Шпионские штучки или секреты тайной радиосвязи

Шпионские штучки

или

секреты тайной
радиосвязи

Москва, 2010

Адаменко М. В.

УДК 004.438
ББК 32.973.26018.2
Б 28

Адаменко М. В.
Шпионские штучки или секреты тайной радиосвязи. – М.: ДМК
Пресс, 2010. – 155 с.

ISBN 9785940746010

В предлагаемой книге рассматриваются особенности схемотехнических решений, применяемых при создании миниатюрных транзисторных радиопередающих устройств. В соответствующих главах
приводится информация о принципах действия и особенностях
функционирования отдельных узлов и каскадов, принципиальные
схемы, а также другие сведения, необходимые при самостоятельном
конструировании простых радиопередатчиков и радиомикрофонов. Отдельная глава посвящена рассмотрению практических конструкций транзисторных микропередатчиков для систем связи
малого радиуса действия.
Книга предназначена для начинающих радиолюбителей, интересующихся особенностями схемотехнических решений узлов и каскадов миниатюрных транзисторных радиопередающих устройств.

УДК 004.438
ББК 32.973.26018.2

Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена
в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами без письменного
разрешения владельцев авторских прав.
Материал, изложенный в данной книге, многократно проверен. Но, поскольку вероятность технических ошибок все равно существует, издательство не может гарантировать абсолютную точность и правильность приводимых сведений. В связи с этим
издательство не несет ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги.

© Адаменко М. В., 2010
ISBN 9785940746010
© Оформление, ДМК Пресс, 2010

СОДЕРЖАНИЕ

От автора.............................................................................................................................. 5
Предисловие ...................................................................................................................... 6
Список сокращений и обозначений .................................................................... 8
1

 Микрофоны................................................................................................................ 9
1.1. Общие сведения ......................................................................................10
Назначение, принцип действия и составные части .......................10
Классификация микрофонов ................................................................12
Основные технические характеристики ............................................15
1.2. Особенности применения микрофонов ....................................18
Подключение и согласование ................................................................18
Цепи формирования напряжения питания ......................................22

2

  Микрофонные усилители ...............................................................................24
2.1. Назначение и основные характеристики
микрофонного усилителя ...........................................................................25
2.2. Усилительный каскад на транзисторе .......................................27
Принцип действия .....................................................................................27
Стабилизация положения рабочей точки транзистора ................32
Микрофонный усилитель на полевом транзисторе ......................39
2.3. Двухкаскадные микрофонные усилители ...............................42
Усилители с непосредственной связью .............................................42
Микрофонные усилители с согласующим каскадом ....................51

3

  Генераторы сигнала высокой частоты....................................................54
3.1. Общие сведения ......................................................................................55
Назначение и принцип действия..........................................................56
Состав и классификация .........................................................................58
Основные характеристики .....................................................................62
Обеспечение стабильности частоты ВЧгенератора .....................64
3.2. Генераторы с резонансными LCконтурами...........................66
LCгенераторы с индуктивной связью ...............................................66
LCгенераторы с емкостной связью.....................................................71
Трехточечные LCгенераторы ...............................................................73
LCгенераторы на полевых транзисторах ..........................................83
3.3. Генераторы с кварцевой стабилизацией частоты ................87
Кварцевый резонатор в ВЧгенераторе ..............................................87
Трехточечные кварцевые генераторы .................................................90
Генераторы последовательного резонанса ........................................99

СОДЕРЖАНИЕ
4

4

  Модуляторы высокочастотного сигнала ........................................... 105
4.1. Общие сведения ................................................................................... 106
Основные понятия и определения.................................................... 107
Виды модуляции ..................................................................................... 108
Основные способы модуляции .......................................................... 110
4.2. Модуляция с помощью варикапа ............................................... 112
Принцип действия и основные параметры варикапа................. 113
Основные схемы включения варикапа ........................................... 114
4.3. Модуляция сигнала LCгенераторов ........................................ 117
Модуляция сигнала LCгенераторов с индуктивной
и емкостной связью ................................................................................ 118
Модуляция сигнала трехточечных LCгенераторов ................... 120
Варикапы в модуляторах LCгенераторов ..................................... 122
4.4. Модуляция сигнала ВЧгенераторов
с кварцевой стабилизацией частоты .................................................. 124
Амплитудная модуляция ..................................................................... 125
Частотная модуляция ............................................................................ 127

5

  Простые транзисторные радиопередающие устройства ......... 131
5.1. Радиопередатчики на одном транзисторе.............................. 132
Радиопередатчики на биполярном транзисторе .......................... 133
Радиопередатчики на полевом транзисторе .................................. 139
5.2. Простые радиомикрофоны ............................................................. 142
Радиомикрофоны на двух биполярных транзисторах ............... 142
Радиомикрофоны с модулятором на варикапе ............................ 148

ОТ АВТОРА

Уважаемые читатели!
Прежде чем вы начнете читать данную книгу, считаю необходимым ознакомить вас со следующей информацией.
Любые оценки, мнения, рекомендации, высказанные в этой книге,
являются личными оценками, мнениями автора и не могут рассматриваться как реклама или антиреклама.
Автор старался предоставлять точную и проверенную информацию, однако не может гарантировать полную достоверность изложенных в книге материалов, схем и рисунков. Предлагаемые описания
физических процессов и принципов функционирования, определения и разъяснения не претендуют на академическую точность, поскольку данная книга представляет собой не учебник, а популярное
издание, предназначенное для широкого круга читателей, часто не
обладающих достаточно глубокими знаниями рассматриваемой тематики.
Ссылки, а также иные сведения даются исключительно в информационных целях.
Вся информация, изложенная в данной книге, приводится «как
есть» (as is) с возможными ошибками, без гарантий любого вида,
прямо выраженных или подразумеваемых. Поэтому ни автор, ни издательство не несут ответственность за возможные последствия,
вызванные использованием приведенных в данной книге материалов, рисунков, схем и иной информации, в том числе за любые прямые или косвенные убытки, возникшие в результате практического
или теоретического применения сведений, изложенных в этой книге.
Использование рисунков и схем, приводимых в этой книге, а также иной изложенной в ней информации осуществляется читателем
на собственный страх и риск с возложением на него ответственности за все возможные последствия, в том числе за возникшие у него
или у третьих лиц прямые или косвенные убытки.

С уважением и наилучшими пожеланиями,
М.В. Адаменко

Одним из самых перспективных направлений современной радиоэлектроники, без сомнения, является разработка и создание высокочастотной аппаратуры радиосвязи, бурному развитию которого не
смогло воспрепятствовать даже появление систем мобильной телефонии и спутниковой связи. Естественно, особый интерес к высокочастотной технике проявляют и радиолюбители. В настоящее время
в специализированной литературе, реагирующей на повышенный спрос
к данной теме, постоянно публикуются описания различных конструкций, начиная от простейших радиомикрофонов (так называемых
«жучков») и заканчивая сравнительно сложными системами радиосвязи.
К сожалению, весьма существенным недостатком большинства
предлагаемых вниманию заинтересованных читателей публикаций
является практически полное отсутствие описания не только теоретических основ протекающих при работе таких устройств физических процессов, но и основополагающих принципов функционирования отдельных узлов и каскадов. В то же время стиль изложения
соответствующей информации в пособиях, предназначенных для
студентов средних и высших специальных учебных заведений, не
всегда понятен и доступен в первую очередь начинающим радиолюбителям, часто не имеющим достаточной специальной теоретической подготовки.
В результате многие радиолюбители не имеют возможность получить интересующую их информацию по вопросам, касающимся
особенностей схемотехнических решений, применяемых в современных средствах радиосвязи, в том числе и в транзисторных радиопередающих устройствах, принципов их работы, основных технических параметров и возможностей. Отсутствие необходимой
информации препятствует радиолюбителям получить соответствующие теоретические знания и практические навыки, необходимые не
только для повторения описываемых в специализированной литературе устройств, но и для разработки собственных конструкций.
 В предлагаемой вниманию читателей книге автор постарался собрать и обобщить основополагающие сведения, касающиеся особенностей схемотехнических решений, наиболее часто применяемых при
разработке миниатюрных транзисторных радиопередающих устройств. В соответствующих разделах отдельных глав приводится
информация о принципах действия и особенностях функционироПРЕДИСЛОВИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ

вания отдельных узлов и каскадов, принципиальные схемы, а также
другие сведения, необходимые при самостоятельном конструировании простых радиопередатчиков и радиомикрофонов. Отдельная
глава посвящена рассмотрению практических конструкций простых
транзисторных микропередатчиков для систем связи малого радиуса действия.
Необходимо отметить, что миниатюрные радиопередающие устройства, конструкции которых рассмотрены в данной книге, могут
использоваться на вполне законных основаниях в составе домашних
систем связи, предназначенных для прослушивания помещений в доме или квартире. Такие микропередатчики могут применяться, например, для прослушивания детской комнаты или в составе системы сигнализации для получения звукового сигнала из охраняемого
помещения. Миниатюрные радиопередающие устройства могут использоваться в домах и на дачных участках в составе беспроводного
звонка или интеркома. Помимо этого радиомикрофоны, отличающиеся от простых микропередатчиков более качественной передачей звукового сигнала, применяются, например, при озвучивании
презентаций, дискотек и других массовых мероприятий.
Конечно же, недобросовестные граждане могут попытаться применить описанные далее радиопередатчики для несанкционированного
прослушивания. Однако таким «радиолюбителям» автор рекомендует помнить о возможных весьма неблагоприятных последствиях.
Внимание! Применение любой из описываемых далее конструкций в качестве специального технического средства для
негласного получения информации или несанкционированного прослушивания, а также ее производство, сбыт и/или приобретение (в том числе и в целях сбыта), ввоз и вывоз для
осуществления указанных деяний преследуется в соответствии с действующим административным и уголовным законодательством Российской Федерации.

АМ
амплитудная модуляция
АМдиапазон
диапазон длинных и средних волн
АПЧ
автоматическая подстройка частоты
АЧХ
амплитудночастотная характеристика
ВЧ
высокая частота
ВЧгенератор
генератор колебаний высокой частоты
ВЧсигнал
сигнал высокой частоты
ВЧусилитель
усилитель сигналов высокой частоты
ДВ
длинные волны
ДН
диаграмма направленности
КПД
коэффициент полезного действия
МУ
микрофонный усилитель
НЧ
низкая частота
НЧсигнал
сигнал низкой частоты
НЧусилитель
усилитель сигналов низкой частоты
ООС
отрицательная обратная связь
ОС
обратная связь
ПОС
положительная обратная связь
СВ
средние волны
УВЧ
усилитель сигналов высокой частоты
УКВ
ультракороткие волны
УКВдиапазон
диапазон 64,0–74,0 МГц
УНЧ
усилитель сигналов низкой частоты
ЧМ
частотная модуляция

FM
частотная модуляция
FMдиапазон
диапазон 88,0–108 МГц
GND
шина корпуса (общий провод)
IN
вход
LW
длинные волны
MW
средние волны
OUT
выход
SA
выключатель
WA
антенна

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
И ОБОЗНАЧЕНИЙ

СТРАНИЦА
ГЛАВА

МИКРОФОНЫ
1

Микрофонные усилители

Генераторы сигнала высокой частоты

Модуляторы высокочастотного
сигнала

Простые транзисторные
радиопередающие устройства

2
3
4

5

24

54

105

131

МИКРОФОНЫ
10

В малогабаритных радиопередатчиках непосредственное преобразование звуковых колебаний или акустических сигналов в электрический сигнал осуществляется с помощью специальных акустикоэлектрических преобразователей. Чаще всего в роли таких
преобразователей выступают хорошо известные микрофоны различных типов, обеспечивающие преобразование энергии акустических колебаний окружающей среды в переменный электрический
ток звуковой частоты. В данной главе рассматриваются особенности
применения некоторых типов микрофонов в миниатюрных транзисторных радиопередающих устройствах.
В специализированной литературе и в сети Интернет можно найти немало описаний конструкций радиопередатчиков, в которых
в качестве подобных преобразователей используются и другие
устройства, например, динамические головки громкоговорителей.
Однако рассмотрение основных принципов их функционирования
выходит за рамки данной книги.

1.1. Общие сведения

Правильный выбор и корректная эксплуатация микрофона для радиопередающего устройства невозможны без знания некоторых основополагающих сведений о нем. Поэтому в данном разделе изложены
основные критерии классификации микрофонов, а также рассмотрены конструктивные особенности некоторых типов миниатюрных
микрофонов, применяемых в транзисторных микропередатчиках.
Особое внимание уделено основным параметрам и характеристикам,
которые имеют решающее значение при выборе микрофона для создаваемой в радиолюбительских условиях конструкции. Необходимо
отметить, что подробное описание теоретических основ функционирования микрофонов различных типов, к сожалению, выходит за
рамки предлагаемого издания в связи с его ограниченным объемом.
Поэтому принципы работы таких устройств будут рассмотрены весьма упрощенно, не претендуя на академическую точность.

Назначение, принцип действия
и составные части

Микрофон, используемый в миниатюрном радиопередающем устройстве, а также в звукозаписывающей и звуковоспроизводящей ап11

паратуре, предназначен для преобразования акустического сигнала
в электрический низкочастотный сигнал. В процессе реализации такого преобразования на вход микрофона поступает акустический
сигнал, а на его выходе формируется электрический сигнал соответствующей частоты. Иными словами, микрофон представляет собой
специальное устройство, с помощью которого осуществляется преобразование энергии акустических колебаний воздушной или иной
окружающей среды в электрическую энергию сигналов звуковой частоты.
Принцип действия обычного микрофона весьма прост и заключается в том, что акустический сигнал, проявляющийся в виде соответствующего изменения акустического давления, воздействует на
чувствительный механический элемент специального акустикоэлектрического или механикоэлектрического преобразователя, являющегося основным элементом любого микрофона. В качестве такого элемента может выступать, например, мембрана с диафрагмой.
Перемещение механического элемента в пространстве регистрируется электрической частью преобразователя, где происходит непосредственное формирование электрического сигнала звуковой частоты. Помимо акустикоэлектрического преобразователя в состав
конструкции микрофона входят и другие функциональные узлы,
обеспечивающие его работу с требуемыми параметрами и характеристиками.
Таким образом, конструктивно практически любой микрофон
можно представить как устройство, которое состоит из акустикоэлектрического преобразователя с чувствительным элементом (например, мембрана с диафрагмой), арматуры (корпус и другие элементы механической конструкции), согласующего устройства и
вспомогательных узлов (например, кабели и разъемы). Помимо этого, в состав, например, конденсаторных микрофонов входит специальный источник питания. Соответствующие цепи питания и усилительные каскады являются неотъемлемой частью микрофонов со
встроенным усилителем.
В процессе преобразования акустического сигнала в электрический
сигнал в отдельных функциональных узлах микрофона происходят
определенные физические процессы, в соответствии с которыми практически любой современный микрофон можно представить как совокупность функциональных каскадов или звеньев. Первым из них
является приемник звуковых или акустических колебаний, обеспечивающий прохождение звуковых волн, поступающих с определенного

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

МИКРОФОНЫ
12

направления, на последующие узлы микрофона. Этот узел определяет характеристику направленности микрофона. Далее звуковые волны
проходят на специальный каскад, часто называемый акустикомеханическим звеном, от параметров которого в значительной степени
зависит частотная характеристика чувствительности микрофона. Непосредственное преобразование механических колебаний в электрические волны происходит в так называемом электромеханическом
преобразователе, от параметров которого зависит чувствительность
микрофона. Согласование выходных характеристик этого преобразователя с входными характеристиками последующего усилительного
каскада обеспечивает специальный выходной электрический каскад,
который в некоторых моделях микрофонов может использоваться
для корректировки амплитудночастотной характеристики.

Классификация микрофонов

В специализированной радиотехнической литературе можно найти
различные критерии и, соответственно, системы классификации
микрофонов. Однако ограниченный объем данной книги не позволяет подробно рассмотреть даже некоторые из них. Поэтому далее
остановимся лишь на важнейших критериях и признаках, чаще всего используемых в качестве основы для классификации микрофонов, применяемых в миниатюрных радиопередатчиках.
Одним из основных критериев, применяемых при классификации
микрофонов, является способ воздействия звуковых колебаний на
чувствительный элемент акустикоэлектрического преобразователя.
Часто классификацию по такому принципу называют классификацией по типу приемника. В соответствии с этим критерием микрофоны делятся на приемники давления, приемники градиента давления, комбинированные приемники и приемники с изменяемой
диаграммой направленности.
В приемниках давления воздействие акустического сигнала и, соответственно, акустического давления на чувствительный элемент
может осуществляться только с одного направления, а именно со
стороны источника звукового сигнала или с фронтальной стороны.
В таких микрофонах амплитуда перемещения чувствительного элемента не зависит от направления и удаленности источника сигнала,
а только от величины акустического давления. Приемники давления обычно имеют круговую или вытянутую диаграмму направленности и часто называются ненаправленными микрофонами.

Использование специальных конструктивных решений в приемниках градиента давления обеспечивает возможность воздействия
акустического сигнала на чувствительный элемент не только с фронтальной, но и с тыльной стороны. При этом амплитуда перемещения
чувствительного элемента не зависит от величины акустического
давления, а определяется лишь разницей величин давлений перед
чувствительным элементом и за ним. Чем больше эта разница (перепад давления или градиент), тем больше переместится, например,
мембрана. Таким образом, у приемников градиента давления, часто
называемых градиентными микрофонами, отклонение положения
чувствительного элемента и, соответственно, величина выходного
напряжения в определенной степени зависят от направления на источник акустического сигнала. Эта зависимость определяет форму
диаграммы направленности. В зависимости от конструктивных особенностей градиентные микрофоны имеют диаграмму направленности в форме так называемой «восьмерки» и часто называются микрофонами с двусторонней диаграммой направленности.
В комбинированных приемниках или комбинированных микрофонах, представляющих собой комбинацию механических конструкций чаще всего двух микрофонов, с помощью специальных конструктивных решений удается получить одностороннюю диаграмму
направленности. Так, например, совместное использование в одном
корпусе приемника давления и приемника градиента давления позволяет сложением их диаграмм направленности круговой формы и
«восьмерки» сформировать диаграмму в форме кардиоиды, то есть
диаграмму с односторонней направленностью.
В отдельную группу, по мнению автора, следует выделить микрофоны с переменной диаграммой направленности. Необходимо отметить, что некоторые специалисты считают микрофоны с переменной
ДН лишь разновидностью комбинированных микрофонов, поскольку и в том, и в другом случае конструктивная или механическая
часть таких устройств представляет собой комбинацию двух микрофонов. Однако подобное объединение в одну группу комбинированных микрофонов и микрофонов с переменной диаграммой направленности можно считать достаточно спорным. Дело в том, что
в комбинированных микрофонах жестко связаны между собой не
только механические элементы, но и «жестко» объединены и неизменны электрические схемы включения электромеханических
преобразователей. В микрофонах с переменной диаграммой направленности, конструктивно также состоящих обычно из двух микроОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ