Загадочный «Блок №20»

История эта началась на пермском «Металлорынке», когда я обнаружил на одном из развалов пару блоков от явно армейской аппаратуры. Хозяин развала объяснил, что в прошлой жизни эти блоки были генераторами опорной частоты радиостанции «Глёт». Так за символическую плату я стал обладателем двух герметично запаянных модулей с маркировкой «Блок №20» на крышках.

Оживляем блоки

Это была классическая покупка кота в мешке: схема подключения отсутствовала, восстановить схему электрическую принципиальную по монтажу возможности не было, поскольку блоки были герметично запаяны. Документации на радиостанцию в доступе не обнаружилось совсем, однако у одного из знакомых радиолюбителей нашлась нарисованная от руки схема «Блока №20», из которой удалось понять, что и как на этот блок подать, и что с него в результате можно получить.

При подаче на вывод «4» напряжения питания +6,3 В на выводе «3» блока появился сигнал с частотой 10 000 кГц и амплитудой 100 мВ. Второй блок тоже оказался рабочим, и если бы «синусоида» на его выходе не выглядела странно, разбирать его я бы ни за что не стал. А уже после того, как мне удалось с помощью стоваттного паяльника снять с блока крышку и извлечь из блока плату, я понял, что модуль разбирал не зря.

Увиденное мной однозначно стоило рассказа о том, как пятьдесят лет назад делали кварцевые генераторы со стабильностью в доли герца в широком диапазоне температур и на советской элементной базе.

Разбираем корпус

Две половинки корпуса блока изготовлены из лужёной меди штамповкой. Печатная плата из одностороннего фольгированного стеклотекстолита крепится внутри блока на стойках, припаянных к стенкам и дну корпуса.

На одной из боковых стенок корпуса «Блока №20» расположены три герметизированных вывода и два контакта. Общий провод — на корпусе блока. С вывода, обозначенного «3», снимается сигнал 10 000 кГц с амплитудой 100 мВ, на вывод «4» подаётся напряжение +6,3 В для питания кварцевого генератора, а на вывод «5» — напряжение +60 В для питания схемы термокомпенсации.

Электронная часть блока смонтирована из выводных компонентов, достаточно плотно расположенных на печатной плате. Часть компонентов распаяна на впрессованные в плату штырьки. Монтаж покрыт лаком в несколько слоёв. Блок кажется неубиваемым даже на вид.

Вся эта брутальность конструкции обусловлена предельно жёсткими требованиями стойкости военной носимой аппаратуры к внешним воздействующим факторам. Такая аппаратура должна работать при температуре от –50 °C до +50 °C, выдерживать перевозку всеми видами транспорта, перепады давления при десантировании, удары, падения и погружение в воду на глубину 1 м.

Разбираемся в схемотехнике

Вернёмся к схемотехнике «Блока №20». Реализация буферного каскада на двух транзисторах в правой части схемы была мне понятна сразу и полностью. Схема непосредственно самого кварцевого генератора отличалась от привычных моему глазу схем кварцевых генераторов на биполярных транзисторах, но была понятной хотя бы относительно. А вот «обвязка» кварцевого резонатора для моего понимания оказалась слишком сложной.

…генерируем…

Сначала попробуем разобраться со схемой генератора и его буферного каскада. «Обвязку» кварцевого резонатора пока исключим.

Генератор собран по схеме «емкостной трёхточки» на биполярном транзисторе VT1, включенным по схеме с общим коллектором (ОК). Высокое входное сопротивление схемы ОК и не совсем привычный способ подключения конденсаторов «трёхточки» нужны для минимизации шунтирования подключенного к базовым цепям транзистора кварцевого резонатора, и, соответственно, уменьшения влияния входного импеданса схемы генератора на частоту последовательного резонанса «кварца».

…буферизируем…

Буферный каскад реализован по каскодной схеме «общий эмиттер — общая база» (ОЭ — ОБ). Нижний транзистор каскада VT3 включён по схеме ОЭ, а верхний транзистор VT2 — по схеме ОБ. Нагрузкой нижнего по схеме транзистора является входное сопротивление верхнего. Выходной резонансный контур L3C13C14 с частотой резонанса 10 000 кГц включён в коллекторную цепь верхнего транзистора через отвод катушки. Резистор R19, включенный параллельно катушке L3 резонансного контура, препятствует самовозбуждению каскада.

Буферный каскад нужен для усиления сигнала генератора и ослабления влияния нагрузки на его параметры. Колебательный контур в составе каскада нужен для выделения первой гармоники сигнала генератора. Для эффективного подавления остальных гармоник этот контур должен иметь очень высокую добротность, то есть очень высокое соотношение запасаемой реактивными элементами контура энергии к рассеиваемой на активных элементах энергии потерь. Если пренебречь потерями в конденсаторах, катушка индуктивности высокодобротного резонансного контура должна иметь на частоте резонанса очень высокое реактивное сопротивление при очень низком сопротивлении по постоянному току.

Для согласования высокого входного сопротивления контура с гораздо меньшим по значению выходным сопротивлением буферного каскада от катушки индуктивности сделан отвод. Емкостной делитель на выходе блока необходим для согласования высокого выходного сопротивления буферного каскада с низким сопротивлением нагрузки блока. Подробно это всё изложено в [1].

Теперь обоснуем выбор в качестве буфера каскодной схемы ОЭ — ОБ. Каскад ОЭ на транзисторе VT3 обладает высоким коэффициентом усиления по току, но поскольку его нагрузкой является близкое к нулю входное сопротивление каскада ОБ, каскад ОЭ усиления по напряжению не имеет. Каскад ОБ на транзисторе VT2 усиления по току не обеспечивает, но зато обладает высоким коэффициентом усиления по напряжению. Таким образом, усиление каскодной схемы по мощности сопоставимо с усилением по мощности схемы ОЭ, нагруженной на резонансную нагрузку с большим сопротивлением.

Во времена разработки радиостанции «Глёт» применение каскодных схем ОЭ — ОБ в качестве усилителей радиочастоты вместо схем ОЭ обуславливалось тем, что на существующей тогда элементной базе обеспечить одновременно и устойчивость, и хороший коэффициент усиления по мощности на высоких и сверхвысоких частотах по-другому не удавалось.

…термостабилизируем…

Чтобы разобраться с «обвязкой» кварцевого резонатора потребовалось глубокое погружение в тему.

Самым простым решением термостабилизации работы кварцевого генератора является термостатирование, когда внутри корпуса генератора с помощью датчика температуры, нагревательного элемента и теплоизоляции поддерживается стабильная температура. Это решение широко применяется в стационарной аппаратуре связи.

Для носимой полупроводниковой техники менее энергозатратно применение метода термокомпенсации. Понимание работы применённого в «Блоке №20» решения было получено в ходе изучения материала, изложенного в [2]. Будем отталкиваться от схемы на одной из иллюстраций в книге, поразительно похожей на часть схемы нашего блока. На рисунке ниже нас интересует всё, что левее конденсаторов C5 и C6.

В силу ряда причин частота сигнала на выходе кварцевого генератора будет, хоть и незначительно, но отличаться от частоты резонанса «кварца». Для обеспечения точности настройки частоты схему генератора выбирают с большим входным сопротивлением, как уже упоминалось ранее, а в цепи подключения кварцевого резонатора вводят компенсирующие реактивные элементы. На схеме выше точную настройку частоты генерации обеспечивают подстройкой контура L1L2C4, а цепочка R10C2 служит для уменьшения склонности генератора к паразитным колебаниям.

«Математика» работы описываемой схемы термокомпенсации и методики расчётов подробно описаны в [2].

Упрощённая «физика» термокомпенсации частоты кварцевого резонатора следующая: при нагреве кварцевая пластина расширяется, частота резонанса падает, и поднять частоту можно понижением ёмкости включенного последовательно с кварцевым резонатором конденсатора. В качестве такого конденсатора здесь выступает варикап Д901Б, то есть компонент с ёмкостью, управляемой напряжением.

Управляющее ёмкостью варикапа напряжение формируется на фильтрующем конденсаторе C1 схемой «термозависимого потенциометра» на элементах R1–R7. Схема на элементах R9, Д1 и Д2 предназначена для стабилизации напряжения питания этого «потенциометра». Конденсатор C3 нужен для подстройки крутизны характеристики термокомпенсации. По словам автора [2]:

Термозависимый потенциометр, показанный на рис.12.11, рассчитан для термокомпенсации генератора с кварцевыми резонаторами среза АТ в интервале температур от –30 °C до +50 °C. Для повышения температурной стабильности частоты при термокомпенсации необходима индивидуальная компенсация регулировкой сопротивления резисторов R2 и R3 с одной стороны и резисторов R6 и R7 — с другой.

Термпературная нестабильность кварцевого генератора после термокомпенсации достигает 7·10^-7, т. е. стабильность частоты повышена в 10 раз.

Отличный результат, как я полагаю!

От автора

«Живьём» радиостанцию «Глёт» мне удалось найти в Екатеринбургском музее радио имени А. С. Попова.

Сведений о радиостанции «Глёт» крайне мало. Известно, что разрабатывалась она в интересах советских Погранвойск, предназначена она была для беспоисковой связи в диапазоне частот от 2 000 до 8 000 кГц с шагом настойки 1 кГц, и индекса типа «Р-1хх» почему-то не получила.

Кто-то на радиолюбительских форумах утверждает, что именно эта радиостанция послужила прототипом для Р-143 «Багульник». Кто-то на этих же форумах делится воспоминаниями, как выдирал из «Глётов» кварцевые фильтры ПФ2П-286 (полоса пропускания 10 кГц на частоте 23 МГц) и электромеханические фильтры (ЭМФ) на частоту 500 кГц, ибо «ничего ценного там больше не было».

Как был реализован радиотракт радиостанции? На каких принципах построен синтезатор частоты? Принимал ли в разработке радиостанции участие автор книги [2]? Это всё мне не известно. Известно только то, что и в зной, и в мороз, и в снег, и под дождём боец включал эту радиостанцию, и она была готова к работе уже через несколько секунд после включения без всяких подстроек частоты, ибо связь она обеспечивала «беспоисковую».

С праздником всех, кто «стучал ключом», «мотал катушку» и ходил в дозор по связи!

73! de RD9F

Список источников

1. Параллельный колебательный контур, формулы расчёта

2. Альтшуллер Г. Б. Кварцевая стабилизация частоты. М., «Связь», 1974, 272 с. с ил.

© 2026 ООО «МТ ФИНАНС»

Если эта публикация вас вдохновила и вы хотите поддержать автора — не стесняйтесь нажать на кнопку