Базовый усилитель мощности для СВ-диапазона

December 12, 2010 by admin Комментировать »

На сегодняшний день число людей, использующих для личной связи СВ диапазон, непрерывно увеличивается. Для улучшения качественных ха­рактеристик (дальность связи, помехоустойчивость, надежность) линии свя­зи в этом диапазоне необходимо применение эффективных антенн и усили­телей мощности. Как правило, человек, который приобрел СВ-станцию, ста­новится перед дилеммой: сделать высокоэффективную направленную ан­тенну или обойтись обычной GP и построить (приобрести) усилитель мощно­сти. Несмотря на общеизвестное выражение "лучший усилитель – антенна", в СВ-диапазоне использование высокоэффективных направленных антенн не получило широкого распространения. Причина заключается в нецелесо­образности использования таких антенн для связи. Ведь для личной радио­связи используется исключительно поверхностное распространение сигна­ла (связь земной волной), притом ваш корреспондент может находиться на любом азимуте относительно базовой станции. Остается добавить, что на мобильных объектах используются вертикальные штыревые антенны. Из всего вышесказанного следует, что для личной связи больше всего подходит ан­тенна с круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости и с вертикальной поляризацией. Поэтому в СВ-диапазоне широкое распрост­ранение получили вертикальные вибраторные антенны типа GP, 5/8 л, л/2. Коэффициент усиления таких антенн, непосредственно зависящий от их направленных свойств, невелик и составляет 5,14…8,05 дБи. Применение же направленных антенн оправдано лишь в случаях постоянной радиотрассы, например на линии связи "дом-дача" или "город 1 -город 2" и т.д.

Таким образом, самым простым методом увеличения дальности уве­ренной радиосвязи является увеличение подводимой к антенне мощности.

В популярной литературе, в том числе и на страницах журнала "Ра­диолюбитель", было опубликовано немало различных схем усилителей мощ­ности для СВ-диапазона. Как правило, в этих схемах используются мощ­ные СВЧ-транзисторы, работающие в режиме класса С. Недостатком уси­лителей, собранных на таких транзисторах, является их высокая цена и неудовлетворительная работа в режиме AM и ОБП (SSB). Также необходи­мо принимать меры для устранения паразитной генерации на СВЧ (косвен­ным признаком которой может являться сильный нагрев радиатора, на ко­тором установлен транзистор, или высокий уровень помех при просмотре телевизионных программ). К достоинствам можно отнести высокий коэффи-

Рис. 1. Схема базового усилителя мощности

циентусиления, позволяющий получить номинальную выходную мощность (50…100 Вт) при подаче на вход мощности 5…10 Вт (такую выходную мощ­ность имеет большинство современных СВ-радиостанций).

На рис. 1 приведена принципиальная электрическая схема базового усилителя мощности. Так как он рассчитан для работы в стационарных условиях, то возможно применение транзисторов с любым номинальным напряжением питания. Усилитель выполнен по классической схеме резонан-

сного усиления и состоит из двух транзисторных каскадов. Используемые в усилителе транзисторы КТ912А позволяют получить выходную мощность порядка 70 Вт в линейном режиме. К их достоинствам можно отнести от­сутствие драгметаллов, невысокую стоимость, высокую надежность. Кро­ме того, на кристалле транзистора имеется диод, который может использо­ваться в качестве теплочувствительного датчика в цепи базового смещения. Основной недостаток – малый коэффициент усиления на частоте 27 МГц

компенсируется схемотехническим решением: применением двух каскадов усиления вместо одного. Необходимая мощность возбуждения при этом бу­дет составлять 1 …5 Вт.

Применение коммутации режимов "прием" и "передача", управляемой высокочастотным сигналом, позволяет избавиться от лишних соединитель­ных проводов, тем более не все СВ-радиостанции имеют выход РТТ для ком­мутации внешнего усилителя.

Рассмотрим подробнее работу усилителя мощности.

При подаче на вход XW1 высокочастотного сигнала (мощностью 1…5 Вт) часть его через делитель напряжения R2, R4 детектируется детектором огибающей, собранным на диоде VD1 КД522. Постоянная со­ставляющая продетектированного сигнала открывает транзистор VT1 КТ817, что приводит к срабатыванию реле К1, КЗ, коммутирующих вход и выход усилителя. Реле К2 предназначено для запирания транзисторов VT3, VT4 усилителя мощности в режиме приема. Переключатель SA1 служит для переключения режимов AM, SSB/ЧМ. В режиме передачи вход­ной сигнал через согласующий Г-контур L1*, С5* поступает на первый каскад усилителя, собранный на транзисторе VT3 КТ912А. Для улучше­ния устойчивости в работе служит резистор R6. Цепь базового смещения выполнена на элементах R7, VD4, VD5*. Диод VD4 – внутренний диод тран­зистора. VD5* устанавливается при необходимости. В целях получения хорошей термостабильности каскада введена последовательная отрица­тельная обратная связь по постоянному току (резистор R9 в цепи эмитте­ра VT3). Далее усиленный сигнал через согласующий выходной и входной импедансы транзисторов VT3 и VT4 усиливается оконечным каскадом на транзисторе VT4 КТ912А. Стабилизатор напряжения смещения для око­нечного каскада собран на транзисторе VT5 КТ817. Диод VD7 – встроен­ный в транзистор VT4 диод. Установка тока покоя через транзистор VT4 осуществляется подстроенным резистором R16. Функции фильтрации высших гармонических составляющих усиленного сигнала и согласова­ния выходного сопротивления транзистора VT4 и сопротивления нагрузки (50 Ом) выполняет Т-контур, собранный на элементах L10, L11, С22.

Транзисторы обоих каскадов усиления работают при усилении частот- но-модулированных (ЧМ) колебаний в классе С, а при усилении амплитудно- модулированных (AM) сигналов и сигналов с одной боковой полосой (SSB) в классе АВ. В обоих режимах (AM, SSB/ЧМ) транзисторы запираются в ре­жиме приема, подачей нулевого потенциала на базы. Для питания усилителя необходим стабилизированный источник постоянного напряжения с выход­ным напряжением 28 В и отдаваемым в нагрузку током до 5 А.

Настройка усилителя

Для настройки усилителя мощности понадобятся следующие измери­тельные приборы и устройства:

–        мультиметр;

–       осциллограф (с полосой пропускания канала вертикальной развертки более 30 МГц);

–       высокочастотный вольтметр или ВЧ измерительная головка к мульти- метру;

–        эквивалент нагрузки сопротивлением 50 Ом и рассеиваемой мощнос­тью не менее 50 Вт;

–        лабораторный блок питания с регулируемой защитой по току.

Процесс настройки начинают с проверки правильности монтажа, отсут­ствия замыканий элементов и токоведущих проводников на общую шину.

После визуального осмотра монтажа приступают к основному этапу наладки усилителя. Вынув предохранитель FU1, от блока питания подают на усилитель напряжение +28 В. Убеждаются в наличии стабилизирован­ного напряжения +8 В на выходе стабилизатора DA1. В режиме приема напряжение на резисторах R8 и R11 должно составлять 0 В. Соединив кол­лектор транзистора VT1 с общим проводом, тем самым переводя усили­тель в режим передачи, убеждаются в срабатывании реле К1…КЗ. При переключении SA1 должно срабатывать реле К2, при этом в положении SA1, соответствующему режиму "ЧМ", напряжение на резисторах R8, R11 должно составлять 0 В, а в положении "AM, SSB"- 0,5… 1,0 В. Убрав пере­мычку, соединяющую коллектор VT1 с землей, устанавливают предохра­нитель FU1. В режиме приема и в режиме "ЧМ" при передаче в отсутствие сигнала возбуждения ток покоя транзисторов VT3 и VT4 должен быть око­ло 0 мА. Затем, переведя усилитель в режим передачи (соединив коллек­тор VT1 с общей шиной) и установив переключатель SA1 в положение "AM, SSB", подбором сопротивления резистора R7* выставляют ток через тран­зистор VT3 порядка 200…250 мА. При этом нет необходимости включать в цепь эмиттера транзистора амперметр. При токе 200…250 мА напряжение на резисторе R4 будет составлять 0,54…0,675 В. Диод VD5 КД522 устанав­ливают в случае невозможности получения необходимого тока покоя VT3. Аналогично выставляется начальный ток через транзистор VT4 оконечного каскада. При этом измерительный прибор лучше всего включить в коллек­торную цепь, так как при его включении в цепь эмиттера на внутреннем сопротивлении прибора может возникнуть падение напряжения, сравнимое с напряжением смещения, что приведет к неправильному установлению тока покоя. Начальный ток через транзистор VT4 должен составлять 250…350 мА. Его устанавливают в указанных пределах изменением сопротивления

подстроенного резистора R16 и при необходимости установкой диода VD6*.

После выставления режимов работы транзисторов по постоянному току переходят к этапу высокочастотной наладки усилительного тракта. Перед подачей напряжения возбуждения к выходному разъему XW2 необходимо подключить эквивалент нагрузки сопротивлением 50 Ом. Затем, подав че­рез измеритель КСВН на вход XW1 усилителя мощность возбуждения по­рядка 1 …5 Вт, настраивают входную согласующую цепь L1 *, С5* по миниму­му КСВН. Допустимым является значение КСВН 1 …2. Желательно при про­ведении данного этапа настройки контролировать величину потребляемого тока. Далее настраивают Г-контур L6, С14 до получения максимального тока через VT4. Выходной Т-контур настраивают по максимуму ВЧ-напряжения в нагрузке. При этом необходимо контролировать форму сигнала с помощью осциллографа. Катушка L11 * определяет величину связи с нагрузкой, a L10* настраивает контур в резонанс. Для облегчения настройки выходного конту­ра вместо постоянного конденсатора С22* можно включить конденсатор пе­ременной емкости. При правильной настройке согласующих контуров усили­теля достигается максимальный коэффициент усиления и КПД, который в режиме "ЧМ" должен составлять не менее 60%, а в режиме "AM, SSB" – не менее 45%. При работе в режиме "AM, SSB" необходимо подобрать значение номиналов элементов R1 *, С1 * до получения надежного срабатывания ком­мутации усилителя.

Если в распоряжении радиолюбителя нет высокочастотного вольтмет­ра, то можно рекомендовать схему выносной высокочастотной головки, ко­торая подключается к любому вольтметру постоянного напряжения. Схема головки показана на рис. 2. Номинал резистора R1 рассчитан исходя из обес­печения индикации на шкале мультиметра действующего значения измеряе­мого напряжения. При этом значение внутреннего сопротивления мульти­метра RBHytp было взято стандартным (10 МОм). При другой величине внутрен­него сопротивления измерительного прибора значение номинала резистора R* следует пересчитать по формуле:

При использовании типов диодов, указанных на схеме с помощью данной высокочастотной головки, можно измерять напряжение частотой до 100 МГц. При настройке описываемого в этой статье усилителя мощности можно ограничиться применением двух последовательно включенных дио­дов типа Д9. В любом случае собранную ВЧ-головку необходимо откалибро- вать с помощью эталонного прибора.

Конструкция

Усилитель собран на одной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита. Соединение элементов между собой осуществляется на "пяточках", вырезанных резаком на поверхности платы. При компоновке элементов необходимо обеспечить максимально возможную площадь зем­ляной шины. Плата установлена над радиатором, на котором крепятся мощ­ные транзисторы предварительного и оконечного каскада. Входной и выход­ной высокочастотные разъемы установлены с разных сторон печатной пла­ты. При этом расположение элементов усилителя получается скомпонован­ным "в линейку".

Расположение контурных катушек индуктивности и дросселей должно исключать взаимное влияние друг на друга (желательно использовать орто­гональное расположение катушек).

Детали

Катушка L1 содержит 2,5 витка провода ПЭВ-2 01 мм на оправке D 10 мм.

Катушки L4, L9 содержат по 43 витка провода ПЭВ-2 01 мм на оправ­ке D 8 мм.

Катушка L6 содержит 1 виток провода ПЭВ-2 0 1,5 мм на оправке D 10 мм.

Катушка L10 содержит 9 витков с шагом 1 мм ПЭВ-2 D 1,5 мм на оправке D10 мм.

Катушка L11 содержит 12 витков провода ПЭВ-2 D 1,5 мм на оправке

D 10 мм.

Автор статьи – С. Гаврилюк.

Статья опубликована в РЛ, №№11… 12,2001 г.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты