Реверсивный УНЧ

Приведена схема реверсивного усилителя низких частот, построенного по симметричной схеме. Отличительной особенностью усилителя, обеспечивающего реверсивность его работы, является использование автоматических коммутаторов входных и выходных цепей усилительных каскадов, управляемых входными сигналами.

Реверсивные устройства – 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 усилителей 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.

Структурная схема реверсивного УНЧ.
Рисунок 1. Структурная схема реверсивного УНЧ.
Реверсивный усилитель, Рисунки 1 и 2, отличается тем, что смена направления передачи сигнала происходит автоматически, в соответствии с появлением сигнала на любом из входов (выходов) устройства.

Реверсивный усилитель низких частот.
Рисунок 2. Реверсивный усилитель низких частот.
Рассмотрим работу реверсивного усилителя, 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 усилителя.

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.

Далее предположим, что сигнал на Входе1 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.

Литература
Shustov M.A., Shustov A.M. Electronic Circuits for All. – London: Elektor International Media BV, 2017. – 397 p.; Elektronika za sve: Priručnik praktične elektronike. – Niš: Agencija EHO, 2018. – 392 St.
Шустов М.А. Реверсивные регенераторы логического уровня // Радиомир. – 2011. – № 4. – С. 14–15.
Шустов М.А. Активный перестраиваемый реверсивный фильтр // Радиолюбитель. – 2018. – № 7. – С. 17.
Шустов М.А. Обратимые регуляторы уровня сигнала на ±n дБ // Радиолюбитель. – 2018. – № 8. – С. 9.
Шустов М.А. НЧ-усилители на негаваристорах // Радиомир. – 2009. – № 4. – С. 8–10.
Шустов М.А. Полностью реверсивный усилитель на ОУ // Радиолоцман. – 2018. – № 10. – С. 46–47.
Артеменко В.А. Радио. – 2001. – № 5. – С. 65; 2002. – № 1. – С. 66–67; Радиоаматор. – 1997. – № 4. – С. 35–37; 1997. – № 5. – С. 36–37; 1998. – № 4. – С. 18–19; 1998. – № 8. – С. 20–21; 2000. – № 3. – С. 19–20. 2000. – № 11. – С. 49–50; 2002. – № 1. – С. 46–48; 2002. – № 4. – С. 47–48; 2005. – № 1. – С. 47–49: KB журнал. – 1998. – № 3. – С. 31–34.
Васильев В. Радио. – 1983. – № 3. – С. 63; Радио. – 1980. – № 10. – С. 20–21; Радио. – 1984. – № 2. – С. 20–21.
Лазовик В. Радиодизайн 1998. – № 2. – С. 9–11; Радиолюбитель. КВ и УКВ. – 1998. – № 9. – С. 26–29; № 10. – С. 19–22; KB журнал. – 1998. – № 5. – С. 25–26.
Родин В. Радиодизайн. – 1996. – № 1. – С. 3–9; 1996. – № 2. – С. 3–6.
Поликарпов И. Реверсивный усилитель // Радиодизайн. – 1997. – № 1. – С. 30–31.
Гордиенко В. Реверсивный смеситель // Радиолюбитель. – 1991. – № 11. – С. 14.

Михаил Шустов, г. Томск