Foxiss Продолжение статьи о ГИР, когда транзисторы стали доступны, их почти сразу же начали применять в качестве активных элементов в ВЧ-генераторах, и, разумеется, в ГИР тоже. Название прибора официально вынужденно сократилось до дип-метр (или grid dip meter, GDM) поскольку у транзистора нет сеточного электрода. (Другое дело, что в разговорной речи название GDO сохранилось до наших дней.)
С появлением нового прибора мир изменился и в отношении этого типа устройств. Биполярный транзистор (будь то структуры PNP или NPN) во многих отношениях отличается от электронной лампы. Транзистор по своей сути является токоуправляемым прибором, то есть для управления током коллектора требуется соответствующий ток базы. С точки же зрения GDO, это низкоомный прибор, в базу которого течёт постоянный ток в зависимости от того, существует генерация или нет.
Хотя в транзисторе переход Б-Э можно рассматривать как диод, аналогию с выпрямлением сетка–катод провести нельзя, поскольку значительная часть тока базы задаёт рабочую точку, а следствием этого является то, что для питания стрелочного прибора постоянным током необходим очень чувствительный индикатор, что тоже имеет свои «тонкости».
Первоначально для этой цели использовались германиевые диоды (например, 1N34A), которые в наши дни (если следовать этой схемотехнической структуре) были заменены кремниевыми диодами Шоттки. Начальный вариант на германиевых транзисторах показан на рисунке выше 2. В своё время в США в качестве коммерческого продукта был доступен дип-метр на двухполюсном приборе — туннельном диоде (модель Heathkit HM-10-A).
В этом случае использовался генератор на туннельном диоде, а в качестве ВЧ-детектора применялся отдельный диод общего назначения, который обеспечивал постоянный ток для измерительного прибора. Учитывая курьёзный характер этого решения, тут также будет представлена конструкция на лямбда-диоде, соответствующая современному уровню.
Продолжение статьи о ГИР на полевых транзисторах (JFET)
Следующим этапом эволюции ГИР стало применение полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом (JFET). В отличие от биполярных транзисторов, JFET является напряжением управляемым прибором, что делает его гораздо более похожим на электронную лампу по своим характеристикам.
Входное сопротивление JFET очень высокое, а значит, он оказывает минимальное шунтирующее влияние на колебательный контур — это критически важно для сохранения добротности и точности измерений.
В продолжение статьи о ГИР на JFET обычно используется классический генератор Колпитца или Хартли, где полевым транзистором управляет напряжение на затворе. Индикация (провала) может осуществляться как по току стока, так и с помощью отдельного детектора.
Благодаря высокому входному сопротивлению, JFET-версии ГИР обеспечивают более стабильную работу в широком диапазоне частот и меньше нагружают измеряемый контур по сравнению с биполярными аналогами. На рисунке показан типовой вариант реализации ГИР на полевых транзисторах.
Такие конструкции получили широкое распространение в любительской практике в 1970–80-х годах и остаются актуальными благодаря своей простоте, надёжности и хорошим параметрам.
JFET был (и остаётся по сей день) тем полупроводниковым прибором, который ведёт себя в ГИР так же, как когда-то электронная лампа. Более того, его (сокращённое) название даже может вернуться к GDO, поскольку в этом случае уместно название Gate-DIP Oscillator (Meter)!
Как и электронная лампа, JFET требует напряжения на затворе (gate) для управления током стока (по аналогии с анодным током), а его переход G-S также можно уподобить тому самому сеточному выпрямлению. Благодаря этому N-канальный JFET, работающий от гораздо более низкого напряжения, можно поставить на место триода в старой ламповой конструкции.
Разумеется, после значительного снижения «анодного напряжения» — и он в большинстве случаев сразу же станет работоспособным. Ранние JFET имели ограниченное применение в верхних диапазонах УКВ, но прогресс принёс решение и в этой области.
Первым шагом стало использование транзисторов семейства 2N3821–2N3823 (Texas Instruments), а затем один за другим стали появляться современные, недорогие и доступные варианты. На рисунке показаны реализации ГИР на N-канальном JFET с различными типами включения.
ГИР на MOSFET
MOSFET, в отличие от JFET, не содержит диода затвор–исток в привычном понимании, поэтому здесь мы также сталкиваемся с конструктивным изменением. В то же время можно сказать, что уже с самого начала довольно многие типы MOSFET были пригодны для создания приборов, работающих вплоть до УКВ-диапазона.
Компании RCA и Motorola разработали ряд N-канальных MOSFET (обеднённого типа) для телевизионных тюнеров, и поэтому они оказались вполне доступными по цене для использования в ГИР, например, как показано на рисунке.
Поскольку этот прибор не содержит диода G-S, выпрямление ВЧ-сигнала здесь также необходимо выполнять с помощью отдельного диода. Двухзатворный MOSFET также хорошо подходит для применения в ГИР, а в качестве «бонуса» второй затвор можно использовать для регулировки уровня генерации (чувствительности).
Прочие технические соображения
Помимо выбора активного элемента (лампа, биполярный транзистор, JFET, MOSFET), при проектировании и изготовлении ГИР необходимо учитывать целый ряд других важных факторов.
К ним относятся: конструкция и исполнение колебательного контура (катушки индуктивности и конденсаторы), способ связи с измеряемым внешним контуром, тип индикаторного устройства (стрелочный прибор, светодиодная шкала, цифровой индикатор), а также вопросы питания и экранирования.
Особого внимания заслуживает широкодиапазонное перекрытие — от длинных волн до УКВ, что требует сменных катушек или тщательно продуманной схемы переключения диапазонов. Немаловажную роль играет и стабильность частоты генератора, особенно при точных измерениях, а также защита от влияния рук оператора и внешних полей. В следующих статьях подробнее остановимся на некоторых из этих аспектов. Начало здесь.
