Юный техник, 2015 № 11

ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ Схемы «не по правилам»

Такой заголовок имела статья, опубликованная в нашем журнале 30 лет назад (см. «ЮТ» № 5 за 1985 год). Ее удобно посмотреть на сайте http://zpostbox.ru/schemes_out_of_rules.htm, и там же, в самом конце, «плагиат» — схема ВЧ-генератора, опубликованная, а скорее, просто «срисованная» журналом «Радиоконструктор» № 1 за 2002 год. Приведем обширную цитату из той старинной статьи в «ЮТ», поскольку она не устарела и сегодня: «Транзисторы вошли в практическую радиоэлектронику уже тридцать с лишним лет назад, но и сегодня они все еще преподносят исследователям сюрпризы. Вот один из них.

Полупроводниковые генераторы, разработанные харьковским изобретателем Е. П. Максимчуком, по всем правилам схемотехники работать не должны: необычайно малы напряжения питания транзисторов. Но они работают. Работают вопреки отсутствию убедительного теоретического объяснения. Убедиться в этом вы можете сами.

На рисунке приведена схема полевого проволочного телеграфа для игры «Зарница». Основа ее — генератор, собранный на транзисторе VI1 Выходное напряжение генератора без нагрузки достигает 80 В при напряжении питания всего лишь 0,2–0,3 В. Это одна из особенностей схемы: как известно «по науке», для работы транзистору обычно необходимо напряжение питания в несколько вольт (полуторавольтовый источник питания в данном случае выбран только потому, что элемент или аккумулятор с напряжением питания в доли вольта трудно найти).

Другая, не менее удивительная особенность этой схемы — необычное включение транзистора: между его базой и коллектором чет привычного сопротивления, задающего транзистору смещение. После подключения наушников (их сопротивление должно быть не ниже 1 кОм) амплитуда сигнала падает до 30 В. Этого напряжения вполне достаточно для громкого звукового сигнала. Схема может работать до полного разряда элемента.

Трансформатор Тр1 имеет две обмотки, намотанные на броневом ферритовом сердечнике с магнитной проницаемостью 2000, диаметром 13 мм. Обмотка 1 содержит 200 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,13 мм; обмотка 2 — 20 витков того же провода диаметром 0,3 мм.

К ней требуются лишь небольшие пояснения — для правильной работы генератора обе обмотки трансформатора следует наматывать в одну сторону, и лучше сначала обмотку 2, затем сделать отвод, соединив конец обмотки 2 с началом обмотки 1, и продолжить намотку в ту же сторону. Диаметр проводов некритичен, и можно использовать один провод диаметром от 0,1 до 0,3 мм».

Наука прекрасно все объясняет, и высокое напряжение генерируемых импульсов, даже при малом напряжении питания, получается из-за сильной обратной связи в генераторе (связи между обмотками 1 и 2) и значительной индуктивности (обмотка 1) в коллекторной цепи транзистора. Он открывается лишь на малую часть периода колебаний, а при резком его закрывании ток через индуктивность не может прекратиться мгновенно, поэтому и генерируется высоковольтный импульс.

Подобные же процессы происходят и в блокинг-генераторах, и в обратноходовых инверторах (см, например, статью «Солнечная энергетика своими руками» в ЮТ № 4 за 2011 год, а также «Новогодние игрушки с автономным питанием» в «ЮТ» № 12 за 2009 год).

По поводу авторства тоже есть сомнения. На возможность работы транзистора при нулевом напряжении коллектор-база указывали в специальной литературе еще в 60-х годах прошлого века.

Отличительной особенностью описанного генератора является непосредственная связь по постоянному току коллектора и базы транзистора. Так как германиевый транзистор открывается при напряжении на базе 0,15…0,3 В, а кремниевый — 0,5…0,7 В, точно такое же напряжение устанавливается и на коллекторе. Обусловлено это потенциальным барьером в p-n-переходах транзистора. Видимо, поэтому впоследствии такой режим работы биполярного транзистора и назвали «барьерным», хотя и не очень удачно.

За истекшие 30 лет в радиолюбительской литературе появилось очень много статей с описаниями генераторов и усилителей на транзисторах в барьерном режиме. Они хороши тем, что содержат мало деталей, а режим по постоянному току в них устанавливается автоматически.

Не избежал данного увлечения и автор, описав в «ЮТ» № 10 и № 11 за 2009 год ряд конструкций сверхрегенеративных радиоприемников: «Для лучшего уяснения процессов, происходящих в сверхрегенераторе, обратимся к устройству, изображенному на рис. 1, которое, в зависимости от постоянной времени цепочки R1, С2, может быть и регенератором, и сверхрегенератором.

Эта схема была разработана в результате многочисленных экспериментов и, как представляется автору, оптимальна по простоте, легкости налаживания и получаемым результатам.

Транзистор VT1 включен по схеме автогенератора — индуктивной трехточки. Контур генератора образован катушкой L1 и конденсатором С1, отвод катушки сделан ближе к выводу базы. Таким образом осуществляется согласование высокого выходного сопротивления транзистора (цепи коллектора) с меньшим входным сопротивлением (цепи базы).

Схема питания транзистора несколько необычна — постоянное напряжение на его базе равно напряжению коллектора.

Транзистор, особенно кремниевый, вполне может работать в таком режиме, ведь открывается он при напряжении на базе (относительно эмиттера) около 0,5 В, а напряжение насыщения коллектор-эмиттер составляет, в зависимости от типа транзистора, 0,2…0,4 В. В данной схеме и коллектор, и база по постоянному току соединены с общим проводом, а питание поступает по цепи эмиттера через резистор R1.

При этом напряжение на эмиттере автоматически стабилизируется на уровне 0,5 В — транзистор работает подобно стабилитрону с указанным напряжением стабилизации. Действительно, если напряжение на эмиттере упадет, транзистор закроется, эмиттерный ток уменьшится, а вслед за этим уменьшится и падение напряжения на резисторе, что приведет к возрастанию эмиттерного напряжения. Если же оно возрастет, транзистор откроется сильнее и увеличившееся падение напряжения на резисторе скомпенсирует это возрастание.

Единственное условие правильной работы устройства — напряжение питания должно быть заметно больше — от 1,2 В и выше. Тогда ток транзистора удастся установить подбором резистора R1».

Добавим к этому, что без резистора R1 подобные устройства включать вообще нельзя — ток через транзистор возрастет до опасных значений, и если источник питания мощнее полуразряженной пальчиковой батарейки, переходы транзистора выгорят. Радиочастотный усилитель на основе схемы (см. рис. 1) получается очень просто — надо включить два контура: входной в цепь базы и выходной в цепь коллектора. Для согласования невысокого входного сопротивления усилителя со входным контуром базу транзистора рекомендуется подключать к отводу катушки. Выходной контур обычно включают в цепь коллектора полностью. Максимальная амплитуда выходного сигнала не превосходит 0,5 В, но для РЧ-усилителей приемников этого обычно вполне достаточно.

В. ПОЛЯКОВ, профессор

_{(Продолжение следует.)}