Антенный усилитель своими руками: мастер-класс изготовления универсального прибора своими руками. Использование телевизионных антенных усилителей мв и дмв, схемы Антенный усилитель дмв для телевизора

Телеприем ДМВ имеет ряд особенностей:

1. ДМВ практически не огибает земную поверхность и обладают низкой проникающей способностью, поэтому зона уверенного приема ограничивается прямой видимостью между передающей и приемной антеннами.
2. В то же время ДМВ хорошо отражаются от земной поверхности и от ионизированных слоев атмосферы. Это делает возможным прием на значительном (300-500 км) удалении от телецентра. При этом прохождение ДМВ достаточно стабильно и не имеет замираний свойственных метровым волнам (MB).
3. Характерной особенностью ДМВ является так называемое волновое распространение, при котором сигнал может быть принят на расстоянии до нескольких тыс. км от телецентра. Оно имеет место над морской поверхностью в ясные дни весенних и летних месяцев.
4. Приемные антенны ДМВ имеют значительно меньше чем антенны MB геометрические размеры. При этом мала их эффективная площадь, а следовательно, и мощность сигнала, подаваемого на вход телеприемника.
5. Чувствительность телеприемников в диапазоне ДМВ значительно ниже, чем в диапазоне MB, что связано с плохими шумовыми параметрами селектора ДМВ.

Анализ перечисленных особенностей показывает принципиальную возможность дальнего и сверхдальнего приема телевидения в диапазоне ДМВ и два основных пути его реализации. Это - повышение эффективности антенной системы и реальной (ограниченной шумами) чувствительности телеприемника. Возможности повышения коэффициента усиления антенн ДМВ на практике ограничены сложностью их конструкции и согласования с фидером.

Увеличение чувствительности телеприемника требует переделки селектора ДМВ и обычно не дает желаемых результатов. Дело в том, что в диапазоне ДМВ велико затухание сигнала в кабеле, и при использовании антенн с малым усилением не удается получить на входе телеприемника существенного выигрыша в соотношении сигнал-шум.

Наиболее оптимальным путем является использование конструктивно простой антенны с усилителем, расположенным в непосредственной близости от неё. В этом случае возможно одновременное повышение и эффективности антенны и чувствительности телеприемника без его переделки.

Антенный усилитель должен иметь большой коэффициент усиления, малый коэффициент шума, широкий диапазон рабочих температур. При этом он должен быть несложен по конструкции, собран из доступных деталей, прост в настройке и несклонен к самовозбуждению.

В результате многолетних теоретических и экспериментальных исследований нам удалось создать оптимальную по перечисленным требованиям схему и конструкцию усилителя ДМВ. не имеющего промышленных и любительских аналогов

1. Антенный усилитель диапазона ДМВ.

Параметры и схема усилителя:

Усилитель обладает следующими параметрами:

Коэффициент усиления Ку и коэффициент шума Fш в диапазоне
470-630 МГц (21-40 каналы) - Ку? 30 дБ, Fш? 2,0 дБ;
630-790 МГц (41-60 каналы) - Ку? 25 дБ, Fш? 2,5 дБ;
790-1270 МГц (61-100 каналы) - Ку? 15 дБ, Fш? 3,5 дБ.

Входное и выходное сопротивление - 75 Ом
- напряжение питание - 9-12 В
- диапазон рабочих температур - (-30...+40) °С.

Схема усилителя приведена на рис. 1. Он содержит два каскада на транзисторах VT1 и VT2, включенных по схеме с общим эмиттером. Для получения максимального усиления эмиттеры транзисторов соединены непосредственно с общим проводом. Нагрузками каскадов являются широкополосные контуры L2, R2, L3, С4 и L4, R6, L5, С10, обеспечивающие согласование их входных и выходных сопротивлений. Контур L1, С1 является фильтром верхних частот (частота среза 400 МГц), служащим для устранения помех от телепередатчиков MB диапазона. Конденсаторы СЗ, С5, С7, С8 - блокировочные. Питание усилителя осуществляется по коаксиальному кабелю, соединяющему его с телевизором, через фильтр нижних частот L6, R8, С11. Непосредственно перед телевизором сигнал ДМВ и напряжение питания разделяются фильтром С12, L7, С13.

Режимы транзисторов по постоянному току задаются резисторами R1 и R5 так, чтобы получить оптимальные значения коллекторных токов I1 и I2 транзисторов VT1 и VT2. Ток I1 выбирается из условия получения минимального коэффициента шума первого каскада, а I2 - из условия получения максимального усиления второго каскада.

Детали и конструкция усилителя.

Все резисторы усилителя МЛТ-0,125. Конденсаторы С1, С2, С4- С7, С9, С10 - малогабаритные дисковые (типов КД, КД-1 и т.п.); СЗ, С8 и С11 - типа КМ-5б, КМ-6 и т.п.

Все катушки усилителя бескаркасные. Катушка L1 содержит 2,75 витка посеребренного провода диаметром 0,4-0,8 мм, её наружный диаметр 4 мм, межвитковое расстояние - 0,5 мм. Катушки L2- L5 представляют собой выводы резисторов R2 и R5, намотанные на оправку диаметром 1,5 мм, так чтобы межвитковое расстояние составляло 0,5 мм, и содержит по 1,5 витка. Направления намоток L2, L3 и L4, L5 должны быть одинаковы (т.е., например, L2 и L3 представляют собой катушку из 3-х витков, в разрыв которой включен резистор R2). Катушка L6 содержит 15-20 витков медного эмалированного провода диаметром 0,3 мм, намотанных виток к витку на оправку диаметром 3 мм. Дроссель L7 - стандартный типа ДМ-0,1 с индуктивностью более 20 мкГн. Стабилитрон VD1 - любой с напряжением стабилизации 5,5-7,5 в.

В усилителе могут быть использованы СВЧ малошумящие транзисторы с граничной частотой fгр. более 2 ГГц. Если усилитель будет работать в диапазоне 21-60 каналов, то можно применять транзисторы с fгр. более ГГц, а если - только в диапазоне 21-40 каналов, то - с fгр. более 800 МГц. при этом необходимо в первый каскад ставить транзистор с меньшим коэффициентом шума, а во второй - с большим коэффициентом усиления. В табл. 1 приведены параметры транзисторов, которые можно использовать в усилителе. Транзисторы расположены в порядке ухудшения параметров.

Не рекомендуется применять транзисторы КТ372 из-за их склонности к самовозбуждению и ГТ346 - из-за плохих шумовых параметров. Если используются р-п-р транзисторы, то необходимо изменить полярность источника питания усилителя.

Усилитель собран на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1-1,5 мм. Рисунок печатной платы и схема монтажа деталей на ней приведены на рис. 2. Плата рассчитана на использование транзисторов с планарными выводами (КТ3132, КТ3101, КТ391 и т.п.), которые припаиваются непосредственно к контактным площадкам со стороны фольги. Однако она допускает и монтаж транзисторов с другим расположением выводов (КТ399, КТ3128 и т.п.), но со стороны монтажа, для чего необходимо просверлить в плате соответствующие отверстия под выводы (см. ниже).

Выводы транзисторов должны иметь минимальную длину, особенно вывод эмиттера, который не должен превышать 4 мм. Выводы конденсаторов С4, С5, С7 и С10 должны быть не более 4 мм, а конденсаторы С1, С2, С6 и С9 - составлять 4-6 мм (они являются дополнительными индуктивностями, включёнными в контура). Одни из выводов конденсаторов С1 и С2 впаяны в плату, а другие - припаяны непосредственно к центральной жиле входного коаксиального кабеля. Конденсаторы С6 и С9 одним концом припаяны к очищенным от краски головкам резисторов R2 и R6. Другой конец С6 в плату, а С9 - припаян к центральной жиле выходного коаксиального кабеля. Конденсатор С2 одним концом впаян в плату, а другим концом припаян к катушке L1 на расстоянии 3/4 витка от верхнего по схеме конца. Резисторы R3, R4, R7 и R8 установлены вертикально.

Печатная плата помещена в прямоугольный герметичный корпус, разделённый на 4 части экранирующими перегородками (рис. 2, 4). Чертежи деталей корпуса приведены на рис. 3. Он состоит и боковой стенки 1, втулки 2, перегородки 3, 4 и крышек 5. Детали 1, 3, 4 и 5 изготовляют из листовой латуни (удобно использовать отожженную над газовой горелкой пластину фотоглянцевателя), детали 2 вытачиваются из латунного прутка. Втулки 2 рассчитаны на то, что вход и выход усилителя выполнены 75-омным коаксиальным кабелем с наружным диаметром по изоляции 4 мм. Можно использовать другой 75-омный кабель, но в этом случае необходимо соответственно изменить диаметры втулок 2 и отверстий в стенке корпуса 1.

Разделительный фильтр питания L7, С12, С13 монтируют в отдельной коробочке произвольной конструкции, на которой устанавливают входное антенное гнездо и выходной антенный штекер.

Питать усилитель можно от любого стабилизированного источника 9-12 В, например, от имеющихся в продаже блоков питания транзисторных приемников БП9В, Д2-15 и т.п.

Можно также смонтировать элементы фильтра внутри телевизора рядом с антенным входом ДМВ, а для питания усилителя использовать напряжение 12 В с селектора ДМВ.

Монтаж и настройка усилителя.

Собирают усилитель в следующей последовательности. Монтируют на плате все элементы кроме резисторов R1 и R5. Если используются транзисторы не с планарными выводам, то для них сверлят в плате отверстия, а в перегородках 4 делаются прямоугольные вырезы (на рис. 3 показаны штриховой линией). В плату впаиваются соответствующими выступами перегородки 3 и 4. Сгибают и спаивают боковую стенку корпуса 1. В неё герметично впаивают втулку 2. Входной 7 и выходной 8 коаксиальные кабели длиной по 80 см вставляют в отверстия втулок, оплетку разделяют на 2 части и припаивают к корпусу изнутри. Центральная жила кабелей должна выступать внутрь корпуса на 3-4 мм. Вставляют плату в корпус, так чтобы кромки перегородок 3, 4 и кромка стенки 1 лежали в одной плоскости (рис. 4), и пропаивают стыки перегородок между собой и корпусом. Кроме того в 10-ти точках припаивают нечетную плату к стенке 1. Места пайки показаны на рис. 2 и рис. 4. Припаиваются к центральным жилам кабелей элементы С1, L1 и С9, L6. Внимательно сверяют рис. 1, 2 и 4 правильности монтажа.

Далее производят настройку усилителя. Для этого по выходному кабелю 8 подают на усилитель питание. Измеряя напряжение U1 на резисторе R3 подбором резистора R1 устанавливают значение тока I1 (I1 = U1/R3) в соответствии с табл. 1 для транзистора первого каскада. Впаивают в плату подобранный резистор R1. Аналогичную процедуру проделывают для второго каскада, измеряя напряжение U2 на резисторе R7 и устанавливая ток I2 = U2/R7 в соответствии с табл. 1. Впаивают резистор R5. На рис. 1 величины R1 и R5 даны ориентировочно, реально они могут значительно отличаться от указанных. Проверяют отсутствие самовозбуждения усилителя. Для этого подключают параллельно R3 вольтметр и касаются пальцем вывода коллектора транзистора VT1. Если первый каскад не возбуждается, то показание вольтметра не изменится. Аналогично проверяют второй каскад. Устранить самовозбуждение (о его наличии свидетельствует резкое уменьшение тока транзистора при его касании пальцем) можно лишь заменой транзистора. Следует отметить, что усилитель не склонен к самовозбуждению - из нескольких десятков изготовленных усилителей возбуждался лишь один, собранный на транзисторах КТ372А. Проверяют потребляемый усилителем ток, которых должный быть равен: I1 + I2 = 10 мА; при необходимости подбирают резистор R8, так чтобы ток через стабилитрон VD1 составлял около 10 мА. Заключительной операцией является герметизация усилителя. Для этого крышки 5 пропаивают по периметру корпуса, а места ввода коаксиального кабеля дополнительно промазываю каким-либо герметиком, водостойким клеем и т.п. Затем усилитель крепят к мачте антенн.

2. Антенна ДМВ

Как указывалось выше, добиваться очень большого коэффициента усиления антенны ДМВ не имеет смысла, поскольку это ведет к неоправданному усложнению её конструкции. Однако и рассчитывать на дальний прием с малоэффективной антенной тоже не приходится.

Опыт конструирования и использования антенн ДМВ показывает, что наиболее простой и в то же время весьма эффективной является Z-антенна с рефлектором. Её отличительными особенностями является широкополостность, большой коэффициент усиления, хорошее согласование непосредственно с 75-омным коаксиальным кабелем и некритичность размеров.

Конструкция антенны для 21-60 каналов показана на рис. 5. Если антенна будет использоваться в диапазоне 61-100 каналов, то все её размеры необходимо уменьшить в 1,5 раза. Активное полотно 1 антенны изготавливается из алюминиевых полос и скрепляется «внахлест» винтами с гайками. В точках соприкосновения пластин должен быть надежный электрический контакт. На матче 6 (она может быть металлической или деревянной) полотно закрепляется при помощи стоек-опор 2 в точках С и D. Поскольку эти точки имеют нулевой относительно земли потенциал, то стойки 2 могут быть металлическими. Кабель 3 подсоединяется к точкам А и В (оплетка - к одной точке, а жила - к другой) и прокладывается вдоль полотна по нижней стойке 2 и по матче 6 к усилителю 7. Закрепляется кабель проволочными хомутиками. Полотно 1 может быть само по себе использовано как антенна. Её коэффициент усиления составляет 6-8 дБ. Однако лучше снабдить полотно рефлектором.

Простейший рефлектор 4 (рис. 5б) представляет собой плоский экран, изготовленный из трубок или отрезков толстого провода. Диаметр элементов рефлектора некритичен и может быть 3-10 мм. Антенна с плоским рефлектором имеет коэффициент усиления 8-10 дБ. Поднять коэффициент усиления до 15 дБ (эквивалентно 40-элементной антенне «волновой канал») позволяет сложный рефлектор типа «полуразвалившийся короб» (рис. 5в). Конструктивное исполнение такого рефлектора может быть самым различным, в зависимости от Ваших возможностей.

Пространственная ориентация антенны, изображённая на рис. 5 соответствует приему сигналов с горизонтальной поляризацией. Для приема вертикально-поляризованных сигналов необходимо полотно и рефлектор повернуть на 90°.

Усилитель ДМВ располагают в непосредственной близости от антенны (см. рис. 5). Вход усилителя с полотном антенны соединяют тем же кабелем, что заделан в усилитель. Входной кабель усилителя наращивают кабелем снижения. Желательно, чтобы он был как можно большего диаметра (от этого зависят потери в кабеле), использовать кабель диаметром 4 мм можно лишь в том случае, если его длина не превышает 10 м.

Соединения кабелей должно выполняться «ветик», так чтобы минимальным образом нарушалась коаксиальная структура фидера.

Если нет возможности изготовить описанную антенну, то усилитель может быть с несколько худшими результатами использован с промышленными наружными широкополосными антеннами ДМВ, например, типа, АТНГ(В)-5.2.21-41 (торговое название «ГАММА-1»).

Установка антенны определяется тем, на какой тип прохождения ДМВ вы рассчитываете. Если необходимо вести прием непосредственно за зоной обслуживания телецентра (60-200 км), то антенну следует установить так, чтобы в направлении прихода сигналов между ней и линией горизонта не было препятствий (дома, холмы и т.п.). Если же Вы ориентируетесь на сверхдальний прием при тропосферном или волновом распространении (при этом сигнал приходит «с неба» под углом 5-10° к горизонту), то не очень близко расположенные препятствия обычно помехой не является.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключение несколько слов о практических результатах приема ДМВ. Изготовление по прилагаемому описанию антенны с усилителем в течение нескольких лет использовался в г. Одессе для регулярного приема сигналов Кишиневского телецентра (расстояние - 160 км). За городом, в зоне радиотени для MB телецентра, уверенно принимаются сигналы маломощных ДМВ ретрансляторов, находящихся на противоположной стороне Одесского залива (расстояние - 60-80 км). В ясные дни весенних и летних месяцев с хорошим качеством ведется прием болгарской программы БТ2 из Варны (расстояние - 500 км) и турецкой программы TV2 из Стамбула (расстояние более 600 км).

ГА Попов, г. Хмельницкий

Об антенных усилителях в розных журналах написано много. Но, несмотря на это, предлагаемый мною вариант антенного усилителя может представлять интерес.

При его реализации преследовалось две цели:

1) получить приемлемый коэффициент усиления для дальнейшего приема ДМВ;

2) сделать его незаметным для похитителей антенных усилителей, т.е. его размеры должны быть сведены до минимума, что позволяет поместить его вместе с кабелем снижения внутрь трубы-стойки крепления антенны.

Для миниатюризации использованы конденсаторы типа К10-17, резисторы типа ОМЛТ- 0,125, соответствующие транзисторы и печатный монтаж.

Принципиальная схема показана на рис.1 и особых пояснений не требует. Транзисторы VT1, VT2 типа 2Т3101А, 2Т31 ISA, 2T391A, 2Т3123А, 2Т3124А (т.е. с минимальным коэффициентом шума). Транзистор VT3 типа 2Т640, 2Т642, 2Т648 (буква особой роли не играет). Данные катушек индуктивности: L1 – 3 витка провода 0,6 мм (посеребренный

или луженый) на оправке 2,5 мм; L2 – 4 витка того же провода на оправке 1,8 мм; 13 – аналог L1.

Зависимость коэффициента усиления от частоты показана на рис.2. Коэффициент усиления для трехкаскадного усилителя около 35 дБ, коэффициент усиления для двухкаскадного усилителя 20 – 23 дБ.

Эскизное расположение деталей показано на рис.3. Собранный антенный усилитель помещают в собственный корпус. Удобнее всего для этого использовать трубку из меди или латуни соответствующего диаметра, которая затем вставляется внутрь трубы-стойки. Корпус-трубка должна быть луженой или выполнена из луженой жести. Усилитель тщательно герметизируют от попадания влаги путем аккуратной пайки корпуса, кабелей (или в дополнение к этому клеем БФ, эпоксидным клеем и т.п.).

Питание подается по тому же кабелю, что и снижение антенны. Режимы транзисторов при разных напряжениях питания сведены в таблицу.

В настоящее время почти всё телевизионное вещание перешло на трансляцию в дециметровом диапазоне. Это обусловлено тем, что волны этого диапазона малочувствительны к влиянию внешних помех и оборудование, применяемое для обеспечения трансляции в этом диапазоне, обладает невысокой стоимостью . В качестве диапазона для использования цифрового телевидения Т2 был выбран именно он.

Дециметровые волны (ДМВ) располагаются в диапазоне радиоволн, имеющих длину волны от одного метра до 10 см, и лежат в частотах от 300 МГц до 3 ГГц. Для приёма ДМВ применяются широкополосные антенны направленного действия они могут осуществлять приём телетрансляций на удалении 60-70 км от телецентра.

Особенности приёма ДМВ

Необходимо понимать, что чёткого различия между профессиональными и домашними антеннами не существует. Профессиональные антенны для телевизионного режима имеют узкую диаграмму направленности, а значит и больший коэффициент усиления. Благодаря этому они имеют более усложнённую , с множеством элементов конструкцию, чем домашние.

Перечислим основные части, из которых состоит антенна:

• фидер;
• рефлектор;
• вибратор;
• директор.

В первую очередь на качество приёма оказывает влияние рельеф местности . Различные барьеры, возникающие на пути прохождения сигнала, ослабляют его уровень или не дают его распространению. В зоне отсутствия прямой видимости антенны нередко настраивают на отражённый сигнал и из-за этого приходится применять различного вида активные усилители и согласователи.

В близости от передатчика антенна может ставиться внутри помещения или снаружи. В отдалении, конечно, нужно ставить снаружи: на стену, балкон, крышу, мачту. Обычно в удалении от ретранслятора антенна размещается на высоте 8-15 м на мачте.

Симметрирование антенн

Симметрирующие устройства устраняют попадание токов радиочастоты на внешнюю площадь наружного проводника (оплётки) коаксиального провода. Подключать без такого устройства нельзя, так как это приводит к искривлению диаграммы направленности антенны и уменьшению помехоустойчивости приёма. Когда входное сопротивление антенны отличается от волнового сопротивления провода, то такое устройство применяется и как согласующее.

Согласующее устройство для антенны своими руками выполнить несложно. Обычно применяют четвертьволновой мостик или волновое U-колено. Мостик представляет собой двухпроводную короткозамкнутую линию с величиной длины Lcp/4, подключённую к зажимам вибратора. Мостик состоит из двух трубок, изолятора и короткозамкнутого шунта. Через одну из трубок (например, левую) пропускается кабель. Внешний проводник (оплётка) подключается к левой трубке вибратора и левой трубке мостика, центральный контакт - к правой трубке вибратора .

Волновое колено выполняется из кабеля и состоит из двух отрезков с волновым сопротивлением 75 Ом, соответственно длиной Lc/4 и Lc/3, где Lc средняя длина волны в кабеле. Выдерживать определённое расстояние между кабелями не нужно. Рабочая полоса частот составляет 12- 15 процентов.

И также может использоваться проволочный трансформатор . Он трансформирует входной импеданс антенны в импеданс равный 73 Ом. Две пары катушек трансформатора намотаны поочерёдно на двух каркасах диаметром 5- 7 мм. Намотка непрерывная, в два провода. Промежуток между каркасами 15-20 мм. Монтаж выполняется на металлической плате, к концам которой припаиваются оплётка фидера и концы обмоток.

Проволочная антенна

Самую простую конструкцию можно выполнить из куска медной проволоки . Такая антенна представляет собой петлевую рамку, которая состоит из двух разделённых зазором проводников. В случае использования мачты, крепление осуществляется с помощью изоляционной пластины, например, гетинакс, покрытый лаком или текстолит. Место подключения кабеля при использовании на улице следует закрыть от прямого попадания атмосферных осадков.

Основная операция будет заключаться в расчёте длины петли. Для этого необходимо знать частоту передачи эфирного сигнала. Длина волны, соответствующая несущей частоте изображения f, вычисляется по формуле L = 300/f. Например, для частоты 600 МГц это значение будет L = 300/600= 0,5 м. То есть длина петли составит 50 см.

Алюминиевый диск

Для изготовления нам понадобится:

• алюминиевый диск толщиной 1 мм;
• печатная плата из стеклотекстолита толщиной 1 мм;
• согласующий трансформатор;
• кабель с волновым сопротивлением 75 Ом.

В алюминиевом диске диаметром 356 мм, с отверстием посередине с диаметром 170 мм, делается пропил 10 мм. Вместо выпиленного куска устанавливается печатная плата, к которой припаивается согласующий трансформатор. Вместо него можно установить усилительное устройство, взятое из комплекта, идущего с польской антенной.

Волновой канал

Несложная по конструкции высокоэффективная антенна направленного действия, которая может быть использована практически во всём диапазоне телевизионного вещания. Антенна представляет собой активный полуволновой вибратор (обычно петлевой), рефлектор из нескольких директоров, укреплённых на основании стрелы, зафиксированные скобами или сваркой. Вибратор со стрелой закрепляется на мачте. Соединение кабеля и симметрирующе-согласующего U образного колена к активному вибратору производится с помощью специальной коробки.

Полуволновое колено выполняется из отрезков коаксиального кабеля длиной равной средней длины волны поделённой на два. U-колено является сразу как симметрирующим устройством, так и трансформатором сопротивлений: оно изменяет входное сопротивление петлевого вибратора 292 Ом до 73 Ом, что даёт возможность обеспечить согласование вибратора с фидером. Оплётки кабеля колена нужно спаять между собой, а также с оплёткой фидера. Длина отрезка используемого провода примерно будет около 185 мм.

Расчёт

ДМВ антенны вибраторы изготавливаются из трубок диаметром от 14 до 25 мм, несущую стрелу 18-35 мм. Мачта может быть изготовлена из трубок диаметром 40-50 мм, со стенкой 3-4 мм или деревянного бруса 60×60 мм.

Расстояние между элементами устройства можно рассчитать в специально созданных для этого программах: Antwu 15, 4K6D и т. п. Эти утилиты русифицированные , разобраться будет нетрудно.

Зигзагообразное устройство

Несложная в изготовлении антенна широкого диапазона. Работает в двукратной полосе частот. Конструкция представляет собой две вертикальные рейки, закреплённые на диэлектрической стойке. На верхнем и нижнем конце стойки крепят стальные планки. Планки такого же вида, но через изоляционные шайбы, закрепляют на концах реек. На стойке между рейками располагают непроводящую пластину, на которой установлены две пластины из проводника .

Кабель диаметром 3-4 мм соединяют со стальными планками. Его также подпаивают к нижней планке. Провод прокладывают параллельно стороне внутреннего кабеля нижней рамки и припаивают к планкам (оплётку - слева, центральный проводник справа).

Для упрощения конструкции можно использовать только один ромб, зигзаг. Размер такого ромба составит 340×340 мм. Расстояние между двумя металлическими планками в центре ромба берут около 10 мм. В качестве материала применяют алюминиевые, медные или латунные трубки, или полоски шириной 6-10 мм.

Усилитель

Для улучшения приёма телевизионного эфира часто применяют антенну с активным усилителем сигнала. Обычно такой усилитель не нуждается в настройке и выполняется на малошумящих транзисторах с усилением около 20 дБ.

Для того чтоб изготовить усилитель ТВ сигнала своими руками, понадобится печатная плата и следующий перечень радиоэлементов:

1. Резисторы: R1, R5-220 Ом; R2, R6-8,2 кОм; R3-3,3 кОм; R4, R8-22 Ом; R7- 1,5 кОм.
2. Конденсаторы: C1-0,01 мкФ; C2, C4, C6-220 пФ; C3, C5-100 нФ.
3. Транзисторы: VT1, VT2 S790T.

Схема антенного усилителя для телевизора своими руками будет выглядеть так:

https://masterkit.ru/images/magazines/3_SH3 04 .gif

Усилитель выполнен на транзисторах S790T по схеме с общим эмиттером и имеет две корректирующие цепочки R1, C3 и R5, C5. Устройство собирается на двух усилительных каскадах. Центральная жила входного кабеля подпаивается на вход конденсатора C2, а оплётка экрана на общую землю. Усиленный сигнал снимается с выхода конденсатора C6.

Усилитель для антенны распаивают на отдельной независимой плате, радиоэлементы на ней устанавливаются навесным способом. Крепят плату посередине антенны, такое расположение позволяет эффективно принимать сигнал.

Рамочная антенна

Самодельное устройство будет состоять из следующих элементов:

• алюминиевые полосы размером 320 мм;
• мачта;
• рефлектор;
• усилительное устройство;
• кабель.

Вначале собирается рамка из четырёх полос. Крепление между собой осуществляется с помощью винтов. В середину рамки устанавливается крестовина. От центра каждая часть крестовины укорачивается на 5 мм. Ближайшие друг к другу части обрезанных пластин соединяются проводником, образовывая два внутренних, разделённых квадрата. К этим пластинам припаивается кабель, к одной центральная жила, к другой оплётка. Далее антенна устанавливается на мачте, и крепится усилитель.

Логопериодическая

Такая антенна выделяется хорошим согласованием с коаксиальным кабелем и узкой диаграммой направленности, что позволяет принимать телевизионный сигнал на значительном удалении.

Антенна состоит из двухпроводной симметрично распределённой линии, образованной из одинаковых трубок, лежащих параллельно друг другу. На эти трубки устанавливаются полувибраторы в количестве семи штук, при этом направление их чередуется на противоположное относительно предыдущего.

Кабель с волновым сопротивлением 75 Ом прокладывается в одну из линий, концы труб в месте входа фидера соединяются пластинкой из проводника. Экран кабеля распаивается при его выходе из линии, а центральная жила припаивается к лепестку, установленном на заглушке другой трубы. Расстояние между вибраторами выбирают от начала 80, 94,77, 63, 52, 43, 35 мм, а их размер соответственно 160, 131, 107, 88, 72, 60, 49 мм.

Польская

Если выполнить самостоятельно усилитель нет возможности или желания, можно приобрести готовый. Особой популярностью пользуются те, что стоят в так называемых польских антеннах, например, фирмы Sowar. Польская антенна работает в широкополосном диапазоне, т. е. может принимать дециметровый и метровый сигнал. Однако, в том виде в котором она есть, она не очень приспособлена для приёма цифрового телевидения DVB-T, поэтому для её использования рекомендуется выполнить доработки.

Всё дело в том, что входное сопротивление усилителя выше сопротивления антенны. Для начала убираем длинные метровые активные вибраторы или укорачиваем их до размеров дециметровых, затем удаляем полотно рефлектора от активных вибраторов. Таким образом, изменяется сопротивление антенны. Из усилителя желательно выпаять и узел согласования, кольцо из феррита. Это поможет расширить диапазон, увеличит сопротивление, изменит частотную характеристику.

Баночная

Эта оригинальная антенна, которую просто сделать самостоятельно, не уступит по параметрам логопериодической антенне. Собирается из двух консервных банок. Банки берутся размерами 75×95 мм. С помощью двух полосок стеклотекстолита банки соединяются путём пайки. Одна полоска сплошная, а на второй делается разрыв в который подпаивается кабель. Принцип работы её основан на свойстве симметричного широкополосного вибратора, за счёт чего она обладает большим коэффициентом усиления.

Рассмотренные виды антенн без проблем можно подключать к всевозможным приставкам для приёма цифрового телевидения и даже фм диапазона.

к.т.н. РОЗОВ Андрей Валентинович

(ООО "Технический центр ЖАиС")

Сегодня в продаже можно встретить достаточно большое количество разнообразных антенных усилителей. Если ознакомиться с их паспортами, то все выглядит достаточно убедительно, а самое главное заявлены достаточно неплохие характеристики. Однако, когда дело доходит до практического использования этих "игрушек", то эффекта либо нет никакого, либо наоборот - применение усилителя только ухудшает качество телевизионного изображения. Дело в том, что разработка действительно качественного антенного усилителя - дело достаточно серьезное и требует одновременного решения многих задач: минимизация коэффициента шума, обеспечение требуемого усиления в рабочей полосе частот при заданной неравномерности АЧХ, необходимый динамический диапазон по входному сигналу, высокая температурная стабильность (в случае, если усилитель непосредственно расположен на антенне. А именно там он и должен находиться для нормальной и эффективной работы), высокая технологичность и повторяемость параметров, и многие другие.

Итак вернемся к усилителю. На рис. 1 приведена его принципиальная схема.

Рис. 1 Принципиальная схема антенного усилителя ДМВ.

На элементах С1, L1, С2 выполнен фильтр верхних частот (ФВЧ) третьего порядка, имеющий частоту среза 360...400 МГц. Данный ФВЧ выполняет следующие функции: обеспечивает согласование входного сопротивления каскада усилителя на VT1 с волновым сопротивлением антенны, уменьшает эффективную шумовую полосу пропускания усилителя и в значительной степени устраняет эффект "забития" усилителя мощными станциями, работающими в метровом диапазоне волн. Усилитель состоит из трех каскадов усиления, выполненных на СВЧ транзисторах VT1...VT3, включенных по схеме с ОЭ. Стабилизация режимов работы транзисторов по постоянному току осуществляется посредством отрицательных обратных связей (ООС) через резисторы R1, R3, R5. Такая схема стабилизации позволяет непосредственно заземлять эмиттерные выводы транзисторов, что обеспечивает высокий устойчивый коэффициент усиления каждого из каскадов. Нагрузкой каждого из каскадов являются соответствующие индуктивности (L2, L4, L6). Индуктивный характер нагрузки позволяет повысить усиление каскада в области высоких частот за счет компенсации частотной зависимости крутизны транзистора. Высокий коэффициент передачи каждого из каскадов достигается также вследствие устранения ООС на высокий частотах посредством установки блокировочных конденсаторов С4, С7, С10. Требуемая амплитудно-частотная характеристика усилителя формируется элементами ФВЧ, индуктивностями L2, L4, L6 и емкостями С5 и С8, которые выполняют функцию связи между каскадами. Конденсатор С11 обеспечивает согласование по выходу.

Питание усилителя может осуществляться двумя способами: либо от отдельного внешнего блока питания, либо через кабель снижения от соответствующих питающих напряжений телевизора. Напряжение питания должно находится в пределах +8...16В. Непосредственно же каскады усиления запитываются от внешнего стабилизатора напряжением +4,7В, выполненного на стабилитроне VD1 и гасящем резисторе R7. Все каскады усилителя развязаны между собой по цепям питания посредством фильтров L3C3, L5C5, а также элементами R2C4, R4C7, R6C10. Все это позволяет обеспечить высокую стабильность основных параметров усилителя при действии различных дестабилизирующих факторов.

Диод VD2 предотвращает попадание постоянного напряжения на вход телевизионного приемника при использовании отдельного блока питания. Первый каскад усилителя (на транзисторе VT1) оптимизирован по минимуму коэффициента шума и его ток эмиттера составляет 2...3 мА, что достигается соответствующим выбором R1. Ток потребления второго и третьего каскадов (на VT2 и VT3) - порядка 5...7 мА, что позволяет добиться максимальных усилений каскадов. Типовая АЧХ усилителя приведена на рис.2.

Рис. 2 АЧХ антенного усилителя

Конструктивно усилитель выполнен на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита размерами 48х60 мм (в СВЧ технике применялись стандартные ситаловые подложки с такими же размерами) толщиной 1,5 мм. Отличительная особенность печатной платы - установка всех навесных элементов на ней по варианту У 1. б.(ОСТ 4ГО.010.030-81), т.е. со стороны токоведущих дорожек, что исключает сверление отверстий в плате и повышает технологичность изготовления усилителя в целом при мелкосерийном и серийном производствах. Высокочастотные катушки индуктивности выполнены печатным методом, что позволяет также повысить технологичность изготовления усилителя и стабильность параметров этих катушек как в пределах одного усилителя, так и в пределах выпускаемой партии. Разработанная топология усилителя позволяет полностью избавиться от подстроечных элементов и добиться высокой повторяемости основных параметров усилителя от экземпляра к экземпляру. Усилитель, собранный из заведомо исправных деталей, после подачи питания сразу же обеспечивает выходные характеристики.

Схема и топология усилителя позволяют использовать многие СВЧ транзисторы (КТ372, КТ3115 и т.п.), имеющие однотипную цоколевку.

Рис. 3 Топология печатной платы

На рис 3. приведена печатная плата усилителя. Область, отмеченная черным цветом - облуженный фольгированный слой, белым - вытравленная часть. Размеры платы - 48х60мм. Печатная плата на рис. 3 выполнена в масштабе 1:1.

Расположение элементов приведено на рис. 4

Рис.4 Расположение элементов

Корпус усилителя в домашних условиях можно легко сделать из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5-2 мм.

На рис. 5 показан внешний вид такого усилителя (без верхней крышки).

Рис. 5 Внешний вид антенного усилителя. Рис. 6. Фрагмент катушки индуктивности L1

Теперь немного о деталях. Резисторы - самые доступные: либо С2-33, либо МЛТ-0,125. Единственное требование - при монтаже выводы резисторов должны быть как можно короче. Конденсаторы блокировочные - лучше бескорпусные (занимают меньше места. Ну а если их под рукой не оказалось - используйте те, какие у Вас есть. Выводы только делайте короче!). Их сейчас выпускается достаточно большое многообразие. Конденсаторы С1, С2, С5, С8, С11 - высокочастотные, и их емкость должна быть именно такой, которая указана на принципиальной схеме. Катушка индуктивности L1 - 3-4 витка провода ПЭВ -1,0. Внутренний диаметр намотки - 4 мм. Дроссели L3, L5 - либо стандартные типа ДМ-0,1 например, с индуктивностью 50 мкГн, либо 18-20 витков провода ПЭВ-0,1 с тем же внутренним диаметром намотки, как и L1. После монтажа необходимо проверить работоспособность усилителя (если Вы все сделали правильно и при этом использовали заведомо исправные радиодетали, то проблем никаких не будет). Для этого необходимо измерить падение напряжение на резисторах R2, R4, R6, а потом по известному закону Ома рассчитать коллекторный ток транзисторов VT1...VT3. Если они соответствуют тем цифрам, которые были указаны выше - то все нормально и Вы можете смело запаивать верхнюю крышку на Ваш усилитель, обеспечивая тем самым его полную герметичность.

Постановка задачи

Рассмотрим довольно распространенную ситуацию, когда необходимо улучшить качество телевизионного приема в диапазоне ДМВ.

Пусть у нас имеется отдельная антенна дециметрового диапазона, установленная на довольно значительном расстоянии от телевизора вне помещения. Качество приема телевизионных станций в данном диапазоне (450...800 МГц) нас не удовлетворяет и мы хотим его улучшить (заметим, что эти станции все-таки принимаются, хотя и плохо). Вещание в дециметровом диапазоне происходит из той же точки, откуда мы с приемлемым качеством принимаем станции метрового диапазона. Менять местоположение и конструкцию антенны мы не хотим.

Построение развернутой блок-схемы

Во-первых, проанализируем проблему несколько подробнее и для начала попытаемся выяснить основные причины плохого приема сигналов в диапазоне ДМВ, тем более что та же телебашня вещает и в диапазоне МВ, качество сигнала в котором нас вполне устраивает.

Первое, что приходит в голову, -- это низкая эффективность применяемой нами ДМВ-антенны. Однако на практике телевизионные антенны ДМВ обычно имеют гораздо более сложную конструкцию и более эффективны, чем типичные бытовые антенны метрового диапазона. Причина в другом -- энергия излучения телевизионных передатчиков, используемых на телецентре, очень часто ниже в диапазоне ДМВ, чем в диапазоне МВ (это обусловлено, в основном, не столько техническими, сколько организационными факторами: менее "крутым" каналам -- менее "крутые" частоты и технику), а кроме этого, и затухание дециметровых волн в атмосфере гораздо выше. В результате энергия полезного сигнала, принятая антенной и переданная в кабель, очень мала. Дополнительную лепту вносит сам кабель, соединяющий антенну с телевизором. Ведь с увеличением частоты увеличивается и удельное затухание сигнала в кабеле. Так что до телевизора доходит лишь слабенький, забитый шумами сигнал, который уже не может обеспечить надлежащее качество. Выходом из положения является применение антенного усилителя, который повысит мощность полезного сигнала, поступающего в телевизор.

Заметим, что определенное влияние на качество приема имеет чувствительность самого телевизора. Современные телевизоры имеют очень высокую чувствительность, и мы будем исходить из того, что раз уж сигнал не может быть с надлежащим качеством воспроизведен самим телевизором, то и все наши меры по его дополнительному усилению непосредственно перед передачей в телевизор не имеют смысла. Так что усиливать сигнал надо сразу после приема его антенной -- до того, как он будет существенно ослаблен из-за затухания в длинном кабеле. А это означает, что наш усилитель будет находиться там же, где и антенна, -- вне помещения, подвергаясь при этом самым разнообразным природным воздействиям. Все это нам предстоит учесть при проектировании.

Перво-на-перво, нам следует определиться с тем, какое конкретно усиление мы хотим получить от нашего усилителя. Во многом это зависит от длины и типа примененного кабеля, а также от чувствительности телевизора. В большинстве случаев уровень в 10...15 дБ можно считать вполне приемлемым, так что будем стремиться именно к нему.

Теперь наконец мы можем приступить и к построению блок-схемы нашего усилителя. Начнем со входного узла.

Итак, перед нами стоит задача усилить очень слабый высокочастотный сигнал, внеся в него при этом минимум искажений (шумов). По всей видимости, с этой задачей лучше всего справится один из рассмотренных нами усилителей с ОБ. Например, усилитель с внутрикаскадной трансформаторной ООС, изображенный на рис. 5.23. Посмотрим, какие у нас могут возникнуть проблемы.

Усилители с ОБ характеризуются относительно низким по сравнению с каскадами с ОЭ динамическим диапазоном и повышенной склонностью к самовозбуждению. В нашем случае узкий динамический диапазон может стать некоторой преградой. Дело в том, что мощные сигналы, излучаемые телецентром в метровом диапазоне волн, могут попасть на вход усилителя и возбудить его. Чтобы предотвратить это, нам придется включить на входе первого каскада фильтр высоких частот, который будет подавлять нежелательные сигналы и обеспечит устойчивую работу усилителя. Дополнительной функцией такого фильтра станет согласование импедансов между антенным кабелем и входом первого усилительного звена. Все остальные части усилителя мы будем стараться выполнить максимально широкополосными. Это необходимо, во-первых, потому что диапазон ДМВ достаточно широк, а во-вторых, для обеспечения минимального уровня искажений усиливаемого сигнала.

После прохождения первого каскада усиления уровень полезного сигнала уже может оказаться довольно высоким (однако, учитывая наличие ФВЧ, усиление на 10...15 дБ достигнуто не будет). Это означает, что строить последующий каскад также по схеме с ОБ несколько рискованно - придется опять решать проблему динамического диапазона. Поэтому во втором каскаде усилителя применим решение с ОЭ. Например, схему с трансформаторной ООС, представленную на рис. 5.11. Мы опять используем решение с широкополосным трансформатором, поскольку именно оно в данном случае наилучшим образом отвечает нашим требованиям.

Двух каскадов усиления уже достаточно для достижения поставленной задачи (10...15 дБ), и мы можем перейти к следующему вопросу - организации питания и способам задания исходных рабочих точек всех элементов усилителя.

Здесь пришла пора снова вспомнить об условиях, в которых будет эксплуатироваться наш усилитель. А это, во-первых, широкий диапазон температур окружающей среды (-30...+40°С), а во-вторых, значительная удаленность от источника питания (если только мы не станем использовать батарейку, закрепляемую рядом с усилителем). Широкий температурный диапазон означает, что мы должны принять особые меры по стабилизации исходных рабочих точек для всех транзисторов усилителя, а удаленность от источника питания - что из-за длинного шлейфа питания, возможно, проходящего вблизи разнообразных источников наводок, напряжение, подаваемое к усилителю, не будет стабильным. Анализируя условия работы первого каскада, мы неизбежно придем к заключению, что для него высокая стабильность режима по постоянному току - это одно из важнейших требований, к соблюдению которого мы должны приложить максимум усилий. Действительно, от текущего режима работы транзистора по постоянному току довольно сильно зависят такие показатели, как: коэффициент усиления, коэффициент шума, динамический диапазон. А мы никак не можем допустить сколь-либо значительного дрейфа этих параметров (по крайней мере, во входном каскаде нашего усилителя). Таким образом, нам необходимо принять особые меры по обеспечению стабильности исходной рабочей точки в первом каскаде. Требуемую стабильность нельзя обеспечить с помощью таких простых цепей смещения, как подробно рассмотренные нами в главе 3, - мы должны использовать более сложное решение, например один из вариантов с источником тока, показанный на рис. 3.40. При рассмотрении высокочастотных усилителей с ОБ мы уже приводили пример с источником тока (рис. 5.31), им и воспользуемся.

Требования к стабильности исходной рабочей точки во втором каскаде оказываются не столь жесткими, и мы можем слегка "расслабиться" и применить, например, схему эмиттерно-базовой стабилизации с ООС по току и напряжению с дополнительным термокомпенсирующим диодом (рис. 3.18 и рис. 3.23).

Поскольку напряжение питания может оказаться нестабильным, нам придется встроить в усилитель простейший стабилизатор напряжения, постаравшись и в нем обеспечить высокую температурную устойчивость.

Итак, мы определились с деталями исполнения обоих усилительных звеньев и системы питания. Осталось только пару слов сказать о входном фильтре. Он может быть достаточно простым, поскольку у нас нет надобности в особенно высокой избирательности. На практике удобнее всего оказывается обычный Т-образный фильтр 3-го порядка (два конденсатора и одна индуктивность), вносящий относительно небольшое затухание в полезный сигнал.

Наконец мы можем построить полную блок-схему нашего будущего усилителя. Она представлена на рис. 6.4.

Рис.6.4.

Выбор элементной базы и построение полной принципиальной схемы

В нашем случае выбор элементной базы в первую очередь состоит в выборе двух маломощных высокочастотных транзисторов, которые мы будем использовать в основных усилительных звеньях. Основное требование к этим транзисторам - высокая граничная частота коэффициента передачи тока базы (если мы хотим обеспечить равномерную АЧХ во всем диапазоне 450...800 МГц и иметь минимум проблем при настройке усилителя, то нам необходимо выбирать транзисторы с граничной частотой порядка 4.,.8 ГГц).

С точки зрения соотношения цена/качество вполне приемлемыми оказываются приборы типа КТ3101А-2. В выбранном частотном диапазоне они обеспечивают коэффициент шума на уровне менее 2 дБ, а граничная частота коэффициента передачи тока составляет порядка 4,5 ГГц. Конечно, мы можем использовать и более высокочастотные транзисторы, например КТЗ 115 или КТЗ 132 (ГГц), однако это в большинстве случаев уже не является оправданным с ценовой точки зрения.

Рис. 6.5.

Приведем здесь некоторые важнейшие справочные данные о транзисторе КТ3101А-2 (в дальнейшем они нам понадобятся для выбора режима работы по постоянному току).

* Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ (ст) При =1В, = 5мА:

Т=+25°С 35...300;

Т=-60°С 17,5...300;

Т=+125°С 35...500.

• * Граничная частота коэффициента передачи тока базы при = 5В, = 10мА (типовое значение): ...4,5 ГГц.
• * Минимальный коэффициент шума при

2 В, = 2 мА, f= 1 ГГц

• (типовое значение): 1,9 дБ.
• * Оптимальный коэффициент усиления по мощности при

2 В, = 2 мА, f = 1 ГГц (типовое значение): 7 дБ

* Обратный ток коллектора при = 15 В:

Т=+25°С……………………………………...0,5 мкА

T=+125°С…………….……………………….…5мкА

* Максимальное постоянное напряжение

коллектор-база:…………………………………..……15 В

* Максимальный постоянный ток коллектора

и эмиттера:………………………………………..….20 мА

* Максимальная постоянная рассеиваемая мощность

коллектора при Т +45°С:………………………...100 мВт

Из представленных данных видно, что оптимальное (по соотношению сигнал/шум) значение коэффициента усиления по мощности достигается при = 2 В, = 2 мА. Было бы логичным выбрать именно эти значения для режима работы транзистора первого каскада. Однако вспомним о том, что нам необходимо иметь относительно широкий динамический диапазон. Поэтому несколько изменим эти показатели в сторону увеличения и выберем для первого каскада: = 4 В, = = 4 мА. Динамический диапазон второго каскада должен быть еще шире, и, хотя здесь мы уже применяем схему с ОЭ, нам придется еще раз увеличить все электрические показатели по постоянному току. Для второго каскада выберем: = 6 В, = = 10 мА. Теперь нам осталось определиться с элементами в источнике тока и стабилизаторе напряжения. Это низкочастотные узлы, в которых нет смысла применять какие-то особенные транзисторы. Поэтому договоримся использовать широко распространенные приборы КТ3102 (когда нам нужен транзистор п-р-п-типа) или КТ3107 (когда нам нужен транзистор р-п-р-типа). Такой же принцип (дешевизна и широкое распространение) будем использовать и при выборе всех остальных элементов устройства (диоды, стабилитроны и т.п.).

В качестве внешнего источника питания применим простейший маломощный сетевой источник бытового назначения (от калькулятора, телефона, плейера и т.п.) с выходным напряжением 12 В. Для подачи питающего напряжения в усилитель можно было бы использовать сам антенный кабель. Но мы упростим себе жизнь, если предусмотрим отдельный шлейф для напряжения питания (не надо включать ряд согласующих элементов, увеличивающих к тому же потери сигнала).

Приняв во внимание все изложенные выше рассуждения, мы наконец можем построить полную принципиальную схему нашего усилителя. Она представлена на рис. 6.6.

Казалось бы, теперь пора перейти к следующему шагу проектирования - расчету номиналов элементов. Однако правильнее будет проанализировать полученную принципиальную схему на предмет оптимального построения согласующих цепей, расположенных на стыках отдельных звеньев. Ведь мы брали просто типовые схемные решения и не рассматривали вопросы правильного согласования их между собой.

Рис.6.6.

Внимательное рассмотрение первого звена показывает, что резисторы выполняют схожие в чем-то функции, и мы можем слегка модифицировать схему, совместив

эти два резистора. При этом образуется дополнительный контур обратной связи по напряжению. В то же время для сохранения баланса в каскаде нам придется ввести дополнительный резистор в коллекторную цепь транзистора VT2 Итоговая схема модифицированного таким образом звена представлена на рис. 6.7.

Теперь обратимся к вопросу согласования импедансов в точке соединения первого и второго каскадов усилителя. Вспомним, что входное сопротивление усилителя с ОЭ, примененного во втором каскаде, довольно велико (> 1 кОм). В свою очередь, выходное сопротивление первого каскада с ОБ в рассматриваемом случае составляет десятки ом (~ 50 Ом). Для достижения Согласования мы можем прибегнуть к нескольким методам. Например, задав индуктивность дросселя L3 такой, чтобы в рабочем диапазоне частот его эквивалентное сопротивление приблизительно равнялось выходному сопротивлению первого каскада. Однако диапазон рабочих частот усилителя весьма широк и эквивалентные сопротивления 13 на краях этого диапазона окажутся сильно различающимися, так что достичь полного согласования будет нельзя. Самое простое в данном случае - заменить дроссель L3 на обыкновенный резистор, чье сопротивление не зависит от частоты и будет оставаться одинаковым при любом входном сигнале. Вместо L3 мы также можем использовать дополнительный согласующий трансформатор на входе второго каскада (аналогично рис. 5.27). И наконец, наиболее радикальное решение - модификция трансформатора Тр1 с целью получения более высокого выходного импеданса Тут стоит отметить, что избежать всех этих сложностей с согласованием мы могли бы в том случае, если бы вместо схемы с ОЭ стали использовать во втором каскаде схему с ОБ, аналогичную той, что мы применили в первом каскаде усилителя. Практика показывает, что в данном случае итоговая настройка усилителя была бы несколько проще. Но здесь мы руководствовались только теоретическими критериями и выбрали иное решение. Будем придерживаться нашего выбора и далее, однако обратим внимание читателя на то, что при проектировании любых устройств немалое значение играет и практический опыт. Что же касается конкретного усилителя, то при его повторении можно использовать как решение с ОЭ, так и решение с ОБ, оставляя неизменными цепи смещения и режимы работы транзисторов по постоянному току.

Нельзя назвать построенную нами схему идеальной. Однако вспомним, что при ее составлении мы опирались только на такие схемотехнические решения, работа которых нами подробно изучена в предыдущих главах настоящей книги. Тем не менее эта схема вполне работоспособна, и мы можем приступить к ее окончательному расчету.

Расчет параметров всех элементов

Нет необходимости расписывать данный пункт слишком подробно. Тем более что для расчетов мы будем использовать компьютер, а интерес для нас представляют только окончательные результаты. Имеет смысл пояснить только некоторые базовые положения.

При расчете входного фильтра мы будем полагать частоту среза равной ~ 400 Мгц. Сама методика расчета подобных фильтров широко описана в литературе , и здесь мы ее излагать не станем.

Емкости блокировочных и фильтрующих конденсаторов будем выбирать достаточно большими (до разумного предела), так чтобы их эквивалентное сопротивление в рабочем диапазоне частот оказывалось очень малым (< 1 Ом)2.

Окончательная принципиальная схема усилителя со всеми номиналами элементов представлена на рис. 6.8.

В заключение следует сказать несколько слов об особенностях конструктивного исполнения трансформаторов и других индуктивностей, а также определить их намоточные данные. Сразу же отметим, что мы будем придерживаться именно такой конструкции, которая была подробно описана нами при рассмотрении свойств высокочастотных усилительных каскадов с трансформаторными обратными связями (разделы 5.2, 5.3). Тем не менее это не единственный и не самый оптимальный вариант исполнения широкополосных трансформаторов для того диапазона частот, в котором будет работать наш усилитель. Основной проблемой здесь является наличие ферритового сердечника. Из-за разнообразных технологических ограничений использование таких сердечников на частотах более 100...200 МГц приводит к значительному росту потерь в трансформаторах. Именно поэтому мы должны применять максимально высокочастотный феррит (7ВН, 20ВН или ЗОВН). Практика показывает, что при хорошей настройке и качественной сборке более или менее приемлемое усиление на частотах до 500...600 Мгц можно получить и при применении сердечников из феррита 50ВН. Что же касается самих намоточных данных, то приводимые на рис. 6.8 значения следует рассматривать как ориентировочные. Настройка данного усилителя, собственно, и сводится к экспериментальному подбору количества витков в обмотках трансформаторов, плотности скручивания проводов в этих обмотках и, наконец, размещения этих обмоток на тороидальном сердечнике с целью получить максимальное усиление при отсутствии искажений. В трансформаторах можно использовать любой надежно изолированный медный провод диаметром 0,15...0,25 мм.

Катушка входного фильтра L1 бескорпусная, наматывается медным (желательно посеребренным) проводом диаметром 0,3...0,8 мм на оправке диаметром 6 мм. Количество витков - 6.

Дроссели 12,13 могут иметь различное конструктивное исполнение. Например, можно использовать обычные резисторы с высоким сопротивлением (~1 Мом), на которые наматывается тонким медным изолированным проводом 20...50 витков, а концы провода подпаиваются к выводам резистора.

Рис.6.8.

Разработка конструктивного исполнения, сборка и настройка

Рис.6.9. Размещение элементов на плате антенного усилителя

Прежде всего отметим, что печатная плата двухсторонняя. С той стороны, где располагаются компоненты, - это в основном экранирующий слой, соединяемый с землей схемы. К его поверхности припаиваются экранирующие перегородки из луженой жести, а также те выводы деталей, которые на схеме заведены на землю. На обратной стороне платы располагаются проводники, по которым не протекают высокочастотные сигналы, т.е. они относятся только к цепям смещения. Выводы всех деталей в высокочастотной части укорачиваются до минимума. При их пайке следует соблюдать максимальную осторожность, чтобы не вывести из строя перегревом. Перед изготовлением широкополосных трансформаторов следует учесть их расположение относительно других компонентов на плате и соответственным образом разместить на них обмотки

Рис.6.10.

Настройку усилителя начинают с регулировки стабилизатора и установки заданных режимов работы транзисторов по постоянному току. Выходное напряжение стабилизатора на транзисторах VТЗ, VТ4 в очень незначительных пределах может регулироваться резистором R7, в основном же оно зависит от напряжения стабилизации стабилитрона VD2. Применение указанного на схеме прибора Д814А обеспечивает выходное напряжение порядка 10 В. Если же его заменить, например на КС 168, то выходное напряжение составит около 9 В. Для нашей схемы важно, чтобы это напряжение было стабильным, его же абсолютная величина может выбираться из соображений удобства в диапазоне 8... 15 В. При изменении указанного на схеме значения 10 В следует откорректировать номинал резистора R9 так, чтобы напряжение на конденсаторе С11 при заданном токовом режиме (20 мА) составляло 8 В. Напряжение, подаваемое от внешнего источника питания, должно быть выше выходного напряжения стабилизатора (10 В) не менее чем на 1,5...2 В. При установке режимов работы по постоянному току в транзисторах основных усилительных каскадов может потребоваться подбор номинала сопротивления R3. Все остальные регулировки осуществляются только подстроечными резисторами R1 и R12.

Дальнейшая настройка усилителя сводится к подбору параметров широкополосных трансформаторов. От их конструктивного исполнения зависят практически все характеристики схемы. Значение имеют не только общее количество витков и глубина обратной связи (задается коэффициентом трансформации), но и особенности скручивания проводников, а также размещение обмоток на сердечнике.

Практика показывает, что в трансформаторе Тр1 лучше вообще не скручивать проводники обмоток, а просто разместить их на сердечнике вплотную или на небольшом расстоянии друг от друга. Глубина обратной связи в первом каскаде также не должна быть слишком сильной. При возникновении самовозбуждения можно пропорционально увеличить количество витков во всех обмотках (относительно указанного на схеме) в 1,5...3 раза. В трансформаторе Тр2, наоборот, следует скручивать проводники как можно плотнее. Глубина обратной связи подбирается здесь исходя из условия сохранения устойчивости усилителя. Общее количество витков также может быть пропорционально увеличено. Параметры выходной обмотки для достижения хорошего согласования с нагрузкой требуют подбора (скорее всего придется уменьшать количество витков в ней). Настройку входного фильтра можно произвести непосредственно наблюдая качество телевизионного изображения.

Следует заметить, что разработанная нами схема не является оптимальной для выбранного частотного диапазона и получить от нее требуемое усиление на ДМВ может оказаться довольно трудной задачей. Основная проблема уже называлась выше - значительное затухание высокочастотных сигналов на широкополосных трансформаторах. В то же время ее нельзя назвать и совершенно бесполезной. При минимальной модификации или исключении входного фильтра наш усилитель без каких-либо дополнительных доработок может использоваться и в метровой части диапазона (50...400 МГц). В этом случае его настройка значительно упрощается, поскольку основным требованием остается только отсутствие самовозбуждения, а вполне приличное усиление обеспечивается даже при сильном рассогласовании.