У статті детально розглядається пристрій і принципи роботи підсилювальних модулів широкосмугових телевізійних антен.

Підсилювач в телевізійній приймальної антени призначений, головним чином, для збільшення чутливості, обмежену шумами, а в другу чергу для компенсації втрат сигналу в коаксіальному кабелі. Самі телевізори володіють досить великим запасом власного посилення, тобто мають високу чутливість, обмежену посиленням. Дещо гірше у них чутливість, обмежена синхронізацією. І нарешті, найбільш низька - чутливість, обмежена шумами. Отже, чинником, визначальним дальній прийом, слід прийняти рівень власних шумів лінійного тракту, а не коефіцієнт підсилення.

Вплив шуму оцінюють по відношенню сигнал/шум, мінімальне значення якого прийнято рівним 20. Для телевізорів третього - п'ятого покоління чутливість, обмежена шумами, дорівнює 50-100 мкВ. Однак при відношенні сигнал/шум (с/ш) дорівнює 20, спостерігаються погане якість і розбірливість тільки великих деталей. Для отримання зображення хорошої якості слід подати на вхід телевізора корисний сигнал приблизно в 4 рази більший, тобто забезпечити відношення с/ш близько 80.

Використовувані в даний час кабелі з хвильовим опором 75 Ом залежно від конструкції і якості діелектрика мають загасання 0,07 - 0,18 дБ/м в метровому і 0,25 - 0,6 дБ/м в дециметровому діапазоні хвиль. При довжині кабелю 2...4 м загальна загасання може становити 1,2 - 2,4 дБ. У зв'язку з цим підсилювач повинен мати коефіцієнт підсилення близько 3 дБ для типових умов прийому. До нього додають запас в 12...14 дБ для посилення слабких сигналів, що необхідно з-за низької ефективності широкосмугових малогабаритних приймальних антен.

Будь підсилювач має власні шуми, які посилюються разом з корисним сигналом і погіршують відношення сигнал/шум. Тому найважливішим параметром підсилювального елемента слід вважати його коефіцієнт шуму Кш.

Для єдиної оцінки шумів многокаскадного тракту існує показник приведеного коефіцієнта шуму Кш, який дорівнює рівню шуму на виході, поделенному на загальний коефіцієнт підсилення, тобто Кш = Кш.вих / КУ. Так як вихідний рівень шуму Кш.вих залежить найбільшою мірою від рівня шуму першого транзистора, підсилюваного усіма подальшими каскадами, шумами інших каскадів можна знехтувати. Тоді Кш.вих= Кш1КУ, де Кш1 - коефіцієнт шуму першого транзистора. Отже, отримаємо Кш= Кш1, тобто коефіцієнт шуму підсилювальної частини в основному визначається коефіцієнтом шуму першого транзистора. Звідси випливає висновок - застосування активної частини може дати позитивний результат тоді, коли коефіцієнт шуму першого транзистора підсилювача менше коефіцієнта шуму першого каскаду телевізора. Коефіцієнт шуму залежить також від якості узгодження на вході підсилювача і режиму роботи першого транзистора.

Частотний діапазон підсилювача повинен забезпечити посилення сигналу в смузі частот мовного телебачення f = 48-790 МГц. Для збільшення динамічного діапазону підсилювач повинен мати негативну зворотний зв'язок.

На малюнку 1 представлена схема однокаскадного підсилювача з трансформаторним входом і відкритим асиметричним виходом, забезпечує можливість дистанційного живлення підсилювального модуля по антенному кабелю. Така однокаскадная схема володіє високою стійкістю і легко каскадируется.

Антенні підсилювачі для широкосмугових антен

Рис. 1. Однокаскадний підсилювач

Точки збудження антени підключаються безпосередньо в балансне переріз трансформатора Тр1, який забезпечує широкосмугового узгодження входу антени з входом підсилювального каскаду. Підсилювальний елемент VT1 включений за схемою з загальним емітером. Це дозволяє реалізувати більшу смугове посилення і кращі шумові властивості схеми порівняно з іншими варіантами включення. Ефекти впливу граничної частоти транзистора по крутизні на зміну коефіцієнта посилення і вхідного опору в діапазоні робочих частот компенсуються за рахунок використання в схемі комбінованих частотно-залежних зворотних зв'язків паралельного і послідовного типу. Паралельна зворотній зв'язок виконана на елементах R3, C1, L1. Резистор R3 визначає узгодження підсилювального модуля в приєднувальних стиках в метровому і нижній частині дециметрового діапазону.

У верхній частині робочого діапазону, де посилення спадає на 2-4 дБ, індуктивність L1 послаблює дію цієї зворотного зв'язку, вирівнюючи амплітудно-частотну характеристику (АЧХ). Конденсатор C1 забезпечує розв'язку ланцюга зворотного зв'язку з контуром харчування і одночасно формує низькочастотний зріз передатної характеристики пристрою. Ланцюг R4, C3 є елементом послідовного зворотного зв'язку за струмом, що визначає основні параметри каскаду в малосигнальном режимі: резистор R4 задає номінальний коефіцієнт посилення каскаду, а налаштуванням C3 регулюється підйом АЧХ в верхній частині робочого діапазону. Задані параметри динамічного діапазону забезпечуються вибором типу транзистора і його режимом роботи. У представленій схемі режим роботи каскаду по постійному струму задається R4 спільно з елементами базового дільника R1 і R2. Конденсатор С2 шунтує R1 і забезпечує асиметричність підключення Тр1 в схему модуля. Підсилювальний модуль, реалізований на среднемощном транзисторі третього покоління, що забезпечує коефіцієнт підсилення 15 дБ у смузі частот 40-800 МГц, коефіцієнт шуму пристрою не перевищує 3,5 дБ, а динамічний діапазон для телевізійних сигналів становить 75 дБ. Зниження коефіцієнта шуму і реалізація більшої лінійності пристрою можливі при використанні схеми складних активних елементів з каскодным включенням або при переході до двухтранзисторным каскадам.

Дві принципові схеми, що представляють собою двухкаскадный загнаний підсилювач на біполярних транзисторах СВЧ, включених по схемі з ОЕ представлені на рис. 2.

Підсилювач на рис. 2,а містить два широкосмугових каскаду підсилення на транзисторах VT1 і VT2. Сигнал з власне антени через узгоджувальний трансформатор (на схемі не показаний) і конденсатор С1 надходить на базу транзистора VT1, включеного за схемою з ОЕ.

Рис. 2,а. Двухкаскадный підсилювач

Робоча точка транзистора задана напругою зміщення, що визначається резистором R1. Чинна при цьому негативний зворотний зв'язок (ООС) по напрузі лінеарізуєт характеристику першого каскаду, стабілізує положення робочої точки, але зменшує його посилення. Частотна корекція в першому каскаді відсутня. Другий каскад виконаний на транзисторі за схемою з ОЕ і ООС по напрузі через резистори R2 і R3, але має ще й струмовий ООС через резистор R4 в емітерної ланцюга, стабілізуючу режим транзистора VT2. Щоб уникнути великої втрати посилення резистор R4 зашунтирован по змінному струму конденсатором С3, ємність якого обрано відносно малою (10 пФ). В результаті на нижніх частотах діапазону ємнісний опір конденсатора С3 виявляється істотним і виникає ООС по змінному струму зменшує посилення, тим самим коректуючи АЧХ підсилювача. До недоліків такої схеми підсилювача можна віднести пасивні втрати в вихідний ланцюга на резисторі R5, який включений так, що на нього падає як постійну напругу живлення, так і напруга сигналу.

Аналогічно побудовано і підсилювач на рис. 2,б , який також має два каскаду, зібрані за схемою з ОЕ. Він відрізняється від попереднього підсилювача найкращою розв'язкою по ланцюгах живлення через Г-подібні фільтри L1 C6, R5 C4 і підвищеним коефіцієнтом підсилення за рахунок наявності конденсатора С5 в ланцюзі ООС (R3 C5 R6) другого каскаду і перехідного конденсатора С7 на виході.

Рис. 2,б. Двухкаскадный підсилювач

В каскадах на транзисторах включених по схемі з ОЕ, найбільш великий вплив внутрішніх зв'язків і ємностей переходів транзисторів. Воно проявляється в обмеженні смуги пропускання і схильності підсилювача до самозбудженню, ймовірність якого тим більше, чим вище коефіцієнт підсилення. Для його оцінки відомо поняття порогу стійкості граничного значення коефіцієнта підсилення, при перевищенні якого підсилювач перетворюється на генератор. В якості заходів підвищення стійкості можна запропонувати включення транзисторів по каскодной схемі з ОЕ-ПРО.

Каскодное включення транзисторів VT1 і VT2 (рис. 3) дозволяє реалізувати хорошу односпрямованість і отримати велику широкосмуговість підсилювального модуля. Це дає можливість відмовитися від використання сигнальних зворотних зв'язків, що стабілізують та коригуючих амплітудно-частотну характеристику а також вхідний і вихідний импедансы ланки. Тут коефіцієнт передачі і приєднувальні параметри схеми задаються режимно. Для зменшення впливу паразитних індуктивностей загальних висновків, знижують коефіцієнт посилення каскаду на верхніх частотах, емітерний висновки вхідних танзисторов з'єднуються безпосередньо з корпусом, а режим роботи стабілізується фіксованим струмом бази. Високочастотний зріз регулюється індуктивність L1, включеної в колекторних ланцюг кінцевого транзистора.

Рис. 3. Підсилювач з каскодным включенням VT

Діапазонна коригування та стабілізація вихідного опору модуля виробляються резистивно-ємнісними ланцюгами. Каскодная схема при реалізації оптимального режиму роботи транзисторів дозволяє отримати знижені інтермодуляційні спотворення.

При наявності антени МВ-ДМВ, конструктивно виконану у вигляді двох електрично не з'єднаних антен можливо використовувати підсилювальний модуль, який підсилює сигнали від кожної з них, підсумовує і передає до ТБ-приймача по одному кабелю. Харчування підсилювача подається з цього ж кабелю. Принципова схема такого підсилювального модуля зображена на малюнку 4. Він містить два незалежних канали посилення. Сигнал з антени МВ надходить на контакти ХТ1, ХТ2, до яких підключений вхідний каскад каналу МВ, зібраного на транзисторах VT1, VT2 по схемі диференціального підсилювача. Це дозволяє отримати хороше узгодження з высокоомными антенами, а також придушити синфазні перешкоди.

Рис. 4. Підсилювач з роздільними входами МВ і ДЦВ

На вході каскаду встановлені котушки L1, L2, усувають накопичення зарядів статичної електрики на деяких антенах, а також діоди VD1 - VD4, захищає підсилювач від грозових розрядів. На транзисторі VT5 зібраний додатковий підсилювальний каскад. Коефіцієнт передачі каналу дорівнює 15...20 дБ. Сигнали МВ проходять на кабель через фільтр НЧ L6 C19 L7 з частотою зрізу 250 МГц. Через цей же фільтр і дросель L5 на канал приходить живляча напруга з кабелю зниження. Крім того, фільтр не пропускає сигнали ДЦВ.

Канал посилення ДМВ являє собою два послідовно включених однотипних підсилювальних каскадів. Перший з них зібраний на транзисторах VT3, VT4 за схемою з гальванічною зв'язком, завдяки чому відбувається автоматичний вихід на заданий робочий режим і його підтримання при зміні температури і живлячої напруги. На вході каскаду встановлений фільтр ВЧ C1 L3 C2 з частотою зрізу 450 МГц, який подавляє низькочастотні сигнали та завади. Аналогічний фільтр ВЧ C21 L9 C22 на виході другого каскаду пропускає сигнали ДМВ і не пропускає сигнали МВ. Отже, фільтри на виходах каналів взаємно їх розв'язують. Котушка L4 забезпечує узгодження між каскадами каналу ДМВ і корекцію сумарної АЧХ. Загальне посилення каналу дорівнює 32...36 дБ. Канал ДМВ живиться через дросель L8 з кабелю зниження. Підсилювальний модуль живиться напругою 12 В при струмі не менше 70 мА.

Важливо відзначити, що модулі з каскадно-цепочечной структурою зазвичай забезпечують більшу лінійність передатної характеристики, що пов'язано, в першу чергу, з можливістю налаштування роздільної каскадів (оптимізація передатної характеристики, узгодження режимів і параметрів динамічного діапазону), при якій пороги перевантаження нарощуються естафето і пропорційно збільшенню коефіцієнта передачі.

Порівняльний аналіз технічних рішень і функціонально-енергетичних характеристик модулів показує, що в якості базових структур при проектуванні підсилювальних модулів для активних широкосмугових антен доцільно вибирати схеми з цепочечным включенням каскадів з комбінованими частотно-залежними зворотними зв'язками. Причому, в першому каскаді глибина зворотного зв'язку вибирається виходячи з необхідного значення коефіцієнта шуму і стабільності приєднувального імпедансу. Режим роботи та тип транзистора вихідного каскаду в основному визначаються необхідної навантажувальною здатністю модуля.

Публікація: www.library.espec.ws, www.cxem.net

Add comment

Навігація

Інструкції з експлуатації

Copyright © 2019 Електричні принципові схеми.