Рис. 1. Двойной электрический слой ширины d в p-n переходе (а), его изменение под воздействием внешнего электрического поля, направленного в сторону контактного слоя (6) и наоборот (в)

ВИРТУАЛЬНЫЙ КОНДЕНСАТОР

Даже дошкольники знают: чтобы “поймать” ту или иную радиостанцию, нужно настроить на ее частоту входной колебательный контур приемника, образованный катушкой индуктивности и конденсатором. Практически каждому также известно, что настройку эту проще всего осуществлять изменением емкости последнего, например, взаимно сближая или удаляя друг от друга его пластины, разделенные диэлектриком, в качестве которого выступает воздух или пластиковая пленка. Конструкций таких конденсаторов переменной емкости (КПЕ), номинал которых изменяется чисто механическим способом, существуют немало; они хорошо известны радиолюбителям даже из числа новичков.

Однако есть еще и электронные конденсаторы переменной емкости (ЭКПЕ). Лишенные движущихся частей и скользящих контактов, они не подвержены износу и не создают при настройке неприятных тресков. Такие “переменники” подобны полупроводниковым диодам: с двумя проводящими зонами, обусловленными наличием носителей зарядов p- и n-типа (аналоги металлических пластин), а также с разделяющим их двойным электрическим слоем шириной d (аналог диэлектрика), характеризующимся контактной разностью потенциалов и во многом определяющим изначальную емкость самого p-n перехода (рис. 1а).

Рис. 1. Двойной электрический слой ширины d в p-n переходе (а), его изменение под воздействием внешнего электрического поля, направленного в сторону контактного слоя (6) и наоборот (в)
Рис. 1. Двойной электрический слой ширины d в p-n переходе (а), его изменение под воздействием внешнего электрического поля, направленного в сторону контактного слоя (6) и наоборот (в)

Если к этой “бутербродной” конструкции приложить постоянное напряжение так, чтобы внешнее электрическое поле совпадало с направлением контактного слоя (рис. 1б), то последний расширится, раздвигая проводящие области и тем самым уменьшая начальную емкость p-n перехода. Наоборот, подача небольшого напряжения противоположной полярности приводит к сужению зоны перехода, а значит, к некоторому росту “виртуальной” емкости (рис.1 в). Однако при дальнейшем увеличении прямого напряжения разделяющий слой исчезает и “бутерброд” переходит в проводящее состояние.

Теория подтверждается практикой: изменение емкости p-n перехода под воздействием приложенного напряжения, действительно, присуще в той или иной степени всем полупроводниковым диодам. Но для более эффективного выполнения функций ЭКПЕ созданы специальные приборы – варикапы (рис.2а; типоразмеры и основные электрические параметры наиболее распространенных варикапов отечественного производства см. в журнале “Моделист-конструктор” № 3 1981). Разработаны и типовые схемы включения столь специфичных полупроводниковых приборов в аппаратуру, а также способы дистанционного управления ими.

Рис. 2. Варикапы КВ102, КВ101 (а); типовая схема включения первого из них в контур с регулированием "электронной" емкости (б) и пример дистанционного управления вторым, выступающим в роли ЭКПЕ (в)
Рис. 2. Варикапы КВ102, КВ101 (а); типовая схема включения первого из них в контур с регулированием “электронной” емкости (б) и пример дистанционного управления вторым, выступающим в роли ЭКПЕ (в)

Взять, к примеру, ввод варикапа в колебательный контур и регулирование его емкости в УКВ ЧМ приемнике-сверхрегенераторе (рис.2б). Управляющее напряжение, снимаемое с делителя – потенциометра R3, поступает на ЭКПЕ VC1 через резистор R2, высокое сопротивление которого обеспечивает высокочастотную развязку самого контура. Конденсатор С3, имеющий относительно большой номинал, препятствует замыканию 9-вольтного источника на “землю”.

Данное схемное решение таково, что при установлении ползунка потенциометра R3 в верхнее положение емкость варикапа VC1 будет максимальной, а в нижнее – минимальной. В общем же случае значение емкости в пределах допустимого изменения управляющего напряжения легко вычислить по номиналу Свом и паспортному коэффициенту перекрытия по емкости Кс, которые можно найти в справочной литературе. Нелишне также отметить, что вполне допустимы для варикапов параллельное и последовательное включения, подобно тому, как это довольно характерно для КПЕ в радиочастотных цепях.

Конечно же, из варикапов отечественного производства наибольший интерес для радиолюбителя представляют модификации типа КВ101, способные во многих случаях полностью заменять или качественно дополнять “классические” (механические) конструкции КПЕ.

Именно такие полупроводниковые приборы позволяют, например, без особых ухищрений оснащать уже готовые приемники дистанционным управлением по проводам. Подчас вся доработка (рис. 2в) сводится к тому, что штатный КПЕ Ск ставится в положение минимальной емкости, параллельно ему присоединяется ЭКПЕ VC1, а потенциометр R2 выносится на требуемое расстояние.

Однако разыскивать где-нибудь в сельской глубинке варикап подходящей емкости для диапазонов СВ и ДВ бывает затруднительно, не говоря уже о необходимости иметь для некоторых модификаций приборов напряжение, в несколько раз превышающее типовые 9 В. Более доступными из числа полупроводниковых приборов, подходящих на роль ЭКПЕ, являются опорные диоды (стабилитроны).

Так, радиолюбителями опытным путем установлено: вполне приемлемое для практических целей электронное перекрытие по емкости при 9-вольтном питании могут дать схемные решения, выполненные на стабилитронах Д810 или Д814В. В частности, двух таких виртуальных конденсаторов достаточно, чтобы совместно со стандартной контурной катушкой L1 обеспечить прием радиостанций на всем СВ диапазоне (рис. 3а).

Рис. 3. Принципиальные электрические схемы и монтажные платы "виртуального переменника" с переключением (а) пределов изменения емкости, а также устройства (6) плавного перекрытия диапазона с использованием стабилитронов в качестве ЭКПЕ
Рис. 3. Принципиальные электрические схемы и монтажные платы “виртуального переменника” с переключением (а) пределов изменения емкости, а также устройства (6) плавного перекрытия диапазона с использованием стабилитронов в качестве ЭКПЕ

В изначальном положении тумблера SA1, показанном на принципиальной электрической схеме, VD1 и VD2 подсоединяются к L1 параллельно (их емкости суммируются, достигая примерно 640 пФ). С переключением SA1 оба “виртуальных” конденсатора образуют последовательную цепь, общий их номинал становится равным половине емкости одного стабилитрона.

При использовании совместно с самодельным ЭКПЕ стандартной магнитной антенны СВ легко получать и плавное перекрытие диапазона (рис. 3б). Емкости “виртуальных” конденсаторов, в роли которых – стабилитроны VD1 и VD2, включаются в контур последовательно. Благодаря делителю R2R3 напряжение постоянного тока, параллельно подаваемое на стабилитроны, будет запирающим, когда ползунок “переменника” R4 находится в верхнем положении, и противоположно действующим – при нижнем. Последнее дает прибавку емкости сверх номинальной, о чем говорилось выше. Здесь предел регулирования емкости составляет примерно от 35-40 до 230 пФ, что позволяет перекрыть значительную часть СВ диапазона.

Ферритовая СВ антенна может быть и самодельной. Наматывают такую на 100-мм ферритовом стержне 400НН любого сечения. Катушка L1 (Lk) содержит 55 витков ПЭВ2-0,35. У L2 (Lсв), размещающейся рядом на бумажной гильзе, 6-8 витков того же провода.

Рассмотренные варианты ЭКПЕ можно, при желании, смонтировать в виде отдельных миниатюрных модулей, на “прорезных” платах из односторонне фольгированного пластика.

Такое исполнение позволит использовать “виртуальные” конденсаторы поочередно в различных конструкциях простых приемников.

При вводе ЭКПЕ с плавным перекрытием диапазона (рис. 3б) в несколько совместно управляемых контуров делитель напряжения R2R3R4 оказывается общим. Однако сложностей в их сопряжении удается избегать за счет использования в этих контурах дополнительных емкостей в виде миниатюрных “подстроечников”, не показанных на схеме.

В заключение несколько слов о деталях. Помимо уже названных элементов при монтаже обеих псевдопечатных (разрезных) плат используются постоянные резисторы МЛТ-0,125, конденсаторы постоянной емкости КЛС и керамические “подстроечники” КТ4-21.

П. ЮРЬЕВ

Рекомендуем почитать

  • ДВА В ОДНОМДВА В ОДНОМ
    При обработке старых или новых паркетных полов самые ходовые инструменты — циклёвка для придания дереву гладкой поверхности да щётка для очистки обработанного участка от мелкой стружки,...
  • ГАЗЕТЫГАЗЕТЫ
    Газета - печатное периодическое издание, выходящее под постоянным названием и не реже одного раза в месяц. Прообразом газеты считают древние рукописные сводки новостей. Еще Юлий...
Тут можете оценить работу автора: