Электрическая схема усилителя вч сигналов. Cable TV Signal Amplifier Splitter или высокочастотный регулируемый усилитель. Технические характеристики усилителя

Для увеличения чувствительности радиоприемных средств - радиоприемников, телевизоров используют различные усилители высоких частот (УВЧ). Включенные между приемной антенной и входом радио- или телеприемника, подобные УВЧ увеличивают сигнал, поступающий от антенны (антенные усилители). Использование таких усилителей позволяет увеличить радиус уверенного радиоприема, в случае приемных в составе приемопередатчиков (радиостанций), позволяет увеличить дальность работы, либо при сохранении той же дальности уменьшить мощность излучения радиопередатчика.

На рис. 1 приведена схема широкополосного УВЧ на одном транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером (ОЭ). В зависимости от используемого транзистора данная схема может успешно применяться до частот в сотни мегагерц. Значения используемых элементов зависят от частот (нижней и верхней) радиодиапазона.

Транзисторные каскады, включенные по схеме с общим эмиттером (ОЭ), обеспечивают сравнительно высокое усиление, но их частотные свойства относительно невысоки.

Транзисторные каскады с общей базой (ОБ), обладают меньшим усилением, чем транзисторные с ОЭ, но их частотные свойства лучше. Это позволяет использовать те же транзисторы, что и в схемах с ОЭ, но на более высоких частотах.

Катушка L1 – бескаркасная Ø4 мм содержит 2,5 витка провода ПЭВ-2 диаметром 0,8 мм.
Дроссель L2 – ВЧ дроссель 25 мкГн.
Дроссель L3 – ВЧ дроссель 100 мкГн.
Транзисторы КТ3101, КТ3115, КТ3132…

Монтаж усилителя выполняется на двустороннем стеклотекстолите навесным способом, длина проводников и площадь контактных площадок должны быть минимальны. При повторении схемы, необходимо предусмотреть тщательное экранирование устройства.

Если Вам понравилась публикация, поделитесь со своими друзьями в соцзакладках ниже...

Простой усилитель, всего на одном транзисторе можно сделать для усиления слабого ВЧ сигнала для радиоприёмника, телевизора или радиостанции.

В статье, ниже представлены две схемы простых усилителей. Чем покупать в магазине, дешевле самому собрать усилитель, с характеристиками порой не хуже, чем магазинный .

Только несколько деталей нужно, чтобы собрать его. С сборкой усилителя справится даже начинающий радиолюбитель. В нём нет катушек индуктивности, усилители широкополосные и захватывают весь диапазон усиливаемого сигнала, включая и ДМВ. В любом случае, результат был больше, чем я ожидал. Большинство УКВ местного телевидения и радиовещания стали приниматься более качественно, картинка стала чётче.

Принципиальная схема усилителя

Основная часть этой схемы высокочастотный транзистор обратной проводимости (n-p-n) Q1 (2SC2570), специально разработанная для усиления УКВ сигнала схема без катушки индуктивности.

Если предполагается использовать постоянно усилитель, то можно исключить S2, который нужен для обхода усилителя.

Усилитель собран на монтажной плате.

Монтажная плата

Расположение элементов на монтажной плате

Второй вариант схемы с дополнительным усилителем для КВ диапазона

Принципиальная схема двухдиапазонного усилителя КВ/УКВ

В этой схеме добавлен HF усилитель на полевом транзисторе (Q1 MFE201 N-канальный двух затворный и Q2 (а 2SC2570 n-p-n ВЧ кремниевого транзистора), которые обеспечивают два независимых усилителя, переключаемые переключателем S1. Получается простая активная антенна, предназначенная для усиления сигналов от 3 до 3000 МГц (трех диапазонов: 3-30 МГц высокочастотных (ВЧ) сигналов; 3-300 МГц очень-высокочастотных (УКВ) сигналов; 300-3000 МГц ультравысокие (ДМВ) частоты сигналов.

Печатная плата усилителя

Расположение элементов

П О П У Л Я Р Н О Е:

Из фетра легко и просто можно сделать фантастически красивый цветок — маргаритку .

Если сшить несколько таких цветов разных оттенков, то ими можно интересно украсить, например, подарок, диванную подушку, декоративный венок и т.п.

Для декора сумки цветки можно использовать в качестве подвески.

К тому же Вы можете пришить маргаритку к обручу для волос или закрепить на заколке.

ElectroM 3D — Бесплатная программа для рисования, расчета и отображения в 3D электрических схем.

ElectroM 3D — простая бесплатная программа для начинающих радиолюбителей. Ранее мы рассматривали похожую программу — . ElectroM 3D более простая программа. В ней можно создавать простейшие электрические схемы и наглядно посмотреть как они будут работать. В схеме можно использовать батарейку, выключатель, лампочки, реостаты, диоды и т.д. Все Ваши эксперименты можно наблюдать в красиво сделанным трехмерном режиме!

Усилители высоких частот (УВЧ) применяются для увеличения чувствительности радиоприемных средств - радиоприемников, телевизоров, радиопередатчиков. Помещенные между приемной антенной и входом радио или телеприемника, подобные схемы УВЧ увеличивают сигнал, поступающий от антенны (антенные усилители).

Использование таких усилителей позволяет увеличить радиус уверенного радиоприема, в случае радиостанций (приемо-передающих устройств -приемопередатчиков) либо увеличить дальность работы, либо при сохранении той же дальности уменьшить мощность излучения радиопередатчика.

На рис.1 приведены примеры схем УВЧ, часто используемых для увеличения чувствительности радиосредств. Значения используемых элементов зависят от конкретных условий: от частот (нижней и верхней) радиодиапазона, от антенны, от параметров последующего каскада, от напряжения питания и т.д.

На рис.1 (а) приведена схема широкополосного УВЧ по схеме с общим эмиттером (ОЭ). В зависимости от используемого транзистора данная схема может успешно применяться до частот в сотни мегагерц.

Необходимо напомнить, что в справочных данных на транзисторы приводятся предельные частотные параметры. Известно, что при оценке частотных возможностей транзистора для генератора, достаточно ориентироваться на предельное значение рабочей частоты, которое должно быть, как минимум, в два-три раза ниже предельной частоты, указанной в паспорте. Однако для ВЧ-усилителя, включенного по схеме ОЭ, предельную паспортную частоту уже необходимо уменьшать, как минимум, на порядок и более.

Рис.1. Примеры схем простых усилителей высокой частоты (УВЧ) на транзисторах.

Радиоэлементы для схемы на рис.1 (а):

R1=51к(для кремниевых транзисторов), R2=470, R3=100, R4=30-100;
С1=10-20, С2= 10-50, С3= 10-20, С4=500-Зн;

Значения конденсаторов приведены для частот УКВ-диапазона. Конденсаторы типа КЛС, КМ, КД и т.д.

Транзисторные каскады, как известно, включенные по схеме с общим эмиттером (ОЭ), обеспечивают сравнительно высокое усиление, но их частотные свойства относительно невысоки.

Транзисторные каскады, включенные по схеме с общей базой (ОБ), обладают меньшим усилением, чем транзисторные схемы с ОЭ, но их частотные свойства лучше. Это позволяет использовать те же транзисторы, что и в схемах с ОЭ, но на более высоких частотах.

На рис.1 (б) приведена схема широкополосного усилителя высокой частоты (УВЧ) на одном транзисторе, включенном по схеме с общей базой . В коллекторной цепи (нагрузка) включен LС-контур. В зависимости от используемого транзистора данная схема может успешно применяться до частот в сотни мегагерц.

Радиоэлементы для схемы на рис.1 (б):

R1=1к, R2=10к. R3=15к, R4=51 (для напряжения питания ЗВ-5В). R4=500-3 к (для напряжения питания 6В-15В);
С1=10-20, С2= 10-20, С3=1н, С4=1н-3н;
Т1 - кремниевые или германиевые ВЧ-транзисторы, например. КТ315. КТ3102, КТ368, КТ325, ГТ311 и т.д.

Значения конденсаторов и контура приведены для частот УКВ-диапазона. Конденсаторы типа КЛС, КМ, КД и т.д.

Катушка L1 содержит 6-8 витков провода ПЭВ 0.51, латунные сердечники длиной 8 мм с резьбой М3, отвод от 1/3 части витков.

На рис.1 (в) приведена еще одна схема широкополосного УВЧ на одном транзисторе , включенном по схеме с общей базой . В коллекторной цепи включен ВЧ-дроссель. В зависимости от используемого транзистора данная схема может успешно применяться до частот в сотни мегагерц.

Радиоэлементы:

R1=1к, R2=33к, R3=20к, R4=2к (для напряжения питания 6В);
С1=1н, С2=1н, С3=10н, С4=10н-33н;
Т1 - кремниевые или германиевые ВЧ-транзисторы, например, КТ315, КТ3102, КТ368, КТ325, ГТ311 и т.д.

Значения конденсаторов и контура приведены для частот СВ-, КВ-диапазона. Для более высоких частот, например, для УКВ-диапазона, значения емкостей должны быть уменьшены. В этом случае могут быть использованы дроссели Д01.

Конденсаторы типа КЛС, КМ, КД и т.д.

Катушки L1 - дроссели, для СВ-диапазона это могут быть катушки на кольцах 600НН-8-К7х4х2, 300 витков провода ПЭЛ 0,1.

Большее значение коэффициента усиления может быть получено за счет применения многотранзисторных схем . Это могут быть различные схемы, например, выполненные на основе каскодного усилителя ОК-ОБ на транзисторах разной структуры с последовательным питанием. Один из вариантов такой схемы УВЧ приведен на рис.1 (г).

Данная схема УВЧ обладает значительным усилением (десятки и даже сотни раз), однако каскодные усилители не могут обеспечить значительное усиление на высоких частотах. Такие схемы, как правило, применяются на частотах ДВ- и СВ-диапазона. Однако при использовании транзисторов сверхвысокой частоты и тщательном исполнении такие схемы могут успешно применяться до частот в десятки мегагерц.

Радиоэлементы:

R1=33к, R2=33к, R3=39к, R4=1к, R5=91, R6=2,2к;
С1=10н, С2=100, С3=10н, С4=10н-33н. С5=10н;
Т1 -ГТ311, КТ315, КТ3102, КТ368, КТ325 и т.д.
Т2 -ГТ313, КТ361, КТ3107 и т.д.

Значения конденсаторов и контура приведены для частот СВ-диапазона. Для более высоких частот, например, для КВ-диапазона, значения емкостей и инду ктивность контура (число витков) должны быть соответствующим образом уменьшены.

Конденсаторы типа КЛС, КМ, КД и т.д. Катушка L1 - для СВ-диапазона содержит 150 витков провода ПЭЛШО 0.1 на каркасах 7 мм, подстроечники М600НН-3-СС2,8х12.

При настройке схемы на рис.1 (г) необходимо подобрать резисторы R1, R3 так, чтобы напряжения между эмиттерами и коллекторами транзисторов стали одинаковыми и составили 3В при напряжении питания схемы 9 В.

Использование транзисторных УВЧ позволяет усиливать радиосигналы. поступающие от антенн, в теледиапазонах - метровые и дециметровые волны . При этом наиболее часто применяются схемы антенных усилителей, построенные на основе схемы 1(а).

Пример схемы антенного усилителя для диапазона частот 150-210 МГц приведена на рис.2 (а).

Рис.2.2. Схема антенного усилителя МВ-диапазона.

Радиоэлементы:

R1=47к, R2=470, R3= 110, R4=47к, R5=470, R6= 110. R7=47к, R8=470, R9=110, R10=75;
С1=15, С2= 1н, С3=15, С4=22, С5=15, С6=22, С7=15, С8=22;
Т1,Т2,ТЗ - 1Т311(Д,Л), ГТ311Д, ГТ341 или аналогичные.

Конденсаторы типа КМ, КД и т.д. Полосу частот данного антенного усилителя можно расширить в области низких частот соответствующим увеличением емкостей, входящих в состав схемы.

Радиоэлементы для варианта антенного усилителя для диапазона 50-210 МГц :

R1=47к, R2=470, R3= 110, R4=47к, R5=470, R6= 110. R7=47к, R8=470. R9=110, R10=75;
С 1=47, С2= 1н, С3=47, С4=68, С5=47, С6=68, С7=47, С8=68;
Т1,Т2,ТЗ - ГТ311А, ГТ341 или аналогичные.

Конденсаторы типа КМ, КД и т.д. При повторении данного устройства необходимо соблюдать все требования. предъявляемые к монтажу ВЧ-конструкций: минимальные длины соединяющих проводников, экранирование и т.д.

Антенный усилитель, предназначенный для использования в диапазонах телевизионных сигналов (и более высоких частот) может перегружаться сигналами мощных СВ-, КВ-, УКВ-радиостанций. Поэтому широкая полоса частот может быть неоптимальной, т.к. это может мешать нормальной работе усилителя. Особенно это сказывается в нижней области рабочего диапазона усилителя.

Для схемы приведенного антенного усилителя это может быть существенно, т.к. крутизна спада усиления в нижней части диапазона сравнительно низка.

Повысить крутизну амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) данного антенного усилителя можно применением фильтра верхних частот 3-го порядка . Для этого на входе указанного усилителя можно применить дополнительную LС-цепь.

Схема подключения дополнительного LС-фильтра верхних частот к антенному усилителю приведена на рис. 2 (б).

Параметры дополнительного фильтра (ориентировочные):

С=5-10;
L - 3-5 витков ПЭВ-2 0,6. диаметр намотки 4 мм.

Настройку полосы частот и формы АЧХ целесообразно проводить с помощью соответствующих измерительных приборов (генератор качающейся частоты и т.д). Форму АЧХ можно регулировать изменением величин емкостей С, С1, изменением шага между витками L1 и числа витков.

Используя описанные схемотехнические решения и современные высокочастотные транзисторы (сверхвысокочастотные транзисторы - СВЧ-транзисторы) можно построить антенный усилитель ДМВ-диапазона Этот усилитель можно использовать как с У КВ-радиоприемником, например, входящим в состав УКВ-радиостанции, или совместно с телевизором.

На рис.3 приведена схема антенного усилителя ДМВ-диапазона .

Рис.3. Схема антенного усилителя ДМВ-диапазона и схема подключения.

Основные параметры усилителя ДМВ диапазона:

Полоса частот 470-790 МГц,
Усиление - 30 дБ,
Коэффициент шума -3 дБ,
Входное и выходное сопротивления - 75 Ом,
Ток потребления - 12 мА.

Одной из особенностей данной схемы является подача напряжения питания на схему антенного усилителя по выходному кабелю, по которому осуществляется подача выходного сигнала от антенного усилителя к приемнику радиосигнала - УКВ-радиоприемника, например, приемника УКВ-радиостанции или телевизора.

Антенный усилитель представляет собой два транзисторных каскада, включенных по схеме с общим эмиттером. На входе антенного усилителя предусмотрен фильтр верхних частот 3-го порядка, ограничивающий диапазон рабочих частот снизу. Это увеличивает помехозащищенность антенного усилителя.

Радиоэлементы:

R1 = 150к, R2=1 к, R3=75к, R4=680;
С1=3.3, С10=10, С3=100, С4=6800, С5=100;
Т1,Т2 - КТ3101А-2, КТ3115А-2, КТ3132А-2.
Конденсаторы С1,С2 типа КД-1, остальные - КМ-5 или К10-17в.
L1 - ПЭВ-2 0,8 мм, 2,5 витка, диаметр намотки 4 мм.
L2 - ВЧ-дроссель, 25 мкГн.

На рис.3 (б) приведена схема подключения антенного усилителя к антенному гнезду ТВ-приемника (к селектору ДМВ-диапазона) и к дистанционному источнику питания 12 В. При этом, как видно из схемы, питание на схему подается через коаксиальный кабель, используемый и для передачи усиленного ДМВ-радиосигнала от антенного усилителя к приемнику - УКВ-радиоприемнику или к телевизору.

Радиоэлементы подключения, рис.3 (б):

С5=100;
L3 - ВЧ-дроссель, 100 мкГн.

Монтаж выполнен на двустороннем стеклотекстолите СФ-2 навесным способом, длина проводников и площадь контактных площадок - минимальные, необходимо предусмотреть тщательное экранирование устройства.

Налаживание усилителя сводится к установке токов коллекторов транзисторов и регулируются при помощи R1 и RЗ, Т1 - 3.5 мА, Т2 - 8 мА; форму АЧХ можно регулировать подбором С2 в пределах 3-10 пФ и изменением шага между витками L1.

Литература: Рудомедов Е.А., Рудометов В.Е - Электроника и шпионские страсти-3.

Высокочастотные усилители мощности строят по схеме, содержащей каскады усиления, фильтр и цепи автоматики. Усилители характеризуются номинальной выходной и минимальной входной мощностями, диапазоном рабочих частот, КПД, чувствительностью к изменению нагрузки, уровнем нежелательных колебаний, устойчивостью и надежностью работы, массой, габаритами, стоимостью.

Получаемые в настоящее время максимальные значения выходной мощности на частотах до 100 МГц составляют несколько десятков киловатт. При существенно меньшей мощности, отдаваемой отдельными транзисторами (не более 200 Вт), эти значения достигаются специальными устройствами сложения сигналов, среди которых наиболее распространены делители и сумматоры мощности . Существует множество разновидностей этих устройств . По величине фазового сдвига их делят на синфазные (с фазовым сдвигом суммируемых сигналов ф=0), противофазные (ф = я), квадратурные (ф = п/2) и др.; по виду исполнения - с распределенными и сосредоточенными элементами; по способу соединения с нагрузкой - на последовательные и параллельные и т. д.

Одним из основных требований, предъявляемых к устройствам сложения сигналов, является обеспечение наименьшего взаимного влияния отдельных модулей, мощности которых суммируются (так называемая развязка модулей). Посмотрим, как выполняется это требование в простом синфазном сумматоре на трансформаторах. Схема такого сумматора на трансформаторах Т4 - Т6 вместе с делителем (на трансформаторах Т1 - ТЗ) и суммируемыми каскадами (на транзисторах VT 1 и VT 2) без цепей смещения и питания показана на рис. 5.4. Трансформаторы Т4 - Т6 имеют коэффициенты трансформации соответственно 1,1 и 1/V2 (здесь r н - сопротивление нагрузки, R Б - балластный резистор, сопротивление которого равно 2г н). При нормальных условиях работы, когда напряжения на коллекторах синфазны и их амплитуды равны, ток в балластном резисторе отсутствует. Трансформатор Т6 приводит к двум последовательно соединенным обмоткам трансформаторов Т4 и Т5 сопротивление 2r н, так что на коллекторе каждого транзистора сопротивление нагрузки составляет r н. Представим теперь, что коллектор транзистора VT 2 оказался замкнутым с его эмиттером. В таком случае вторичная обмотка трансформатора Т5 представляет собой крайне малое сопротивление для ВЧ сигнала, так что сопротивление 2r н, приведенное к первичной обмотке трансформатора Т6, полностью приводится ко вторичной обмотке трансформатора Т4, а следовательно, и к коллектору транзистора VT 1. Но параллельно VT 1 при этом оказывается подключен балластный резистор такого же сопротивления, т. е. несмотря на изменение режима работы, во втором каскаде условия работы первого каскада не изменились - он по-прежнему работает на нагрузочное сопротивление r н. Но, поскольку половина его мощности теперь поступает в балластный резистор, в нагрузке остается только половинная мощность одного каскада, что в 4 раза меньше мощности, отдаваемой усилителем в нагрузку до изменения нормальных условий работы. Чем большее число каскадов используется для получения выходной мощности, тем меньше сказывается изменение условий работы в том или другом каскаде на общей мощности в нагрузке. Например, в усилителе с выходной мощностью 4,5 кВт, получаемой в результате суммирования мощностей 32 транзисторных каскадов, при отказе одного каскада выходная мощность снижалась всего лишь до 4,3 кВт. Таким образом, очень малое взаимное влияние каскадов в устройстве сложения мощностей позволяет, максимально используя усилительные свойства каждого транзистора, обеспечить высокую надежность его работы, а следовательно, безотказную работу усилителя мощности в целом.

Рис. 5.4. Схема усилителя со сложением мощности на трансформаторах

Суммирующее устройство выбирается исходя из ха-рактера и условий работы усилителя, поскольку при решении главной задачи - сложения сигналов - можно, используя те или иные особенности конкретного вида сумматора, улучшить другие характеристики усилителя, например ослабить некоторые виды нежелательных колебаний или уменьшить чувствительность к рассогласованию нагрузки.

Удовлетворительная развязка модулей, а также малый уровень нежелательных колебаний третьего порядка, низкая чувствительность к изменению нагрузки и слабое влияние суммируемых каскадов на предварительный усилитель получаются при использовании квадратурных сумматоров мощности. Противофазные сумматоры при удовлетворительной развязке подавляют нежелательные колебания второго порядка. Чередование квадратурных и противофазных устройств сложения, например, когда два модуля складываются противофазно, а объединенные таким образом пары модулей - квадратурно, в значительной степени сочетает достоинства обоих видов суммирующих устройств. По этим причинам квадратурные и противофазные сумматоры и делители мощности, выполненные, например, на длинных коаксиальных или полосковых линиях, трансформаторах, получили широкое распространение в усилителях с выходной мощностью от 10 Вт и выше.

Следующий параметр усилителя - минимальная входная мощность - определяется допустимым уровнем шума и устойчивостью работы и в этой связи зависит от схемы, режима работы и конструкции усили-теля. Влияние шума на чувствительность усилителя объясняется следующим. Известно, что приводимая к входу усилителя мощность шума определяется по формуле Р ш = = 4kTF ш Дf , где k - постоянная Больцмана; Т - абсолютная температура; F m - коэффициент шума;

Af - ширина полосы частот, в которой определяется

Р ш. Но при заданном отношении сигнал/шум К ш на выходе усилителя мощность входного сигнала Р с не должна быть меньше, чем Р Ш К Ш . Отсюда следует, что минимально допустимое значение входного сигнала, характеризующее таким образом чувствительность усилителя, определяется как Р С тш=4kTF щ K ш Дf. При заданных К ш и Af все входящие в это выражение величины известны, за исключением F JI . С помощью общеизвестных соотношений нетрудно показать, что в нелинейном усилителе, каким в общем случае является усилитель мощности, при достаточно большом коэффициенте усиления по мощности первого каскада

где F ш1 - коэффициент шума первого каскада; у т+1 - отношение коэффициентов усиления мощности шума к коэффициенту усиления мощности сигнала в (m+1)-м каскаде усилителя, содержащего п каскадов. В зависимости от режима работы каскада это отношение определяется по формуле

входящие в эту формулу коэффициенты находятся по таблицам . Например, для четырехкаскадного усилителя мощностью 50 Вт при F m 1 = 6, Y 2 =1,6, Yз=1,7, Y 4 =1,9 имеем F ш =31, что при K ш =120 дБ, Дf=20 кГц и 4kT = 1,62*10- 20 Вт/Гц дает Р Ш =1*10 -14 Вт и P cmin =10 МВт, т. е. при оговоренных условиях минимально допустимое значение входного сигнала характеризуется напряжением около 1 В на сопротивлении 75 Ом. Заметим, что указанное определение чувствительности справедливо, если на входе усилителя действует сигнал, в котором мощность шума, по крайней мере, на порядок ниже, чем приведенная к входу мощность собственного шума усилителя Р ш, так как иначе не будет получено приемлемое отношение сигнал/шум Kш. Если эта разница в величинах шума на входе не соблюдается, то для обеспечения требуемого значения K ш между источниками сигнала и усилителем должна быть установлена селективная цепь, приводящая к необходимому подавлению шума при заданной расстройке от рабочей частоты.

Рис. 5.7. Схема усилителя с выходной мощностью 15 Вт для диапазона частот 2 - 30 МГц

Таблица 5.1

Параметр	Значение
Выходная мощность, Вт, не менее
Напряжение питания, В
Сопротивление нагрузки, Ом
Входное сопротивление (с КСВ<1,6), Ом
Входное напряжение, В, не менее
Уровень второй гармоники, дБ, не более
Уровень третьей гармоники, дБ, не более
Уровень комбинационных колебаний третьего порядка в пике огибающей двухтонового испытательного сигнала, дБ, не более

Уровень интермодуляционных колебаний третьего порядка по отношению к величине, вызвавшей эти колебания помехи в цепи нагрузки, дБ, не более
Ток потребления при номинальной выходной мощности в режиме однотонового испытательного сигнала, А, не более
Диапазон рабочих температур окружающей среды (при температуре корпуса транзисторов не более +110°С), град

Рис. 5.8. Схема усилителя с выходной мощностью 80 Вт для диапазона частот 2 - 30 МГц

Таблица 5.2

Обозначение		Число витков в первичной f и вторичной II обмотках, марка провода, вид намотки, особенности кшструкцин
Т1 {см. рис. 5.7)	2 столбика из 6 тороидальных сердечников каждый, 1000НМ-ЗБ, К5ХЗХ XL,5	I - 3 витка проводом МПО-0,2; II - 1 виток трубчатой конструкции с отводом от середины; I обмотка расположена внутри II
Т2 (см. рис. 5.7)	2 столбика из 6 тороидальных сердечников каждый, 1000НМ-ЗБ, К5ХЗХ X1, 5	I - 6 витков проводом МПО-0,2; II - 1 виток трубчатой конструкции с отводом от середины; I обмотка расположена внутри II
{см. рис. 5.7)	1 тороидальный сердечник, 400НН-4, К 12Х6Х4, 5	I, II - 6 витков из 12 скрученных проводов ПЭВ-0,14, разделенных на 2 группы по 6 проводов; III - 1 виток провода МГШВ-0,35 длиной 10см
{см. рис. 5.7)	1 тороидальный сердечник, 400НН-4, К20Х 12X6	I - 2 секции по 3,5 витка проводом МГТФЭ-0,14; II-5,5 витка проводом МГТФЭ-0,14
L 3, L 4 {см. рис. 5.7, рис. 5.8)	1 тороидальный сердечник, ЮООНМ-ЗБ, К 10X6X3	I - 5 витков провода ПЭВ-0,43
L 5 {см. рис. 5.8)	2 тороидальных сердечника, 400НН-4, К 12X6X4, 5	I - 8 витков провода ПЭВ-0,43
Т1 {см. рис. 5.8)	2 столбика из 6 тороидальных сердечников каждый, ЮООНМ-ЗБ, К5Х	1 - 2 витка проводом МПО-0,2; II - 1 виток трубчатой конструкции с отводом от середины; I - обмотка расположена внутри II
Т2 {см. рис. 5.8)	2 столбика из 5 тороидальных сердечников каждый, ЮООНМ-ЗБ, К7Х Х4Х2	I - 2 витка по 2 провода МПО-0,2 с отводом от точки соединения конца 1 провода с началом 2; II - 1 виток трубчатой конструкции с отводом от середины; I обмотка расположена внутри II

Окончание табл. 5.2

Обовначение	Конструкция сердечника трансформатора или дросселя, вид материала и типоразмер	Число витков в первичной I и втерич-ной II обмотках, марка провода, вид намотки, особенности конструкции
ТЗ (см. рис. 5.8)	1 тороидальный сердечник, 100НН-4, К 16X8X6	I - 6 витков из 16 скрученных проводов ПЭВ-0,31, разделенных на 2 группы по 8 прово--дов, с отводом от точки соединения конца 1 группы с началом 2; II - 1 виток провода МГШВ-0,35 10 см
Т4 (см. рис. 5.8)	2 столбика из 7 тороидальных сердечников каждый, 400НН-4, К 16X8X6	I - 1 виток трубчатой конструкции с отводом от середины; II - 2 витка из 10 проводов МПО-0,2, включенных параллельно; II обмотка расположена внутри I

Ширина полосы частот при больших уровнях мощности в значительной степени определяется межкаскадными согласующими цепями, в качестве которых используются широкополосные трансформаторы специальной конструкции, а также цепями коррекции амплитудно-частотной характеристики и цепями обратной связи. Так, на рис. 5.7 и 5.8 показаны схемы усилителей с выходной мощностью 15 и 80 Вт для радиопередатчиков мощностью 10 и 50 Вт, работающих в диапазоне 2 - 30 МГц. Их основные характеристики приведены в табл. 5.1, а данные используемых трансформаторов и дросселей - в табл. 5.2. Особенности этих усилителей - относительно низкий уровень нежелательных колебаний и сравнительно малая неравномерность амплитудно-частотной характеристики. Эти параметры, например, в усилителе на 80 Вт достигаются применением частотно-зависимой отрицательной обратной связи в выходном каскаде (со вторичной обмотки трансформатора ТЗ через резисторы R 11 и R 12 на базы транзисторов VT 3 и VT 4) и в предоконечном каскаде (с помощью резисторов R 4 - R 7), а также корректирующими цепями C 2 R 2, C 3 R 3 и R 1 L 1 C 1.

Уменьшить неравномерность усиления в полосе частот можно также, используя цепи коррекции на входе оконечного каскада (конденсатор С7 и индуктивности проводников АБ и ВГ, представляющих собой полоски фольги длиной 30 и шириной 4 мм) и на выходе усилителя (индуктивность трансформатора Т4 и конденсатор С13). Широкополосные трансформаторы, примененные в этих усилителях, способны обеспечить удовлетворительное согласование не только в диапазоне 2 - 30 МГц, но и на более высоких частотах. Однако на частотах выше 30 МГц лучшие характеристики получаются с трансформаторами на полосковых линиях без ферритовых материалов. Такие трансформаторы, например, были использованы в усилителе с выходной мощностью 80 Вт в диапазоне 30 - 80 МГц (табл. 5.3), схема которого показана на рис. 5.9. Особенность этого усилителя - применение одновременно биполярных и полевых транзисторов. Такое сочетание позволило улучшить шумовые характеристики по отношению к использованию только биполярных транзисторов, а в сравнении с применением только полевых приборов улучшить энергетические характеристики усилителя .

Таблица 5.3

Обозначение	Конструкция трансформатора
Т7, Т 6	Направленный ответвитель в виде микрополоско-вой линии длиной 720 мм и шириной 1,5 мм, выполненной на двустороннем фольгированном стеклотекстолите размером 75X20X0,5 мм и помещенной между двух стеклотекстолитовых пластин, каждая из которых фольгирована с внешней стороны. Общие габариты 75X20X3,5 мм
Т2, ТЗ	6 витков скрутки из двух проводов ПЭВ-0,41 с шагом скрутки 3 витка на 1 см на тороидальном сердечнике МРЮОФ-2-8 К7Х4ХЗ
Т4, Т5	6 витков скрутки из двух проводов ПЭВ2-0,41 с шагом скрутки 3 витка на 1 см на тороидальном сердечнике МРЮОФ-2-8 К12Х7Х6
	I обмотка из 1 витка печатного проводника шириной 5 мм и II обмотка из 2 витков печатного проводника шириной 2 мм, размещенные друг против друга с разных сторон пластины из двустороннего фольгированного стеклотекстолита размером 80X18X0,5 мм, заключенной между изолирующими стеклотекстолитовыми обкладками
	Печатный проводник общей длиной 370 мм и шириной 10 мм на расстоянии 168 мм и шириной, плавно меняющейся от 10 до 3 мм, на расстоянии 168 - 370 мм, выполненный на стеклотекстолите ФТС - 1 - 35 - Б - 0,12. Первой обмоткой является первая часть проводника длиной 168 мм; вторая обмотка начинается от середины первой и заканчивается концом проводника. Весь проводник намотан в виде спирали на диэлектрическом каркасе

Рис. 5.9 Схема усилителя с выходной мощностью 80 Вт для диапазона частот 30---80 МГц

Важным параметром ВЧ усилителя является его КПД. Этот параметр зависит от назначения усилителя, условий его работы и, как следствие, от схемы построения и используемых полупроводниковых приборов. Он составляет 40 - 90 % для усилителей сигнала с постоянной или коммутируемой амплитудой (например, при частотной и фазовой модуляции, частотной и амплитудной телеграфии) и 30 - 60 % для линейных усилителей сигналов с амплитудной модуляцией. Более низкие из указанных значений объясняются использованием энергетически невыгодных, но обеспечивающих линейное усиление недонапряженных режимов во всех каскадах, а также режима А в предварительных, а часто и в предоконечном каскаде усилителя. Более высокие значения характерны для ключевого режима усиления сигналов с постоянной или коммутируемой амплитудой (80 - 90 %) или для амплитудно-модулирован-ных сигналов (50 - 60 %) при использовании метода раздельного усиления составляющих сигнала . Например, КПД не ниже 80 % был получен в широкополосном усилителе на 4,5 кВт с выходным каскадом на 32 транзисторах, построенном с учетом общих рекомендаций для ключевого режима и при принятии мер по устранению сквозных токов . Однако, несмотря на очевидные энергетические преимущества ключевого режима работы, он еще сравнительно редко используется в ВЧ усилителях. Это объясняется рядом особенностей, к которым, например, относятся критичность к изменению нагрузки, высокий уровень нежелательных колебаний, большая вероятность превышения предельно допустимых напряжений транзистора и сложность регулировки при получении необходимых фазочастотных характеристик, стабильность которых должна обеспечиваться в условиях изменяющейся нагрузки, напряжения питания и температуры окружающей среды. Кроме того, для реализации ключевого режима на высоких частотах необходимы транзисторы с крайне малой длительностью переходных процессов при включении и выключении.

Перспективным направлением повышения энергетических характеристик усилителей амплитудно-модули-рованного сигнала является квантование сигнала по уровню с раздельным усилением дискретных составляющих и последующим их суммированием с учетом фазовых сдвигов .

В повышении эффективности работы усилителей важную роль играет качество согласования с нагрузкой с учетом возможности ее изменения. В настоящее время этот вопрос просто ив то же время наиболее результативно решается применением ферритовых вентилей и циркуляторов. Однако так обстоит дело на сравнительно высоких частотах, по крайней мере, выше 80 МГц. С понижением частоты эффективность использования ферритовых развязывающих устройств резко падает. В этой связи представляют интерес изучение и последующее промышленное освоение обладающих свойствами циркуляторов полупроводниковых невзаимных устройств , принципиально допускающих работу и на низких частотах. Если применение вентилей или циркуляторов невозможно, удовлетворительные результаты получаются при сочетании обычных согласующих устройств с автоматическим управлением режимом работы усилителя. Так, увеличивая напряжение питания с ростом сопротивления нагрузки (при неизменном или слегка уменьшенном возбуждении) и снижая его с уменьшением сопротивления нагрузки при увеличении возбуждения, можно получить не только постоянную выходную мощность, но и сохранить в условиях изменяющейся нагрузки то высокое значение КПД, которое было получено в номинальном режиме. Возможности такого способа стабилизации выходной мощности, однако, ограничены предельно допустимыми токами и напряжениями используемого транзистора, а также техническими возможностями согласования малых сопротивлений. По этим причинам реализуемая в настоящее время область нагрузочных сопротивлений, в которой таким путем еще можно добиться сравнительно стабильной выходной мощности, ограничена, как показали испытания усилителя с выходной мощностью 4,5 кВт, значением КСВН, не превышающим 3.

Эффект малой чувствительности к рассогласованию нагрузки можно получить и при построении усилителя по схеме сложения мощностей с использованием квадратурных сумматоров и делителей мощности . При соответствующем напряжении возбуждения такого усилителя можно добиться, несмотря на изменение режима работы каждого из суммируемых каскадов, незначительного изменения общего тока потребления и суммарной выходной мощности. При испытаниях таких усилителей было отмечено, что изменение выходной мощности при рассогласовании нагрузки получается таким же, как и в линейных цепях, т. е. описывается выражением, близким к Р/Р н =4р/(1+р) 2 , где Р н и Р - мощности в номинальной и рассогласованной нагрузке, ар - КСВН, характеризующий степень рассогласования. Такое изменение в среднем, как показали сравнительные испытания, примерно вдвое меньше, чем у усилителя, построенного, например, по двухтактной схеме.

Существуют и другие способы уменьшения чувствительности усилителя к рассогласованию нагрузки, однако все они в той или иной степени уступают рассмотренным.

К числу основных параметров усилителя в последнее время стали относить уровень нежелательных колебаний, возникающих в процессе усиления полезного сигнала. Такие колебания появляются в усилителе мощности вследствие нелинейных процессов под влиянием полезного сигнала f и помех, поступающих из тракта формирования сигнала (f ф), источника питания (f п) и антенны радиопередатчика (f а). Посторонние колебания (помехи) из тракта формирования сигнала приводят к нежелательным излучениям радиопередающего устройства не только на частотах этих колебаний fф, но и на частотах, образующихся под их влиянием комбинационных колебаний mf ± nf ф . Уровень таких излучений определяется относительным уровнем нежелательных колебаний на выходе тракта формирования, его изменением (преобразованием) в усилителе мощности, а также фильтрующими и излучающими свойствами следующих за усилителем узлов радиопередающего устройства. Изменение отношения помеха/ сигнал в усилителе (K у) определяется схемой включения транзистора, режимом работы каскадов, значением и частотой полезного сигнала и помехи.

Наибольшее изменение отношения помеха/сигнал наблюдается в усилителе с ОЭ, а также при малом выходном сопротивлении источника сигнала r г в усилителе с ОБ и при малом сопротивлении нагрузки r н в усилителе с ОК. С увеличением r г в усилителе с ОБ и r н в усилителе с О"К K у ->1. При работе усилителя в режимах А и В с любым включением транзистора относительный уровень помехи не изменяется; смещение режима работы в сторону режима С приводит к росту, а в сторону режима АВ, наоборот, к уменьшению относительного уровня помехи; при этом рост более заметен, чем уменьшение. Повышение напряженности режима уменьшает относительный уровень помехи. Чем больше значение полезного сигнала, тем при одном и том же режиме работы больше изменяется отношение помеха/сигнал. С ростом частоты сигнала и помехи изменение отношения помеха/сигнал уменьшается.

Возникающие под действием помехи комбинационные колебания особенно опасны при работе усилителя в режиме С, где их уровень на выходе усилителя соизмерим с уровнем помехи. С изменением режима работы от С к А уровень комбинационных колебаний второго порядка (f±fф) монотонно убывает, а третьего (2f±fф) проходит через 0 в режиме В и по достижении минимума в области отрицательных значений, свидетельствующей об изменении фазы колебаний на противоположную, при приближении к режиму А стремится к 0.

При прочих равных условиях наибольшим подавлением комбинационных колебаний отличается усилитель с ОК, а затем усилители с ОБ и ОЭ. В многокаскадном усилителе, в отличие от однокаскадного, помехой для каждого следующего каскада, начиная со второго, являются не только усиленные нежелательные колебания тракта формирования, но и комбинационные, а также гармонические колебания предыдущих каскадов. Особенно велико влияние второй гармоники; она увеличивает уровни комбинационных колебаний второго и третьего порядков и уменьшает отношения помеха/сигнал. Это в основном проявляется в режиме С и фактически отсутствует в А. Под ее действием линейный режим работы (K у =1) смещается из режима В в С. Эти изменения прямо противоположны, если фазу второй гармоники как-то искусственно изменить на л.

Малый уровень комбинационных колебаний, незначительное ухудшение отношения помеха/сигнал и одновременно приемлемые энергетические характеристики характерны для усилителя, предварительные каскады которого работают в режимах А - В, а выходной - в В - С. При включении транзисторов по схеме ОК режимы В - С можно использовать и в предварительных каскадах, но в выходном каскаде включение по схеме ОК неприемлемо из-за высокой восприимчивости усилителя к сигналам посторонних радиопередатчиков. Наилучшим для выходного каскада является включение прибора по схеме ОБ или ОЭ. При этом ухудшение отношения помеха/сигнал в усилителе при малом уровне комбинационных колебаний может составить максимум 3 дБ. Но при неграмотном проектировании усилителя это значение может возрасти до 20 дБ, а наибольший уровень нежелательных колебаний будет не только на частоте помехи, но и на частотах, обусловленных этой помехой комбинационных колебаний.

При расстройке по частоте между полезным сигналом и помехой наиболее эффективно подавляются помехи в усилителях с фильтрами. Подавление реализуется как при электронно-коммутируемых фильтрах, так и путем построения усилителя на основе мощного автогенератора, управляемого с помощью системы фазовой автоподстройки частоты. В последнем случае удается получать ослабления нежелательных составляющих - до 70 - 80 дБ, начиная уже с 5-процентной отстройки их частоты от частоты полезного сигнала .

Существующие в настоящее время транзисторы в недонапряженном режиме работы каскада позволяют получить уровень интермодуляционных колебаний третьего порядка - (15 - 30) дБ по отношению к вызвавшей их помехе при включении по схеме ОЭ, примерно на 15 дБ меньше при включении по схеме ОБ и, наоборот, на 15 дБ больше при включении по схеме ОК . Дополнительное подавление около 15 - 20 дБ можно получить, используя квадратурное суммирование сигналов модулей в выходном каскаде и еще, как минимум, 15 дБ, применяя на выходе усилителя ферри-товый вентиль или циркулятор .

Наибольший уровень нежелательных колебаний наблюдается на гармониках полезного сигнала. В одно-каскадном усилителе без принятия каких-либо мер по их подавлению этот уровень для второй и третьей гармоник составляет обычно - (15 - 20) дБ. Включением каскадов по схеме сложения мощностей с применением квадратурных и противофазных сумматоров и делителей его удается снизить до - (30 - 40) дБ. Если за усилителем устанавливается блок фильтров, то этот уровень уменьшается еще на величину затухания соответствующего фильтра в полосе задержания.

С помощью фильтров можно добиться высокого уровня подавления гармонических составляющих. Однако следует подчеркнуть, что ослабить гармоник;! до уровня ниже - 120 дБ можно только при очень тщательном экранировании ВЧ каскадов и устранении в тракте после усилителя мощности различных контактных соединений, в том числе и ВЧ разъемов, в которых могут образоваться гармонические колебания с тем же уровнем.

Как видно, существующие технические решения обеспечивают высокое подавление нежелательных колебаний. Однако в ряде случаев оно все же оказывается недостаточным для нормальной работы аппаратуры. Так, при сближении расположенных на подвижных средствах приемопередатчиков или при работе в составе радиокомплексов, где самая разнообразная аппаратура сосредоточена и должна функционировать в условиях крайне ограниченного пространства, радиоприемники нередко не могут работать со своими корреспондентами, как только включается расположенный поблизости радиопередатчик другой линии связи. Такая ситуация возникает вследствие воздействия на приемники некоторых нежелательных излучений радиопередатчика. К ним в первую очередь относятся шумы. Несмотря на малый уровень, именно они пролетавляют

наибольшую опасность в указанных условиях, так как, обладая непрерывным спектром и слабо меняющейся с расстройкой спектральной плотностью, могут, если не принять необходимых мер, практически полностью парализовать работу расположенных рядом приемников .

Большую опасность в рассматриваемой ситуации представляют помехи из тракта формирования сигнала передатчика и образованные ими в усилителе мощности комбинационные колебания, которые, как и шумы, занимают обширную область частот и не поддаются существенной минимизации при построении усилителя по рассмотренному ранее принципу прямого покаскадного усиления мощности.

Широкополосные усилители являются неотъемлемой частью многихрадиотехнических систем и устройств. В ряде случаев помимо прочих к ним предъявляются требования согласования со стандартным 50- либо 75-омным трактом. Одним из наиболее удачных схемных решений построения таких

усилителей является использование перекрестных обратных связей (Л1, Л2, Л3), обеспечивающих согласование по входу и выходу, неизменное значение верхней граничной частоты при увеличении числа каскадов усилителей и высокую повторяемость их характеристик. Кроме того, усилители с перекрестными обратными связями практически не требуют настройки.

Технические характеристики усилителя:

Полоса рабочих частот.. 0,5-70 МГц.
Выходное напряжение, не менее... 1 V.
Коэффициент усиления.....20±1 Дб.
Входное/выходное сопротивление.. 50 Ом.
Потребляемый ток........ 120мА.
Напряжение питания..........12В.
КСВН по входу, не более.........1,5.
КСВН по выходу, не более.........3.
Габаритные размеры..... 70x45 мм.

Принципиальная схема

На рис. 1 приведена принципиальная схема усилителя с перекрестными обратными связями, в котором выходной каскад реализован по схеме Дарлингтона, то есть, использовано последовательно-параллельное включение транзисторов, что позволяет увеличить уровень выходного напряжения (Л.4). На рис.

2 приведен чертеж печатной платы.

Усилитель содержит два предварительных каскада на транзисторах МЕ1 и МЕ2 и выходной каскад на транзисторах МЕЗ и МЕ4, включенных по схеме Дарлингтона.

Все каскады усилителя работают в режиме класса А с токами потребления 27 мА, которые устанавливаются подбором номиналов резисторов R1, R5, R9, R13. Резисторы R3, R7, R10, R14 являются резисторами местной обратной связи. Резисторы R4, R8, R12 - резисторы общей обратной связи.

Рис. 1. Принципиальная схема широкополосного усилителя ВЧ.

Печатная плата (рис. 2) размером 70x45 мм изготавливается из фольгированного с двух сторон стеклотекстолита толщиной 2...3 мм. Пунктирными линиями на рис.

2 обозначены места металлизации торцов, что может быть сделано с помощью металлической фольги, которая припаивается к нижней и верхней части платы.

Рис.2. Печатная плата усилителя ВЧ.

Настройка усилителя состоит из следующих этапов. Вначале с помощью резисторов R1, R5, R9, R13 устанавливаются токи покоя транзисторов усилителя. Затем, варьируя в небольших пределах номиналом резистора R4, минимизируется коэффициент стоячей волны напряжения по входу усилителя.

Коэффициент стоячей волны напряжения по выходу усилителя минимизируется с помощью резистора R12. Изменением номинала резистора R8 регулируется полоса пропускания и коэффициент усиления усилителя.

При необходимости верхняя граничная частота усилителя может быть увеличена. Для этого следует заменить транзисторы КТ315Г на более высокочастотные. В этом случае для схемы, приведенной на рис.

1, верхняя граничная частота будет составлять величину порядка 0,25...0,3 Fт, где Fт - граничная частота коэффициента передачи тока базы транзистора (Л.5). Использование рассматриваемого схемного решения позволяет осуществлять создание усилителей с верхней граничной частотой до 2 ГГц (Л.2). При их построении следует учитывать, что цепи общей обратной связи, состоящие из элементов С4, R4; С6, R8; С7, R12, должны быть по возможности короче.

Это объясняется необходимостью устранения излишней фазовой задержки сигнала в этих цепях. В противном случае амплитудно-частотная характеристика усилителя в области верхних частот оказывается с подъёмом. При значительном удлинении указанных цепей возможно самовозбуждение усилителя.

Титов А. Рк2005, 1.

Литература:

Титов А. А. Упрощенный расчет широкополосного усилителя. Радиотехника, 1979, №6, с. 88-90.
Авдоченко Б.И., Дьячко А.Н. и др. Сверхширокополосные усилители на биполярных транзисторах. Техника средств связи. Сер. Радиоизмерительная техника, 1985, Выл. 3, с. 57-60.
Абрамов Ф.Г., Волков Ю.А. и др. Согласованный широкополосной усилитель. Приборы и техника эксперимента. 1984. №2, с. 111-112.
Титов А.А., Ильющенко В.Н.Широкополосной усилитель. Патент по полезную модель №35491 Рос. агентства по патентам и товарным знакам. Опубл. 10.01.2004 Бюл. 1.
Петухов В.М.Транзисторы и их зарубежные аналоги: Справочник в 4 томах.