В. Днищенко - 500 схем для радиолюбителей. Дистанционное управление моделями

Дело в том, что у большинства рассмотренных шифраторов достаточно большое выходное сопротивление, а дешифраторы, как будет показано далее, собраны в основном на микросхемах серии КМОП, имеющих также высокое входное сопротивление. В таких условиях даже маломощные помехи (наводки от сети и т. п.) могут создавать в проводной линии напряжения, достаточные для срыва нормальной работы канала передачи. С этим утверждением легко согласиться, если вспомнить, что напряжение (действующее его значение) на сопротивлении R, при подводе к нему мощности Р , определяется выражением U= √( P∙ R).

Легко подсчитать, что при мощности наводок всего в 1 мкВт и входном сопротивлении микросхемы 1 Мом, наводимое на ее входе напряжение составит 1 В. Если линию передачи подключить к выходу эмиттерного повторителя с нагрузочным сопротивлением, например в 100 Ом, то наводки в рассматриваемом примере снизятся до 10 мВ. Управление по проводной линии связи имеет смысл применять для стационарных объектов, удаленных на небольшие расстояния от пульта управления.

В случае применения радиоканала необходим передатчик, работающий в соответствующем частотном диапазоне. На рис. 3.7 приведена обобщенная структурная схема такого устройства. В конкретных реализациях передатчиков отдельные элементы этой схемы могут отсутствовать, тем не менее, полезно рассмотреть работу устройства по полной схеме.

Рис. 3.7. Структурная схема радиопередатчика

Задающий генератор обеспечивает формирование высокочастотных колебаний. Основным требованием к нему является обеспечение как можно более высокой стабильности частоты. Связано это с тем, что полоса пропускания приемников делается весьма узкой, чтобы снизить уровень внешних и внутренних шумов, снижающих чувствительность. Очевидно, стабильность частоты передатчика должна быть такой, чтобы его сигнал не выходил за пределы полосы пропускания приемника даже при максимальном уходе частоты от номинального значения.

Известно, что для любой схемы генератора справедливо утверждение: чем меньше его мощность, тем выше стабильность частоты вырабатываемых им колебаний. Обычно мощность не превышает 3–5 мВт, и только в простейших однокаскадных передатчиках доходит до 10 мВт, что является верхней границей для передатчиков, не требующих получения разрешения на постройку. Дальность действия аппаратуры в этом случае, даже для высокочувствительных приемников, составляет 100–120 м.

При необходимости, мощность повышают в последующих каскадах. Частично это происходит в буферном каскаде, основное назначение которого заключается в снижении влияния последующих каскадов на условия работы задающего генератора. Одновременно в буферном каскаде может быть организовано умножение частоты обычно в два, максимум — в три раза.

Дело в том, что иногда частоту задающего генератора целесообразно выбирать в целое число раз меньшей, чем необходимая частота излучения. В этом случае упрощается схемотехника задающего генератора и процедура его настройки. Кроме того, иногда непросто найти кварцевый резонатор, имеющий непосредственно требуемую частоту.

Усилитель мощности решает задачу доведения мощности излучения до требуемого уровня, от которого, в конечном счете, зависит дальность действия канала связи. Часто эти каскады с целью повышения КПД рассчитывают на нелинейный режим работы (при этом образуются высшие гармоники значительной амплитуды). Для их эффективного подавления на выходе передатчика устанавливается колебательная система. Помимо фильтрации она решает еще одну очень важную задачу согласования выходного сопротивления передатчика с входным сопротивлением антенны, что необходимо для максимизации КПД устройства в целом.

Модулятор обеспечивает управление одним из параметров высокочастотных колебаний по закону изменения командной посылки. Обычно изменяется или амплитуда колебаний, или частота. При амплитудной модуляции, обычно 100-процентной, называемой манипуляцией, целесообразно реализовывать ее не в задающем генераторе, а в последующих каскадах. Дело в том, что любое вмешательство в работу задающего генератора ухудшает его стабильность. Если же генератор имеет кварцевую стабилизацию, то в силу высокой добротности кварцевого генератора колебания нарастают и спадают за время, соизмеримое с длительностями генерируемых импульсов, что приводит к существенному «завалу» фронтов, а значит и к изменению длительности импульсов.

Это создает дополнительные сложности в процессе управления, так как именно в длительности зачастую и закодирована передаваемая команда. Манипуляция в выходном каскаде также не всегда оправдана, так как приходится коммутировать значительные мощности, требующие соответственно и повышенной мощности модулятора. Наиболее целесообразно реализовывать манипуляцию в промежуточных (буферных) каскадах.

Частотная модуляция может быть реализована только в задающем генераторе, поскольку именно он и определяет значение генерируемой частоты. Для изменения частоты необходимо менять значение параметра одного из реактивных элементов, входящих в состав генератора. Проще всего реализовать изменение емкости, применяя в составе колебательных систем генераторов варикапы.

В бескварцевых генераторах варикап включается в состав частотозадающего колебательного контура, а в кварцевых — последовательно с кварцевым резонатором, что позволяет перестраивать частоту в приемлемом диапазоне. Достоинствами частотной модуляции являются простота реализации и высокая помехозащищенность канала связи.

3.4.3. Модуляция

Основные положения

Одним из нормируемых параметров излучения передатчиков является активная ширина спектра излучаемого сигнала (Δ f с). Для аппаратуры радиоуправления, как отмечалось ранее, она не должна превышать 20–25 кГц. Активная ширина спектра зависит как от ширины спектра низкочастотного модулирующего сигнала (Δ F с), так и от вида модуляции.

Для амплитудной манипуляции несущего колебания ( u вч) прямоугольными импульсами ( u нч) график излучаемого сигнала ( u вых) и его спектр изображены на рис. 3.8. Расстояние по оси частот между соседними гармониками в спектре определяется периодом повторения прямоугольных импульсов, а координаты нулей огибающей — длительностью импульсов. Спектр симметричен относительно несущей частоты и хотя он теоретически бесконечен, амплитуда гармонических составляющих убывает по мере удаления от несущей частоты по закону sin( x )/ x .

На практике за активную ширину спектра Δ f с принимают интервал частот, в пределах которого сосредоточены спектральные составляющие, переносящие 95 % энергии всего сигнала. Для прямоугольных импульсов ширина спектра связана с длительностью импульсов выражением Δ f с= 2Δ F с, где Δ F с ~= 1,37/ τ и. Отбрасывание остальных спектральных составляющих приводит лишь к небольшому заваливанию фронтов прямоугольных импульсов.