Высокочастотный генератор тока своими руками

Самодельный ВЧ генератор с одной шкалой

Схема простого ВЧ генератора 0,4 — 30 MHz

Представленная ниже, схема компактного ВЧ генератора покрывает весь диапазон частот от 0,4 до 30 MHz в одну шкалу.

Выход 50 Ом, напряжение 300mV по всему диапазону частот.

Большинство генераторов сигналов используют несколько диапазонов для того, чтобы покрыть весь спектр частот. Схема этого генератора немного отличается, он настраивает весь ВЧ диапазон от 400 кГц до более 30 МГц в одном диапазоне. Он был сконструирован для того, чтобы испытать входные части приемника и фильтры HF, должен быть компактен.

Уровень выхода генератора около 300mV 50 Ом также позволяет ему быть использованным как временный генератор для испытания смесительного диода.

Описание схемы генератора

Невозможно сразу покрыть весь ВЧ диапазон в одном ряде с традиционным LC генератором. Однако, смешивая генератор, работающий на более высокой частоте с генератором с более низкой частотой, можно достичь требуемого диапазона.

Это показано на схеме, ниже:

Генератор, контролируемый напряжением тока (VCO) работает от 48 MHz до 85 MHz. Выход VCO (100-150mVpp 50 Ом) смешан с выходом кварцевого генератора 48 MHz в смесителе диода для того, чтобы дать необходимый выход частоты.

С помощью варикапа (varicap) происходит перестройка частоты по всему диапазон. Устройство, которое я использовал взято из старого тюнера видеомагнитофона. Другие варикапы широкого диапазона, такие как Motorola MV104 или Philips BB911, также будут хорошо работать.

48 МГц кварцевый генератор является типичным, его можно найти в старом принтере, видеокарте и т.п. Они генерируют сигнал прямоугольных TTL-уровня (5 В). Я нашел два пластиковых осциллятора 48 МГц в старом принтере Epson.

Выход кварцевого генератора, который я использовал, не мог напрямую управлять диодным смесителем, но комбинация серии C5 и R3, керамический конденсатор 1000pF и резистор 100 Ом, работала хорошо. Выход прямоугольной волны также идеален для смесителей диода.

Использование генератора 48 МГц, в результате чего ГУН диапазона, во многом зависит от наличия соответствующей части. Если Вы хотите заменить детали и изменить конструкцию в соответствии с требованиями, частота выхода должна быть достаточно высокой, чтобы обеспечить требуемый диапазон 30 МГц в пределах одного диапазона. Маловероятно, что какой-либо более низкий частотный диапазон будет успешным.

Кроме того, кварцевый генератор, который устанавливает нижнюю частотную границу диапазона должен быть достаточно далеко от верхней выходной частоты 30 МГц, чтобы простой 3-х полюсный фильтр нижних частот мог фильтровать любой остаточный сигнал генератора 48 МГц, а также суммарный компонент выхода смесителя. Данная схема генератора выдает до 35 МГц с выходом около 3 дБ.

SRA-1 двойной сбалансированный микшер (дБм) M1. Здесь отлично будут работать различные варианты диодного типа, в том числе из диодов 1N4148 и пары ферритовых колец.

Желаемый (разностный) выход фильтруется с помощью 3-полюсного эллиптического фильтра.

Отфильтрованный выходной сигнал усиливается на 20 дБ ERA-5 — монолитный интегральный усилитель, чтобы дать выходе уровень сигнала 300 – 400 мВ на 50 Ом. Я использовал версию усилителя ERA-5 для поверхностного монтажа.

Питание схемы 12В 100mA.

Вид внутри

Детали припаяны навесным монтажом.

Корпус спаян из жестяной банки, используемой для формирования стенок коробки.

Настройка генератора

Ручная настройка в широком диапазоне спектра частот требует многовиткового прецизионного переменного проволочного резистора.

Чтобы добавить ручку управления, я использовал части потенциометра регулировки громкости AM/FM-радио. Большинство из этих потенциометров громкости, похожи, имеют тонкую ручку с регулировкой по краю, которая навинчивается крошечным винтом на латунный стержень.

Монтаж

Собирается схема непосредственно на небольшом куске фольгированного текстолита всего за несколько часов. Генератор 48 MHz (от Epson SG-615) был установлен на плате вверх ногами. Ферритовые кольца используются в качестве высокочастотных дросселей для питания на каждом этапе схемы.

Многовитковый триммер приклеивается к печатной плате немного выше, чтобы можно было одеть ручку настройки и она свободно вращалась.

Коробка была изготовлена из оловянной пластины, разрезана на полосу шириной 18 мм и припаяна по краю печатной платы. Макет передней панели был разработан в CorelDraw, распечатан и покрыт контактным пластиком, чтобы сделать его более прочным.

Моточные данные катушек

L1 — 8 витков провода 24SWG намотанной на 5 мм каркасе с ферритовым стержнем для подсторйки..
L2 — 8 витков провода 28SWG намотанном на тороиде T25-10
L3 — 7 витков провода 28SWG намотанном на тороиде T25-10
T1 — 10 витков в два провода 28SWG намотанном на тороиде T25-10

Заключение

Генератор не сложен и быстр для построения. Схема использует не большое количество доступных деталей. Многие компоненты могут быть заменены. Чтобы проверить это, я построил другую версию, используя LM375 IC в качестве VCO (это устаревший чип, похожий на MC1648 Motorola). Самодельный смеситель, сделанный с диодами 1N4148 и дискретный широкополосный усилитель 20 dB. Всё это дало аналогичные результаты.

Стабильность схемы не эквивалентна кварцевому или синтезированному осциллятору, а настройка в определенных диапазонах получилась сжатая, но она подходит для большинства измерений. Если Вы хотите, можно добавить дополнительный элемент управления «тонкая настройка».

Автор: ZL2PD — Single Span HF Test Oscillator

Источник

Мощный генератор ВЧ на MOSFET-транзисторе

Юным радиолюбителям посвящается…

Предисловие

Радиосигнал, однажды сгенерированный, уносится в глубь Вселенной со скоростью света… Эта фраза, прочитанная в журнале «Юный техник» в далеком детстве произвела на меня очень сильное впечатление и уже тогда я твердо решил, что обязательно пошлю свой сигнал нашим «братьям по разуму», чего бы мне это не стоило. Но путь, от желания до воплощения мечты долог и непредсказуем…

Когда я только начинал заниматься радиоделом, мне очень хотелось построить портативную радиостанцию. В то время я думал, что она состоит из динамика, антенны и батарейки. Стоит только соединить их в правильном порядке и можно будет разговаривать с друзьями где-бы они не находились… Я изрисовал не одну тетрадку возможными схемами, добавлял всевозможные лампочки, катушки и проводки. Сегодня эти воспоминания вызывают у меня лишь улыбку, но тогда мне казалось, что еще чуть-чуть и чудо-устройство будет у меня в руках…

Я помню свой первый радиопередатчик. В 7 классе я ходил в кружок спортивной радиопеленгации (т.н. охоты на лис). В один из прекрасных весенних дней наша последняя «лиса» — приказала долго жить. Руководитель кружка, недолго думая, вручил мне её со словами — «… ну, ты там её почини…». Я наверное был страшно горд и счастлив, что мне доверили столь почетную миссию, но мои знания электроники на тот момент не дотягивали до «кандидатского минимума». Я умел отличать транзистор от диода и приблизительно представлял как они работают по отдельности, но как они работают вместе — для меня это было загадкой. Придя домой, я с благоговейным трепетом вскрыл небольшую металлическую коробочку. Внутри неё оказалась плата, состоящая из мультивибратора и генератора РЧ на транзисторе П416. Для меня это была вершина схемотехники. Самой загадочной деталью в данном устройстве была катушка задающего генератора (3,5МГц.), намотанная на броневом сердечнике. Детское любопытство пересилило здравый смысл и острая металлическая отвертка впилась в броневой кожух катушки. «Хрясь» — раздался хруст и кусок броневого корпуса катушки, со стуком упал на пол. Пока он падал, мое воображение уже нарисовало картину моего расстрела руководителем нашего кружка…

У этой истории был счастливый конец, правда случился он через месяц. «Лису» я все-таки починил, хотя точнее сказать — сделал её заново. Плата радиомаяка, сделанная из фольгированного гетинакса, не выдержала пыток моим 100 ваттным паяльником, дорожки отслоились от постоянной перепайки деталей… Пришлось плату делать заново. Спасибо моему папе, что принес (достал где-то с большим трудом) фольгированный гетинакс, а маме — за дорогой французский красный лак для ногтей, который я использовал для рисования платы. Новый броневой сердечник мне достать не удалось, но зато удалось аккуратно склеить старый клеем БФ… Отремонтированный радиомаяк радостно послал в эфир свое слабое «ПИ-ПИ-ПИ», но для меня это было сравни запуску первого искусственного спутника Земли, возвестившего человечеству о начале космической эры таким-же прерывистым сигналом на частоте 20 и 40 МГц. Вот такая история…

Схема устройства

В мире существует огромное количество схем генераторов, способных генерировать колебания различной частоты и мощности. Обычно, это достаточно сложные устройства на диодах, лампах, транзисторах или других активных элементах. Их сборка и настройка требует некоторого опыта и наличия дорогих приборов. И чем выше частота и мощность генератора, тем сложнее и дороже нужны приборы, тем опытнее должен быть радиолюбитель в данной теме.

Но сегодня, мне бы хотелось рассказать о достаточно мощном генераторе ВЧ, построенном всего на одном транзисторе. Причем работать этот генератор может на частотах до 2ГГц и выше и генерировать достаточно большую мощность — от единиц до десятков ватт, в зависимости от типа применяемого транзистора. Отличительной особенностью данного генератора, является использование симметричного дипольного резонатора, своеобразного открытого колебательного контура с индуктивной и емкостной связью. Не стоит пугаться такого названия — резонатор представляет собой две параллельные металлические полоски, расположенные на небольшом расстоянии друг от друга.

Свои первые опыты с генераторами подобного вида я проводил ещё в начале 2000-х годов, когда для меня стали доступны мощные ВЧ-транзисторы. С тех пор я периодически возвращался к этой теме, пока в середине лета на сайте VRTP.ru не возникла тема по использованию мощного однотранзисторного генератора в качестве источника ВЧ-излучения для глушения бытовой техники (музыкальных центров, магнитол, телевизоров) за счет наведения модулированных ВЧ-токов в электронных схемах этих устройств. Накопленный материал и лег в основу данной статьи.

Схема мощного генератора ВЧ, достаточно проста и состоит из двух основных блоков:

1. Непосредственно сам автогенератор ВЧ на транзисторе;
2. Модулятор — устройство для периодической манипуляции (запуска) генератора ВЧ сигналом звуковой (любой другой) частоты.

Детали и конструкция

«Сердцем» нашего генератора является высокочастотный MOSFET-транзистор. Это достаточно дорогостоящий и мало распространенный элемент. Его можно купить за приемлемую цену в китайских интернет-магазинах или найти в высокочастотном радиооборудовании — усилителях/генераторах высокой частоты, а именно, в платах базовых станций сотовой связи различных стандартов. В своем большинстве эти транзисторы разрабатывались именно под данные устройства.
Такие транзисторы, визуально и конструктивно отличаются от привычных с детства многим радиолюбителям КТ315 или МП38 и представляют собой «кирпичики» с плоскими выводами на мощной металлической подложке. Они бывают маленькие и большие в зависимости от выходной мощности. Иногда, в одном корпусе располагаются два транзистора на одной подложке (истоке). Вот как они выглядят:

Линейка внизу, поможет вам оценить их размеры. Для создания генератора могут быть использованы любые MOSFET-транзисторы. Я пробовал в генераторе следующие транзисторы: MRF284, MRF19125, MRF6522-70, MRF9085, BLF1820E, PTFA211801E — все они работают. Вот как данные транзисторы выглядят внутри:

Внутренняя структура мощного MOSFET транзистора PTFA211801E

Помимо ВЧ-транзистора и меди, для изготовления генератора понадобится микросхема 4093 — это 4 элемента 2И-НЕ с триггерами Шмитта на входе. Её можно заменить на микросхему 4011 (4 элемента 2И-НЕ) или её российский аналог — К561ЛА7. Также можно использовать другой генератор для модуляции, например, собранный на таймере 555. А можно вообще исключить из схемы модулирующую часть и получить просто ВЧ-генератор.

В качестве ключевого элемента применен составной p-n-p транзистор TIP126 (можно использовать TIP125 или TIP127, они отличаются только максимально допустимым напряжением). По паспорту он выдерживает 5А, но очень сильно греется. Поэтому необходим радиатор для его охлаждения. В дальнейшем, я использовал P-канальные полевые транзисторы типа IRF4095 или P80PF55.

Сборка устройства

Устройство может быть собрано как на печатной плате, так и навесным монтажом с соблюдением правил для ВЧ-монтажа. Топология и вид моей платы приведены ниже:

Эта плата рассчитана на транзистор типа MRF19125 или PTFA211801E. Для него прорезается отверстие в плате, соответствующее размеру истока (теплоотводящей пластины).
Одним из важных моментов сборки устройства является обеспечение теплоотвода от истока транзистора. Я применил различные радиаторы, подходящие по размеру. Для кратковременных экспериментов — таких радиаторов достаточно. Для долговременной работы — необходим радиатор достаточно большой площади или применение схемы обдува вентилятором.
Включение устройства без радиатора, чревато быстрым перегревом транзистора и выходом из строя этого дорогостоящего радиоэлемента.

Для экспериментов, мною были изготовлены несколько генераторов по разные транзисторы. Также я сделал фланцевые крепления полосковых резонаторов, чтобы можно было их менять без постоянного нагрева транзистора. Представленные ниже фотографии помогут вам разобраться в деталях монтажа.

Фланец для крепления резонаторов
Генератор ВЧ со сменными резонаторами
Генератор ВЧ со сменными резонаторами
Генератор ВЧ работает даже при напряжении 3,6 вольта, потребляя ток 2,5А

Тыльная сторона ВЧ-генератора
кусочек текстолита — тоже резонатор)))
Фланец для сменного резонатора

Генератор ВЧ на маленьком MOSFET MRF284 со съемными резонаторами
875 МГц. 5Вт. без особых напрягов.
Генератор ВЧ на маленьком MOSFET MRF284 со съемными резонаторами
Семейство генераторов ВЧ на MOSFET транзисторах различной мощности

Отвод энергии резонатора на затвор при помощи конденсатора
Двухтранзисторный ВЧ-мультивибратор
Модулятор для ВЧ-генератора

Эксперименты с двухтранзисторным ВЧ-мультивибратором
Модулятор-мультивибратор-балластное сопротивление
Мощный генератор-мультивибратор на транзисторах PTFA211801

Маленький генератор на MRF284 1300-1500 МГц.
Маленький генератор на MRF284 1300-1500 МГц.
Маленький генератор на MRF284 1300-1500 МГц.

Сэндвич из 3-х транзисторов MRF19125
Экспериментальный генератор ВЧ на 3-х MOSFET транзисторах
Экспериментальный генератор ВЧ на 3-х MOSFET транзисторах

Экспериментальный генератор ВЧ на 3-х MOSFET транзисторах
Экспериментальный генератор ВЧ на 3-х MOSFET транзисторах
Автогенератор — мультивибратор
Коллекторная плата трехтранзисторного генератора

Проверка работы ВЧ-генератора на PTFA211801E. 6,5 В при токе 4,6 А.
ВЧ-генератор с резонатором со вставкой из органического стекла (для фиксации формы резонансных пластин).
Проверка работы ВЧ-генератора.

Плата мощного ВЧ-генератора с вырезом под MOSFET транзистор.
Тыльная сторона ВЧ-генератора: коммутация, предохранитель, конденсаторы и радиатор
Плата ВЧ-генератора, вид со стороны основного монтажа.

ВЧ-мультивибратор + усилитель
ВЧ-мультивибратор + усилитель на MOSFET
Плата генератора 950-1100МГц
Генератор 950-1100МГц (экспериментальный)

Запуск устройства

Перед запуском генератора, необходимо еще раз проверить правильность его соединений, чтобы у вас не образовалась весьма не дешёвая кучка транзисторов с надписью «Сгорел».

Первый запуск, желательно производить с контролем потребляемого тока. Этот ток, можно ограничить до безопасного уровня использовав резистор на 2-10 Ом в цепи питания генератора (коллектор или сток модулирующего транзистора).
Работу генератора можно проверить различными приборами: поисковым приемником, сканером, частотомером или просто энергосберегающей лампой. ВЧ-излучение, мощностью более 3-5 Вт, заставляет её светиться.

ВЧ-токи легко нагревают некоторые материалы вступающие с ними в контакт в т. ч. и биологические ткани. Так, что будьте осторожны, можно получить термический ожог прикоснувшись к оголенным резонаторам (особенно при работе генераторов на мощных транзисторах). Даже небольшой генератор на транзисторе MRF284, при мощности всего около 2-х ватт — легко сжигает кожу рук, в чем вы можете убедиться на этом видео:

При некотором опыте и достаточной мощности генератора, на конце резонатора, можно зажечь т.н. «факел» — небольшой плазменный шарик, который будет подпитываться ВЧ-энергией генератора. Для этого достаточно просто поднести зажженную спичку к острию резонатора.

Т.н. «факел» на конце резонатора.

Помимо этого, можно зажечь ВЧ-разряд между резонаторами. В некоторых случаях, разряд напоминает крошечную шаровую молнию хаотично перемещающуюся по всей длине резонатора. Как это выглядит вы можете увидеть ниже. Несколько увеличивается потребляемый ток и во всем доме «гаснут» многие каналы эфирного телевидения))).

Плазменная дуга между резонаторами ВЧ-генератора на транзисторе MRF284

Применение устройства

Конечно, данный ВЧ-генератор — не отличается особой стабильностью частоты. Разница частот может достигать 100-200 МГц при использовании модулятора или без него. Но при желании, потратив время на настройку и подбор расстояния между резонаторами, можно добиться стабильности частоты +/- 2-10 МГц. Главная ценность данного генератора — получение достаточно высокой мощности ВЧ, при использовании минимума деталей. В зависимости от типа применяемого транзистора, устройство может генерировать достаточно значительную мощность. В команде TeslaCoilRu, подобное устройство применено для ионизации различных смесей газов в плазменных шарах. Это смотрится фантастично, посмотрите фотографии и видео на их сайте.

Помимо этого, наш генератор может быть применен для изучения воздействия ВЧ-излучения на различные устройства, бытовую аудио и радиоаппаратуру с целью изучения их помехоустойчивости. Ну и конечно, с помощью данного генератора можно послать сигнал в космос, но это уже другая история…

Все материалы по автогенератору ВЧ (схема, плата) вы можете взять здесь в формате Visio. Настоятельно рекомендую начинать эксперименты с небольшими транзисторами (типа MRF284 или MRF6522). Они легко возбуждаются на частотах до 1600-1800 МГц и не очень критичны к форме резонаторов. Большие транзисторы требуют значительной мощности на затворе для поддержания автогенерации, то есть резонатор должен быть достаточно крупным. Помните, что нельзя допускать КЗ резонаторов, это приведет к выходу транзистора из строя. В большей части случаев, подстроечный конденсатор можно не использовать — хватает паразитных емкостей на плате. Но при навесном монтаже этот конденсатор может понадобиться. Экспериментируйте и у вас все получится!

Источник