Усилитель вч схема: Как он работает усилитель высокой частоты (УВЧ), примеры схем

Схемотехника усилителей: Усилители высокой частоты

Принято считать, что разработка высокочастотных усилителей — занятие гораздо более сложное, чем разработка усилителей низкочастотных. Действительно, ведь при этом приходится учитывать гораздо большее количество разнообразных электромагнитных эффектов и процессов в цепях. Но зачастую оказывается, что реальное схемотехническое воплощение такого усилителя достаточно редко отходит от некоторой шаблонной структуры. Дело здесь в том, что при проектировании высокочастотных усилителей стремятся в первую очередь не увеличивать выходную мощность при минимизации линейных и нелинейных искажений, а достичь максимальной чувствительности и высокой устойчивости каскада в широком частотном диапазоне, т.е. требования к высокочастотным усилителям обычно сильно отличаются от требований к усилителям низкочастотным. Типичная структура высокочастотного усилителя представляет собой последовательное соединение трех звеньев: входного согласующего звена (это обычно довольно простые \(LC\)-цепочки, вносящие минимальные потери, обеспечивающие согласование с предшествующим каскадом и грубо формирующие частотную характеристику), основного усилительного звена (транзистор, включенный с ОЭ, ОБ или ОК, возможно с внутрикаскадной ООС, обеспечивающей устойчивость и широкий динамический диапазон в широком спектре частот), выходного фильтра, окончательно формирующего частотную характеристику каскада и обеспечивающего согласование на его выходе (здесь могут использоваться достаточно сложные \(LC\)-фильтры, фильтры на ПАВ, пьезокерамические, кварцевые фильтры и т.п.). Межкаскадные связи в высокочастотных усилителях обычно выполняются с помощью емкостей, связанных индуктивностей или высокочастотных широкополосных трансформаторов (здесь мы намеренно опускаем вопросы проектирования интегральных усилителей, это совершенно отдельная тема, и о ней будет сказано позднее). Рассмотрим по порядку причины, которые так жестко регламентируют описанную структуру усилительного каскада. Различные схемы включения транзистора (ОЭ, ОБ, ОК) обладают различными входными и выходными параметрами (какими именно, мы будем анализировать позднее). Для высокочастотных усилителей вопросы согласования каскадов по входу и выходу оказываются важны (по мере роста частоты все важнее, а для усилителей диапазона СВЧ вообще обязательны). Отсутствие согласования приводит к росту искажений сигнала, его переотражению обратно на вход предшествующего каскада, за счет чего уменьшается общий коэффициент усиления схемы, а главное — к росту неустойчивости схемы, что может привести к ее самовозбуждению. Чтобы избежать всех этих эффектов, при проектировании высокочастотных схем принимаются специальные меры по согласованию импедансов, т.е. выходной импеданс первого каскада должен быть равен (или, в крайнем случае, должен быть ниже) входному импедансу последующего каскада (заметим, что для низкочастотных усилителей, учитывая необходимость повышения КПД, мы обычно стремимся, чтобы входной импеданс усилительного каскада был гораздо выше выходного импеданса предшествующего каскада). Именно для согласования импедансов на входе высокочастотного каскада приходится включать специальные цепочки. Заметим также, что включать слишком сложные, вносящие достаточно высокие потери фильтры на входе высокочастотных усилительных каскадов (если только это не оконечные каскады) не принято. И без того довольно слабый высокочастотный сигнал может просто затеряться в шумах после прохождения таких фильтров. Следующей отличительной чертой высокочастотных усилительных каскадов является достаточно умеренное использование в них цепей обратной связи. Дело в том, что на высоких частотах бывает довольно трудно обеспечить устойчивость схем с обратными связями. На одной частоте такая связь может действовать как отрицательная, а на другой — как положительная. Исключение составляют некоторые специальные хорошо изученные и просчитанные виды внутрикаскадных отрицательных обратных связей (обычно имеющие реактивный характер), параметры которых остаются более или менее стабильными в широком частотном диапазоне. Эти требования несколько облегчаются для узкополосных усилителей, в которых рабочий диапазон частот достаточно узок, и, соответственно, параметры различных цепей оказываются более предсказуемыми. Часто встречаются обратные связи, обеспечивающие автоматическую регулировку коэффициента усиления высокочастотных каскадов, поскольку уровень входного высокочастотного сигнала может меняться в очень широких пределах. Однако важнейшей задачей при проектировании высокочастотных усилителей является обратная задача — устранение всех возможных цепей обратной связи в рабочем диапазоне частот (здесь уместно вспомнить конденсатор, включаемый параллельно сопротивлению в цепи эмиттера, как показано на рис. 3.21, 3.24). По мере повышения частоты эта задача становится все более трудоемкой, поскольку высокочастотные сигналы постоянно пытаются проникнуть туда, куда не надо, пользуясь при этом паразитными емкостями монтажа, внутренними токами утечки транзисторов, электромагнитным излучением соединительных проводников, индуктивностей и других компонентов схемы. С этими явлениями борются в первую очередь оптимизацией размещения компонентов при монтаже, разнообразными экранирующими перегородками, минимизацией размеров самих элементов и применением элементов с лучшими высокочастотными свойствами. Напрашивается простой вопрос: а зачем необходимо так старательно контролировать все возможные цепи обратной связи? Дело в том, что наличие или отсутствие таких цепей оказывает определяющее воздействие на устойчивость усилителя. Существует целая теория устойчивости, позволяющая предсказывать поведение самых разнообразных схем. Основной проблемой здесь является то, что схема, вроде бы нормально работающая при тестовых испытаниях, когда на нее подается чистый полезный сигнал, может оказаться легковозбудимой вне рабочей полосы усиления, т.е. в реальном устройстве, где всегда имеются некоторые помехи и нежелательные продукты интермодуляции, действующие вне рабочей полосы, такая схема работать не сможет. Потеря устойчивости вызывает значительные нелинейные искажения сигнала, а в пределе схема может самовозбудиться, превратившись из усилителя в генератор. Не следует думать, что данная проблема отсутствует в низкочастотных усилителях. Но там она оказывается гораздо более предсказуемой и управляемой, так что не вызывает очень уж серьезных затруднений при проектировании усилителей. А вот в высокочастотных усилителях неконтролируемое самовозбуждение может проявляться даже в тщательно просчитанных и профессионально собранных схемах. Различные проблемы в каскадах усиления высокой частоты приводят к тому, что общий коэффициент усиления таких каскадов оказывается гораздо ниже коэффициента усиления аналогичных низкочастотных схем. Дополнительную проблему создают многочисленные фильтры, которые формируют частотную характеристику усилителя, но при этом также существенно ослабляют и полезный сигнал. Таким образом, для обеспечения достаточно высокого усиления на высокой частоте приходится строить многокаскадные усилители с числом каскадов, существенно превышающим то, что мы привыкли видеть в низкочастотных схемах. В общем случае нет какой-либо универсальной методики построения схем высокочастотных усилителей, а приведенная выше структура — это лишь некий среднестатистический вариант, который может существенно изменяться в случае необходимости. Имеет смысл выделить два широких класса усилителей: широкополосные (к ним относятся и апериодические) и узкополосные (к ним относятся и резонансные) усилители.   Узкополосные усилители. Структурная схема узкополосного высокочастотного усилителя включает все стандартные звенья, описанные выше. Но кроме этого в состав узкополосного усилителя могут входить дополнительные пассивные цепи, предназначенные для формирования требуемой полосы пропускания и обеспечения устойчивости усилителя за пределами рабочей полосы частот (стабилизирующие цепи). Проблема формирования полосы пропускания является очень важной при разработке узкополосных усилителей, поскольку высокочастотные транзисторы активны в широкой полосе частот. Сформировать требуемую полосу пропускания можно, например, с помощью фильтра сосредоточенной селекции (ФСС), включенного на входе или выходе транзистора. ФСС на входе ослабляет действие помех, предотвращает нелинейные искажения, обусловленные их взаимодействием с сигналом (интермодуляционные искажения), и тем самым повышает помехоустойчивость усилителя. Однако фильтр, включенный на входе, вносит в усилитель дополнительные потери и увеличивает его коэффициент шума. Потери фильтра на центральной частоте полосы пропускания тем больше, чем полоса уже. К ФСС на входе предъявляются более жесткие требования, чем к фильтру, включенному на выходе транзистора. Другой возможный способ формирования полосы пропускания — с помощью резонансных звеньев, включаемых последовательно с транзистором или в цепи обратной связи. Резонансные усилители имеют узкую полосу пропускания и высокий коэффициент усиления. Их основной отрицательной чертой является меньшая по сравнению с широкополосными каскадами устойчивость. За пределами рабочей полосы частот в области потенциальной неустойчивости усилитель может возбудиться помехами и продуктами интермодуляции. Для предотвращения этого в схемы узкополосных усилителей вводят стабилизирующие цепи с потерями, которые не оказывают влияния на работу каскада в рабочей полосе частот, но шунтируют цепи протекания сигнала в областях потенциальной неустойчивости. Отметим, что такие функции, как согласование импедансов, формирование полосы пропускания и обеспечение устойчивости усилителя, не обязательно должны выполняться различными пассивными цепями — одна цепь может использоваться для выполнения сразу нескольких функций. Широкополосные усилители. При проектировании широкополосных усилителей следует учитывать то обстоятельство, что коэффициент усиления при любом включении транзистора уменьшается с ростом частоты, поэтому расчет таких усилителей и согласование нагрузок обычно производят не на центральной, а на верхней частоте рабочего диапазона (в качестве согласующих цепей в таких усилителях часто используют широкополосные трансформаторы). Избыточное усиление, проявляющееся на нижних частотах диапазона, устраняют так называемыми выравнивающими цепями. Последние могут быть выполнены в виде реактивных или диссипативных цепей (простейший пример выравнивающей цепи — обыкновенный конденсатор, включенный последовательно в цепь протекания сигнала; на верхней частоте рабочего диапазона его сопротивление оказывается ниже сопротивления на нижней частоте, т.е. низкочастотные сигналы при протекании через такую цепь будут подавляться в большей мере, чем сигналы высокочастотные). В усилителях с реактивными выравнивающими цепями корректировка коэффициента усиления в полосе пропускания осуществляется за счет рассогласования (увеличения коэффициента отражения) на входе усилителя с понижением частоты. Однако при сильном рассогласовании усилители могут самовозбуждаться. В этом случае предпочтительным оказывается использование диссипативных цепей. При использовании диссипативных выравнивающих цепей избыточное усиление компенсируется в поглощающих элементах цепей, затухание которых возрастает с уменьшением частоты (вспомним пример с конденсатором, хотя сам по себе одиночный конденсатор и нельзя считать диссипативной цепью, но принцип очень похож). Коэффициенты отражения от входа и выхода при этом получаются малыми. Диссипативные выравнивающие цепи одновременно могут использоваться и в качестве стабилизирующих, т.е. для подавления усиления за пределами полосы пропускания, хотя эти функции могут выполняться и разными цепями.   Что касается схем включения биполярных транзисторов в высокочастотных усилителях, то и они также во многом зависят от назначения усилителя. В малошумящих усилителях входных трактов высокочувствительной аппаратуры предпочтение отдается схемам с ОЭ и с ОБ. Схемы с ОЭ безусловно устойчивы в широкой полосе частот и имеют очень большой динамический диапазон, что делает их практически незаменимыми в многокаскадных схемах усиления промежуточной частоты. Схемы с ОБ в большей части частотного дипазона, как правило, потенциально неустойчивы. Для преодоления этого недостатка такие схемы должны охватываться достаточно глубокой внутрикаскадной ООС. Но, с другой стороны, усилители на транзисторах во включении с ОБ обладают лучшими шумовыми свойствами (что предопределяет их более высокую чувствительность), в них может быть получено значительно большее усиление, чем в схемах с ОЭ, причем коэффициент усиления в каскадах с ОБ довольно слабо зависит от частоты. Увеличение усиления связано с сужением полосы пропускания и уменьшением запаса устойчивости усилителя. Кроме того, большие коэффициенты усиления могут быть реализованы лишь при больших сопротивлениях нагрузки, а это затрудняет создание согласующих цепей. Широкополосные усилители, учитывая проблемы с устойчивостью схемы с ОБ, обычно строят по схеме с ОЭ, а узкополосные — как по схеме с ОЭ, так и по схеме с ОБ, причем транзисторы во включении с ОБ позволяют получать значительно более узкие полосы пропускания. Каскад с ОК может применяться в усилителях мощности, его свойства на высоких частотах во многом похожи на свойства каскада с ОЭ, однако из-за присутствия глубокой ООС на практике каскады с ОК оказываются несколько более высокочастотными, чем аналогичные каскады с ОЭ.     < Предыдущая   Следующая >

Интегрированные схемы управления усилителями мощности в базовых станциях и схемы управления на дискретных компонентах Analog Devices

Введение

Усилитель мощности (УМ) вносит доминирующий вклад в такие показатели сигнального тракта базовых станций беспроводных систем связи, как рассеиваемая мощность, линейность, КПД и стоимость. Мониторинг и управление характеристиками УМ базовых станций делает возможной максимизацию выходной мощности при достижении оптимальных значений линейности и КПД.

Компания Analog Devices выпускает широкий спектр компонентов, которые идеально подходят для решения подобных задач. Многоканальные цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП), аналого-цифровые преобразователи (АЦП), датчики температуры и тока, а также однокристальные интегрированные решения применяются в базовых станциях для мониторинга и управления разнообразными аналоговыми сигналами. Дискретные датчики и преобразователи данных обеспечивают наилучшие характеристики и максимальную гибкость конфигурации, в то время как интегрированные решения обладают меньшей стоимостью, меньшими размерами и большей надежностью.

Оптимизация КПД базовых станций по мощности является ключевым вопросом с точки зрения защиты окружающей среды для компаний, работающих в сфере телекоммуникационной промышленности. Прилагаются значительные усилия, направленные на снижение суммарного энергопотребления базовых станций и, как следствие, уменьшения их воздействия на окружающую среду. Электроэнергия является основным источником повседневных расходов на эксплуатацию базовых станций, и УМ может быть ответственен более чем за половину потребляемой мощности. Таким образом, оптимизация КПД УМ по мощности улучшает его рабочие характеристики, снижает вред, наносимый окружающей среде, и приносит экономическую выгоду.

 

Управление УМ при помощи дискретных компонентов

На рис. 1 показана базовая схема каскада усиления мощности на основе транзистора, выполненного по технологии металл-оксид-полупроводник с поперечной диффузией (lateral-diffused metal-oxide semiconductor — LDMOS). Оптимальные условия смещения транзистора УМ определяются путем поиска компромиссного варианта между линейностью, КПД и усилением. Поддержание тока смещения стока на оптимальном уровне в диапазоне температур и во времени может значительно улучшить суммарные показатели качества УМ, что гарантирует его работу в пределах регулируемых уровней выходной мощности. Один из способов управления током смещения затвора заключается в применении резистивного делителя, устанавливающего напряжение на затворе на фиксированном оптимальном уровне, определенном на этапе отладки схемы.

К сожалению, подобное решение с фиксацией напряжения на затворе, которое может быть достаточно эффективным с точки зрения стоимости, обладает серьезным недостатком: оно не учитывает изменения условий окружающей среды, разброс технологических параметров при производстве и флуктуации напряжения питания. Два основных фактора, воздействующих на ток смещения стока УМ, — это изменения напряжения в цепи положительного питания и температуры на кристалле.

Лучшим подходом является динамическое управление напряжением на затворе транзистора УМ, которое можно обеспечить применением алгоритма цифрового управления, измеряющего ток стока, оцифровывающего его с помощью АЦП и устанавливающего требуемое смещение с помощью ЦАП или, при некотором ухудшении разрешения, с помощью цифрового потенциометра. Подобная система управления позволяет поддерживать необходимое для достижения оптимальных характеристик смещение УМ, невзирая на изменения напряжения, температуры и других параметров среды, при помощи задаваемых пользователем программируемых контрольных точек.

Ключевым моментом в этом подходе является точное измерение тока, подаваемого на LDMOS-транзистор по цепи положительного питания, которое обеспечивается при помощи резистора, включаемого в эту цепь, и усилителя AD8211. При диапазоне синфазного входного напряжения до +65 В AD8211 обеспечивает фиксированное усиление 20 В/В. Внешний резистор задает значение тока полной шкалы. Выходной сигнал усилителя может быть мультиплексирован на вход АЦП для формирования цифрового сигнала, подаваемого затем на схему мониторинга и управления. Выходное напряжение усилителя, используемого для измерения тока, следует задать таким, чтобы оно было как можно ближе к значению напряжения полной шкалы АЦП. Постоянный мониторинг цепи положительного питания позволяет непрерывно подстраивать напряжение на затворе усилителя мощности даже при появлении импульсных выбросов, обеспечивая оптимальные условия смещения.

Зависимость тока сток-исток LDMOS-транзистора (I_DS) от напряжения затвор-исток (V_gs) имеет два компонента, зависящих от температуры: средняя подвижность электронов (μ) и пороговое напряжение (V_th):

С ростом температуры V_th и μ уменьшаются, и, следовательно, изменения температуры будут приводить к изменениям выходной мощности. Для мониторинга температурных изменений на плате можно измерять температуру окружающей среды и внутреннюю температуру УМ при помощи одного или нескольких 12-разрядных температурных датчиков ADT75. ИС ADT75 представляет собой полнофункциональную систему мониторинга температуры в 8-выводном корпусе MSOP, которая обладает погрешностью ±1 °С в диапазоне температур от 0 до 70 °С.

Мультиплексирование выходного напряжения температурного датчика вместе с напряжением, соответствующим измеренному значению тока стока, и другими данными в АЦП позволяет преобразовать замеры температуры в цифровой вид для последующего мониторинга. В зависимости от конфигурации системы может возникает необходимость разместить на плате несколько температурных датчиков. Например, если используется два и более УМ или несколько предварительных драйверов во входном каскаде, то применение отдельных датчиков на каждый усилитель повысит эффективность управления системой. Для преобразования аналоговых измерений в цифровые данные при проведении одновременного мониторинга и датчиков тока, и датчиков температуры можно воспользоваться многоканальными 12-разрядными АЦП AD7992, AD7994 и AD7998.

Цифровую информацию, собираемую с датчиков тока и температурных датчиков, можно отслеживать в непрерывном режиме дискретной логикой управления или микроконтроллером. Динамическое управление напряжением на затворе УМ при помощи цифрового потенциометра или ЦАП по результатам мониторинга позволяет поддерживать условия смещения на оптимальном уровне. Разрешение ЦАП будет определяться требуемой степенью точности регулировки напряжения на затворе. Телекоммуникационные компании в проектах базовых станций обычно используют сразу несколько УМ, как показано на рис. 2. Делается это исходя из соображений увеличения гибкости при выборе УМ для каждой ВЧ несущей и возможности оптимизации каждого УМ под конкретный формат модуляции. Кроме того, объединение выходов нескольких параллельно включенных УМ улучшает линейность и общий КПД. В таких случаях для обеспечения требований к усилению и КПД УМ может потребоваться несколько каскадов усиления, состоящих из усилителя с переменным коэффициентом усиления (VGA, variable gain amplifier) и предварительного драйвера. Для управления их усилением и задания различных настроечных уровней можно применить многоканальный ЦАП.

Для обеспечения точного управления затвором УМ могут применяться 12-разрядные одиночный, сдвоенный и четырехканальный ЦАП — AD5622, AD5627 и AD5625 соответственно. Они имеют внутренние буферы с превосходной нагрузочной способностью, что позволяет в большинстве приложений избежать применения внешних буферов. Комбинация низкого энергопотребления, гарантированной монотонности и быстрого времени установления делает эти компоненты идеальным выбором для точной настройки рабочих уровней.

Для задач, в которых точность не является ключевым параметром и достаточно 8-битного разрешения, можно применить менее дорогие цифровые потенциометры. Такие резисторы с цифровым управлением выполняют те же функции регулировки, что и механические потенциометры или переменные резисторы, но обладают при этом более высокой точностью, надежностью, характерной для полупроводниковых компонентов, и превосходными температурными характеристиками. Энергонезависимые и однократно программируемые (OTP, onetime-programmable) цифровые потенциометры идеально подходят для ВЧ-систем с организацией дуплексной передачи по принципу разделения во времени (TDD, time-division duplexing), где УМ отключается на период приема и включается фиксированным напряжением, подаваемым на затвор, на период передачи. Заранее запрограммированное значение напряжения запуска сокращает задержку включения и улучшает КПД при включении транзистора УМ в фазе передачи сигнала. Возможность отключения транзистора УМ в фазе приема предотвращает искажение принимаемого сигнала шумом цепи передатчика и улучшает общий КПД УМ. Для решения этой задачи существует большое количество разнообразных потенциометров, и выбор конкретного устройства определяется количеством каналов, типом интерфейса, разрешением и требованиями к энергонезависимой памяти. Например, для задания рабочих уровней в ВЧ-усилителях хорошо подходит 256-позиционный однократно программируемый двухканальный потенциометр с интерфейсом I²C — AD5172.

Для поддержания оптимальных значений линейности и КПД при мониторинге и управлении коэффициентом усиления требуется обеспечить точное измерение уровней мощности ВЧ-сигналов сложной формы на выходе УМ. Детектор среднеквадратической мощности TruePowr AD8362 обладает динамическим диапазоном 65 дБ на частотах от 50 Гц до 3,8 ГГц, что позволяет очень точно измерять среднеквадратическую мощность ВЧ-сигналов, характерных для базовых станций сотовых систем связи W-CDMA, EDGE и UMTS.

На рис. 3 выход детектора мощности V_OUT подключен к выводу управления усилением УМ. Сигнал с выхода УМ поступает на антенну. Часть выходного сигнала снимается при помощи направленного ответвителя, ослабляется на заданное значение и подается на детектор мощности. Выходной сигнал детектора мощности, являющийся мерой среднеквадратического уровня выходного сигнала передатчика, сравнивается со значением V_SET, запрограммированным при помощи ЦАП, и коэффициент усиления УМ подстраивается таким образом, чтобы разность между двумя напряжениями стала равна нулю. Таким образом, V_SET точно задает величину коэффициента усиления по мощности. Оцифрованное значение сигнала V_OUT поступает в цепь обратной связи, которая может, отслеживая уровень излучаемой мощности на основании измерений AD8362 с выхода АЦП, управлять значением V_SET и коэффициентом усиления системы.

Подобный метод регулировки усиления можно использовать также для усилителей с переменным усилением, которые применяются в предшествующих усилителю мощности каскадах сигнального тракта. Для одновременного измерения мощностей передаваемого и принимаемого сигналов можно воспользоваться сдвоенным детектором AD8364, одновременно измеряющим уровни двух входных сигналов сложной формы. В системах, где усилителю мощности предшествует VGA или предварительный драйвер и допускается применение только одного детектора мощности, усиление одного из устройств фиксируется, а V_OUT подается на управляющий вход второго устройства. Если в процессе работы контура управления обнаруживается, что ток в цепи питания слишком велик, то контур посылает в ЦАП команду для уменьшения напряжения на затворе или отключения УМ. Однако в некоторых приложениях при появлении в цепи положительного питания бросков напряжения или неприемлемо высоких токов время, затрачиваемое цифровым контуром управления на считывание значения тока, преобразование его в цифровую форму и обработку оцифрованных данных, может быть слишком велико для предотвращения повреждения устройства.

Для управления ВЧ-сигналом на УМ может быть применена аналоговая схема на базе компаратора ADCMP371 и ВЧ-ключа, которая показана на рис. 4. Выходное напряжение усилителя, считывающего ток, сравнивается непосредственно с фиксированным напряжением, которое задается при помощи ЦАП. Если на выходе измерителя тока из-за броска тока или напряжения появляется напряжение, превышающее заданную фиксированную величину, то компаратор может переключить сигнал на управляющем выводе ВЧ-ключа для прекращения подачи ВЧ-сигнала на затвор УМ практически мгновенно, предотвратив повреждение УМ. Такое непосредственное управление без применения цифровой обработки намного быстрее и обеспечивает лучшую защиту, чем цифровой контур управления.

Объединив обсуждавшиеся выше элементы, мы получим типовую систему мониторинга и управления УМ, составленную из дискретных компонентов, которая показана на рис. 5. В этом примере единственным объектом мониторинга и управления является УМ, однако схожий принцип будет распространяться и на любые другие усилители сигнального тракта. Всеми дискретными компонентами в схеме управляет единственный контроллер по одной шине I²C.

В зависимости от требований, предъявляемых к сигнальному тракту, для увеличения суммарного коэффициента усиления сигнала по мощности может потребоваться несколько усилителей в предварительных и основных каскадах усиления. К несчастью, эти дополнительные каскады усиления мощности оказывают негативный эффект на суммарный КПД УМ, поэтому для минимизации ухудшения КПД и оптимизации характеристик необходимо также отслеживать и управлять преддрайверами. Например, для мониторинга температуры, мощности и уровней напряжения VGA, двух преддрайверов и двух УМ, которые используются для усиления сигнала на рис. 2, пользователю потребуется достаточно большое количество дискретных компонентов.

 

Интегрированная схема мониторинга и управления

Для решения проблемы увеличения количества компонентов компания Analog Devices разработала микросхему AD7294 — интегрированную систему мониторинга и управления (рис. 6). Она содержит на одном кристалле все узлы, которые необходимы для типовых задач мониторинга тока, напряжения и температуры.

Микросхема AD7294 состоит из 9-канального 12-разрядного АЦП и 4-канального ЦАП с втекающим/вытекающим током 10 мА. Она производится по технологии DMOS 0,6 мкм, что позволяет датчику тока работать с синфазными уровнями вплоть до 59,4 В. АЦП имеет два выделенных канала измерения тока, два канала измерения температуры «внешняя среда–переход», один канал для измерения внутренней температуры кристалла и четыре неспециализированных входа.

Дополнительным плюсом каналов ЦАП в микросхеме AD7294 является наличие регистра гистерезиса и регистров верхнего и нижнего пределов сигнала (которые также имеются в микросхемах AD7992/AD7994/AD7998). Пользователь может запрограммировать верхний и нижний пределы для сигнала в канале АЦП, и при его выходе за эти пределы будет выдан флаг оповещения. Регистр гистерезиса дает пользователю дополнительную возможность определять точку сброса флага оповещения при нарушении границ диапазона входного сигнала. Гистерезис предотвращает непрерывное переключение флага оповещения при считывании температуры или тока в условиях высоких шумов.

Аналогово-цифровые преобразования могут быть инициированы двумя способами. Режим команд позволяет пользователю выполнять преобразование в канале или последовательности каналов по требованию. В режиме autocycle преобразование в последовательности заранее заданных каналов осуществляется автоматически, и выдаются только сигналы оповещения при нарушении верхней или нижней границы диапазона. Этот режим отлично подходит для мониторинга реальных систем, и особенно для непрерывного мониторинга мощности сигнала или тока.

В микросхеме интегрированы два усилителя для считывания тока (рис. 7). При протекании тока стока УМ через шунтирующий резистор небольшое дифференциальное входное напряжение усиливается. Интегрированные усилители подавляют синфазные напряжения вплоть до 59,4 В и выдают усиленный аналоговый сигнал на один из мультиплексируемых каналов АЦП. Оба усилителя имеют фиксированный коэффициент усиления, равный 12,5, и работают от внутреннего опорного напряжения смещения выхода, равного 2,5 В. Каждый из усилителей сопровождается аналоговым компаратором, который обнаруживает сбои при превышении порога, заданного по уровню 1,2×напряжение полной шкалы.

Четыре 12-разрядных АЦП вырабатывают напряжение, задаваемое цифровым кодом (с разрешением 1,2 мВ), для управления токами смещения транзисторов УМ. Они также могут использоваться в задаче формирования управляющих напряжений для усилителей с переменным коэффициентом усиления. Каждый из этих преобразователей представляет собой тонкопленочный монотонный по определению 12-разрядный ЦАП «цепочечного» типа (string DAC) с опорным напряжением 2,5 В и размахом выходного напряжения 5 В. Выходной буфер ЦАП подключен к выходному каскаду цепи положительного питания. Изменяя входное смещение, выходной диапазон ЦАП можно сместить в любой интервал в пределах от 0 до 15 В. Это дает пользователю возможность обеспечить 12-разрядную точность при размахе сигнала 5 В и при этом подавать напряжение смещения до 15 В. Это актуально в связи с тенденцией к повышению значений управляющего напряжения на затворе транзисторов в каскадах УМ. Кроме того, буферы этих четырех ЦАП обеспечивают входные и выходные токи до 10 мА, и это позволяет отказаться от внешних буферов.

 

Заключение

Производители УМ разрабатывают устройства со все более сложными входными трактами, применяя различные сочетания каскадов усиления и методов управления. Выпускаемые компанией Analog Devices семейства многоканальных АЦП и ЦАП, а также аналоговых ВЧ-компонентов хорошо подходят для построения самых разнообразных архитектур, что дает возможность разработчикам реализовывать на их основе распределенные системы управления, эффективные с финансовой точки зрения. В качестве альтернативы можно использовать однокристальные решения, наподобие AD7294, которые обеспечивают значительный выигрыш по площади, занимаемой на печатной плате, надежности и стоимости системы. Наличие большого спектра дискретных компонентов и составных частей интегрированных систем также значительно увеличивает возможности разработчиков, создающих свои собственные нестандартные схемы усиления мощности.

Антенные усилители для радио и ТВ

Для увеличения чувствительности радиоприемных средств — радиоприемников, телевизоров используют различные усилители высоких частот (УВЧ). Включенные 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 приемных устройств 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 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. 2а и 2б приведены схемы широкополосных УВЧ на одном транзисторе, включенном по схеме с общей базой. Отличие схем Рис. 2а и Рис. 2б в разнице проводимости применяемых транзисторов (n-p-n и p-n-p соответственно). В зависимости от используемого транзистора данная схема может успешно применяться до частот в сотни мегагерц.

Дроссель L1 в этих схемах для диапазона СВ намотан на 3 — 4 кольцах К7х4х2 (К10), проницаемостью 600НН и содержит 300 витков провода ПЭВ 0,1.

Большее значение коэффициента усиления схемы с ОЭ можно получить за счет применения составного транзисторного каскада, например, как на Рис.3:

Коэффициент усиления можно увеличить за счет применения каскодных схем, например, выполненные на основе усилителя ОК-ОБ (общий коллектор — общая база) на транзисторах разной структуры с последовательным питанием. Один из вариантов такой схемы УВЧ приведен на рис. 4.

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.

Транзисторные УВЧ для телевизионного (метрового и дециметрового) диапазона, могут состоять из нескольких каскадов по схеме ОЭ, (как и на Рис. 1). Схема такого усилителя приведена на Рис. 5.

При изготовлении усилителя необходимо соблюдать все требования, предъявляемые к монтажу ВЧ-конструкций: минимальные длины соединяющих проводников, экранирование и т.д.

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

На рис. 6 приведена схема антенного 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 коаксиальному 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 (L1 C1), ограничивающий диапазон рабочих частот снизу. Это увеличивает помехозащищенность антенного усилителя.

Радиоэлементы для схемы Рис. 6:

• 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…

Схемы усилителей высокой частоты.

Основными особенностями каскадов ВЧ тракта приемника являются:

— Малая амплитуда входных сигналов;

— Наличие резонансной нагрузки;

— Широкий диапазон возможных рабочих частот, при высокой частоте усиливаемых сигналов.

При использовании электронных ламп, в зависимости от места включения нагрузки усилители строятся по схемам с общим катодом, общей сеткой. Общий электрод для токов сигнала часто заземляется и схемы называют с заземленным катодом и сеткой.

В приемниках ДВ, СВ, КВ и МВ обычно применяют схемы с общим катодом, обеспечивающие на этих частотах наибольшее усиление.

В ДМ диапазоне чаще применяются схемы с общей сеткой, позволяющие получить: меньший уровень шумов, более устойчивое усиление.

В транзисторных усилителях аналогично применяются схемы с общим эмиттером и общей базой. По своим усилительным свойствам эти схемы аналогичны ламповым.

Однако следует учитывать, что выходной ток лампы управляется входным напряжением (напряжение на управляющей сетке). Выходной ток транзистора управляется входным током (током базы), т.е. можно считать, что транзисторный каскад является усилителем тока.

Обобщенная эквивалентная схема каскада резонансного усилителя.

С учетом идентичности эквивалентных схем ламп, транзисторов и способов подключения колебательных контуров к активным элементам, а также с учетом того, что в усилителях ВЧ большее применение находят схемы с заземленным катодом (эмиттером), рассмотрим общие свойства каскада на примере этих схем. Для данных схем величины проходных проводимостей существенно меньше входных и ими можно пренебречь.

В этой связи обобщенную эквивалентную схему каскада можно представить в следующем виде:

— проводимость входа каскада с учетом проводимости коллекторной цепи;

— проводимость каскада выходная с учетом входной проводимости следующего каскада;

— проводимость нагрузки (КК).

,

где

— собственно емкость контура

— емкость выходная транзистора с учетом емкости монтажа коллекторной цепи

— ёмкость учитывающая входную емкость следующего каскада и емкость монтажа входа следующего каскада

и — соответствующие коэффициенты включения.

Величина резонансного коэффициента усиления по напряжению:

модуль коэффициента усиления по напряжению

— аргумент коэффициента усиления, определяющий сдвиг по фазе между сигналами при прохождении на данной частоте через каскад усиления.

Модуль и аргумент коэффициента усиления зависят от частоты и представляют соответственно амплитудно-частотную и фазо-частотную характеристики нагруженного контуром усилителя.

На резонансной частоте модуль коэффициента усиления достигает максимальной величины.

Относительное изменение усиления при расcтройке.

Относительное изменение усиления при расстройке определяется величиной обобщенной расстройки:

,

, где -полоса пропускания каскада,

-отклонение частоты от номинала,

, где- ослабление колебательного контура.

, где — обобщенная расстройка.

, где — полоса пропускания.

ВЧ-СВЧ усилитель мощности для рации или радиостанции.Как увеличить радиус действия сигнала | Электронные схемы

усилитель мощности для передатчика радиостанции на гибридном модуле

Если у вас есть маломощная радиостанция или передатчик,у которого радиус действия составляет несколько километров,то его сигнал можно усилить по мощности и тогда радиус действия увеличится в несколько раз.Для таких целей,можно применить специальные ВЧ гибридные модули-усилители мощности или RF power module.Такие модули выпускают на усиление только в определенном диапазоне частот.У меня в наличии есть модуль M57786EL,снятый с рации,его частота усиления от 300 до 330МГц. При питании 7.2В,при подаче на вход сигнала мощностью 100 мВт,на выходе модуля будет мощность 10 Вт,сигнал будет усилен в сто раз по мощности.

структурная схема гибридного усилителя m57786el

Такой усилитель состоит из трех усилителей.BIAS-это возможно напряжение,благодаря которому можно увеличивать или уменьшать усиление сигнала.Вход и выход усилителя должны быть согласованы по 50 Ом.

усилитель мощности передатчика для рации или радиостанции на микросхеме-модуле m57786el

Сигнала с частотой 300-330 МГц у меня нет,зато есть маломощная рация на 433 МГц,решил подключить ее выход на вход модуля. Усилитель собран по указанной схеме ,напряжение BIAS равно 5 Вольт.На выход модуля,для контроля мощности и частоты подключил пробник.Модуль устанавливается на радиатор.

усилитель мощности для передатчика на частоту 300-330 МГц

Вначале проверил без сигнала на входе.На вход дотрагивался пробником на двух диодах и светодиоде,модуль при этом начинал самовозбуждаться. При питании 6.3 В потребляемый ток составлял 800мА,выходная мощность 2Вт на частоте 328 МГц.Далее подключил на вход модуля выход рации 433 МГц,нажал на передачу и ничего из этого не вышло,модуль не будет усиливать не свои частоты.

Такие модули выпускают на разные частоты,есть на СВЧ частоты.Модуль RA18h2213G выдает 18 Вт на частотах 1240-1300 МГц.Единственный минус-это их цена.

как увеличить радиус действия радиостанции или рации

Высокочастотные усилители на микросхемах. Широкополосный апериодический усилитель вч

Усилитель мощности 10 вт

Усилитель расчитан на работу с трансвером, имеющим Р вых до 1 ватта. Нагрузкой возбудителя, обеспечивающей стабильную работу на всех диапазонах, является резистор R1. Настройка заключается в установке тока покоя VT2 в пределах 0,3 A (при отсутствии сигнала на входе).

Сигнал напряжением в 1 вольт на входе увеличивает выходную мощность в антене до 10 ватт. Коммутация прием-передача осуществляется от внешней цепи управления, которая замыкается на корпус при переходе на передачу. При этом срабатывает реле К1 и подключает антенну к выходу усилителя мощности. При разрыве управляющей цепи, на базе VT1 появляется положительное напряжение, открывающее его. Соответственно на колекторе VT1 около нуля. Транзистор VT2 закрывается. Реле типа РПВ2/7 паспорт РС4.521.952 Дроссели L1 и L2 типа Д1(на 1А) индуктивностью 30 и 10 мкГ соответственно. Диаметр каркаса L3- 15 мм провод ПЭВ2 1,5мм

Широкополосный усилитель мощности

Дроздов В В (RA3AO)

Для работы совместно с вседиапазонным KB трансивером можно использовать широкополосный усилитель мощности, принципиальная схема которого дана на рис. 1. В диапазонах 1,8-21 МГц его максимальная выходная мощность в телеграфном режиме при напряжении источника питания +50 В и сопротивлении нагрузки 50 Ом — около 90 Вт, в диапазоне 28 МГц — около 80 Вт. Пиковая выходная мощность в режиме усиления однополосных сигналов при уровне интермодуляционных искажений менее -36 дБ составляет около 80 и 70 Вт соответственно. При хорошо подобранных транзисторах усилителя уровень второй гармоники менее — 36 дБ, третьей — менее — 30 дБ в режиме линейного усиления и менее — 20 дБ в режиме максимальной мощности.

Усилитель собран по двухтактной схеме на мощных полевых транзисторах VT1, VT2. Трансформатор типа длинной линии Т1 обеспечивает переход от несимметричного источника возбуждения к симметричному входу двухтактного каскада. Резисторы R3, R4 позволяют согласовать входное сопротивление каскада с 50-омной коаксиальной линией при КСВ не более 1,5 в диапазоне 1,8 -30 МГц. Их низкое сопротивление обеспечивает очень хорошую устойчивость усилителя к самовозбуждению. Для установки начального смещения, соответствующего работе транзисторов в режиме В, служит цепь Rl, R2, R5. Диоды VD1, VD2 и VD3, VD4 совместно с конденсатором С7 образуют пиковый детектор цепи ALC и защиты транзисторов от перенапряжений в стоковой цепи. Порог срабатывания этой цепи определяется в основном напряжением стабилизации стабилитрона VD9 и близок к 98 В. Диоды VD5-VD8 служат для «мгновенной» защиты стоковой цепи от перенапряжений. Трансформатор типа длинной линии Т3 обеспечивает переход от симметричного выхода усилителя к несимметричной нагрузке. Чтобы облегчить требования к широкополосности этого трансформатора и ослабить возможные выбросы напряжения в стоковой цепи, перед трансформатором включен симметричный ФНЧ C8L1C10,C9L2C11 с частотой среза около 30 МГц.

Монтаж усилителя навесной. Усилитель собран на ребристом радиаторе-теплоотводе из дюралюминия размерами 110х90х45 мм. Ребра профрезерованы с обеих сторон радиатора, их число — 2х13, толщина каждого 2 мм, высота — 15 мм со стороны установки транзисторов и 20 мм со стороны гаек их крепления. На продольной оси радиатора на расстоянии по 25 мм от поперечной оси профрезерованы площадки диаметром 30 мм для установки транзисторов, а с обратной стороны — для гаек крепления. Между транзисторами на ребра радиатора уложена шина «общий провод», вырезанная из листовой меди толщиной 0,5 мм и прикрепленная к основанию радиатора двумя винтами М3, пропущенными между двумя центральными ребрами на расстояниях по 10 мм от его краев. Размеры шины — 90х40 мм. К шине прикреплены монтажные стойки. Катушки L1 и L2 — бескаркасные и намотаны голым медным проводом диаметром 1,5 мм на оправке диаметром 8 мм. При длине намотки 16 мм они имеют по пять витков. Трансформатор Т1 намотан двумя скрученными проводами ПЭЛ.ШО 0,31 с шагом скрутки около трех скруток на сантиметр на кольцевом магнитопроводе из феррита М400НН типоразмера К10х6х5 и содержит 2х9 витков. Трансформаторы Т2 и Т3 намотаны на кольцевых магнитопроводах из феррита той же марки типоразмера К32х20х6. Трансформатор Т2 содержит 2х5 витков скрутки из проводов ПЭЛШО 0,8 с шагом две скрутки на сантиметр, Т3-2х8 витков такой скрутки. Конденсаторы Cl — С3 — типа КМ5 или КМ6, С4-С7-КМ4, С8-С11-КТ3.

Налаживание правильно собранного усилителя при исправных деталях сводится к подстройке индуктивностей катушек L1 и L2 по максимуму отдачи в диапазоне 30 МГц путем сжатия или растяжения витков катушек и к установке начального смещения с помощью резистора R1 по минимуму интермодуляционных искажений в режиме усиления однополосного сигнала.

Нужно отметить, что уровень искажений и гармоник в значительной степени зависит от точности подбора транзисторов. Если нет возможности подобрать транзисторы с близкими параметрами, то для каждого транзистора следует сделать отдельные цепи установки начального смещения, а также по минимуму гармоник подобрать один из резисторов R3 или R4 путем подключения параллельно ему дополнительных.

В режиме линейного усиления в диапазонах 14-28 МГц благодаря наличию ФНЧ C8L1C10, C9L2C11 уровень гармоник на выходе усилителя не превышает допустимой нормы 50 мВт, и его можно подключать к антенне непосредственно. В диапазонах 1,8-10 МГц усилитель следует подключать к антенне через простейший ФНЧ, аналогичный по схеме C8L1C10, причем достаточно двух фильтров, одного- для диапазонов 1,8 и 3,5 МГц, другого — для диапазонов 7 и 10 МГц. Емкость обоих конденсаторов первого фильтра — по 2200 пф, второго — по 820 пф, индуктивность катушки первого — около 1,7 мкГн, второго — около 0,6 мкГн. Катушки удобно изготовить бескаркасными из голого медного провода диаметром 1,5 — 2 мм, намотав на оправке диаметром 20 мм (диаметр катушек около 25 мм). Катушка первого фильтра содержит 11 витков при длине намотки 30 мм, второго — шесть витков при длине намотки 25 мм. Настраивают фильтры растяжением и сжатием витков катушек по максимуму отдачи в диапазонах 3,5 и 10 МГц. Если усилитель используется в перенапряженном режиме, следует на каждом диапазоне включать отдельные фильтры.

Вход усилителя можно согласовать и с 75-омной коаксиальной линией. Для этого номиналы резисторов R3, R4 берут по 39 Ом. Мощность, потребляемая от возбудителя, при этом уменьшится в 1,3 раза, но может увеличиться завал усиления на высокочастотных диапазонах. Для выравнивания АЧХ последовательно с конденсаторами С1 и С2 можно включить катушки с экспериментально подобранной индуктивностью, которая должна быть около 0,1-0,2 мкГн.

Усилитель можно непосредственно нагружать и на сопротивление 75 Ом. Благодаря действию петли ALC линейный недонапряженный режим его работы сохранится, но выходная мощность уменьшится в 1,5 раза.

Усилитель мощности на КП904

Е.Иванов (RA3PAO)

При повторении усилителя мощности UY5DJ (1) выяснилось, что наиболее критичный узел, снижающий надежность всего усилителя, — выходной каскад. После экспериментов на различных типах биполярных транзисторов пришлось перейти к полевым.

За основу был взят выходной каскад широкополосного усилителя UT5TA (2). Схема показана на рис.1. новые детали выделены утолщенными линиями. Небольшое количество деталей позволило смонтировать каскад на печатной плате и радиаторе от UY5DJ на месте деталей и транзисторов усилителя UY5DJ. Ток покоя транзисторов — 100…200 мА.

Широкополосные высокочастотные усилители

В большинстве случаев радиолюбительского конструирования при проектировании высокочастотных устройств следует отдавать предпочтение монолитным интегральным схемам. Однако когда необходимо обеспечить высокую чувствительность и широкий динамический диапазон, могут оказаться полезны приведенные ниже схемы усилителей с реактивной ООС.

Усилитель на рис. 2.1-1 предназначен для применения во входных каскадах УВЧ и УПЧ. Он имеет широкий динамический диапазон и линейную АЧХ в широком диапазоне частот. При некотором изменении индуктивностей и емкостей усилитель применим в диапазоне от 1 до 300 МГц.

Схема на рис. 2.1-2 идентична схеме рис. 2.1-1 за исключением того, что в данном случае усилитель может непосредственно подключаться к симметричной нагрузке. Если требуется отличный от указанного на схеме выходной импеданс, то изменяют количество витков в обмотках (1-2) и (1″-2″) высокочастотного трансформатора Тр1 (зависимость здесь квадратичная, например, при количестве витков в этих обмотках 5(1-2)+5(1″-2″) получим выходной импеданс 50 Ом. а при 20(1-2)+20(1″-2″) — 800 Ом).

Усилитель на рис. 2.1-3 предназначен для применения в каскадах, которые требуют высокого входного импеданса. Он также обеспечивает широкий динамический диапазон и линейную АЧХ. Входное сопротивление усилителя более 1 кОм. При необходимости уменьшить это значение, дроссель L1 заменяют резистором соответствующего номинала или изменяют его индуктивность так, чтобы реактивное сопротивление на рабочей частоте равнялось требуемому входному сопротивлению.

Во всех описываемых усилителях применяются широкополосные трансформаторы идентичной конструкции. Обратите внимание на то. что используемый ферритовый сердечник должен быть рассчитан на применение в рабочем диапазоне частот усилителя.

Количество витков в трансформаторах определяется как типом (размером и магнитной проницаемостью) сердечника, так и диапазоном частот, в котором предполагается применение усилителя.

Указанные соотношения справедливы и для трансформаторов, применяемых в приведенных ниже схемах смесителей. Расположение и плотность намотки подбирают для достижения наилучших параметров цепей.

На рис. 2.1-4, для примера, приведена схема универсального генератора с применением усилителя по схеме 2.1-3 Такой генератор может применяться в радиостанциях, в качестве гетеродина в приемных устройствах или для измерительных целей.

Изображение:

Изображение:

Изображение:

Изображение:

Изображение:

Смесители

Смесители на рис. 2.1-5 и рис. 2.1-6 работают на частотах 1-300 МГц (формулы расчета индуктивностей см. выше). Обе схемы вносят затухание 5…6,5 дБ, обеспечивают широкую полосу пропускания и применимы в самых разнообразных конструкциях.

Изображение:

Схемы усиления и обработки сигналов низкой и средней частоты.

Малошумящий предварительный усилитель с низким входным сопротивлением

Усилитель на рис. 2.2-1 имеет входное сопротивление 5Ом, полученное благодаря применению ПОС и ООС в определенных соотношениях. Часть эммитерного сигнала транзистора VT2, поступающего на базу VT1, создает ООС, а коллекторный сигнал VT3 — ПОС. Благодаря низкому входному сопротивлению значительно улучшены шумовые характеристики усилителя. Спектральная плотность собственных шумов при разомкнутом входе составляет 2*10(-4) мкВ/Гц. Коэффициент усиления равен 40. Полоса пропускания определяется емкостью С1.

Изображение:

Малошумящий предварительный усилитель с высоким входным сопротивлением

На входе усилителя на рис. 2.2-2 применен полевой транзистор в схеме с ОИ. Второй каскад выполнен на биполярном транзисторе по схеме с ОЭ. В усилителе две петли ООС. С коллектора транзистора VT2 через цепочку R6, СЗ сигнал обратной связи подается в исток полевого транзистора, а с истока через конденсатор С2 и резистор R3 на затвор VT1. Наличие второй ООС позволяет увеличить входное сопротивление усилителя до десятков мегаом и снизить входную емкость.

Коэффициент усиления может быть установлен от 1 до 100, при этом изменяется также полоса пропускания. Для коэффициента усилиния равного 4 полоса пропускания лежит в пределах 100Гц-40 МГц. Входное сопротивление 30 МОм, максимальное выходное напряжение 1,5 В.

Изображение:

Микрофонный усилитель

На рис. 2.2-3 приведена схема микрофонного усилителя, встраиваемого в держатель микрофона и питаемого через двужильный кабель. Схема работает с динамическими микрофонами и характеризуется хорошей помехозащищенностью. Выходной сигнал снимается с резистора R4. Смещение в базу транзистора VT1 и температурная стабилизация усилителя обеспечиваются делителем R2 и R3. Резистор R1 является нагрузкой первого каскада и осуществляет ООС во втором каскаде. Обратная связь снижает нелинейные искажения и обеспечивает выходное сопротивление 600 Ом. Полоса пропускания 16-12500 Гц. Коэффициент усиления 200.

Изображение:

Микрофонным усилитель с коррекцией, совмещенный со схемой подавления шумов для радиостанций и переговорных устройств

Схема на рис. 2.2-4 построена на основе микросхемы КР1401УД2, которая содержит в своем составе четыре идентичных ОУ. Первая часть схемы (элементы DA1.1. DA 1.2) выполняет

функцию микрофонного усилителя с последующей коррекцией АЧХ, динамическим изменением коэффициента усиления в зависимости от уровня сигнала и ограничением амплитуды выходного сигнала (что необходимо, например, для ограничения глубины модуляции в радиостанциях). Вторая часть схемы (DA1.3, DA1.4)

осуществляет подавление шумов в НЧ сигнале, что необходимо для предотвращения воспроизведения постоянного звукового фона в радиостанциях, переговорных устройствах и т.п.

Уровень срабатывания системы шумоподавления регулируется резистором R13, громкость выходного сигнала НЧ — резистором R 17. Подстроечники R3, R5 устанавливают в положение наилучшей слышимости полезного сигнала при наибольшем ослаблении шумов при отключенном ШП. Конденсатор С16 подбирают для обеспечения требуемой полосы пропускания микрофонного усилителя. Номинал резистора R24 зависит от конструкции звукоприемника и типа применяемого микрофона. Также можно сказать и про резистор R22, который регулирует коэффициент усиления каскада на ОУ DA1.2.

Изображение:

Устройство подавления импульсных помех

На рис. 2.2-5 приведена принципиальная схема симметричного ограничителя, осуществляющего ограничение кратковременных импульсных помех. Полоса пропускания до 100 кГц. При частоте полезного сигнала 3 кГц, уровень импульсной помехи, превышающем уровень сигнала в 300-500 раз и длительности помехи 20-30 мкс, схема снижает уровень помехи на 30-40 дБ.

Изображение:

Последовательный смеситель сигналов

Смеситель на рис. 2.2-6 построен на двух полевых транзисторах. Первый транзистор является динамической нагрузкой второго. Гетеродинный сигнал, который подается на затвор VT2, модулируется преобразуемым сигналом, подводимым к затвору VT1. При небольших значениях входного сигнала выходной сигнал линейно зависит от входного. При входном сигнале более 1,2В появляются нелинейные искажения. Смеситель работает в звуковом диапазоне частот. На частотах свыше 500 кГц начинают сказываться межэлектродные емкости ПТ, которые уменьшают коэффициент передачи смесителя.

Изображение:

Элементы устройств автоматики. 3 МОм, Свх=2,5 пФ). Коэффициент передачи в диапазоне частот от 10 Гц до 50 МГц лежит в пределах 0,9-0,92. Шумы усилителя в полосе частот 5 Гц -300 кГц составляют 10 мкВ при замкнутом входе. Для уменьшения внешних наводок на входные цепи необходима тщательная экранировка всего усилителя, особенно, входных цепей и датчика.

Лямбда-диод

Устройство на рис. 2.3-3 состоит из двух полевых транзисторов разной проводимости. При нулевом напряжении на затворе оба транзистора проводят. В схеме они включены в цепь ООС пос-

ледовательно по отношению один к другому. Протекающий через транзистор VT1 ток создает на VT2 падение напряжения, закрывающее VT1. В свою очередь, сопротивление VT2 меняется в зависимости от падения напряжения на VT1. Таким образом, с увеличением протекающего тока оба транзистора стремятся закрыться. Когда падение напряжения на транзисторах достигает уровня отсечки, протекающий ток будет близким к нулю. Для транзистора КП103И напряжение отсечки равно 4 В, для транзистора КП3О3Д напряжение отсечки равно 8 В.

Преобразователи напряжения и тока.

Умножители напряжения

При разработке высоковольтных схем большое значение на простоту и качество работы устройства оказывает выбранная схема преобразования. Ниже приведено несколько схем умножителей напряжения для применения в самых разнообразных устройствах.

На рис. 2.4-1 представлены схемы удвоителей напряжения. Емкости во всех удвоителях выбирают одинаковыми. Рабочее напряжение конденсаторов должно с запасом перекрывать показанное на схемах. Соответствующим образом необходимо выбирать и диоды. Чем больше ток необходимый в нагрузке, тем большую емкость должны иметь конденсаторы. Естественно, что при повышении напряжения с помощью диодно-емкостных умножителей ток нагрузки пропорционально снижается.

Аналогичным образом, производится умножение в три и более раза.

Приводимые здесь схемы умножителей могут использоваться в преобразователях напряжение-напряжение. Для примера, приведена схема применения диодного умножителя на 2 (рис. 2.4-5).

Преобразователь (рис. 2.4-5) состоит из генератора, собранного на транзисторах VT1,VT2 и диодно-конденсаторного умножителя. Частота генератора определяется С 1 и резисторами Rl, R2. Выходной сигнал генератора проходит умножающую цепочку и заряжает конденсатор С5. Умножитель рассчитан на выходной ток до 10 мА. Для увеличения тока нагрузки необходимо поставить эмитгерный повторитель после генератора и увеличить емкости конденсаторов С2-С4.

Изображение:

Изображение:

Изображение:

Преобразователь «напряжение-ток»

В схеме преобразователя на рис. 2.4-6 коллекторный ток транзистора VT4 определяется выражением: Ikvt4=Uвх/R1. Этот ток вызывает падение напряжения на переходе коллектор-эмиттер транзистора VT1. Так как VT1 и VT2 — одного типа, то напряжение на VT2 будет аналогичным, и, соответственно, протекающий через VT2, VT3 ток будет совпадать с током в VT4. Максимальный выходной ток определяется допустимой мощностью рассеивания транзистора VT3. Для токов выше 5 мА нелинейность преобразования составляет не более 1%. В качестве DA1 можно использовать любой ОУ серий К544. К574, включенный по типовой схеме.

Преобразователь «ток-напряжение»

Преобразователь на рис. 2.4-7 построен по принципу усиления напряжения, которое возникает при протекании тока через резистор R6. Схема обеспечивает Uвых = К*Iвх- Коэффициент преобразования схемы К = R6*(R3/R4). Для настройки ОУ при Iвх=0 служит резистор R2. Часть входного тока ответвляется в цепь R1, R2, R3. Резистор R6 — проволочный (нихром).

Эта схема ВЧ усилителя передатчика (на 50 МГц) имеет 100 Вт выходной мощности. Данный УВЧ использовал с моим FT-736R для DX SSB. Он усиливает сигнал ровно в 10 раз. Устройство прекрасно подходит для автомобильных радиостанций таксистов, работающих в диапазонах 50 и 27 МГц (с перестройкой контуров).

Если вы хотите построить этот радиочастотный усилитель, собирайте его на двухсторонней печатной плате — для увеличения площади заземления. Транзистор 2SC2782 нуждается в приличном радиаторе. Максимальная мощность на выходе — 120W.

Схема усилителя мощности ВЧ

Рисунок печатной платы

Технические характеристики усилителя:

• Входная Мощность: 10W
• Выходная Мощность: 100W
• Рабочая Частота: 50-52MHz
• Режим работы: FM — SSB
• Рабочее Напряжение: 10-16 В постоянного тока
• Рабочий Ток: 10 ампер.

Схема была взята с одного китайского сайта и успешно повторена, только не использовались элементы детектора автоматического переключения приём-передача (на схеме зачёркнуты). Для создания УВЧ на частоты от 100 мегагерц — воспользуйтесь .

Принято считать, что разработка высокочастотных усилителей — занятие гораздо более сложное, чем разработка усилителей низкочастотных. Действительно, ведь при этом приходится учитывать гораздо большее количество разнообразных электромагнитных эффектов и процессов в цепях. Но зачастую оказывается, что реальное схемотехническое воплощение такого усилителя достаточно редко отходит от некоторой шаблонной структуры. Дело здесь в том, что при проектировании высокочастотных усилителей стремятся в первую очередь не увеличивать выходную мощность при минимизации линейных и нелинейных искажений, а достичь максимальной чувствительности и высокой устойчивости каскада в широком частотном диапазоне, т.е. требования к высокочастотным усилителям обычно сильно отличаются от требований к усилителям низкочастотным.

Типичная структура высокочастотного усилителя представляет собой последовательное соединение трех звеньев: входного согласующего звена (это обычно довольно простые \(LC\)-цепочки, вносящие минимальные потери, обеспечивающие согласование с предшествующим каскадом и грубо формирующие частотную характеристику), основного усилительного звена (транзистор, включенный с ОЭ, ОБ или ОК, возможно с внутрикаскадной ООС, обеспечивающей устойчивость и широкий динамический диапазон в широком спектре частот), выходного фильтра, окончательно формирующего частотную характеристику каскада и обеспечивающего согласование на его выходе (здесь могут использоваться достаточно сложные \(LC\)-фильтры, фильтры на ПАВ, пьезокерамические, кварцевые фильтры и т.п.). Межкаскадные связи в высокочастотных усилителях обычно выполняются с помощью емкостей, связанных индуктивностей или высокочастотных широкополосных трансформаторов (здесь мы намеренно опускаем вопросы проектирования интегральных усилителей, это совершенно отдельная тема, и о ней будет сказано позднее). Рассмотрим по порядку причины, которые так жестко регламентируют описанную структуру усилительного каскада.

Различные схемы включения транзистора (ОЭ, ОБ, ОК) обладают различными входными и выходными параметрами (какими именно, мы будем анализировать позднее). Для высокочастотных усилителей вопросы согласования каскадов по входу и выходу оказываются важны (по мере роста частоты все важнее, а для усилителей диапазона СВЧ вообще обязательны). Отсутствие согласования приводит к росту искажений сигнала, его переотражению обратно на вход предшествующего каскада, за счет чего уменьшается общий коэффициент усиления схемы, а главное — к росту неустойчивости схемы, что может привести к ее самовозбуждению. Чтобы избежать всех этих эффектов, при проектировании высокочастотных схем принимаются специальные меры по согласованию импедансов , т.е. выходной импеданс первого каскада должен быть равен (или, в крайнем случае, должен быть ниже) входному импедансу последующего каскада (заметим, что для низкочастотных усилителей, учитывая необходимость повышения КПД, мы обычно стремимся, чтобы входной импеданс усилительного каскада был гораздо выше выходного импеданса предшествующего каскада). Именно для согласования импедансов на входе высокочастотного каскада приходится включать специальные цепочки. Заметим также, что включать слишком сложные, вносящие достаточно высокие потери фильтры на входе высокочастотных усилительных каскадов (если только это не оконечные каскады) не принято. И без того довольно слабый высокочастотный сигнал может просто затеряться в шумах после прохождения таких фильтров.

Напрашивается простой вопрос: а зачем необходимо так старательно контролировать все возможные цепи обратной связи? Дело в том, что наличие или отсутствие таких цепей оказывает определяющее воздействие на устойчивость усилителя. Существует целая теория устойчивости, позволяющая предсказывать поведение самых разнообразных схем. Основной проблемой здесь является то, что схема, вроде бы нормально работающая при тестовых испытаниях, когда на нее подается чистый полезный сигнал, может оказаться легковозбудимой вне рабочей полосы усиления, т.е. в реальном устройстве, где всегда имеются некоторые помехи и нежелательные продукты интермодуляции, действующие вне рабочей полосы, такая схема работать не сможет. Потеря устойчивости вызывает значительные нелинейные искажения сигнала, а в пределе схема может самовозбудиться, превратившись из усилителя в генератор. Не следует думать, что данная проблема отсутствует в низкочастотных усилителях. Но там она оказывается гораздо более предсказуемой и управляемой, так что не вызывает очень уж серьезных затруднений при проектировании усилителей. А вот в высокочастотных усилителях неконтролируемое самовозбуждение может проявляться даже в тщательно просчитанных и профессионально собранных схемах.

Различные проблемы в каскадах усиления высокой частоты приводят к тому, что общий коэффициент усиления таких каскадов оказывается гораздо ниже коэффициента усиления аналогичных низкочастотных схем. Дополнительную проблему создают многочисленные фильтры, которые формируют частотную характеристику усилителя, но при этом также существенно ослабляют и полезный сигнал. Таким образом, для обеспечения достаточно высокого усиления на высокой частоте приходится строить многокаскадные усилители с числом каскадов, существенно превышающим то, что мы привыкли видеть в низкочастотных схемах.

В общем случае нет какой-либо универсальной методики построения схем высокочастотных усилителей, а приведенная выше структура — это лишь некий среднестатистический вариант, который может существенно изменяться в случае необходимости. Имеет смысл выделить два широких класса усилителей: широкополосные (к ним относятся и апериодические ) и узкополосные (к ним относятся и резонансные ) усилители.

Узкополосные усилители . Структурная схема узкополосного высокочастотного усилителя включает все стандартные звенья, описанные выше. Но кроме этого в состав узкополосного усилителя могут входить дополнительные пассивные цепи, предназначенные для формирования требуемой полосы пропускания и обеспечения устойчивости усилителя за пределами рабочей полосы частот (стабилизирующие цепи ).

Проблема формирования полосы пропускания является очень важной при разработке узкополосных усилителей, поскольку высокочастотные транзисторы активны в широкой полосе частот. Сформировать требуемую полосу пропускания можно, например, с помощью фильтра сосредоточенной селекции (ФСС), включенного на входе или выходе транзистора. ФСС на входе ослабляет действие помех, предотвращает нелинейные искажения, обусловленные их взаимодействием с сигналом (интермодуляционные искажения), и тем самым повышает помехоустойчивость усилителя. Однако фильтр, включенный на входе, вносит в усилитель дополнительные потери и увеличивает его коэффициент шума. Потери фильтра на центральной частоте полосы пропускания тем больше, чем полоса уже. К ФСС на входе предъявляются более жесткие требования, чем к фильтру, включенному на выходе транзистора. Другой возможный способ формирования полосы пропускания — с помощью резонансных звеньев, включаемых последовательно с транзистором или в цепи обратной связи. Резонансные усилители имеют узкую полосу пропускания и высокий коэффициент усиления. Их основной отрицательной чертой является меньшая по сравнению с широкополосными каскадами устойчивость. За пределами рабочей полосы частот в области потенциальной неустойчивости усилитель может возбудиться помехами и продуктами интермодуляции. Для предотвращения этого в схемы узкополосных усилителей вводят стабилизирующие цепи с потерями, которые не оказывают влияния на работу каскада в рабочей полосе частот, но шунтируют цепи протекания сигнала в областях потенциальной неустойчивости.

Отметим, что такие функции, как согласование импедансов, формирование полосы пропускания и обеспечение устойчивости усилителя, не обязательно должны выполняться различными пассивными цепями — одна цепь может использоваться для выполнения сразу нескольких функций.

Широкополосные усилители . При проектировании широкополосных усилителей следует учитывать то обстоятельство, что коэффициент усиления при любом включении транзистора уменьшается с ростом частоты, поэтому расчет таких усилителей и согласование нагрузок обычно производят не на центральной, а на верхней частоте рабочего диапазона (в качестве согласующих цепей в таких усилителях часто используют широкополосные трансформаторы ). Избыточное усиление, проявляющееся на нижних частотах диапазона, устраняют так называемыми выравнивающими цепями . Последние могут быть выполнены в виде реактивных или диссипативных цепей (простейший пример выравнивающей цепи — обыкновенный конденсатор, включенный последовательно в цепь протекания сигнала; на верхней частоте рабочего диапазона его сопротивление оказывается ниже сопротивления на нижней частоте, т.е. низкочастотные сигналы при протекании через такую цепь будут подавляться в большей мере, чем сигналы высокочастотные).

В усилителях с реактивными выравнивающими цепями корректировка коэффициента усиления в полосе пропускания осуществляется за счет рассогласования (увеличения коэффициента отражения) на входе усилителя с понижением частоты. Однако при сильном рассогласовании усилители могут самовозбуждаться. В этом случае предпочтительным оказывается использование диссипативных цепей.

При использовании диссипативных выравнивающих цепей избыточное усиление компенсируется в поглощающих элементах цепей, затухание которых возрастает с уменьшением частоты (вспомним пример с конденсатором, хотя сам по себе одиночный конденсатор и нельзя считать диссипативной цепью, но принцип очень похож). Коэффициенты отражения от входа и выхода при этом получаются малыми. Диссипативные выравнивающие цепи одновременно могут использоваться и в качестве стабилизирующих, т.е. для подавления усиления за пределами полосы пропускания, хотя эти функции могут выполняться и разными цепями.

Что касается схем включения биполярных транзисторов в высокочастотных усилителях , то и они также во многом зависят от назначения усилителя.

В малошумящих усилителях входных трактов высокочувствительной аппаратуры предпочтение отдается схемам с ОЭ и с ОБ. Схемы с ОЭ безусловно устойчивы в широкой полосе частот и имеют очень большой динамический диапазон, что делает их практически незаменимыми в многокаскадных схемах усиления промежуточной частоты. Схемы с ОБ в большей части частотного дипазона, как правило, потенциально неустойчивы. Для преодоления этого недостатка такие схемы должны охватываться достаточно глубокой внутрикаскадной ООС. Но, с другой стороны, усилители на транзисторах во включении с ОБ обладают лучшими шумовыми свойствами (что предопределяет их более высокую чувствительность), в них может быть получено значительно большее усиление, чем в схемах с ОЭ, причем коэффициент усиления в каскадах с ОБ довольно слабо зависит от частоты. Увеличение усиления связано с сужением полосы пропускания и уменьшением запаса устойчивости усилителя. Кроме того, большие коэффициенты усиления могут быть реализованы лишь при больших сопротивлениях нагрузки, а это затрудняет создание согласующих цепей. Широкополосные усилители, учитывая проблемы с устойчивостью схемы с ОБ, обычно строят по схеме с ОЭ, а узкополосные — как по схеме с ОЭ, так и по схеме с ОБ, причем транзисторы во включении с ОБ позволяют получать значительно более узкие полосы пропускания. Каскад с ОК может применяться в усилителях мощности, его свойства на высоких частотах во многом похожи на свойства каскада с ОЭ, однако из-за присутствия глубокой ООС на практике каскады с ОК оказываются несколько более высокочастотными, чем аналогичные каскады с ОЭ.

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

Рис. 33.13. внутреннего строения микросхемы ΙΝΑ50311

10 дБ. Максимальная мощность сигнала, подводимого к входу на частоте 900 МГц, не более 10 мВт. Коэффициент шума 3,4 дБ.

Типовая включения микросхемы ΙΝΑ50311 при питании от стабилизатора напряжения 78LO05 приведена на рис. 33.14.

Рис. 33.14. широкополосного усилителя на микросхеме INA50311

Шустов М. А., Схемотехника. 500 устройств на аналоговых микросхемах. — СПб.: Наука и Техника, 2013. -352 с.

УСИЛИТЕЛЬ FM

   Этот двухкаскадный усилитель FM имеет около 17 дБ усиления, и подходит для сигналов с мощностью от 50 до 100 МВт. Например ФМ модулятор для автомобиля, который сможет с помощью данного УВЧ вещать на расстояние до 5км. Его основа — транзисторы 2N4427 и MRF237. Выходная мощность от 2,5 до 5 Вт, в зависимости от питающих напряжений тока. С напряжением 13,7 В и с 50 мВт входа, выходной сигнал был 2,5 Вт. Максимальное напряжение около 16 вольт.

Схема принципиальная 5 Вт усилителя ВЧ

   Устройство построено на медной плате, большая часть которой используется как несущая поверхность и установлена в корпус. Плата режется на пятачки к которым припаивают компоненты схемы. Радиатор, необходимый для обоих транзисторов — небольшая пластина толщиной несколько миллиметров, из алюминия. Возможна крастковременная работа и до 8 Вт выходной мощности, но для непрерывного действия рекомендуется только 5 Вт максимальной мощности. Можно поставить небольшой вентилятор.

   Дроссели h2, h3 и h4 — 5 витков провода на феррите, дроссель Н4 — 330 Ом 0,5 Вт резистор с 14-ю витками 0,3 провода. Намотка катушек L1, L2 и L3 выполнена луженой проволокой. Предохранитель 1,5 А ставим по питанию обязательно. Для ввода и вывода сигнала ВЧ использованы коаксиальные разъемы.

   Для того, чтобы FM усилитель работал как следует, он должен быть настроен на нужные частоты. Сперва ставим все подстроечные конденсаторы в среднее положение, подключаем выход к ВЧ ваттметру с эквивалентом антенны, и подаём на вход мелодию от модулятора ФМ, для максимальной мощности. Желательно настроить схему на минимальный потребляемый ток при максимальной мощности ВЧ. 

   Внимание! Не работайте с усилителем без подключенной нагрузки — выходной транзистор может сгореть. И помните, что для мощных передатчиков в УКВ диапазоне необходимо разрешение!

ВЧ-усилитель

— 5 шагов по созданию ВЧ-усилителя

Если вы разрабатываете РЧ-усилитель, вам нужно знать, как выбрать идеальный РЧ-усилитель.

Учитывая, что это простая схема, вам не обязательно делать это самостоятельно.

Но хорошо знать конструкции, необходимые для разработки ВЧ-усилителя.

Надпись: PCB усилителя RF изолирована на белом фоне

В любой момент вы можете столкнуться с проблемой с компонентами, которая может помешать вашему проекту.

Если вы ищете подходящий усилитель, вот все функции, которые вам нужно знать.

Шаги проектирования

Этапы 1 — Определение 5 этапов проектирования ВЧ-усилителя

• Схема согласования входа: линия полного сопротивления соединяется с усилителем с входом 50 Ом.
• Усилители одно- или поэтапные: в зависимости от ваших требований. Обычно это относится к усилению схемы или к тому, что устройство требует одного или нескольких микрофонов.
• Сеть смещения: Система смещения подает на устройство напряжение или смещение.
• Сеть аксессуаров: Усилитель нуждается в нескольких функциях и методах, чтобы устройство оставалось стабильным.
• Схема согласования выходов: линия полного сопротивления соединяется с усилителем с выходом 50 Ом.

Шаги 2 — Выберите класс усилителя ВЧ в соответствии с приложением

• Класс A — q-балл этого класса равен 0,5. Угол проводимости для этого же составляет 360 градусов 2pi.
• Класс B — точка q этого класса равна нулю, поэтому, когда ток приближается к нулю, это точка смещения. Угол проводимости составляет 180 градусов или пи.
• Класс AB — точка q класса находится где-то выше 0 и ниже 0,5, поэтому угол проводимости курса находится между пи и 2 пи.
• Класс C — точка q этого устройства меньше 0, а угол проводимости находится между 0 и пи.

Этапы 3 — Процесс выбора усиления для ВЧ усилителя

Цель выбора усиления — когда амплитуда радиочастотного сигнала минимальна и не очень полезна где-либо в схеме.Он должен увеличиваться, чтобы повысить соотношение сигнал / шум, чтобы оно не ухудшалось при прохождении сообщения.

Основная задача усилителя усиления — улучшить качество сигнала за счет устранения лишних шумов. Они идеально подходят для обработки неглубоких сигналов от антенны.

Не все усилители RF будут иметь различное усиление; некоторые из них обеспечивают фиксированное значение усиления, которое регулируется внешним резистором. Последний тип ВЧ-усилителя известен как усилитель с регулируемым усилением.

Позволяет определять усиление в широком диапазоне. Усилитель с регулируемым коэффициентом усиления также управляется внешним резистором, который может быть запрограммирован цифровым способом, или методом управления напряжением в аналоговом режиме.

Подпись: Конструкция ВЧ-усилителя — Электронные компоненты

Шаги 4 — Дизайн буфера для поддержания сигнала

Иногда может измениться нагрузка схемы. Конструкция буфера гарантирует, что сигнал или схема не изменятся по амплитуде или структуре.Вторая цель разработчика буфера — добавить в курс нагрузку, превышающую величину, которую может выдержать схема.

Если вам нужно управлять выходным сопротивлением цепи, схема будет передавать сигнал входного сопротивления мощности в усилительный тракт.

Когда вы выбираете конструкцию буфера, наиболее важный фактор, который вам нужно искать, — это диапазон нагрузок, с которыми он может справиться, сохраняя при этом стабильный и чистый сигнал.

Этапы 5 — Конструкция драйвера для управления нагрузками с низким импедансом

Основная цель драйвера при разработке ВЧ-усилителя заключается в том, что он может устанавливать низкоомную нагрузку в диапазоне от 50 до 70 Ом.Поскольку они могут увеличивать мощность для возбуждения заряда, они также считаются усилителями мощности.

Некоторые драйверы обеспечивают усиление усиления по своей конструкции, тогда как другие сосредоточены на обеспечении фиксированного единичного усиления. Эти драйверы обычно устанавливаются внешне по отношению к кабелям и интерфейсам. Это означает, что они могут выдерживать небольшие замыкания на землю и силовые шины постоянного тока. Основным компонентом является рейтинг источника и поглотителя. Далее идет короткое замыкание и возможность неправильного подключения.

Надпись: Расчетная схема ВЧ усилителя

Пример твердотельного ВЧ-усилителя

Твердотельный РЧ-усилитель имеет три каскада — промежуточный, входной и выходной. Секция, обеспечивающая подачу питания на устройство, должна регулировать соответствующий уровень напряжения. Радиатор устройства должен выдерживать выделяемое тепло и охлаждать его по мере необходимости.

Надпись: Схема электронной схемы ВЧ усилителя

Технические характеристики усилителя

RF

Чтобы спроектировать РЧ-усилитель, вам необходимо знать следующие технические характеристики.

Диапазон частот

Частотный диапазон должен подходить для любого устройства, чтобы его можно было использовать для всех типов приложений. Обычно диапазон частот составляет от 500 МГц до 5 ГГц.

Прирост

Коэффициент усиления измеряется в зависимости от того, как вы используете устройство, но общепринятое значение составляет от 10 до 20 дБ. У вас должен быть широкий диапазон частот для этого усиления. В идеале, любой усилитель, который имеет плоское увеличение около 100 МГц, ниже, чем около 0.2 дБ, подойдет.

Входное / выходное сопротивление

Как упоминалось ранее, здесь установлено 50 Ом как для входного, так и для выходного сопротивления.

Уровень шума

Чем выше частота устройства, тем выше шум. Это серьезно снизит производительность усилителя, поэтому коэффициент шума — важный аспект, который вам следует искать. Отношение сигнал / шум должно быть аналогично отношению сигнал / шум на входе усилителя и на выходе усилителя в дБ.В идеале у вас должно быть что-то в диапазоне 2 дБ, но все, что ниже 3 дБ, будет работать отлично.

Выходная мощность

Учитывайте максимально возможный уровень при работе с нагрузкой 50 Ом, когда напряжение питания находится в самой высокой точке. Выходная мощность измеряется в дБм и должна иметь идеальный диапазон от 12 до 28 дБмВт.

Точки пересечения третьего порядка и компрессии 1 дБ

Эти точки указывают на то, что усилитель, который вы используете для повышения мощности, эффективен.Большинство устройств будет использовать какую-либо схему широкополосной модуляции, включая приличную линейность. Это сохранит данные на оптимальном уровне и обеспечит наилучшее использование широкополосного доступа.

Твердотельная техника

Если вы используете устройства, работающие на очень высоких частотах, тогда усилители могут быть сделаны из кремния CMOS. Но обычно они построены из арсенида галлия или кремния-германия, и последний немного более надежен, чем предыдущий.Эти соединения очень эффективны, чем обычный кремний, когда вы работаете с очень высокими частотами.

Питание постоянного тока

Напряжение питания для большинства ВЧ-усилителей составляет от 1,8 до 6 В. Количество токовых каналов к устройству зависит от уровня подаваемого тока и типа генерируемой мощности, который колеблется от 20 до 100 мА.

Учитывая, что усилитель должен работать в режиме ожидания, текущий уровень не должен опускаться ниже определенного уровня, чтобы устройство продолжало работать.

Упаковка

Размер упаковки обычно крошечный и находится в пределах от 4 до 25 мм.

Температура

Допустимый диапазон от -40 ° C до + 105 ° C.

Усилитель с низким уровнем шума — Применение усилителя ВЧ

Назначение усилителя ВЧ определить непросто. У него несколько ролей. Он может работать как усилитель мощности, когда он передает усиление сигнала до того, как происходит передача, путем подключения к передающей антенне.Иногда его подключают после получения сигнала. Он известен как малошумящий усилитель. Он может получить сообщение, не усиливая шума.

Надпись: электронный радиочастотный модуль

Заключение

При разработке ВЧ-усилителя технические характеристики в основном зависят от предполагаемого применения. Ваше устройство должно иметь правильное усиление и работать с правильной частотой, чтобы устройство работало на стабильном уровне.

Большинство ВЧ усилителей имеют указанные параметры в наличии. Для уникального дизайна некоторые настройки требуют большей прочности. Мол, если нужны сильные сигналы, то используйте усилитель с высоким TOIP.

В любом случае, РЧ-усилитель не является отдельным устройством, а относится к обширному набору аксессуаров. Он играет решающую роль в изменении сигнала, начиная с LNA и работая в качестве буфера, согласования сигнала и многого другого. Понимание всех параметров дает вам гибкость в дизайне, и мы надеемся, что этот пост помог вам сделать правильный выбор.

Типовые схемы усилителя ВЧ

ТИПОВЫЕ ЦЕПИ ВЧ УСИЛИТЕЛЯ

Как технический специалист, вы увидите много разных усилителей РЧ в самых разных частях оборудование. Конкретная конфигурация схемы, используемой для ВЧ-усилителя, будет зависеть от как этот усилитель используется. В заключительной части этой главы вам будут показаны некоторые типовые схемы усилителя ВЧ.

Рисунок 2-19 представляет собой принципиальную схему типичного ВЧ усилителя, который используется в AM. радиоприемник.На рисунке 2-19 входная цепь представляет собой антенну радиоприемника (катушка L1-a). который является частью LC-контура, настроенного на желаемую станцию ​​с помощью переменной конденсатор С1. L1 намотан на тот же сердечник, что и L2, который передает входной сигнал через C2 к транзистору (Q1). R1 используется для обеспечения надлежащего смещения Q1 от базовой мощности. питание (V _BB ). R2 обеспечивает правильное смещение эмиттера Q1, а C3 используется для обойти R2. Первичная обмотка T1 и конденсатора C4 образуют параллельную LC-цепь, которая действует как нагрузка на Q1.Эта LC-цепь настраивается с помощью C4, который соединен с C1, позволяя антенне и LC-цепь настраиваются вместе. Первичная обмотка T1 имеет отводы по центру для обеспечения надлежащее согласование импеданса с Q1.

Рисунок 2-19. — Типовой радиочастотный усилитель AM.

Вы можете заметить, что в этой цепи нет нейтрализации. Эта схема предназначен для вещательного диапазона AM (535 кГц — 1605 кГц).

На этих относительно низких радиочастотах дегенеративная обратная связь, вызванная межэлектродная емкость база-коллектор мала, поэтому усилитель не требует нейтрализации.

На рис. 2-20 показан типичный РЧ-усилитель, используемый в телевизионном УКВ-приемнике. В Схема формирования входного сигнала для этого усилителя состоит из L1, C1 и C2. В индуктор настраивает схему формирования входного сигнала для правильного телеканала. (L1 может быть выключен из цепи и еще один индуктор включен в цепь каналом селектор.) R1 обеспечивает правильное смещение Q1 от базового напряжения питания (V _BB ). Q1 это транзистор.Обратите внимание, что в случае Q1 (пунктирный кружок вокруг транзистора символ) показано, что он заземлен. Корпус должен быть заземлен из-за высоких частот (54 МГц — 217 МГц), используемые схемой. R2 обеспечивает собственное смещение от эмиттера Q1, а C3 используется для обхода R2. C5 и L2 — это параллельная LC-цепь, которая действует как нагрузка. для Q1. Цепь LC настраивается с помощью L2, который включается и выключается из цепи LC посредством селектор каналов. L3 и C6 — это параллельная LC-цепь, которая вырабатывает сигнал для следующий этап.Параллельная LC-цепь настраивается L3, который включается и выключается. LC-цепь переключателем каналов вместе с L1 и L2. (L1, L2 и L3 на самом деле часть группы индукторов. L1, L2 и L3 находятся в цепи, когда переключатель каналов находится на канале 2. Для других каналов другая группа из трех индукторов будет использоваться в Схема.) R3 вырабатывает сигнал, который подается через C4 для обеспечения нейтрализации. Этот противодействует влиянию межэлектродной емкости от базы до коллектора Q1.C7 используется для изоляции радиочастотного сигнала от источника питания коллектора (V _CC ).

Рисунок 2-20. — Типовой телевизионный ВЧ усилитель УКВ.

Следующие вопросы относятся к рис. 2-21.

Рисунок 2-21. — Типовой усилитель ВЧ.

Q.35 Какие компоненты формируют импеданс усилителя, формирующий входной сигнал?
В.36 Какова цель R1?
В.37 Какова цель R2?
Q.38 Если бы C4 был удален из схемы, что случилось бы с выходом усилитель звука?
Q.39 Какие компоненты формируют нагрузку для Q1?
В.40 Сколько настроенных параллельных LC-контуров показано на этой схеме?
Q.41 Что обозначают пунктирные линии, соединяющие C1, C2, C5 и C6?
Q.42 Какова цель C3?

Как выбрать РЧ-усилитель

Перепечатано с разрешения Evaluation Engineering

Теперь мир стал беспроводным; однако эта беспроводная жизнь опирается на очень сложную инфраструктуру.Обеспечение синхронной и взаимовыгодной работы всех различных полос пропускания, протоколов, языков, операционных систем и решений является критическим аспектом этой беспроводной инфраструктуры. У вас могут быть феи на беговых дорожках внутри вашей коробки, но снаружи они должны иметь возможность общаться и сотрудничать в реальном мире.

Чтобы способствовать надлежащему интегрированному развитию нашей беспроводной инфраструктуры, в 2018 году были созданы такие организации, как O-RAN (Open Radio Access Networks) Alliance для определения общих интерфейсов между системами с целью снижения сложности и ускорения развертывания сетей RAN от различных поставщиков. (сети радиодоступа).Стимулирование разработки с помощью независимо управляемых комбинаций аппаратного и программного обеспечения в экосистеме дает больше возможностей для конкуренции и выбора.

Пока мы участвуем в развертывании 5G, потребность в жесткой синхронизации сохраняется. Поставщики сетей OpenRAN должны иметь возможность проверять функциональную совместимость, чтобы обеспечить выполнение основных требований к переносу времени в дополнение к функциям мониторинга и управления. Это признано в O-RAN Alliance, который продолжает совершенствовать спецификации и методологии.

Решение Semtech

Недавно Semtech анонсировала опробование своего решения GN2255 Tri-Edge CDR, первой в своем роде аналоговой технологии, которая поможет в эффективной и действенной доставке данных через беспроводную сеть 5G. GN2255 обеспечивает экономичность, небольшую занимаемую площадь, низкое энергопотребление и производительность, необходимые для приложений 5G Fronthaul, основанных на оптических технологиях, обеспечивая связь между радиомачтами и телекоммуникационным оборудованием. Микросхема сочетает в себе запатентованную Semtech аналоговую технологию Tri-Edge с улучшенной компенсацией драйвера лазера, что позволяет использовать оптические модули, соответствующие стандарту IEEE, в промышленных диапазонах температур.

GN2255 Tri-Edge IC представляет собой первое в отрасли аналоговое решение для ИС, обеспечивающее сверхмалую задержку (мощность модуля менее 1,5 Вт) и производительность на расстоянии до 10 км для оптических модулей PAM4 SFP56 с пропускной способностью 50 Гбит / с. . Технология Tri-Edge компании Semtech и запатентованная компенсация DML позволят использовать недорогую оптику большого объема с пропускной способностью 25 Гбит / с для работы со скоростью 50 Гбит / с PAM4. Мы поговорили с Раза Хан, старшим менеджером по маркетингу в Semtech (Gennum Products), чтобы обсудить анонс нового беспроводного продукта Tri-Edge 5G.

EE: Очевидно, здесь много движущихся частей, не так ли? Пространство приложений, тот факт, что вы интегрируете гибридные технологии на кристалле, интересно, как происходит конвергенция в макро и конвергенция в микро. Ты знаешь, о чем я говорю?

Раза Хан, старший менеджер по маркетингу, Semtech

Раза: Я думаю, что отрасль в целом по-прежнему требует улучшений и инноваций, в том числе повышения способности управлять питанием, так что низкое энергопотребление, сокращение задержки, сокращение общих затрат не только для с нашей стороны, а также наших клиентов и их заказчиков.И с этим платформа Tri-Edge действительно позволяет это, а интеграция различных аспектов STD позволяет нам удовлетворить эти потребности, особенно сейчас, в этом пространстве 5G.

EE: Интересно то, что когда люди думают о 5G, они думают о беспроводном аспекте и не думают об огромном количестве инфраструктуры, скрытой за стенами.

Раза: Обычно, когда мы думаем о 5G, мы думаем об услугах, которые 5G предлагает на уровне потребителей, даже для нас как отдельных лиц.А с пандемией мы все чаще замечали потребность в видеоконференцсвязи и в том, что люди больше остаются в сети. Но, как вы правильно отметили, все эти передовые требования действительно добавляют необходимости иметь действительно сильную инфраструктуру и продолжать развертывать все это на очень надежной среде.

Вот где действительно вступает в игру Tri-Edge Platform. Ранее мы представляли платформу Tri-Edge в центрах обработки данных; теперь мы используем эту технологию и внедряем ее, чтобы обеспечить следующий раунд этих фронтальных развертываний 5G.Эти каналы обычно идут от источника питания к базовым станциям, где наша технология Tri-Edge действительно обеспечивает низкое энергопотребление, диапазон рабочих температур, низкую задержку и низкую стоимость. Не только для нас, но и для наших клиентов.

EE: Не могли бы вы подробнее объяснить, как оптическая технология интегрирована в кристалл, чтобы уточнить, в чем именно заключаются преимущества?

Раза: Это очень хороший вопрос. Как компания IC, Semtech не производит оптику; это то, что выберут наши клиенты.Что мы делаем, так это интегрируем многие функции для управления определенной оптикой с большей эффективностью, чтобы наши клиенты могли выбирать недорогую оптику в крупномасштабном производстве. Большая часть затрат для наших клиентов на самом деле связана с оптикой, поэтому, если мы позволяем нашим клиентам использовать более дешевую технологию для интеграции функций для очень эффективного управления этой оптикой, это действительно отличительная черта.

EE: Одна из особенностей такого рода прикладных решений заключается в том, что существует волновой эффект в двух направлениях.Один, конечно же, — это волновые эффекты вовне существующей инфраструктуры и существующих систем, которые находятся в стадии разработки. И еще один волновой эффект заключается в том, что если это обеспечивает более рентабельное развертывание, это также означает, что он дает возможность сделать эти развертывания доступными для все большего числа людей.

Раза: Совершенно верно. Иногда я думаю об этом как о курице или яйце — что появилось раньше? Но я думаю, что это именно то, что вам нужно. Я думаю, что возможность увеличения пропускной способности инфраструктуры действительно позволяет нашим клиентам или физическим лицам извлекать выгоду из реальных сценариев использования 5G.Итак, оглядываясь назад, можно сказать, что это волновой эффект. Возможность развертывания некоторых из этих вещей с помощью Tri-Edge действительно позволяет инструменту 5G расширяться и использовать все больше и больше вариантов использования для реальных пользователей. И это то, что мы видим из нашей клиентской базы и их клиентов. Так что нам очень повезло, что мы долгое время работали в сфере 5G и 4G. Итак, мы очень хорошо понимаем эту экосистему.

И, насколько мы понимаем, люди очень заинтересованы в том, чтобы мы могли развернуть технологию Tri-Edge, чтобы они могли использовать эту инфраструктуру.И, конечно же, есть много движущихся частей. Мы делаем только связь частью этой передачи, но есть инновации в развертывании базовых станций, инновации в башнях; Все эти движущиеся части представляют собой волновые эффекты, которые объединяются и в конечном итоге позволяют воплощать в жизнь варианты использования 5G.

5 г

EE: Есть поговорка об улучшении любого компонента в цепочке, повышая общую цепочку до некоторой степени. Нельзя игнорировать любую часть цепочки, и в данном случае это серьезная подсистема.Дело в том, что если так лучше, то прилив поднимает все лодки.

Раза: Именно инновации всегда движут каждым аспектом отрасли. Когда мы говорим о 5G, инновации происходят во многих отношениях, и, что наиболее важно, это также придает такое же значение компаниям, занимающимся интеграцией. Потому что для компаний IC более важно разработать такие технологии, чтобы иметь возможность эффективно передавать эти сигналы из точки A в точку B.

EE: На самом деле это двусторонний подход.Это одна сторона, а другая — периферийные вычисления. Один из способов уменьшить задержку — уменьшить объем передаваемого трафика, но что также произойдет, так это то, что у нас будут решения, которые используют как можно больше встроенных вычислений. Если вы собираетесь столкнуться с ситуацией, когда старое программное обеспечение ползет, чем больше вы увеличиваете память, тем больше становится программное обеспечение.

Раза: Совершенно верно. И мы только начинаем видеть, что периферийные вычисления становятся все более и более распространенными среди широкой публики.На самом деле, я думаю, что это будет хороший пример использования инфраструктуры 5G в Индии, и я думаю, что мир становится все более взаимосвязанным. Так что дело не только в центрах обработки данных, периферийных вычислениях 5G или искусственном интеллекте. Наступает момент, когда все это способствует увеличению пропускной способности, как вы правильно заметили. И эта полоса пропускания должна эффективно передаваться в сети. Итак, мы живем в очень связанном мире.

Мы очень рады представить проверенную технологию Tri-Edge Platform, и мы видим очень положительный отклик со стороны всего рынка — не только от наших клиентов, но и от их клиентов.Мы действительно с нетерпением ждем возможности поработать с ними и предложить новое решение для развертывания 5G, которое действительно принесет преимущества 5G нашим потребителям.

Схемы РЧ-усилителя и преобразователя

В этом посте мы обсудим несколько схем высокочастотного РЧ-преобразователя и предусилителя, которые можно использовать для усиления или улучшения приема существующего РЧ-приемника.

Все схемы РЧ-усилителя, представленные ниже, предназначены для размещения рядом с существующим любительским радиоприемником или соответствующим радиоприемником, чтобы сделать прием более сильным и громким.

Преобразователь 144 МГц

В большинстве радиолюбительских приемников 2-метрового диапазона прием радиосигналов обычно осуществляется через преобразователь и коротковолновый приемник, что идеально подходит для связи.

Преобразователь этого типа обычно поставляется со своим персональным ВЧ-усилителем, а также с кварцевым генератором с довольно низкой частотой и умножителями частоты.

Это обеспечивает значительную чувствительность и превосходную стабильность частоты, хотя это довольно сложный и дорогостоящий продукт.Учитывая тот факт, что на этой частоте РЧ-усилитель может не добавить большого усиления, и что настраиваемые генераторы УКВ широко используются во многих домашних УКВ-приемниках, гораздо более простая схема, показанная ниже, может оказаться очень удобной.

L1 примерно настроен на желаемую полосу частот через T1, чтобы входной сигнал достигал затвора 1 полевого транзистора TR1.

TR2 работает как гетеродин, а рабочая частота в этой конструкции фиксируется через индуктор L2 и подстроечный резистор T2.Функция осциллятора реализуется через C3 на затворе 2 полевого транзистора TR1.

Выходная частота от стока TR1, который формирует каскад смесителя, вызывает разницу между частотами G1 и G2. Следовательно, когда сигнал на G1 составляет 144 МГц, а TR2 настроен на генерацию с частотой 116 МГц, выход установлен на 144 МГц — 116 МГц = 28 МГц.

Точно так же, когда частота генератора фиксирована на 116 МГц, подача входного сигнала с частотой 146 МГц на вентиль G1 обеспечивает выходную частоту 30 МГц. Следовательно, 144–146 МГц можно было покрыть, настроив приемник с 28 МГц на 30 МГц.L3 приблизительно настроен на этот диапазон, а L4 передает сигнал на приемник коротких волн.

Генератор может быть отрегулирован выше или ниже частоты антенного контура преобразователя, поскольку именно разница преобразователя между входным сигналом и частотами генератора определяет выходную частоту преобразователя. Дополнительно возможно выбрать некоторые другие полосы передачи и выходные частоты, если катушки L1, L2 и L3 настроены соответствующим образом.

Как намотать катушки

L1 и L2 идентичны своим характеристикам намотки, за исключением того, что L1 состоит из отвода на один виток от его заземленного конца.Обе катушки построены с использованием пяти витков 18-дюймового провода, самонесущего, что достигается путем изготовления катушек на каркасе диаметром 7 мм. Расстояние между витками регулируется таким образом, чтобы общая длина витков составляла ½ дюйма или около 12 мм.

L3 намотан с помощью пятнадцати витков эмалированной медной проволоки 26 swg через 7-миллиметровый формирователь, снабженный регулируемым сердечником.

L4 состоит из четырех витков, намотанных на катушку L3 рядом с заземленным (положительная линия) концом L3.

Предусилитель 144 МГц

Этот предусилитель 144 МГц может быть применен к любому 2-метровому устройству приемника или использоваться непосредственно перед преобразователем ступени 144 МГц, описанным выше.

TR1 может быть любым полевым транзистором с двойным затвором.

Воздушный ввод применяется к промежуточному ответвлению на индукторе L1, которое обычно может осуществляться через коаксиальный питатель. В некоторых условиях можно использовать небольшую прямую антенну или шнур для получения достаточной мощности сигнала. Поднятая антенна обычно может улучшить дальность приема.

Тем не менее, первой попыткой может быть простая конструкция дипольной антенны. Часто это жесткий провод, общая длина которого может составлять около 38½ дюймов, с соединительным кабелем, проходящим через середину.

Антенна этого типа может иметь меньшую направленность, поэтому не требует регулировки и может быть поднята над легкой стойкой или мачтой.

Для приема сигнала 144–146 МГц L1 постоянно настраивается примерно на 145 МГц с помощью T1. Входной сигнал подается на затвор 1 через 2-е ответвление, а R3 с помощью байпасного конденсатора C2 подает смещение на вывод истока.

Затвор 2 управляется постоянным напряжением, снимаемым через делитель R1 / R2. Дренажный выход TR1 подключен к отводу L2, настраиваемому подстроечным резистором Т2.

Чтобы получить узкий диапазон частот, такой как 2-метровый любительский диапазон, регулируемая настройка не может быть проверена, особенно потому, что L1 и L2 никогда не настраиваются точно.
L3 подключается к любому желаемому 2-метровому устройству, которое обычно может быть преобразователем, работающим в низкочастотный приемник.

Обмотка индуктора

L1 использует 18-сантиметровый или аналогичный жесткий провод, покрытый эмалью или луженой медью, и наматывается с пятью витками, затем отводится на один виток от верхнего конца для соединения с G1 и пара обмоток от земли. боковой конец для подключения к антенне.Катушка L1 может иметь диаметр 5/16 дюйма с разнесением витков таким образом, чтобы длина катушки составляла ½ дюйма.

L2 сконструирован аналогичным образом с 5 витками, однако это будет ¾ дюйма в длину и будет включать центральный отвод для питания стока полевого транзистора.

L3 состоит из отдельного витка изолированного провода, намотанного вокруг нижнего конца L2. При разработке УКВ-блоков этого типа потребуется конструкция, обеспечивающая короткие радиочастотные и обходные обратные соединения, и на рисунке ниже показана фактическая компоновка для вышеприведенной схемы.

FM Booster

Для захвата дальних FM-радиочастот или, возможно, в регионах со слабым сигналом, мощность приема VHF FM может быть увеличена с помощью усилителя или предварительного усилителя. Схемы, предназначенные для этих 70 МГц или 144 МГц, могут быть разработаны для выполнения этого требования.

Для любого широкополосного приема, например около 88-108 МГц, производительность сильно падает на частотах, на которые настроен усилитель.

Схема, описанная ниже, имеет регулируемую настройку для катушки стока, а для минимизации нежелательных эффектов менее важная антенная схема, которая на самом деле настраивается ровно, имеет широкие полосы.

Как намотать катушки

Катушка L2 имеет 4 витка провода 18swg над порошковым железным УКВ сердечником диаметром примерно 7 мм.

L1 намотан на обмотку L2 с тремя витками, которая также имеет толщину 18swg.

L3 может быть просто катушкой с воздушным сердечником, с 4 витками проволоки 18swg, построенной над формирователем с воздушным сердечником диаметром 8 мм. Его витки должны находиться друг от друга на расстоянии, равном толщине проволоки.

Отвод катушки на стоке полевого транзистора находится в трех витках от заземленного конца катушки.

L4 — это один виток, намотанный на L3 на заземленном конце L3.

C4 можно заменить триммером, чтобы дать больше возможностей для манипуляций с диапазонами.

Значения выбраны для соответствия полевому транзистору BFW10, промышленному малошумящему широкополосному УКВ усилителю. Другие транзисторы VHF также могут работать хорошо.

Как настраивать

Кабель антенного фидера подключается к разъему, связанному с L1, а короткий фидер через L4 подключается к выходу антенны приемника.

Если приемник имеет телескопическую антенну, соединения должны быть слабо связаны с катушкой L4.

При реализации усилителей VHF можно заметить, что процесс настройки довольно плоский, особенно там, где цепи сильно нагружены, как например, воздушный индуктор. Даже в таких условиях от этого усилителя FM можно ожидать обширного пика, обеспечивающего оптимальный прием.

Аналогичным образом можно заметить, что усиление, предлагаемое этими типами усилителей, не так хорошо, как у низкочастотных РЧ-усилителей, которое имеет тенденцию падать с увеличением частоты.

Проблема связана с потерями в цепи, а также с ограничениями в самих транзисторах. Конденсаторы должны быть трубчатыми и дисковыми керамическими или других типов, подходящих для УКВ.

Радиочастотный каскад, 70 МГц

Эта радиочастотная схема в основном предназначена для работы с 4-метровой передачей в любительском диапазоне. Он имеет полевой транзистор с заземленным затвором. Этот тип каскада с заземленным затвором очень стабилен и не требует особой осторожности, чтобы избежать колебаний, за исключением того, что обеспечивается схемой, описанной в первой концепции RF.

Коэффициент усиления этой конструкции ниже по сравнению с конструкцией каскада с заземленным источником. Настройка дросселя L2 довольно плоская. R1 вместе с байпасным конденсатором C1 расположен для смещения вывода истока полевого транзистора, и его следует отводить от L2, поскольку вход TR1 имеет довольно низкий импеданс в этой ВЧ-цепи.

Вы можете получить незначительное улучшение результатов, нажав на сток полевого транзистора через L3.

L2 и L3 регулируются соответствующими винтами с воздушным сердечником.Настройка оптимизируется путем настройки ядер, связанных с L2 и L3.

Тем не менее, можно также использовать постоянные ядра, предназначенные для ВЧ преобразователей на 70 МГц, а затем соответственно настроить C2 и C3.

Детали индуктора

L2 и L3 сконструированы с 10 витками каждый, с использованием эмалированного медного провода 26 swg на 3/16 диаметра (или от 4 мм до 5 мм) формирователя с сердечником.

L1 намотан на L2 на заземленном конце L2 и плотно обернут вокруг L2.

L1 состоит из 3-х витков.

L4 наматывается с парой витков, таким же образом соединяется с L3.

TR1 может быть транзистором VHF-типа с верхним пределом частоты не менее 200 МГц. Можно попробовать BF244, MPF102 и аналогичные формы. Чтобы получить наиболее эффективную производительность, вы можете попробовать изменить R1 и отвод L2, которые не имеют большого значения.

Эта радиочастотная схема удобно спроектирована с учетом приема 144 МГц. Впоследствии можно было установить самонесущие катушки с воздушным сердечником с использованием параллельных триммеров 10 пФ.L1 / L2 могут состоять из пяти витков, намотанных проводом 20swg, с внешним диаметром 8 мм. Расстояние между витками следует отрегулировать таким образом, чтобы длина катушки составляла 10 мм.

Отвод для подключения антенны должен располагаться на расстоянии 1,5 оборота от верхнего конца L1, а отвод источника через C1, R1 можно извлечь из двух витков от заземленного конца L2. L3 реализован в аналогичных пропорциях.

Клемма стока полевого транзистора теперь может быть подключена с помощью L3, 3 витка от конца C4 этой обмотки.L4 может быть одним витком изолированного медного провода, плотно намотанного на L3.

Как указывалось ранее, нельзя ожидать, что каскад с заземленным затвором повысит уровень сигнала до уровня, который обычно достигается с помощью схем, описанных в первой концепции.

Усилитель радиосигнала AM

Этот простой усилитель AM можно использовать для увеличения дальности действия или громкости домашнего портативного приемника, поддерживая цепь рядом с желаемым приемником MW. Используя вытянутую антенну, схема теперь работает с любым портативным транзисторным или аналогичным приемником, обеспечивая отличный прием сигналов, которые в противном случае были бы просто недоступны.

Усилитель может быть не очень полезен для близлежащих станций или приема местного канала, что на самом деле не имеет значения, поскольку в любом случае не предполагается, что этот усилитель СВЧ постоянно устанавливается с радиоприемником.

Диапазон усиления этой схемы составляет от 1,6 МГц до 550 кГц,
который можно настроить в соответствии с диапазоном AM-приемника, просто изменив положение сердечника катушки.

Как сделать катушку настройки антенны

Катушки построены на пластиковом каркасе диаметром 3/8 дюйма с внутренней резьбой для подходящего железного винта, так что его можно поворачивать вверх / вниз с помощью отвертки для регулировки индуктивности.

Входная обмотка связи антенны представляет собой 11 витков провода, намотанного над основной обмоткой.

Основная обмотка, подключенная к затвору VC1 и полевого транзистора, сделана с использованием 30 витков.

Оба провода должны иметь толщину 32 SWG.

L1 состоит из 15 витков изолированного провода с диаметром воздушного сердечника 1 дюйм.

Как настроить усилитель AM

Расположите L1 рядом с антенной любой средневолновой катушки, вне приемника. Настройте радио на слабый диапазон или станцию.Теперь отрегулируйте подстроечный резистор VC1 цепи усилителя, чтобы получить наиболее оптимальную громкость из радио. Одновременно направьте и отрегулируйте L1 рядом с радиостанцией, чтобы получить наиболее эффективное соединение.

Необходимо будет отрегулировать VC1 вместе с настройкой приемника, чтобы шкалу VC1 можно было откалибровать в соответствии с циферблатом радиостанции.

10-метровый радиочастотный усилитель

Конструкция 10-метрового радиочастотного усилителя довольно проста. Фиксированная сеть фильтров, размещенная на выходе, помогает снизить уровень шума примерно на 55 дБ.

Когда катушки построены в соответствии со спецификациями, приведенными в списке деталей, фильтр не требует настройки или регулировки.

Конечно, опытные руки могут захотеть поиграть с данными катушки, никаких проблем, поскольку предлагаемый РЧ-усилитель легко адаптируется для этого. Усилитель подходит для большинства передач, прежде всего потому, что ток стока полевого транзистора регулируется с помощью предустановки P1.

Что касается линейных приложений (AM и SSBI, сток должен быть установлен на 20 мА.Если он предназначен для FM и CW, P1 должен быть настроен, чтобы гарантировать, что никакая смородина не проходит через FET). Если вы хотите подать заявку для первоначальной цели, то ток покоя должен быть установлен в диапазоне от 200 мА до 300 мА.

Готовая печатная плата, показанная ниже, гарантирует быструю и точную разработку.

Катушки должны быть намотаны на формирователи воздушных катушек диаметром 9 мм. Всегда следите за тем, чтобы обмотки были плотно намотаны без промежутков. Убедитесь, что вы используете радиатор для полевого транзистора.

ВЧ-предусилитель для телевизионного сигнала

Этот ВЧ-предусилитель предназначен для работы в 6-метровом диапазоне частот. Это означает, что он подходит для частот от 60 до 70 МГц, которые обычно используются для передачи телевизионных сигналов. Настройка не требуется, так как схема имеет широкополосный диапазон 10 МГц.

RF Meter Circuit

Диоды Шоттки смесительного типа могут обнаруживать радиочастотные сигналы от -35 до 20 дБм. Плоскостность отклика превосходна около 1 ГГц для недорогого BA481 и даже лучше для типов с увеличенной частотной характеристикой; Универсальный Schottky считывает большие мощности в системе с сопротивлением 50 Ом через более низкую частотную характеристику.В связи с тем, что выход диода зависит от температуры и легко регулируется между производимыми партиями.

В указанной схеме используется пара согласованных датчиков, второй из которых снабжен синусоидой 1 кГц, точно настроенной по амплитуде через схему усилителя ошибки, так что выходы будут хорошо сбалансированы. Прерыватель, состоящий из четырех диодов 1N4149, выдает квадрат 1 кГц, который затем преобразуется в синусоиду через операционный усилитель, и, кроме того, выдает уровень постоянного тока относительно амплитуды.

Это оценка входного уровня РЧ, которая отображается, в этом случае, измерителем с подвижной катушкой, отмеченным в децибелах, хотя это можно быстро сделать цифровым. Диапазоны 10 дБ определены в приводе 1 кГц, чтобы включить динамический диапазон 55 дБ, и конденсаторы интегратора ошибок переключаются для обеспечения соответствующей постоянной времени.

Схема естественно очень линейная. Многооборотный потенциометр 10kS2 используется для установки счетчика на ноль. Дополнительные диоды вокруг измерителя преодолевают обратную полярность в случае, если интегратор установлен слишком низко ниже нуля, потому что прерыватель дает только прямое движение для измерителя.

На выходе интегратора потенциометр 4,7 кОм используется для установки максимального тока измерителя. Точность до многих сотен МГц составляет примерно 0,1 дБ, вне зависимости от регулируемых источников питания. Конденсаторы, обозначенные буквой C, должны быть такого же сорта, чтобы дополнять температурные коэффициенты.

О компании Swagatam

Я инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель, разработчик схем / печатных плат, производитель. Я также являюсь основателем веб-сайта: https: //www.homemade-circuits.com /, где я люблю делиться своими новаторскими идеями и руководствами по схемам.
Если у вас есть какие-либо вопросы, связанные со схемой, вы можете взаимодействовать с ними через комментарии, я буду очень рад помочь!

Принципиальная схема и теория усилителя мощности класса C. Выходные характеристики Линия нагрузки постоянного тока

Усилитель мощности класса C.

Усилитель мощности класса C — это тип усилителя, в котором активный элемент (транзистор) проводит менее половины периода входного сигнала. Менее половины цикла означает, что угол проводимости составляет менее 180 °, а его типичное значение составляет от 80 ° до 120 °.Уменьшенный угол проводимости значительно повышает эффективность, но вызывает большие искажения. Теоретический максимальный КПД усилителя класса C составляет около 90%.

Из-за огромного количества искажений конфигурации класса C не используются в аудиоприложениях. Наиболее распространенное применение усилителя класса C — это РЧ (радиочастотные) цепи, такие как РЧ-генератор, РЧ-усилитель и т. Д., Где есть дополнительные настроенные схемы для извлечения исходного входного сигнала из импульсного выхода усилителя класса C, и поэтому искажения вызывают от усилителя мало влияет на конечный выход.Формы входных и выходных сигналов типичного усилителя мощности класса C показаны на рисунке ниже.

Из приведенного выше рисунка видно, что более половины входного сигнала отсутствует на выходе, а выход представляет собой своего рода импульс.

Выходные характеристики усилителя мощности класса C.

На приведенном выше рисунке вы можете видеть, что рабочая точка расположена несколько ниже точки отсечки в линии нагрузки постоянного тока, и поэтому на выходе доступна только часть входного сигнала.

Схема усилителя мощности

класса C.

Смещающий резистор Rb подтягивает базу Q1 вниз, и точка Q будет установлена ​​несколько ниже точки отсечки на линии нагрузки постоянного тока. В результате транзистор начнет работать только после того, как амплитуда входного сигнала превысит напряжение базового эмиттера (Vbe ~ 0,7 В) плюс напряжение смещения вниз, вызванное Rb. Это причина того, что большая часть входного сигнала отсутствует в выходном сигнале.

Катушка индуктивности L1 и конденсатор C1 образуют цепь резервуара, которая помогает извлекать требуемый сигнал из импульсного выхода транзистора.Фактическая работа активного элемента (транзистора) здесь состоит в том, чтобы производить серию импульсов тока в соответствии с входом и заставлять их течь через резонансный контур. Значения L1 и C1 выбраны таким образом, чтобы резонансный контур колебался на частоте входного сигнала. Поскольку резонансный контур колеблется на одной частоте (обычно несущей), все остальные частоты ослабляются, и требуемая частота может быть уменьшена с помощью правильно настроенной нагрузки. Гармоники или шум, присутствующие в выходном сигнале, можно устранить с помощью дополнительных фильтров.Трансформатор связи может использоваться для передачи мощности на нагрузку.

Преимущества усилителя мощности класса C.

• Высокая эффективность.
• Отлично подходит для радиочастотных приложений.
• Наименьший физический размер для данной выходной мощности.

Недостатки усилителя мощности класса C.

• Самая низкая линейность.
• Не подходит для аудио приложений.
• Создает сильные радиопомехи.
• Трудно получить идеальные катушки индуктивности и трансформаторы связи.
• Уменьшенный динамический диапазон.

Применение усилителя мощности класса C.

• ВЧ генераторы.
• ВЧ усилитель.
• FM-передатчики.
• Бустерные усилители.
• Повторители высокой частоты.
• Настроенные усилители и др.

Похожие сообщения

30W RF Power Amplifier Circuit Project

Высокочастотный высокочастотный усилитель мощности — это устройство, которое может изменять (усиливать) амплитуду входного сигнала, используя питание, подаваемое от источника питания.Эта энергия преобразуется в усиленный выходной сигнал и частично на … Electronics Projects, 30W RF Power Amplifier Circuit Project «проекты аналоговых схем», Дата 2019/08/04

Высокочастотный усилитель мощности RF представляет собой устройство, способное изменять (усиливать) амплитуду входного сигнала, используя питание, подаваемое от источника питания. Эта энергия преобразуется в усиленный выходной сигнал и частично за счет тепла ( количество рассеиваемой мощности, излучаемой в виде тепла, зависит от эффективности усилителя ).Его можно рассматривать как активный двойбран. [1] Усилитель является одним из наиболее широко используемых устройств в высокочастотных схемах усилителя RF . С точки зрения ширины передаваемой полосы пропускания усилители можно разделить на широкополосные и узкополосные. Точное определение, когда есть узкополосный усилитель, а когда широкополосный усилитель не определен однозначно. Обычно считается, что узкополосный усилитель удовлетворяет условию

ВЧ-схема усилителя мощности

ВЧ-усилитель Базовый модулятор

Этот тип модулятора называется модулятором с низким уровнем.В принципе, сигнал модуляции, подаваемый на базовую схему, переносится на входное высокочастотное напряжение. Этот тип модулятора влияет на рабочую точку усилителя, и поэтому именно с этим фактом следует учитывать при его предложении. Эффективность модулятора рассчитывается как

РЧ-усилитель Предварительный каскад

Задачей этого каскада является усиление входного сигнала для дальнейшей обработки основного силового каскада. Моя работа на уроках А из-за минимальных искажений.В связи с максимальной простотой конструкции было решено перенять каталожную разводку трехкаскадных усилителей [14]. Эту проводку пришлось модифицировать. По нашему мнению, имеющиеся транзисторы были заменены на эквивалентные ( BC547, ZTX653 и BD135 ) и, прежде всего, необходимо было изменить рабочий класс второго и третьего уровня, что в паспорте задействования работы в классе а. . Вся проводка была изменена и проверена в среде OrCad Capture. Усилитель мощности 15В.

Схема ВЧ усилителя Схема печатной платы Все файлы Альтернативные ссылки:

СПИСОК ССЫЛКИ ДЛЯ ЗАГРУЗКИ ФАЙЛОВ (в формате TXT): ССЫЛКИ-25639.zip

Схематическое изображение ВЧ усилителя мощности 2,45 ГГц

3 Контекст 1

3 Контекст 1

3

… На рис. 2 показана схематическая конструкция ВЧ усилителя мощности. Предлагаемая схема разделена на три этапа: входная согласованная сеть, выходная согласованная сеть и межкаскадная согласованная сеть. Согласно методу Криппса [3], оптимальный импеданс нагрузки Z opt, Q 2 для больших сигналов состоит из R opt, Q 2 и C ds, Q 2.Измеренный ток (I ds) и R opt, Q2 получают с использованием напряжения смещения (V ds). Половина схемы учитывала максимальный ток канала I max для работы класса A. Параметр C ds, Q 2 получается из малосигнальной модели транзистора. Вторая ступень схемы согласования выходной мощности предназначена для согласования Z opt, Q 2 с сопротивлением 50 Ом. Конденсатор последовательного байпаса обеспечивает путь постоянного тока, добавлен низкочастотный трансформатор L-образного сечения и последовательный блокирующий конденсатор. Третий этап — межэтапная согласованная сеть.Чтобы снизить потери из-за рассогласования, он предназначен для передачи Γ IN, 2 в Z opt, Q 1. Для получения максимальной выходной мощности в предлагаемой части учитывалась мощность согласования R opt, Q 1 и C ds, Q 1. Согласование потерь используется резистором затвора каждой ступени для повышения стабильности. Наконец, входная сеть предназначена для сглаживания небольшого усиления сигнала и улучшения согласования импеданса для улучшения возвратных потерь на входе. Выходная мощность сжатия усиления 1 дБ составляет -4,0 дБмВт с соответствующим усилением 81.1 дБ на частоте 2,45 ГГц показан на рисунке 3. На частоте 2,45 ГГц КПД по мощности (PE) составляет 10%, а PAE P 1 дБ составляет 24,2%. Он показывает очень хорошую изоляцию 2,85 дБн с низкими вносимыми потерями 0,80 дБ. На рис. 4 показаны мощность на нагрузке RL в дБм и напряжение на нагрузке в дБм. Это увеличенное изображение области вокруг Fund1 и Fund2. Другие гармоники, генерируемые комбинацией fund1 и fund2, и особенно 2 * fund1-fund2, очень очевидны на графике. Другие результаты команд извлечения: IM3 = 1.6 дБм. Для третьей интермодуляции IIP3 = -6,63 дБм, а OIP3 = -2,88 дБм. На рис. 5 показаны фактические команды построения графика БПФ. Эти формы сигналов использовались для вычисления ACPR. Они указываются с помощью команд .plot fourmodsst. На рисунке V (LOAD) .H (1) — это комплексный изменяющийся во времени коэффициент Фурье номер 1 для сигнала нагрузки, а V (RFIN) .H (1) — это комплексный изменяющийся во времени коэффициент Фурье номер 1 для входного сигнала. сигнал напряжения. Используя вычисления ACPR, RFIN -7.26dBc и RFOUT -1.0dBc указывают на превосходную линейность.В таблице 1 показано сравнение этой работы с ранее опубликованными результатами. Был разработан ВЧ-усилитель мощности 2,4–2,5 ГГц с напряжением стока 3,3 В, высоким коэффициентом усиления и высокой линейностью. Недавно принятая двухступенчатая гармоническая оконечность в общем источнике демонстрирует значительное улучшение линейности без ухудшения выходной мощности и PAE, а также отличная линейность сохраняется в широком диапазоне мощностей. ВЧ характеристики этого усилителя показывают выходную мощность на порту 1 P1dB, равную -4,0 дБм, коэффициент усиления по мощности 81,1 дБ, 10.