измеренный коэффициент усиления составил 20 000 при полосе частот 300...2800 Гц. Нижнюю границу полосы пропускания можно смещать, подбирая емкость конденсатора С2, а верхнюю - конденсаторов СЗ и С4. По постоянному току усилитель охвачен стопроцентной ООС через резистор R3, поэтому режим усилителя устанавливается автоматически и никакого налаживания не требуется. Постоянное напряжение на выходе равно половине напряжения питания, поэтому при перегрузке сигнал ограничивается симметрично.

Изменяя глубину ООС, легко регулировать коэффициент усиления ОУ. Это позволяет конструировать УНЧ с довольно глубокой АРУ по звуковому сигналу, что может быть полезно как в приемной части трансивера, так и в микрофонном усилителе. Схема УНЧ приемника с АРУ приведена на рис. 62,а. Первый каскад, собранный на малошумящем транзисторе VI, усиливает сигнал и задает смещение ( + 6 В) на неинвертирующий вход ОУ. К инвертирующему входу подключен делитель обратной связи, составленный из резистора R6 и сопротивления канала полевого транзистора V3. Цепочка стандартной коррекции R5C3 предотвращает самовозбуждение ОУ при введении ООС. Конденсатор С4 увеличивает ООС на высоких частотах и тем самым ограничивает полосу пропускания сверху. Нижние частоты ослабляются благодаря сравнительно небольшой емкости разделительного конденсатора С5. При понижении частоты его емкостное сопротивление возрастает, опять увеличивая ООС и снижая усиление. Выходной каскад собран по схеме двухтактного эмиттерного повторителя на транзисторах различной проводимбсти V4, V5. Сигнал с выхода усилителя подается на разъем телефонов XI и на выпрямитель, собранный по схеме с удвоением напряжения на диодах V6, V7. Благодаря использованию кремниевых диодов с пороговым напряжением 0,5 В АРУ приобретает пороговые свойства и начинает действовать лишь при выходном напряжении более 1 В. Выпрямленное напряжение отрицательной полярности приложено к затвору регулирующего транзистора V3. При возрастании выходного сигнала этот транзистор запирается, отчего возрастает глубина ООС и усиление ОУ падает. Рези-сторно-диодная цепочка R4V2 уменьшает нелинейные искажения при сильном сигнале.

У изготовленного образца УНЧ полоса пропускания при малом сигнале составила 400 Гц...5 кГц с максимумом усиления на частотах около 2 кГц. Уровень шума, приведенный ко входу, не превосходил 0,5 мкВ. По мере возрастания уровня сигнала полоса пропускания расширяется, что несущественно, поскольку при этом относительный уровень шума падает. Коэффициент усиления при малом сигнале превосходит 100 дБ (105 по напряжению). Амплитудная характеристика УНЧ показана на рис. 62,6. АРУ начинает работать при входном сигнале около 10 мкВ. Когда входной сигнал превосходит 10 мВ, регулирующий транзистор V3 запирается полностью, а усиление ОУ становится близким к единице. Поскольку дальнейшее регулирование невозможно, снова наблюдается рост выходного сигнала. Таким образом, диапазон регулирования составляет около 60 дБ. Полный же диапазон входных сигналов УНЧ (от уровня шумов до начала ограничения сигнала) достигает 90 дБ.

6. ОГРАНИЧИТЕЛИ РЕЧЕВЫХ СИГНАЛОВ

Микрофонный усилитель однополосного тран-сивера можно выполнить по схемам, аналогичным схемам УНЧ приемника, а поскольку требуемое усиление меньше, достаточно бывает двух усилительных каскадов на транзисторах (см. рис. 55) или одного усилителя на микросхеме (см. рис. 57). Но обычный речевой сигнал, снимаемый с выхода усилителя, не слишком хорош для модуляции передатчика. Дело в том, что он имеет значительный пик-фактор, или отношение максимальной амплитуды к усредненной. Для необработанного сигнала он может достигать десятков, для стандартного телефонного канала принято значение 3,3. Передатчик должен проектироваться так, чтобы без искажений воспроизводить пики сигнала, тогда даже при пик-факторе 3,3 средняя излучаемая мощность оказывается в десять раз меньше пиковой. Для повышения эффективности и дальности связи широко применяют устройства для сжатия динамического диапазона речевого сигнала. К ним относятся компрессоры, использующие систему АРУ по огибающей речевого сигнала, и ограничители.

Простейший ограничитель НЧ сигнала содержит пару кремниевых встречно-параллельных диодов, включенных между микрофонным усилителем и фильтром нижних частот. Уровень ограничения при этом составит 0,5 В, а степень ограничения (отношение максимальной амплитуды сигнала к уровню ограничения) будет зависеть от усиления микрофонного усилителя и громкости разговора перед микрофоном. ФНЧ после ограничителя должен включаться обязательно, поскольку при ограничении возникают нечетные гармоники сигнала (третья, пятая, седьмая и т. д.), что приводит к значительному расширению спектра модулирующего сигнала. Гармоники с частотами выше 3 кГц срезаются ФНЧ, а гармоники с более низкими частотами только искажают сигнал - его форма после ограничения близка к прямоугольной. Тем не менее разборчивость сигнала при НЧ ограничении почти не ухудшается, особенно если перед ограничением поднять верхние частоты звукового спектра.

Практическая схема микрофонного усилителя с НЧ ограничителем дана на рис. 63. Динамический микрофон подключается к разъему XI. Дифференцирующая цепочка R1C2 поднимает верхние частоты звукового спектра, а большая емкость конденсатора СЗ при невысоком сопротивлении резистора R1 способствует уменьшению собственных шумов первого каскада. Три каскада усиления на транзисторах V1...V3 имеют непосредственную связь, их режим стабилизирован цепью отрицательной обратной связи через резисторы R3 и R7. Корректирующая цепочка R6C4 дополнительно поднимает верхние частоты. Усиленный сигнал подается на ограничитель, содержащий резистор R9 и встречно-параллельные кремниевые диоды V5, V6. За ограничителем

включен ФНЧ C8L1C9. Его катушка намотана на кольце К16Х8Х4 из феррита 2000НМ и содержит 400 витков. Сопротивление нагрузки на выходе фильтра должно быть около 3 кОм. В усилитель введена система голосового управления переключением прием/передача (VOX).

CJ 2,8x68

Рис. 63. Микрофонный усилитель с системой VOX

Усиленный звуковой сигнал детектируется переходом база-эмиттер транзистора V4, напряжение на его коллекторе при этом падает и конденсатор С7 заряжается. Одновременно открывается транзистор V7, вызывая срабатывание реле K1. Время задержки обратного переключения системы определяется временем разряда конден-сатораС7 через резисторы Rll, R12 и эмиттерный переход транзистора У7. Оно регулируется подстроечным резистором R12. Порог срабатывания системы VOX в данном усилителе составляет 0,05...0,1 В, а порог ограничения - 0,5 В.

Попытки улучшить качество и натуральность звучания ограниченного сигнала привели к разработке ВЧ ограничителей, в которых сначала формируется SSB сигнал, который затем ограничивается и еще раз фильтруется SSB фильтром. Гармоники ограниченного сигнала в этом случае лежат далеко за пределами полосы пропускания второго фильтра. Тем не менее второй фильтр должен иметь крутые скаты и полосу пропускания не шире 3 кГц, поскольку при передаче сложного звукового спектра возникают комбинационные частоты, которые могут лежать очень близко или даже попадать в рабочий диапазон. Эти ограничители достаточно сложны и дороги, к тому же они мало подходят для трансиверов прямого преобразования, в которых вообще нет SSB фильтров.

Американские радиолюбители провели сравнительные испытания компрессора, НЧ и ВЧ ограничителей. Оценивался выигрыш от сжатия динамического диапазона речи при приеме на пределе разборчивости в условиях сильных шумов и помех, т. е. максимально приближенных к реальным при дальней связи. Результаты приведены на графиках рис. 64, где по горизонтали отложена степень ограничения (компрессии), а по вертикали - выигрыш в пороговой чувствительности, эквивалентный выигрышу в мощности передатчика. Как видно, НЧ компрессор почти не дает выигрыша, что объясняется инерционностью систем АРУ, подавляющих слабые звуковые колебания, следующие сразу за пиковыми выбросами (картина довольно типичная для речевого сигнала). Разборчивость сигнала передатчика с НЧ ограничителем несколько хуже, чем с ВЧ ограничителем, что объясняется большими нелинейными искажениями сигнала, которые на нижних частотах звукового спектра при предельном ограничении могут достигать 43 %. Для их уменьшения были предложены фазовые ограничители НЧ сигнала, эффективность которых практически так же высока, как и ВЧ ограничителей [6]. Например, при степени ограничения 20 дБ (см. рис. 64) получается восьмикратный выигрыш (9 дБ), и десятиваттный передатчик обеспечит такую же дальность связи, как восьмидесятиваттный, не превышая при этом установленной мощности!

В фазовом ограничителе параллельного действия входной НЧ сигнал через фазовращатель разветвляется на несколько каналов, в каждом из которых установлен ограничитель. Ограниченные сигналы затем снова суммируются. Относительные фазовые сдвиги, а также амплитуды суммируемых сигналов подбираются так, чтобы на выходе получилась ступенчатая форма напряжения, максимально близкая к синусоидальной. Гармоники, возникшие в процессе ограничения, при таком суммировании по большей части компенсируются. Схема пятика-нального ограничителя приведена на рис. 65. Сигнал от микрофонного усилителя поступает на симметрирующий трансформатор Т1 (можно использовать переходной трансформатор транзисторных приемников), первичная обмотка которого настроена конденсатором С1 на частоты 2,5... 3 кГц для некоторого подъема верхних частот звукового спектра. Пять фазосдвигающих цепочек R1C2, R2C3 и т. д. обеспечивают на частоте 500 Гц относительные фазовые сдвиги - 60°, - 30°, 0°, +30° и +60°, Фаза третьего канала принята за нулевую. На более низких и более высоких частотах относительные фазовые сдвиги уменьшаются, но это несущественно, поскольку частоты ниже 300...400 Гц ослабляются микрофонным усилителем, а гармоники частот выше 1 кГц эффективно подавляются ФНЧ, установленным на выходе всего устройства. Ограничители

содержат резисторы R6...R10 и встречно-параллельные диоды V1...V10. Ограниченные сигналы суммируются резисторной матрицей R1L..R23. Весовые коэффициенты суммирования (по каналам) составляют 0,5; 0,87; 1; 0,87; 0,5. На выходе установлен ФНЧ с частотой среза 3 кГц и характеристическим сопротивлением 2 кОм. Катушка L1 содержит 260 витков провода на кольце К16Х8Х4 2000НМ.

fhtuzfiMW., $ 6

Ц- 8 tZ Г5 20 Рис. 64. Выигрыш при обработке речевого сигнала

Ш и2к R6 Юм

8X00 НЧ л

Ю 1£н Я8 Юн

ЯН8,8х ЮЗ Ш

VZ ГА ш №5 Ч Ш

Ы 5,1 н Rf6 №

-1- MfOS

N4 I Г

С5 0,tf V7 R5 т Ш WH

Ш8 5гЫ №

0>G5 1

Рис. 65. Ограничитель параллельного действия

Работу устройства иллюстрируют осциллограммы рис. 66. На верхней осциллограмме показан входной синусоидальный сигнал (рис. 66,а), на средней (рис. 66,6) - ограниченный сигнал после сумматора. Ясно видна ступенчатая структура сигнала. «Ступеньки» сглаживаются выходным ФНЧ, и на выходе всего устройства получается почти синусоидальное колебание, показанное на нижней осциллограмме рис. 66, в. Существенное отличие выходного сигнала от входного состоит лишь в том, что при изменениях амплитуды входного сигнала амплитуда выходного не изменяется. Она составляет около 0,25 В.