Простая схема АРУ на МОП-транзисторе

26 апреля 2021

Некоторое время назад мы узнали, как сделать АРУ на основе фоторезистора. Схема работает, но имеет недостатки. Во-первых, не всякий радиолюбитель держит в запасах фоторезисторы, что при прочих равных снижает повторяемость. Во-вторых, схема требует манипуляций с термоусадками и термоклеем. Это затрудняет ее применение в массовом производстве. Оказывается, что есть схема, лишенная названных недостатков, и работающая ничем не хуже.

Схема впервые встретилась мне в статье «A Simple 20M QRP SSB Transceiver», написанной Robert Seiler, HB9TSE, и опубликованной в журнале SPRAT за лето 2006-го года. Статья вошла в книгу «The Low Power SPRAT Book». Идея приписывается David Forsman, WA7JHZ:

Схема АРУ на МОП-транзисторе BS170 / 2N7000

Полную модель для LTspice вы можете скачать здесь.

Перед нами копия схемы УНЧ из статьи о супергетеродинном приемнике, только в нижней части были добавлены пять компонентов, реализующих АРУ. Чем выше уровень сигнала, выходящего с УНЧ на динамик, тем выше напряжение на затворе BS170 (даташит [PDF]). Зависимость можно подстроить потенциометром R8-R9. При достижении Vgs(th) транзистор открывается, ток начинает течь со стока на исток. В результате уровень сигнала, входящего на УНЧ, падает, и, как результат, падает уровень выходного сигнала. Номиналы C8 и R10 определяют время срабатывания АРУ.

Фактически, BS170 здесь работает, как переменный резистор, управляемый напряжением на затворе:

BS170, как переменный резистор, управляемый напряжением

Зависимость Vds от Id для токов порядка 10-100 мА практически линейная, как у резистора. Чем больше Vgs, тем круче график. Это означает меньшее отношение Vds/Id, то есть, меньшее сопротивление.

Вместо BS170 может быть использован 2N7000. В его даташите [PDF] вы найдете график, аналогичный приведенному выше. Смотри также комментарии в полной версии модели для LTspice.

Схема была опробована в самодельном SSB-трансивере. В ходе экспериментов были получены такие графики:

Схема зависимости выходного сигнала от входного, с включенным АРУ и без

По оси OX — уровень сигнала, подаваемого в трансивер (S9 = -73 dBm), по оси OY — размах сигнала на выходе УНЧ при максимальной громкости. Красный и синий графики соответствуют выключенному и включенному АРУ соответственно. Сигнал с размахом 1 Vpp — это хороший, разборчивый сигнал, при котором уже хочется немного убавить громкость. Размах 2 Vpp — это очень громко, но еще без негативных последствий для ушей. Таким образом, схема успешно защищает оператора от оглушения.

Работа схемы зависит от напряжения питания. Если вы планируете использовать трансивер в полевых условиях и питать его от аккумулятора, требуется добавить регулятор напряжения. LM7805 вполне подойдет. Схема чувствительна и к температуре. При нагреве BS170 размах выходного сигнала становится на ~30% ниже, а при охлаждении — на ~30% выше. С практической точки зрения это не проблема, если только вы не планируете использовать схему в экстремальных условиях. Еще будет неплохой идеей компенсировать потерю чувствительности. Для этого в приемном тракте нужно добавить ступень усиления на 10-20 dB.

Метки: , , .