В схеме детектора (рис.8.10, а) применена следящая ООС. Когда на входе положительная полярность входного сигнала, ОУ быстро заряжает конденсатор С через диодVD2. Напряжение на конденсаторе отслеживает уровень входного сигнала через резисторR1 При уменьшении уровня входного сигнала ОУ мгновенно переключается поскольку напряжение на конденсаторе сохраняет максимальное значение. Конденсатор разряжается через резисторR1 и диодVD1 Скорость разряда конденсатора определяется уровнем входного сигнала.
Выходной сигнал детектора зависит от отношения сопротивлений резисторов R1 иR2. Для каждого значения этого отношения необходимо подбирать сопротивление резистораR3, чтобы исключить постоянный уровень на выходе, вызванный разбалансом ОУ. На рис. 8.10,6 приведены передаточные- характеристики детектора для различных сопротивленийR2.
Рис. 8.9
Рис. 8.10 Рис. 811
Детектор с интегратором. Схема преобразования переменного напряжения в постоянное состоит из двух ОУ (рис. 8.11): первый выполняет функции детектора, а второй - интегратора. Напряжение, получаемое в точке соединенияVDI иR4, содержит положительные полуволны входного сигнала. Этот сигнал суммируется с противофазным входным сигналом. На входе ОУDA2 будет сигнал положительной полярности с амплитудой, равной 1/3 от амплитуды сигнала, действующего на входе. Аналогичная амплитуда будет формироваться от положительной полярности входного сигнала. В результате на выходе ОУDA2 получается постоянное напряжение, пропорциональное входному переменному напряжению. Линейчость преобразования достигается выбором сопротивлений резисторов из условияR1 = 2R3, Rl = R7. В настроенной схеме динамический диапазон преобразования входного сигнала находится в пределах от 10 мВ до 1,5 В с погрешностью не более 1,5%; частота входного сигнала в пределах от 0 до 100 кГц.
Рис 8.12 Рис. 8.13
Пиковый детектор на ОУ с запоминанием. Входной сигнал детектора (рис. 8.12) через ОУDA1 заряжает конденсатор С. Постоянное напряжение на конденсаторе через ООС подается на второй вход ОУDAL Эта связь действует через ОУDA2. На конденсаторе устанавливается максимальное значение входного сигнала. Это напряжение может продолжительное время оставаться на конденсаторе. С приходом положительного импульса по цепи управления происходит разряд кэнденсатора. После этого конденсатор может вновь запомнить максимальное значение выпрямленного напряжения входного сигнала.
Пик-детектор с ООС. Входной сигнал схемы (рис. 8.13) поступает на ОУDA1, который усиливает его в 10 раз. Выходной сигнал ОУDAJ через транзисторVT1 заряжает накопительный конденсатор С. По мере увеличения напряжения на конденсаторе увеличивается напряжение ОС на инвертирующем входе интегральной микросхемыDA2. В результате напряжение ОС будет равно амплитуде сигнала на выходе микросхемыDA1. Это напряжение может сохраняться продолжительное время. Для сброса напряжения конденсатора необходимо открыть полевой транзистор при нулевом входном сигнале.
Настроение сейчас -
Индикатор напряженности поля может потребоваться при налаживании радиостанции или передатчика, если нужно определить уровень радиосмога и найти его источник или при поиске и обнаружении скрытых передатчиков ("шпионских радиомикрофонов"). Можно обойтись без осциллографа, даже можно обойтись без тестера, но без индикатора ВЧ поля, никогда! При кажущейся простоте - это прибор, который обладает исключительной надежностью и работает безотказно в любых условиях. Самое прекрасное, что настраивать его практически не надо (если выбраны те компоненты, которые указаны в схеме) и ему не требуется никакого внешнего питания.
схему можно сделать еще проще - и все равно будет прекрасно работать...
Как работает схема?
Сигнал с передатчика с антенны W1, через конденсатор С1 поступает на диодный детектор на VD1 и VD2, построенный по схеме удвоения напряжения. В результате на выходе детектора (правый конец диода VD2) формируется постоянное напряжение, пропорциональное интенсивности сигнала, поступающего на антенну W1. Конденсатор С2 является накопительным (если бы мы говорили о блоке питания, про него сказали «сглаживает пульсации»).
Далее продетектированное напряжение поступает либо на индикатор на светодиоде VD3, либо на амперметр, либо на вольтметр. Перемычка J1 нужна для того, чтобы было возможно отключать светодиод VD3 во время проведения измерений по приборам (он, естественно вносит сильные искажения, причем нелинейные), но в большинстве случае его можно и не отключать (если измерения носят относительный характер, а не абсолютный)
Конструкция.
От конструкции зависит очень много, прежде всего необходимо решить как вы будете использовать данный индикатор: как пробник, или как измеритель интенсивности электромагнитного поля. Если как пробник, то можно ограничится только установкой светодиода VD3. Тогда при поднесении данного индикатора к антенне передатчика он будет гореть, чем ближе к антенне, тем сильнее. Такой вариант я очень рекомендую сделать все, чтобы иметь в кармане, для «полевых испытаний аппаратуры» - элементарно просто поднести его к антенне передатчика или радиостанции, чтобы убедиться, что ВЧ часть работает.
Если необходимо измерять интенсивность (т.е. давать численные значения – это необходимо будет при настройке ВЧ-модуля), необходимо будет ставить либо вольметр, либо амперметр. На фотографиях ниже представлен гибридный вариант.
Что касается деталей, то особых требований нет. Конденсаторы самые обычные, можно SMD, можно обычные в выводных корпусах. Но, хочу предупредить схема очень чувствительна к типам диодов. С некоторыми может вообще не работать. На схеме представлены те типы диодов, с которыми она гарантированно работает. Причем лучший результат дали старые германиевые диоды Д311. При их использовании схема работает до 1 гГц (проверено!), во всяком случае какое-то напряжение на выходе разглядеть можно. Если сразу не заработало – ОБЯЗАТЕЛЬНО попробуйте другую пару диодов (как одного типа, так и разных), т.к. часто результат работы меняется в зависимости от экземпляра.
Приборы амперметр на ток до 100 мкА или вольтметр до 1 В, можно до 2-3 В.
Налаживание.
Налаживание, в принципе не требуется, все должно работать. Цель налаживания проверка работоспособности – увидеть отклонение стрелки прибора, или зажигания светодиода. Но, все-таки, я бы рекомендовал попробовать даже нормально работающий индикатор в разными типам диодов, имеющихся в наличии – может существенно увеличиться чувствительность. В любом случае надо добиваться максимального отклонения стрелки прибора
Если у вас еще не собран передатчик или у вас просто нет доступа к чему-то работающему и дающему хорошее ВЧ-поле (например, ВЧ генератора, типа Г4-116) то, чтобы проверить работу пробника можно съездить в Останкино (метро «ВДНХ») или на Шаболовскую (метро «Шаболовская»). В Останкино этот индикатор работает даже в троллейбусе, когда проезжаешь мимо башни. На Шаболовской, надо подойти почти вплотную к самой башне. Иногда источником мощных ВЧ полей служит бытовая аппаратура, если антенну пробника расположить около сетевого провода мощной нагрузки (например, утюга или чайника), то путем периодического включения-выключения можно тоже добиться отклонения стрелки прибора. Если у кого-то есть радиостанция, то для проверки работы она вполне подойдет тоже (надо его поднести к антенне, пока радиостанция находится в режиме передачи). В качестве другого варианта можно – можно использовать сигнал к кварцевого генератора от какой-либо бытовой аппаратуры (например, видеоигры, компьютера, видеомагнитофона) – для этого надо «внутри этой аппаратуры» найти кварцевый резонатор на частоту от 0.5 мГц до 70 мГц и просто прикоснуться антенной W1 к одному из его выводов (либо поднести к одному из выводов).
Столь подробное описание проверки работы пробника носит только одну цель – до постройки ВЧ модуля передатчика надо быть на 100% уверенным, что ВЧ индикатор работоспособен! ЭТО ОЧЕНЬ ВАЖНО! Пока не убедитесь, что ВЧ индикатор работает приниматься за постройку передатчика бесполезно.
Так это может выглядеть (видно, что горит VD3, естественно J1 подключена и подключен вольтметр на диапазон 2.5 В):
Перспективы и использование.
Для налаживания передатчика вместо жесткой антенны можно использовать гибкий, многожильный. При этом можно либо просто припаивать его к измеряемым точкам схемы, либо если другим проводом массу индикатора (точку соединения VD1, С2, VD3) соединить с массой налаживаемой ВЧ системы просто подносить этот гибкий антенный провод к тестовой точке или контуру (не припаивая). Если на контуре нет экрана – иногда бывает достаточно просто поднести антенный провод индикатора к катушке контура. В данном случае все зависит от интенсивности ВЧ напряжения в измеряемой системе.
Вместо амперметра или вольтметра можно попробовать подключить наушники – тогда можно будет услышать сигнал передатчика, так например, рекомендуется делать в книге Борисова «Юный радиолюбитель».
Этот же пробник (если подключен вольтметр), зная частоту на которой работает ВЧ система может помочь довольно точно измерить мощность сигнала. При этом надо снять показания прибора на минимально возможном расстоянии от антенны, затем чуть дальше (измерив это расстояние линейкой), затем подставив в формулу (ее надо поискать в справочниках - на память я не помню) получить значение в dB. Естественно, то желательно данную операцию провести, например, с радиостанцией мощность которой известна, и только потом измерять мощность неизвестно источника. Конечно надо учитывать, что частоты эталонной радиостанции и вашего источника одни и те же, т.к. хоть в нашем случае в описанном пробнике нет входного контура он все же обладает частотоизбирающими свойствами за счет конструкции (длина антенны, емкости монтажа и т.д.)
Широкополосные усилители являются неотъемлемой частью многихрадиотехнических систем и устройств. В ряде случаев помимо прочих к ним предъявляются требования согласования со стандартным 50- либо 75-омным трактом. Одним из наиболее удачных схемных решений построения таких
усилителей является использование перекрестных обратных связей (Л1, Л2, Л3), обеспечивающих согласование по входу и выходу, неизменное значение верхней граничной частоты при увеличении числа каскадов усилителей и высокую повторяемость их характеристик. Кроме того, усилители с перекрестными обратными связями практически не требуют настройки.
Технические характеристики усилителя:
- Полоса рабочих частот.. 0,5-70 МГц.
- Выходное напряжение, не менее... 1 V.
- Коэффициент усиления.....20±1 Дб.
- Входное/выходное сопротивление.. 50 Ом.
- Потребляемый ток........ 120мА.
- Напряжение питания..........12В.
- КСВН по входу, не более.........1,5.
- КСВН по выходу, не более.........3.
- Габаритные размеры..... 70x45 мм.
Принципиальная схема
На рис. 1 приведена принципиальная схема усилителя с перекрестными обратными связями, в котором выходной каскад реализован по схеме Дарлингтона, то есть, использовано последовательно-параллельное включение транзисторов, что позволяет увеличить уровень выходного напряжения (Л.4). На рис.
2 приведен чертеж печатной платы.
Усилитель содержит два предварительных каскада на транзисторах МЕ1 и МЕ2 и выходной каскад на транзисторах МЕЗ и МЕ4, включенных по схеме Дарлингтона.
Все каскады усилителя работают в режиме класса А с токами потребления 27 мА, которые устанавливаются подбором номиналов резисторов R1, R5, R9, R13. Резисторы R3, R7, R10, R14 являются резисторами местной обратной связи. Резисторы R4, R8, R12 - резисторы общей обратной связи.
Рис. 1. Принципиальная схема широкополосного усилителя ВЧ.
Печатная плата (рис. 2) размером 70x45 мм изготавливается из фольгированного с двух сторон стеклотекстолита толщиной 2...3 мм. Пунктирными линиями на рис.
2 обозначены места металлизации торцов, что может быть сделано с помощью металлической фольги, которая припаивается к нижней и верхней части платы.
Рис.2. Печатная плата усилителя ВЧ.
Настройка усилителя состоит из следующих этапов. Вначале с помощью резисторов R1, R5, R9, R13 устанавливаются токи покоя транзисторов усилителя. Затем, варьируя в небольших пределах номиналом резистора R4, минимизируется коэффициент стоячей волны напряжения по входу усилителя.
Коэффициент стоячей волны напряжения по выходу усилителя минимизируется с помощью резистора R12. Изменением номинала резистора R8 регулируется полоса пропускания и коэффициент усиления усилителя.
При необходимости верхняя граничная частота усилителя может быть увеличена. Для этого следует заменить транзисторы КТ315Г на более высокочастотные. В этом случае для схемы, приведенной на рис.
1, верхняя граничная частота будет составлять величину порядка 0,25...0,3 Fт, где Fт - граничная частота коэффициента передачи тока базы транзистора (Л.5). Использование рассматриваемого схемного решения позволяет осуществлять создание усилителей с верхней граничной частотой до 2 ГГц (Л.2). При их построении следует учитывать, что цепи общей обратной связи, состоящие из элементов С4, R4; С6, R8; С7, R12, должны быть по возможности короче.
Это объясняется необходимостью устранения излишней фазовой задержки сигнала в этих цепях. В противном случае амплитудно-частотная характеристика усилителя в области верхних частот оказывается с подъёмом. При значительном удлинении указанных цепей возможно самовозбуждение усилителя.
Титов А. Рк2005, 1.
Литература:
- Титов А. А. Упрощенный расчет широкополосного усилителя. Радиотехника, 1979, №6, с. 88-90.
- Авдоченко Б.И., Дьячко А.Н. и др. Сверхширокополосные усилители на биполярных транзисторах. Техника средств связи. Сер. Радиоизмерительная техника, 1985, Выл. 3, с. 57-60.
- Абрамов Ф.Г., Волков Ю.А. и др. Согласованный широкополосной усилитель. Приборы и техника эксперимента. 1984. №2, с. 111-112.
- Титов А.А., Ильющенко В.Н.Широкополосной усилитель. Патент по полезную модель №35491 Рос. агентства по патентам и товарным знакам. Опубл. 10.01.2004 Бюл. 1.
- Петухов В.М.Транзисторы и их зарубежные аналоги: Справочник в 4 томах.
Практически каждый начинающий радиолюбитель пробовал собрать радиожучок. На нашем сайте есть немало схем, многие из которых содержат всего один транзистор, катушку и обвязку - несколько резисторов и конденсаторов. Но даже столь простую схему будет нелегко правильно настроить не имея специальных приборов. Про волномер и ВЧ частотомер говорить не будем - как правило начинающие радиолюбители ещё не обзавелись такими сложными и дорогими приборами, но собрать простой детектор ВЧ не просто надо, а обязательно надо.
Ниже показаны детали, для него.
Данный детектор позволяет определить, идёт ли излучение высокой частоты, то есть генерирует ли передатчик хоть какой нибудь сигнал. Конечно он не покажет частоту, но для этого можно воспользоваться обычным ФМ радиоприёмником.
Конструкция ВЧ детектора может быть любой: навесной монтаж или небольшая пластмассовая коробочка, куда поместится стрелочный индикатор и другие детали, а антенну (кусочек толстого провода 5-10 см) выведем наружу. Конденсаторы могут применяться любых типов, допустимо отклонения номиналов деталей в очень широких пределах.
Детали детектора радиочастотных излучений:
- Резистор 1-5 килоом;
- Конденсатор 0,01-0,1 микрофарад;
- Конденсатор 30-100 пикофарад;
- Диод Д9, КД503 или ГД504.
- Стрелочный микроамперметр на 50-100 микроампер.
Сам индикатор может быть любым, даже если он на большой ток или напряжение (вольтметр), просто открываем корпус и убираем шунт внутри прибора, превращая его в микроамперметр.
Если вы не знаете характеристик индикатора, то чтоб узнать на какой он ток, просто подключите к омметру сначала на заведомо известный ток (где указана маркировка) и запомните процент отклонения шкалы.
А потом подключите неизвестный стрелочный прибор и по отклонению стрелки станет понятно, на какой ток он расчитан. Если индикатор на 50 мкА дал полное отклонение, а неизвестный прибор при том же напряжении - половину, значит он на 100 мкА.
Для наглядности собрал детектор ВЧ сигнала навесным монтажом и провёл измерения излучения от свежесобранного ФМ радиомикрофона.
При питании схемы передатчика от 2В (сильно севшая крона), стрелка детектора отклоняется на 10% шкалы. А при свежей батарейке 9В - почти половину.
