Широкополосный усилитель вч сигнала. Широкополосный апериодический усилитель вч

16.02.2024 | Android

Продолжаем разговор о транзисторном приемнике прямого усиления, начатый еще на седьмом практикуме. Соединив тогда детекторный приемник с однокаскад-ным усилителем НЧ, ты тем самым превратил их в приемник 0-V-1. Потом собрал однотранзисторный рефлекс- ный приемник, а на предыдущем практикуме добавил к нему двухкаскадный усилитель НЧ — получился приемник 1-V-3. Теперь попробуй добавить к нему каскад предварительного усиления модулированных колебаний высокой частоты (ВЧ), чтобы он стал приемником 2-V-3. Чувствительность в этом случае будет достаточной для приема на магнитную антенну не только местных, но и отдаленных радиовещательных станций.

Что потребуется для такого однокаскадного усилителя ВЧ? В.основном — маломощный высокочастотный транзистор любой из серий П401...П403, П416, П422, ГТ308, лишь бы он был исправным, несколько конденсаторов, резистор и кольцо из феррита марки 600НН с внешним диаметром 8... 10 мм. Коэффициент h21Э транзистора, может быть в пределах 50...100. Использовать транзистор с большим статическим коэффициентом передачи тока не следует — опытный усилитель будет склонен к самовозбуждению.

Принципиальная схема усилителя изображена на рис. 56. Собственно усилитель образуют только транзистор V 1 и резисторы R 1, R 2. Резистор R 2 выполняет роль нагрузки, а базовый резистор R 1 определяет режим работы транзистора. Коллекторной нагрузкой транзистора может быть дроссель высокой частоты — такой же, как в рефлексном приемнике.

Настраиваемый контур L 1 C 1 и катушка связи L 2 относятся к входной цепи, конденсатор С2 — разделительный. Эта часть — точное повторение входной части уже испытанного тобой приемника. Конденсатор Сраз, резистор R , диод V 2, телефоны В1 с блокирующим их конденсатором Сбл образуют детекторную цепь, необходимую для проверки усилителя.

Как работает такой усилитель? Принципиально так же, как однокаскадный усилитель НЧ. Только усиливает он колебания не звуковой частоты, как тот усилитель, а модулированные колебания высокой частоты, поступающие к нему с катушки связи L 2. Высокочастотный сигнал, усиленный транзистором, выделяется на нагрузочном ре-зисторе R 2 (или другой коллекторной нагрузке) и может быть подан на вход второго каскада для дополнительного усиления или к детектору для преобразования его в низкочастотный сигнал.

Детали усилителя смонтируй на временной (картонной) плате, как показано справа на рис. 56. Сюда же перенеси и соедини с усилителем детали входного контура (L1C1) и катушку связи (L2) приемника. Не забудь включить в цепь катушки связи разделительный конденсатор С2. Подключи батарею напряжением 9 В и, подбирая базовый резистор R 1, установи коллекторный ток транзистора в пределах 0,8...1,2 мА. Не забудь: сопротивление базового резистора должно быть тем больше, чем больше статический коэффициент передачи тока транзистора (номинал этого резистора, указанный на схеме, Соответствует коэффициенту h 21Э транзистора около 50).

Теперь на отдельной небольшой картонке смонтируй детекторную цепь, соединив последовательно телефоны B1 с блокировочным конденсатором Сбл емкостью 2200..3300 пФ, точечный диод V 2 любой серии и разделитель ныу конденсатор Сраз емкостью 3300...6800 пФ, Сопротивление резистора R может быть 4,7...6,8 кОм. Эту цепь включи между коллектором и эмиттером транзистора, то есть к выходу усилителя, а к входному контуру L1C1 подключай наружную или комнатную антенну и, конечно, заземление. При настройке входного контура на волну местной радиостанции ее высокочастотный сигнал будет усилен транзистором VI , продетектирован диодом V 2 и преобразован телефонами В1 в звук. Резистор R в этой цепи необходим для нормальной работы детектора. Без него телефоны будут звучать тише и с искажениями звука.

Дня следующего опыта с усилителем ВЧ нужен высокочастотный понижающим трансформатор (рис. 57). Намотай его на кольце из феррита марки 600НН (таком же, как сердечник высокочастотного дросселя рефлексного каскада приемника). Его первичная обмотка L 3 должна содержать 180..200 витков провода ПЭВ или ПЭЛ 0,1...0,12, а вторичная L4 60...80 витков такого же проводе.

Обмотку L3 высокочастотного трансформатора включи в- коллекторную цепь транзисторе вместо нагрузочного резисторе, а к его обмотке L 4 подключи такую же детекторную цепь, как к в предыдущем опыте, но без разделительного конденсатора и резистора, которые сейчас не нужны. Как теперь звуча? телефоны? Громче. Объясняется это лучшим, чем в первом опыте, согласованием выходного сопротивления усилителя и входного сопротивления детекторной цели.

А теперь, пользуясь схемой, изображенной на рис. 58, соедини этот однокаскадный усилитель с входом транзистора рефлексного приемника 1-V-З. Усилитель ВЧ приемника стал двухкаскадным. Связующим элементом между каскадами стала катушка L 4 высокочастотного трансформатора, включенная в цепь базы транзистора V2 (в приемнике 1-V-З выл транзистором W1) вместо катушки связи (была L 2) с бывшим входным настраиваемым контуром. Теперь внешняя антенна и заземление не нужны — прием ведется на магнитную антенну W1. роль которой: выполняет ферритовый стержень с находящейся на нем катушкой L 1 входного настраиваемого контура L 1 C 1.

Итак, вместе с двухкаскадным усилителем НЧ подучился четырехтранзисторный приемник прямого усиления 2-У-З. Приемник, возможно, самовозбуждается. Это потому, что он, во-первых, рефлексный, а рефлексные приемники вообще склонны к самовозбуждению, во-вторых, проводники, соединяющие опытный усилительный каскад с рефлексным каскадом, длинны. Если новый каскад вместе с магнитной антенной смонтировать компактно на той же плате приемника, делая цепи по возможности короче, причин для самовозбуждения будет меньше. Этому способствует и ячейка развязывающего фильтра R 2 C 3 в минусовой цепи питания первого транзистора усилителя ВЧ, которая устраняет связь между каскадами через общий источник литания и тем самым предотвращает самовозбуждение высокочастотного тракта приемника.

Но второй каскад усилителя ВЧ может быть таким, как первый, то есть не рефлексным, и связь между ними может быть не трансформаторная, Схема возможного варианта усилителя изображена нa рис. 59. Здесь нагрузкой транзистора V 1 первого каскада, как и в первом опыте этого практикума (см. рис. 56), служит резистор R2; Создающееся на нем напряжение высокочастотного сигнала через конденсатор СЗ подается на базу транзистора V 2 второго каскада, точно такого же, как первый. Сигнал, дополнительно усиленный транзистором второго каскада, снимается с его нагрузочного резистора R 4 (такого же; как R2) и через конденсатор C4 (такой же, как СЗ) поступает к детектору на диоде V3, детектируется им, а колебания низкой частоты, создающиеся на его нагрузочном резисторе R 5, подаются на вход усилителя НЧ.

В этом варианте второй каскад и детектор представляют собой как бы развернувшийся рефлексный каскад предыдущего варианта. Но транзистор усиливает только высокочастотные колебания. И если его соединить с двухкаскадным усилителем НЧ, то получится приемник прямого усиления 2- V -2. Усиление низкочастотного сигнала несколько уменьшится, телефоны или головка громкоговорителя на выходе такого приемника будут звучать немного тише, зато уменьшится опасность самовозбуждения его высокочастотного тракта. Этот проигрыш можно частично скомпенсировать увеличением напряжения низкочастотного сигнала на выходе детектора, включив в детекторный каскад второй диод (на рис. 59 — показанный штриховыми линиями V 4), как это ты делал в одном из опытов седьмого практикума (см. рис. 50), или использовать в детекторном каскаде транзистор.

Попробуй поэкспериментировать с вариантами усилителя НЧ, сравни качество их работы к сделай соответствующие выводы на будущее.

Еще один совет. Экспериментируя с тем или иным вариантом приемника, черти и запоминай его полную принципиальную схему. Зачем? Радиолюбитель, даже начинающий, должен по памяти чертить, схемы таких устройств. Принципиальная схема, кроме того, поможет тебе лучше усвоить работу приемника в целом и его деталей, облегчит поиск неисправности в нем.

Литература: Борисов В. Г. Практикум начинающего радиолюбителя.2-е изд., перераб. и доп. — М.: ДОСААФ, 1984. 144 с., ил. 55к.

Вещь необходимая, особенно если необходимо поднять уровень ВЧ сигнала в диапазоне от 45 до 860 MHz и развести на несколько потребителей - телевизоров, тюнеров, муз. центров и etc. Особенно это актуально для цифровых пакетов, т.к. при низком уровне сигнала устройства (цифровые телевизор и тюнер) уже не работают.

Официальный сайт производителя

Характеристики:

Frequency range(MHz) 45~860
Nominal gain(dB) 30±2
Flatness in band(dB) ±0.75
Max output level(dBμV) 109
Nominal input level (dBμV) 72
Gain adjustment range(dB) 0~10
Slop preset(dB) 3~18
Noise factor(dB) ≤5
Return loss(dB) ≥10
power supply 220V~ 50-60Hz
power consumption(W) 2
Number of outputs 3
Measurements: 135*78*38mm

Сам усилитель находился в картонной коробке. В комплект поставки вошли переходники подключения с обжимными кольцами по 4шт. и переходник на сетевую вилку, т.к. укомплектован сетевой вилкой с плоскими выводами.
Усилитель имеет 3 выхода сигнала на 3 потребителя (хотя есть и другие модификации, на другое количество выходов, см. выше офиц. сайт). Корпус алюминиевый, разборный на саморезах. Снаружи корпуса имеются два отверстия по краям корпуса для крепления.

Встроенный трансформаторный блок питания. Индикация питания - светодиод красного свечения. Вид усилителя со снятой крышкой. На плате установлено 5 шт. SMD транзисторов c маркировкой R24. (Исправлено, спасибо Kid_Alex за информацию о транзисторах. Их удалось идентифицировать, судя по всему это транзисторы 2SC3356 с низким коэффициентом шума. Информация по данному транзистору различных производителей можно взять здесь ).

Пайка качественная, соплей не заметил. Имеются два переменных резистора (красные ручки) под плоскую отвертку для регулировки коэффициента усиления и изменения характеристик кривой усиления. Именно наличие последней регулировки сыграло решающую роль в покупке именно этой модели, т.к. требовалось получить максимум усиления ВЧ сигнала в определенном диапазоне частот. В частности этот усилитель используется для усиления сигнала пакета кабельного оператора (цифра DVB-C на частоте 202 MHz и каналов в аналоговом виде в диапазоне VHF от 48 до примерно 270 MHz) и разводки сигнала на несколько потребителей и компенсации потерь в пассивных сплиттерах. Т.к. рабочий диапазон от 45 до 860 MHz, то этот усилитель можно использовать для усиления ВЧ сигналов для УКВ и FM – диапазонов от одной антенны на несколько потребителей, сигналов эфирного и кабельного диапазонов (диапазоны метровый диапазон - VHF и дециметровый - UHF (470 - 860 MHz)). Подчеркиваю, сигнал для усиления любой - аналоговые или цифровые TV или радио каналы на частотах от 45 до 860 MHz.

Работает уже более месяца, вопросов нет.
Покупкой доволен.

Планирую купить +59 Добавить в избранное Обзор понравился +28 +76

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.

Потребляемый ток - 46 мА. Напряжение в цепи смещения V bjas определяет уровень выходной мощности (коэффициент передачи) усилителя

Рис.33.11. Внутреннее строение и цоколевка микросхем TSH690, TSH691

Рис. 33.12. Типовая включения микросхем TSH690, TSH691 в качестве усилителя в полосе частот 300- 7000 МГц

и может регулироваться в пределах 0-5,5 (6,0) В. Коэффициент передачи микросхемы TSH690 (TSH691) при напряжении смещения V bias =2,7 В и сопротивлении нагрузки 50 Ом в полосе частот до 450 МГц составляет 23(43) дБ, до 900(950) МГц - 17(23) дБ.

Практическая включения микросхем TSH690, TSH691 приведена на рис. 33.12. Рекомендуемые номиналы элементов: С1=С5=100- 1000 пФ; С2=С4=1000 пФ; С3=0,01 мкФ; L1 150 нГн; L2 56 нГн для частот не свыше 450 МГц и 10 нГн для частот до 900 МГц. Резистором R1 можно регулировать уровень выходной мощности (можно использовать для системы автоматической регулировки выходной мощности).

Широкополосный INA50311 (рис. 33.13), производимый фирмой Hewlett Packard, предназначен для использования в аппаратуре подвижной связи, а также в бытовой радиоэлектронной аппаратуре, например, в качестве антенного усилителя или усилителя радиочастоты. Рабочий диапазон усилителя 50-2500 МГц. Напряжение питания - 5 В при потребляемом токе до 17 мА. Усредненный коэффициент усиления