Схема усилителя ТВ сигнала на одном транзисторе

где находится приемник, соединенный с мини-антенной согласованным кабелем. Как видно из рис. 2.11, хотя при поднятии мини-антенны над землей уже на 1 м она может быть применена для приема в диапазоне до 7 МГц, сама по себе она обеспечивает эффективный прием (по сравнению с 4-метровым штырем) в диапазоне от 10. ..12 кГц до 1. 3 МГц.

На частоте 40 кГц эта мини-антенна эквивалентна по эффективности 800-метровой штыревой антенне! Динамический диапазон мини-антенны около 100 дБ, и она работает без искажений при входных напряжениях (на входе усилительной части) до 10 мВ. В полосе пропускания приемника 540 Гц уровень шумов на выходе антенны около 0,1 мкВ (на сопротивлении 50 Ом), что сравнимо с шумами хороших связных приемников этого диапазона. Такую мини-антенну можно использовать на автомобилях и самолетах, а также в антенных решетках НЧ пеленгаторов.

В 1974 г. на промышленной выставке в Ленинграде Шведское отделение компании ITT демонстрировало серийно выпускаемую АУ АА-300 [61], предназначенную для работы с широкополосными профессиональными радиоприемными устройствами. Однако такие АУ применимы и для радиолюбительских и бытовых радиоприемни-

Простой усилитель фм сигнала для приемника на одном транзисторе

Рис. 2.12. Антенна АА-300

ков (рабочий диапазон АУ 10 кГц.. .30 МГц). Внешний вид АУ показан на рис. 2.12. Конструктивно АА-300 представляет собой полый цилиндр высотой 340 мм, диаметром 135 мм, внутри которого размещена электронная часть антенны. Питание АУ осуществляется постоянным напряжением 24 В по фидеру с волновым сопротивлением 50 Ом. Конструкция АУ очень жесткая.

Такая конструкция и соответствующее выполнение полупроводниковой схемы позволяют использовать АУ типа АА-300 в суровых климатических условиях. Чувствительность АУ исследована в диапазоне 1.. .30 МГц: при напряженности поля 10 мкВ/м на выходе АУ создается напряжение 3 мкВ при отношении сигнал/шум больше 20 дБ. Помехозащищенность АА-300 характеризуется следующими данными.

Для двух одинаковых сигналов, каждый из которых соответствует э. д. с. на выходе АУ в 20 мВ, подавление сигнала взаимной модуляции второго порядка (типа ifi±f2) выше 80 дБ и третьего порядка (типа 2/i-Ь) -выше 120 дБ. Перекрестная модуляция от помех, соответствующих выходным э. д. с. 2 В и при 30% глубине модуляции помехи, не превышает 1%.

АУ рассчитана на работу с напряженностью поля до 200 В/м или на пиковое напряжение до 5 кВ/м. максимальной длительности 0,5 с. Эти цифры говорят о том, что устройство антенны, видимо, аналогично описанному в гл. 1 устройству АУ для аэродромной диспетчерской радиосвязи НА-432/141/50 (рис. 1.10). АУ типа АА-300 снабжена источником питания (рис.

2.12), преобразующим напряжение НО или 220 В (50 Гц) в постоянное напряжение 24 В и потребляющим мощность 3 ВА. Масса самой АУ- 1,7 кг, источника питания- 1 кг.

Для радиолюбителей и спортсменов, занимающихся охотой на лис , интересна работа, проведенная на кафедре радиоприемных и радиопередающих устройств Ленинградского высшего инженерного морского училища, где был разработан малогабаритный радиопеленгатор (МРП) на транзисторах-, предназначенный для индивидуального использования в полярных условиях, а также в условиях плохой видимости для определения направления на радиопередающую станцию. Затем была проведена модернизация МРП с учетом современных требований. Одной из интересных особенностей модернизированного варианта МРП является использование в нем АУ на полевом транзисторе КП350Б.

ТВ-видеопередатчик на одном транзисторе.Мини «телецентр» дома.

евОО 96 (фона Вф

Рис. 2.13. Схема антенной системы радиопеленгатора МА — магнитная антенна, МС — медный стержень

Для приема в диапазоне СВ (275.. .600 кГц) приме-, няют антенную систему, состоящую из внутренней магнитной антенны на ферритовом стержне с диаграммой направленности в виде восьмерки в горизонтальной плоскости и встроенной в МРП АУ с круговой диаграммой направленности. Эта АУ предложена взамен малоэффективной второй магнитной антенны, разработанной в 1963 г. Результирующая диаграмма направленности антенной системы имеет форму кардиоиды. Пеленгация осуществляется на слух по минимуму слышимости принимаемого сигнала.

АУ включает собственно антенну (медный стержень длиной 100 мм и диаметром 3 мм) и. активную схему, представляющую собой малошумящий, резонансный (по выходу) усилитель на транзисторе КП350Б. Для получения диаграммы направленности в виде кардиоиды с помощью баланса амплитуд в усилителе имеется плавная регулировка усиления (потенциометром R2 — рис. 2.13). Габариты всего устройства 168X97X45 мм, масса- 375 г. Более полные сведения об устройстве МРП в целом (супергетеродин с одним преобразованием частоты) приведены в [62].

Кроме описанной в [53, 54] автомобильной АУ, разработана АУ для встраивания в переносные транзисторные приемники [133]. Она предназначена для улучшения приема в KB диапазонах и обладает следующими техническими характеристиками: рабочий диапазон, частот

2 3 4 0 810 WiOWf.Aim 0,1 д)

3. 30 МГц, собственная реальная чувствительность АУ 10 мкВ/м (при длине антенного штыря 1 м в полосе пропускания 8 кГц), динамический диапазон 115 дБ, усй—ление по напряжению (от затвора Т1) 10 раз, напряжение питания 4 . 12 В, потребляемый ток 2,5 . 3 мА Рассмотрим принципиальную схему АУ (рис. 2.14,а)..

Сигнал, наведенный в антенном штыре, поступает на двухкаскадный усилитель через емкостной делитель на—пряжения Са-~Сви- Передача напряжения и отношение-сигнал/шум при этом тем лучше, чем больше Са и меньше Свк, см. (1.2), (1.5). Поэтому первый каскад усилителя выполнен на полевом транзисторе.

Второй каскад — на биполярном транзисторе ГТ313 — собран по схеме-с общим эмиттером и охвачен глубокой параллельной-отрицательной обратной связью на напряжению через-цепь R3, СЗ, что позволило получить равномерное усиление в широкой полосе частот, а также очень малые-входное и выходное сопротивления данного каскада. Такое построение усилителя обеспечивает, с одной стороны минимальную входную емкость, так как каскад на полевом транзисторе работает в режиме короткого замыкания-по выходу, а с другой — хорошую линейность второго-каскада, так как параллельная отрицательная обратная связь эффективна при большом выходном сопротивлении источника сигнала. Режим полевого транзистора по постоянному току обеспечивается с помощью резистора Катушка индуктивности L2 замыкает по постоянному току цепь между затвором й истоком и обеспечивает подавление частот ниже 3 МГц. Индуктивность подобрана так, чтобы на частоте около 4 МГц обеспечивался параллельный резонанс с емкостью С1=Сц + Свх- Резонансный-пик сглаживается с помощью ферритового сердечника с большими потерями. Катушка индуктивности L1 обеспечивает подъем частотной характеристики в диапазоне-20.. .30 МГц и подавление более высоких частот, так как на частоте около 30 МГц L1 имеет последовательный резонанс с емкостью C-CiCbxI (Сц + Се). Резонансный пик сглаживается резистором Со стока полевого транзистора сигнал поступает на базу биполярного, усилива-

Рис. 2.14. АУ KB диапазона:

о — принципиальная схема, б — частотные .характеристики усилителя АУ при-различных напряжениях питания, в — уровень шумов (1 — окружающего про-странства, 2 — АУ, 3 — приемника с АУ, 4 — приемника с пассивной антен-*Jon), г, д — монтажная и печатная платы усилителя АУ

ется им, выделяется на нагрузке R5 и через конденсатор С5 поступает на вход приемника. В качестве входа приемника используется точка .его схемы, соединенная с гнездом внешней антенны разделительным конденсатором 5. ..10 пФ, который при подключении АУ удаляют.

Стабилизация рабочей точки биполярного транзистора при уменьшении напряжения питания и температуры окружаюш,ей среды обеспечивается диодом Д1 и цепью R4C4. Катушка индуктивности L3 препятствует замыканию базы транзистора на землю по переменному сигналу. Звено R6, С6 в цепи питания ослабляет высокочастотные наводки.

Усиление по напряжению от затвора полевого транзистора к коллектору биполярного мало зависит от температуры и напряжения питания и практически определяется произведением крутизны полевого транзистора на сопротивление резистора R3. На рис. 2.14,6 показаны ча- стотные характеристики усилителя АУ. На этом же рисунке показано влияние цепочки RlLl. На рис.

2.14,в показан уровень собственных шумов АУ (кривая 2) и уровень шумов АУ с приемником, имеющим реальную чувствительность 50 мкВ (кривая 3). Кривая 4 показывает уровень шумов такого же приемника с обычной телескопической антенной. На этом же рисунке показана усредненная частотная зависимость напряженности поля внешних шумов (кривая /). Как видно из рис. 2.14,в, в диапазонах KB АУ позволяет существенно улучшить реальную чувствительность приемника.

Усилитель АУ можно смонтировать на печатной плате (рис. 2.14,г) из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Все резисторы типа ОМЛТ 0,125 Вт, конденсаторы- типа КМ-6. Катушка намотана на резистор R1 проводом ПЭВ-2 0,1 внавал и имеет 60 витков. Катушки L2, L3 намотаны на сердечники К7Х4Х2 из феррита 2000НН или 2000НМ в один слой и содержат по 24 витка провода ПЭЛШО 0,12.

Для снижения собственной емкости сердечника катушки L2 желательно перед намоткой обмотать тонкой лакотканью. Катушки L2, L3 лакируют клеем БФ-2 и после припайки выводов приклеивают к плате тем же клеем. В качестве сердечников катушек L2, L3 можно использовать и широко распространенные сердечники К7Х4Х2 из феррита 600НН. В этом случае катушки L2, L3 должны быть намотаны в один слой проводом ПЭЛШО 0,08 и иметь 40.. .60 вит-

ков. При применении феррита 600НН высота резонансного пика на частоте 3.. .4 МГц увеличивается на 6- 8 дБ. Диод Д1 типа КД503 можно заменить любым кремниевым диодом подходящего размера (Д219, Д220, КД508, КД512 и т. п.). Транзистор Т2 типа ГТ313 можно заменить другими высокочастотными биполярными транзисторами структуры р — п — р с более низкой граничной частотой, однако при этом будет снижена верхняя граница рабочего диапазона частот.

2.3. ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ АНТЕННЫ-УСИЛИТЕЛИ

Несмотря на шум, поднявшийся вокруг новой сенса-, ционной идеи в области антенной техники, возмутитель спокойствия Э. Тернер на базе ВВС им. Райт-Паттерсона (Дейтон, шт. Огайо) спокойно проводит испытания ненаправленной сверхминиатюрной интегральной антенны (SIA) высотой около 10 см.

Это устройство, перекрывающее большую часть диапазона телевизионного вещания (метровые волны), — побочный результат, полученный при разработке серии антенных конструкций высотой 5 см со. встроенными транзисторами, вызвавших споры в кругах специалистов , — так судя по работе [3], происходила разработка первых АУ для телевизионного приема. Главное возражение многих специалистов против применения АУ вообще и SIA, в частности, для телевизионного приема сводилось к тому, что ненаправленность (или слабая направленность) будет причиной приема помех от других станций и переотражений от .местных предметов. Однако испытания разработанных в дальнейшем телевизионных АУ показали, что эти проблемы не являются непреодолимыми и. преимущества АУ (малые габариты при сохранении или улучшении чувствительности приемных систем) являются решающими при использовании их для телевизионного приема. В частности, для комнатных телевизионных АУ отражения можно устранить, выбрав ее местоположение (также как для пассивных комнатных телевизионных антенн больших размеров) или применив специальные схемные решения.

Самые низкие телевизионные частоты примерно 50 МГц, размер обычных телевизионных антенн порядка 2 м. Если вместо них использовать активные антенны, этот размер можно уменьшить до 50.. .60 см. Конечно, создание направленных АУ связано, как правило, с при-

менением многоэлементных структур, при этом размеры АУ увеличиваются, однако и в этом случае интеграция с транзисторами оказывается выгодной с точки зрения как некоторого уменьшения размеров, так и повышения чувствительности всей приемной системы. Опыты с телевизионными антеннами типа волновой канал , в которых только питаемый диполь заменен АУ, показали значительное улучшение отношения сигнал/шум, и при этом не наблюдалось никакого изменения в диаграмме направленности.

В разработанной фирмой IFD Electronics (США) конструкции механически прочной миниатюрной многоканальной телевизионной АУ объединены свойства многоэлементных антенн обычной конструкции трех видов: Ю-элементной директорной антенны низкочастотной части диапазона очень высоких частот (ОВЧ), 14- 15-элементной широкополосной антенны высокочастотной части ОВЧ диапазона и 4-элементной антенны УВЧ дил-;пазона. АУ смонтирована в тонком пластмассовом корпусе размером 86X68,5×7,6 см и предназначена дляуста-;новки на крышах зданий, ее масса 2,3 кг, она прошл.а :испытания при скорости ветра до 136 км/ч [63].

Собственно антенна выполнена в виде печатной схемы на майларовой подложке, на которой также путем протравливания тонкого медного слоя получены и пассивные элементы ОВЧ и УВЧ диапазонов. Выходные сигна-.лы ОВЧ и УВЧ диапазонов поступают с пассивной части (собственно антенны) на ОВЧ и УВЧ фильтры, а затем- в полосовые усилители на малошумящих транзисторах (рис. 2.15).

В схеме использованы развязывающие фильтры для предотвращения взаимодействия между сигналами НЧ и ВЧ частей ОВЧ диапазона. Транзисторные усилители с помощью двух скоб монтируются на высоте 2,5 см над печатной платой. Одна из скоб играет роль только механической опоры, а вторая используется также для крепления 75-омного кабеля, который соединяет выход схемы объединения ОВЧ/УВЧ сигналов с коаксиальным снижением (кабелем) антенны. Использование экранированного коаксиального кабеля предотвращает прием нежелательных сигналов. Этот кабель используется и для подачи питания (12 В) на транзисторные усилители. Испытания этой телевизионной АУ показали, что она обеспечивает высококачественный прием цветного изображения на расстоянии до 64 км при

ОвЧ секция УВЧ сеииия

iJCLi/tumB/ib НЧ чисп?и ОВЧ gua/газот

Усилитель ВЧ час/пи ОВЧ дии/тизот

Колосовой усили/пель ffBV иалазо а

Схема е^ьееиА/етя ОвЧ/ШУ сигтлоО

75 Ом Коаксиальное снижение ан- ~

Схема т/па/г ия тра/истор ых с/силителеа (IZff) и разделетя vacmomvb/x Виапазоте

SOOOm aepBoMff apueMHUftt/ 00Ом

/й7 Второму apueMWfff SCO Ом Off Ч/от

Рис. 2.15. Структурная схема телевизионной АУ

работе в НЧ части ОВЧ диапазона, на расстоянии 112. ..120 км в ВЧ части ОВЧ диапазона и на расстоянии до 80 км — в УВЧ диапазоне.

Многие специалисты занимаются разработкой телевизионных АУ, которые предназначены в основном для замены комнатных пассивных антенн, имеющих известные недостатки (большие габариты, недолговечность и необ-.ходимость ручной настройки на каналы), а также промежуточных вариантов АУ, которые можно устанавливать как на крыше здания, так и в помещении (рис. 2.16).

Для оптимального согласования собственно антенны с электронной частью следует использовать индуктивности с малыми потерями и поэтому с большой площадью (выполненные печатным способом), которые благодаря размерам сами являются элементами собственно антенны. Индуктивности антенной структуры выполнены на пластине, на которой установлены и все’ элементы электронной части.

Защиту от погодных влияний обеспечивают с помощью обтекателей из пластмассы. Такая АУ может перекрыть два телевизионных частотных диапазона: 49. ..100 МГц (1. 5 каналы) и 174. ..230 МГц (6. ..12 каналы) по телевизионному стандарту СССР. При этом промежуточный УКВ диапазон 100. .Л 74 МГц может быть подавлен в этой же АУ Г63].

Рис. 2.16. Конструкция одного плеча телевизионной АУ

На рис. 2.17 представлена упрощенная электрическая схема одного плеча антенны. Соединение обоих Плеч в Симметричную антенну .можно осуществить по схеме балансного усилителя.

Для приема сигналов одного канала (или двух соседних) используют телевизионные АУ очень небольших габаритов. Например, предназначенная для приема одного телевизионного канала (61. . 68 МГц) АУ (рис. 2.18) при оптимальном качестве приема имеет высоту всего /ю^ср- Однако в этом случае из-за узкополосности необходима большая точность выполнения элементов конструкции.

Весьма миниатюрными можно сделать комнатные телевизионные АУ для ДМВ диапазона [64, 65] Оригинальный вариант такой АУ представлен на рис. 2.19 [64]. В этом симметричном активном диполе переход к несимметричной линии передачи осуществляется с помощью одного транзистора. Симметричный диполь (собственно антенна) заканчивается в точках 1 и 2, и его форма может быть различной.

Каждая половина диполя дополнена шлейфом, а внутри одного из них проходит кабель, подсоединенный к коллектору транзистора. Размеры шлейфа определяют резонансный полосовой фильтр, благодаря чему АУ может работать в сравнительно широкой полосе частот.

Выход транзистора не является симметричным и

Рис. 2.17. Эквивалентная схема одного плеча теяевиг зионной АУ

Источник: www.uvarov-andrey.ru

УМЗЧ класса АВ без тепловых искажений

Несмотря на то, что большинство транзисторных усилителей имеет низкий суммарный коэффициент гармонических и интермо дуляционных искажений многие из них «звучат» не лучшим образом (слово звучат взято в кавычки потому, что сами по себе усилители не излучают звук). Объясняется это широким спектром высших гармоник, а чем выше номер гармоники, тем заметнее она на слух.

Ламповые же усилители хотя и имеют относительно большие искажения (до 1% и более) имеют резко спадающий ряд гармоник (как правило, не выше 5-й, чаще ограничивается 3-й), что придает звучанию «теплый» характер, ласкающий слух, хотя при этом оно и далеко от натурального. Это можно сравнить с водой: одним нравится родниковая, другим минеральная, а третьим обыкновенная вода из под крана, и вряд ли кому нибудь понравится чистая дистиллированная вода. В то же время, «слепое» сравнительное тестирование лучших транзисторных и ламповых усилителей не выявляет различий в их «звучании».

Транзисторный УМЗЧ с дифкаскадом (ДК) на входе традиционно строится по трех каскадной схеме: ДК входной усилитель напряжения; усилитель напряжения; выходной двух тактный усилитель тока. При этом наибольший вклад в спектр искажений вносит именно выходной каскад. Это, в первую очередь, искажения типа «ступенька», коммутационные искажения, усугубляемые наличием сопротивлений в эмиттерных (истоковых) цепях, а также тепловые искажения, которым до недавних пор не придавали должного внимания. Все эти искажения, будучи сдвинутыми по фазе в цепях отрицательной обратной связи, способствуют формированию широкого спектра гармоник (вплоть до 11 й). Это и обусловливает в ряде неудачных разработок характерное транзисторное звучание.

По всем каскадам на сегодняшний день накоплен огромный набор схемотехнических решений от простых несимметричных каскадов до сложных полностью симметричных. Тем не менее, поискирешений продолжаются. Искусство схемотехники в том и заключается, чтобы простыми решениями добиться хорошего результата. Одно из таких удачных решений опубликовано в [1].

Авторы отмечают, что режим работы наиболее распространенных выходных каскадов с общим коллектором задается напряжением на эмиттерных переходах, которое сильно зависит как от тока коллектора, так и от температуры. Если в маломощных эмиттерных повторителях можно стабилизировать напряжение база эмиттер путем стабилизации тока коллектора [2], то в мощных выходных каскадах класса АВ это сделать практически невозможно.

Схемы термостабилизации с термочувствительным элементом(чаще всего транзистор) даже при установке последнего на корпусодного из выходных транзисторов инерционны и могут отслеживать только среднее изменение температуры кристалла, но не мгновенное, что приводит кдополнительной модуляции выходного сигнала. В ряде случаев схемы термостабилизации являются источником мягкого возбужденияили подвозбуждения, что тоже придает звучанию определенное окрашивание. Для принципиального решения этой проблемыавторы [1] предложили выполнить выходной каскад по схеме с ОЭ (идея не нова, см. например [3]). В результате, в отличие от традиционного трех каскадного построения (каждый каскад со своей частотой среза и своим с пектром гармоник), получился всего двухкаскадный усилитель. Его упрощенная схема показана на рис.1.

Первый каскад выполнен по традиционной схеме ДК с нагрузкой в виде токового зеркала. Симметричный съем сигнала с ДК с помощью токового зеркала (встречная динамическая нагрузка) позволяет получить вдвое большее усиление с одновременным уменьшением шумов.

Выходное сопротивление каскада при таком съеме сигнала достаточно высокое, что обусловливает его работу в режиме генератора тока. В этом случае ток вцепи нагрузки (базы транзистора VT8 и эмиттера транзистора VT7)мало зависит от входного сопротивления и определяется, в основном, внутренним сопротивлением источника тока. Эмиттерные токи транзисторов VT8, VT9 являются базовыми для транзисторов VT10, VT11. Генератор тока I2 и схема сдвига уровня на транзисторах VT5 VT7 задают и стабилизируют начальный ток транзисторов VT8 VT11 независимо от их температуры.

Рассмотрим подробнее работу схемы управления током выходных транзисторов. Переходы база эмиттер транзисторов VT5 VT8 образуют между выходом источника тока I2 и базой транзистора VT10 две параллельные цепи. Это не что иное, как сложный масштабный отражатель тока.

Принцип работы простейшего отражателя тока основан на том, что конкретному значению тока коллектора (эмиттера) соответствует вполне определенное падение напряжения на его базо эмиттерном переходе и наоборот, т.е. если это напряжение приложить к базо эмиттерному переходу другого транзистора с такими же параметрами, то его ток коллектора будет равен току коллектора первого транзистора. Правая цепь (VT7, VT8) состоит из базо эмиттерных переходов с разными токами коллектора (эмиттера). Чтобы заработал принцип «отражателя тока» левая цепь должна быть зеркальной по отношению к правой,т.е. содержать идентичные элементы. Для того чтобы ток коллектора транзистора VT6 (он же ток генератора тока I2) соответствовал току коллектора транзистора VT8, падение напряжения на базо эмиттерном переходе транзистора VT5, в свою очередь, должно быть равно падению напряжения на базо эмиттерном переходе транзистора VT7.

Для этого в реальной схеме (рис.2) транзистор VT5 заменен составным транзистором по схеме Шиклаи. На основании выше изложенного напрашивается выполнение следующих условий:

• статические коэффициенты передачи тока транзисторов VT7, VT8, VT11 (VT12) должны быть равны;
• статические коэффициенты передачи тока транзисторов VT9 и VT10 также должны быть равны между собой, а еще лучше, если все 6 транзисторов (VT7 VT12) будут иметь одинаковые характеристики, что трудно выполнимо при ограниченном количестве транзисторов, имеющихся в наличии;
• в качестве транзисторов VT8, VT9 необходимо отобрать транзисторы с минимальным базо эмиттерным напряжением (с учетом разброса параметров), поскольку эти транзисторы работают при пониженном напряжении эмиттер коллектор;
• произведения статических коэффициентов передачи тока транзисторов VT11, VT13 и VT12, VT14 также должны быть близкими.

Таким образом, если мы хотим задать ток коллектора транзисторов VT13, VT14 равным 100 мА и имеем выходные транзисторы с h21э=25, то ток генератора тока на транзисторе VT6 должен составлять: Iк(VT6)/h21э=100/25=4 мА, что и определяет сопротивление резистора R11 около 150Ом (0,6 В/0,004 А=150 Ом).

Поскольку выходной каскад управляется выходным током ДК, общий эмиттерный ток смещения выбран достаточно большим около 6 мА (определяется резистором R6), он же определяет и максимально возможный выходной ток ДК. Отсюда можно рассчитать и максимальный выходной ток усилителя. Например, если произведение коэффициентов усиления по току выходных транзисторов равно 1000, то максимальный выходной ток усилителя будет близок к 6 А. Для заявленного максимального выходного тока 15 А коэффициент усиления выходного каскада по току должен быть соответственно не менее 2500, что вполне реально. Более того, с целью повышения нагрузочной способности ДК общий эмиттерный ток смещения можно увеличить до 10 мА, уменьшив сопротивление резистора R6 до 62 Ом.

В [1] приведены следующие технические характеристики усилителя:

• Выходная мощность в полосе до 40 кГц на нагрузке 8 Ом- 40 Вт.
• Импульсная мощность на нагрузке 2 Ом- 200 Вт.
• Амплитудное значение неискаженного выходного тока- 15 А.
• Коэффициент гармоник на частоте 1 кГц (1 Вт и 30 Вт, рис.3)- 0,01%
• Скорость нарастания выходного напряжения- 6 В/мкс
• Коэффициент демпфирования, не менее- 250

График зависимости коэффициента гармоник при выходной мощности 1 Вт (кривая а) и при выходной мощности 30 Вт (кривая b) на нагрузке 8 Ом показан на рис.3. В комментариях к схеме [1] утверждается, что усилитель имеет высокую стабильность, в нем отсутствуют «переключательные искажения», а также гармоники высших порядков.

Прежде чем собрать опытный образец усилителя схема была смакетирована виртуально и исследована с помощью программы Multisim 2001. Поскольку в базе данных программы не оказалось указанных в схеме выходных транзисторов, они были заменены ближайшими аналогами отечественных транзисторов КТ818, КТ819. Исследования схемы (рис.4) дали результаты, несколько отличные от приведенных в [1].

Нагрузочная способность усилителя оказалась ниже заявленной, а коэффициент гармоник более чем на порядок хуже. Недостаточным оказался и коэффициент запаса по фазе всего 25°. Наклон АЧХ в районе 0 дБ близок к 12 дБ/окт., что также говорит о недостаточной устойчивости усилителя.

В целях опытной проверки был собран макет усилителя иустановлен в гитарный комбик рок группы «Афазия». Для увеличения устойчивости усилителя емкость коррекции увеличена до 2,2 нФ. Натурные испытания усилителя в сравнении сдругими усилителями подтвердили его достоинства и усилитель получил высокую оценку музыкантов.

Технические параметры усилителя

• Полоса пропускания на уровне 3 дБ-15 Гц-190 кГц
• Коэффициент гармоникна частоте 1 кГц (25 Вт, 8 Ом)-0,366%
• Частота единичного усиления-3,5 МГц
• Запас по фазе- 25°

Строго говоря, приведенные рассуждения по поводу токового управления выходным каскадом справедливы для усилителя с разомкнутой ООС. При замкнутой ООС в соответствии с ее глубиной уменьшается не только выходное сопротивление усилителя в целом, но и всех его каскадов, т.е. они посути начинают работать как генераторы напряжения.

Поэтому с целью получения заявленных в [1] технических характеристик усилитель был доработан до вида рис.5, а результат его исследования приведен на рис.6. Как видно из рисунка, в схему добавлено всего два транзистора, которые образуют двухтактный гибридный повторитель класса А. Введение буферного каскада с высокой нагрузочной способностью позволило более эффективно использовать усилительные свойства ДК по напряжению и существенно повысить нагрузочную способность усилителя в целом. Увеличение усиления с разорванной ООС благоприятно сказалось и на уменьшении коэффициента гармонических искажений.

Увеличение емкости коррекции с 1 нФ до 2,2 нФ хоть и сузило полосу пропускания сверху до 100 кГц, но зато увеличило запас по фазе на 30° и обеспечило наклон АЧХ в области единичного усиления 6 дБ/окт., что гарантирует хорошую устойчивость усилителя.

В качестве испытательного сигнала на вход усилителя подавался сигнал типа «меандр» частотой 1 кГц (калибровочный сигнал от осциллографа). Выходной сигнал усилителя неимел ни завала фронтов, ни выбросов на фронтах сигнала,т.е. полностью соответствовал входному.

Технические характеристики доработанного усилителя

• Полоса пропускания на уровне 3 дБ- 8 Гц-100 кГц
• Частота единичного усиления- 2,5 МГц Запас по фазе- 55°
• Коэффициент усиления- 30 дБ
• Коэффициент гармоник на частоте1 кГц (25 Вт, 8 Ом)- 0,007%
• Коэффициент гармоник на частоте1 кГц (50 Вт, 4 Ом)- 0,017%
• Коэффициент гармоник при Ku=20 дБ- 0,01%

С целью натурных испытаний доработанного усилителя было изготовлено два образца в габаритах платы усилителя «Лорта 50У 202С» (он же «Амфитон 001») и установлено в указанный усилитель. Одновременно был доработан регулятор громкости в соответствии с [4].

В результате доработки хозяин усилителя полностью отказался от регулятора тембра, а натурные испытания показали его явное преимущество над прежним усилителем. Звучание инструментов стало более чистым и натуральным, сталичетче формироваться кажущиеся источники звука (КИЗ), онистали как бы более «осязаемыми». Заметно повысилась и неискаженная выходная мощность усилителя. Термостабильность усилителя превзошла все ожидания. После двухчасового испытания усилителя на выходной мощности, близкой к максимальной, боковые теплоотводы оказались практически холодными, в то время как с прежними усилителями дажев отсутствие сигнала усилитель, будучи оставленным вовключенном состоянии, достаточно сильно разогревался.

Конструкция и детали
Плата (с элементами на просвет) усилителя, предназначенного для установки в усилитель «Лорта», показана на рис.7. В плате предусмотрены места для установки диодного моста и резистора R43 из старой схемы, а также места для установки токо выравнивающих базовых и эмиттерных резисторов для спаренных выходных транзисторов. В нижней части платы зарезервированы места для установки элементов активного источника тока (АИТ) в виде отражателя тока, состоящего из токо задающего резистора сопротивлением 75 кОм с выхода УМ, двух транзисторов типа КТ3102Б и двух резисторов по 200 Ом для активного выключения нижнего плеча усилителя (в опытном образце не устанавливались). Конденсаторы С4, С6 типа К73 17. Емкость конденсатора С2 можно безболезненно увеличить до 1 нФ, при этомчастота среза входного фильтра НЧ будет 160 кГц.

Транзисторы VT13, VT14 снабжены небольшими алюминиевыми флажками толщиной 2 мм. Транзисторы VT8 и VT12для лучшей термостабилизации усилителя установлены пообе стороны общего флажка, причем транзистор VT8 черезслюдяную прокладку или эластичный тепло проводящий изолятор типа «Номакон Gs» ТУ РБ 14576608.003 96. Что касается параметров транзисторов, то они подробно оговорены выше. В качестве транзисторов VT1, VT5 можно использовать транзисторы КТ503Е, а вместо транзисторов VT2, VT3 транзисторы типа КТ3107 с любым буквенным индексом. Желательно, чтобы статические коэффициенты усиления тока транзисторов были попарно равны с разбросом не более 5%, а коэффициенты усиления транзисторов VT2, VT4 были несколько больше или равны коэффициентам усиления транзисторов VT1, VT5.

В качестве транзисторов VT3, VT6 можно использовать транзисторы типов КТ815Г, КТ6117А, КТ503Е, КТ605. Транзисторы VT8, VT12 можно заменить транзисторами типа КТ626В. При этом транзистор VT12 крепится на флажок, атранзистор VT8 на транзистор VT12. Под головку винта состороны транзистора VT8 следует подложить тексто литовую шайбу.

В качестве транзистора VT10 из отечественных полевых транзисторов наилучшим образом подходит транзистор типа КП302А, 2П302А, КП307Б(В), 2П307Б(В). Желательно подобрать транзисторы с начальным током стока 7-12 мА и напряжением отсечки в пределах (0,8-1,2) В. Резистор R15 типа СП3 38б.

Транзисторы VT15, VT16 можно заменить соответственно КТ837 и КТ805, а также КТ864 и КТ865 с более высокочастотными характеристиками. Плата разрабатывалась для установки спаренных выходных транзисторов (КТ805, КТ837). Для этой цели в плате предусмотрены места для установки как базовых (2,2-4,3 Ом), так и эмиттерных (0,2-0,4 Ом) токо выравнивающих резисторов. В случае установки одиночных выходных транзисторов вместо токо выравнивающих резисторов следует запаять перемычки или сразу распаять провода выходных транзисторов в соответствующие места платы. Вопытном образце оставлены «родные» выходные транзисторы, только их пришлось поменять местами.

В усилителе желательно увеличить емкости по питанию (в исходном усилителе в каждом плече по 2.2200 мкФ.50 В) Как минимум, желательно добавить в каждое плечо еще по 2200 мкФ, а еще лучше заменить конденсатором 10000мкФ. 50 В. На 50 В зарубежные конденсаторы относительно дешевы.

Налаживание
Прежде чем подключать выходные транзисторы, необходимо временно припаять на место базо эмиттерных переходов выходных транзисторов любые диоды средней мощности (например, КД105, КД106), подать питание на плату и, не подключая нагрузку, убедиться, что усилитель отрабатывает среднюю точку. Подайте на вход усилителя сигнал и убедитесь с помощью осциллографа, что на «холостом ходу» он усиливается без искажений и возбуждения. Это говорит оправильности монтажа и исправности всех элементов усилителя. Только после этого можно впаять выходные транзисторы и приступить к установкеих тока покоя.

Для установки тока покоя необходимо выставить движок резистора R15 в нижнее по схеме положение, снять предохранитель в одном из плеч усилителя и вместо него включить амперметр. Ток потребления выставляют под строечным резистором R15 в пределах 110-130 мА (с учетом тока ДК около 6 мА и тока буферного повторителя около 3-5 мА). Затем проверяют чувствительность усилителей и при необходимости корректируют резисторы ОС.

После этого можно приступать к различным исследованиям, если, конечно, позволяет оборудование лаборатории радиолюбителя. Для этой цели можно воспользоваться прямым входом усилителя, сняв с него заглушку перемычку на задней стенке усилителя.

1. Дайджест УМЗЧ//Радиохобби. 2000. №1. С.8 10.
2. Петров А. Сверхлинейный ЭП с высокой нагрузочной способностью//Радіоаматор. 2002. №4. С.16.3.
3. Дорофеев М. Режим В в усилителях мощности ЗЧ//Радио. 1991. №3. С.53 56.
4. Петров А. Доработка регулятора громкости усилителя «Лорта 50У 202С»//Радіоаматор. 2000. №3. С.10

Источник: www.rlocman.ru

Схемы апериодических УВЧ на транзисторах

Апериодические усилители высокой частоты ( УВЧ ) используются для увеличения чувствительности радиоприёмников, имеющих малый уровень шумов. Включаются такие усилители на входе приёмника либо перед преобразовательным каскадом. Усилитель должен обеспечить усиление сигнала не менее чем в 3 – 4 раза во всём рабочем диапазоне частот приёмника. Помимо увеличения чувствительности всего приёмного тракта в супергетеродинных приёмниках повышается эффективность работы преобразователя частоты и уменьшается паразитное излучение гетеродина в антенну. Нагрузкой УВЧ служат резисторы или катушки индуктивности ( высокочастотные дроссели ). При наличии на входе УВЧ колебательного контура, а также контура на входе супергетеродинного приёмника, увеличивается не только чувствительность всего приёмника, но и избирательность по зеркальному каналу, а также улучшается соотношение сигнал/шум.

Усилители на одном транзисторе.

На 1 Рис. приведена схема УВЧ для портативного приёмника, работающего в диапазонах длинных ( ДВ ), средних ( СВ ), и коротких ( КВ ) волн. Данный усилитель подключают в приёмник между катушкой связи Lсв магнитной антенны МА и входом преобразователя частоты. УВЧ обеспечивает дополнительное ( в 5 – 6 раз ) усиление принимаемых сигналов.

УВЧ собран на транзисторе VT1 по схеме с коллекторной нагрузкой – резистором R3. Режим работы транзистора обеспечивается резисторами R1, R2, R4. Усиленный сигнал снимается с резистора R3 и через разделительный конденсатор С4 подаётся на вход преобразователя частоты. Резистор R5 и конденсатор С2 образуют в цепи питания УВЧ развязывающий фильтр.

Резистор R6 служит для подачи напряжения смещения на базу транзистора VT2 преобразователя приёмника. Налаживание УВЧ сводится к подбору R1, устанавливающего ток в цепи коллектора VT1 равного 0,8 – 1 мА. В усилителе желательно использовать транзисторы типа ГТ322А, ГТ322Б, ГТ322В и им подобные. Усилитель по схеме Рис.

1 обеспечивает сравнительно равномерное усиление в полосе частот 100 кГц – 15 мГц. На частотах выше 15 мГц усиление падает из-за влияния в основном входной цепи преобразовательного каскада, сопротивление которого приобретает на этих частотах ёмкостной характер. Для уменьшения этого влияния применяют различные корректирующие элементы и цепи. Наиболее простым и эффективным решением является включение последовательно с нагрузкой УВЧ резистором R3 – корректирующего дросселя.

На Рис.2 приведена схема такого усилителя, обеспечивающего равномерный коэффициент усиления равный шести ( 15 дБ ) в полосе частот 100 кГц – 30 мГц. Дроссель Др1 имеет индуктивность 2 мкГ и содержит 30 витков провода ПЭВ-1 0,15, намотанных на резисторе типа МЛТ-0,5 с сопротивлением 100 кОм. В данном усилителе применяются транзисторы типа ГТ322 с буквой А, Б, В, Г, Д, или Е.

На Рис.3 приведена схема другого варианта УВЧ, предназначенного для работы совместно с простым коротковолновым приёмником супергетеродинного типа. Усилитель собран на полевом транзисторе VT1.

Сигнал принимаемой радиостанции с внешней антенны через Гн1 поступает в катушку связи L1 и далее в колебательный контур L2C1. С помощью переменного конденсатора С1 контур можно настроить на любую радиостанцию, работающую в диапазоне частот от 6 до 12 мГц. ( 25 – 50 м ). В таком же диапазоне работает и приёмник.

Применение индуктивной связи контура L2C1 с антенной позволяет подобрать оптимальную связь между ними. Колебательный контур полностью подключён к транзистору, что даёт возможность получить от такого УВЧ значительное усиление сигнала и повысить избирательность всего приёмного устройства по зеркальному каналу.

Дополнительное улучшение избирательности по зеркальному каналу может достигать до 10 – 20 дБ. Необходимый режим работы транзистора VT1 обеспечивается включением в цепь истока резистора R1, который по переменной составляющей переменной заблокирован конденсатором С3. Нагрузкой транзистора является дроссель Др1.

Выделенный на дросселе сигнал через С2 и гнездо Гн2 подаётся на вход приёмного устройства. В данной конструкции можно применять полевые транзисторы КП303В, 2П303В, КП303Г, 2П303Г, переменный конденсатор С1 любого типа с воздушным диэлектриком.

Катушки L1, L2 наматывают последовательно друг за другом на фарфоровом каркасе диаметром 12 мм проводом ПЭВ-1 0,35. Катушка L1 содержит 21 виток, L2 – 5 витков. Дроссель Др1 должен иметь индуктивность около 2,5 мкГ. Можно изготовить самодельный дроссель, намотав на резисторе МЛТ-2 с сопротивлением более 50 кОм 40 витков провода ПЭЛШО 0,2.

Налаживание усилителя сводится к подбору тока потребления. Для этого в разрыв питания включают миллиамперметр с током полного отклонения шкалы 10 мА. Резистором R1 подбирается ток потребления равный 5 мА. Возможно для более точной настройки диапазона придётся подобрать количество витков L2.

Усилитель на двух транзисторах.

На Рис.4 приведена схема УВЧ на двух гальванически связанных транзисторах VT1 и VT2. Нагрузкой первого каскада является резистор R2. Второй каскад собран по схеме эмиттерного повторителя на транзисторе VT2. Нагрузка этого каскада ( резистор R5 ) включена в цепь эмиттера. С выхода второго каскада устройства в цепь базы подаётся напряжение отрицательной обратной связи через резистор R4.

Наличие отрицательной обратной связи и непосредственная связь между каскадами обеспечивают устойчивую работу усилителя в достаточно широком диапазоне частот. Резистор R1 согласует его входное сопротивление с волновым сопротивлением антенного фидера ( 75 Ом ). Элементы R6C3 образуют развязывающий фильтр, подавляющий паразитные обратные связи через источник питания. Частотная и амплитудная характеристики усилителя определяются параметрами корректирующей цепи R3C2. При R3 =0 и С2 = 0 максимальное усиление в низкочастотной части диапазона, при R3 = 200 Ом и С2 = 220 пФ максимальное усиление в высокочастотной части диапазона, при R3 = 200 Ом и С2 = 0,015 мкФ частотная характеристика средняя между предыдущими двумя.

И.И Андрианов “ПРИСТАВКИ К РАДИОПРИЁМНЫМ УСТРОЙСТВАМ”, Москва издательство ДОСААФ СССР, 1985 г. стр.6-15

Поделиться ссылкой:

• Нажмите, чтобы поделиться на Twitter (Открывается в новом окне)
• Нажмите, чтобы открыть на Facebook (Открывается в новом окне)
• Нажмите, чтобы поделиться в WhatsApp (Открывается в новом окне)
• Нажмите, чтобы поделиться в Telegram (Открывается в новом окне)
• Нажмите, чтобы поделиться на LinkedIn (Открывается в новом окне)
• Нажмите, чтобы поделиться записями на Pinterest (Открывается в новом окне)
• Послать ссылку другу по электронной почте (Открывается в новом окне)
• Нажмите для печати (Открывается в новом окне)

Источник: admarkelov.ru