Реверсивный УНЧ с равнозначным и обратимым входом и выходом
Реверсивный УНЧ — это электронные устройства, вход и выход которых обратимы и равнозначны. Такие устройства — двух- или трехполюсники (без учета цепей питания) способны выполнять свои функции, например, передавать несущий информацию сигнал, как в прямом (от входа к выходу), так и в обратном направлении.
Среди семейства обратимых (реверсивных) устройств по степени их сложности можно выделить диодно-резистивные аттенюаторы, симметричные регуляторы напряжения, реверсивные преобразователи и регенераторы логических уровней [1, 2], фильтры [3], регуляторы уровня сигнала [4], усилители на негаваристорах [1, 5] и операционных усилителях [6].
Помимо перечисленных выше устройств на страницах русскоязычных журналов можно найти многочисленные статьи, посвященные созданию и применению высокочастотных реверсивных УНЧ и смесителей в технике радиосвязи [7-12]. Особенностью всех этих устройств является то, что переключение их с приема на передачу происходит при помощи реле или переключателей.
Реверсивный УНЧ, Рисунки 1 и 2, отличается тем, что смена направления передачи сигнала происходит автоматически, в соответствии с появлением сигнала на любом из входов (выходов) устройства.
Подробно о работе реверсивного УНЧ
Рассмотрим работу реверсивного УНЧ, Рисунок 1, при прохождении сигнала от Входа1 к Выходу1. Входной сигнал через нормально замкнутые контакты электронного переключателя S1.1 поступает на вход усилителя УНЧ1. С выхода УНЧ1 сигнал поступает на автоматический коммутатор входных и выходных цепей усилителей VOX1, управляемый входным сигналом.
Коммутатор по традиции, принятой в технике связи, обозначен аббревиатурой VOX (Voice Operated exchange), что подразумевает систему голосового управления в аппаратуре радиосвязи. На самом деле этот автоматический коммутатор способен работать от любого электрического сигнала, полоса частот которого вписывается в полосу рабочих частот реверсивного УНЧ.
Сигнал с выхода VOX1, сменивший исходный логический уровень с «нуля» на «единицу», поступает на электронный переключатель S2.1, переводя его в замкнутое состояние. Одновременно сигнал с выхода VOX1 через инвертор подается на электронный переключатель S2.1, переводя его в разомкнутое состояние. В итоге сигнал с Входа1 беспрепятственно проходит на Выход1.
Принципиальная схема реверсивного УНЧ
Далее предположим, что сигнал на Входе 1 отсутствует, устройство вернулось в исходное состояние. Если на Вход 2 поступит сигнал, повторится цепочка аналогичных процессов, в которых задействованы электронные переключатели S2.1, S1.2, S1.1, усилитель УНЧ2, система VOX2 с инвертором. В итоге сигнал с Входа2 проходит на Выход2. При поступлении сигналов на оба входа приоритет передачи остается за тем сигналом, который поступил на вход раньше другого.
На Рисунке 2 показана электрическая схема реверсивного УНЧ. Коэффициент передачи усилителей УНЧ1 и УНЧ2 определяется отношением сопротивлений резисторов R2/R1 = R9/R10 = 100 (40 дБ). Полоса частот, усиливаемых устройством на уровне -3 дБ, составляет 70 Гц … 11.2 кГц. В качестве инверторов логических уровней используются каскады на транзисторах VT1 и VT2, а в качестве электронных переключателей S1.1, S1.2, S2.1, S2.2 — микросхема CD4066. Диоды VD1 и VD6 ограничивают напряжение на управляющих входах микросхемы до напряжения питания.
Емкость конденсаторов С1 и С5 определяет нижнюю границу диапазона усиливаемых частот. Понижать эту границу не рекомендуется в связи с тем, что система VOX будет срабатывать только на самые высокоамплитудные сигналы. Верхняя граница частотного диапазона обусловлена применением в УНЧ дешевой и заметно устаревшей микросхемы LM3303 (LM3403). При использовании высокочастотных микросхем и принятии мер защиты от возникновения емкостных положительных обратных связей реверсивный усилитель сможет работать до частот в десятки МГц.
Уровень входных сигналов реверсивного усилителя должен лежать в пределах от 1 мВ до 80 мВ. Реверсивный УНЧ, Рисунок 2, может быть использован в составе переговорных устройств, в технике радиосвязи и, при некоторой доработке, в системах обмена аналоговыми или цифровыми данными.