Содержание
Широкополосные
реверсивные усилители на
полевых транзисторах
В.АРТЕМЕНКО (UT5UDJ),
01021, г.Киев, а/я 16.
Широкополосные реверсивные усилители на
полевых транзисторах
В [1] была приведена схема реверсивного
широкополосного усилителя на биполярных СВЧ-
транзисторах КТ606. В этом усилителе использована
отрицательная обратная связь (ООС) R-типа.
Однако если усилитель ВЧ охвачен ООС любого
типа (R-OOC, Х-ООС), то не обеспечивается
достаточная "развязка" выхода и входа усилителя
[2, 3]. При подключении усилителя со слабой
"развязкой" между входом и выходом к
частотоизбирательным цепям (например, ФОС или
ПФ), которые можно тщательно согласовать лишь на
одной частоте (с КСВ, близким к единице), вполне
вероятно возникновение самовозбуждения системы
ФОС - усилитель (ПФ - усилитель) или других
подобных систем.
Существуют три пути его устранения:
- использование классической схемы
диплексора [2, 3];
- установка шунтирующих резисторов на
входах/выходах реверсивного усилителя (например,
для конструкции [1] - сопротивлением 150...220
Ом). Этот путь устранения возможного са
мовозбуждения автор успешно использовал в своем
ВЧ-модеме SSB КВ-трансивера [4];
-применение, наряду с диплексором,
шунтирующих резисторов и/или аттенюаторов с
небольшим затуханием.
Автором была сделана попытка создания
реверсивных усилителей, которые практически не
самовозбуждаются при подключении к частотноза-
висимым цепям.
Вначале рассмотрим схему широкополосного
усилителя (рис.1) и построенного на его основе
реверсивного усилителя (рис.2) без ООС на полевых
транзисторах (ПТ) КП901 с изолированным затвором.
В связи с тем что оба рассматриваемых
усилителя не охвачены ООС, обеспечивается
значительная развязка между входом и выходом
усилителей. Для оценки качества работы были
изготовлены четыре реверсивных усилителя на
полевых транзисторах. Как показали результаты
испытаний, такой реверсивный усилитель обеспечива
ет настолько высокую развязку по ВЧ, что при его
установке в модем [4] вместо усилителей [1],
самовозбуждение полностью пропадало.
Все усилители на ПТ в модеме имели меньший
коэффициент шума, чем усилители на биполярных
транзисторах (на частоте 0,5 МГц - минимум на 1
...2 дБ меньше, чем для схемы [1]).
Поэтому при замене реверсивного усилителя на
КТ606 в модеме [4] на рассматриваемый реверсивный
усилитель, обладающий весьма небольшим уровнем
собственных шумов на ВЧ (в полосе пропускания
ФОС, равной 3 кГц), собственные шумы модема также
qnnrberqrbemmn уменьшились в 2...2,5 раза. При
близительно в такое же число раз при этом
возросла и чувствительность модема.
Поскольку в усилителях на КП901 (рис.2)
отсутствует ООС, у них наблюдается более сильная
зависимость входного и выходного сопротивлений от
частоты и формы АЧХ. Однако это не столь
существенно в случае работы усилителей в качестве
УПЧ (на одной частоте).
ТАБЛ № 1
Частота f, Коэффициент усиления Максимальное напряжение, В
МГц по напряжению, Кu,дБ по входу, Uвх по выходу, Uвых
0,125 11,8 >0,5 >2,3
0,25 16,9 >0,5 >3,6
0,5 18,8 0,45 3,6
1 18,8 0,40 3,0
2 18,4 0,40 2,8
4 17,4 0,40 2,7
8 15,1 0,50 2,6
16 11,4 >0,5 >1,9
32 8,6 >0,5 >1,3
50 5,1 >0,5 >0,8
Катушки L1 и L2 (рис.2) идентичны. Как и в
[1], ВЧ-трансформаторы ШПТ(Л) намотаны на кольцах
К10x6x4 из токо-непроводящего феррита марки НН
((j=600...2000) двумя проводами сразу (т.н. витая
"пара") с 3...4 скрутками на 1 см длины.
Количество витков скрутки - 6...8. Для
изготовления скрутки использован провод марки
ПЭЛШО диаметром 0,25...0,33 мм или аналогичного
диаметра с хорошей изоляцией.
В табл.1 приведены коэффициенты усиления по
напряжению Ки и максимальные напряжения
реверсивного усилителя в зависимости от частоты.
Максимальные напряжения (входные и выходные)
указаны в точке компрессии усилителя по уровню -1
дБ. Напомним, что компрессия - это точка на
амплитудной характеристике, где отклонение от
линейного закона составляет 1 дБ. Фактически
усиление в этой точке становится меньше на 1 дБ,
чем в линейной области усиления, т.е. для очень
малых сигналов.
Настройка усилителей сводится к установке
тока потребления на уровне около 40 мА (подбором
сопротивления резистора Р1*для нереверсивного
усилителя или R2* и R5* - для реверсивного).
Методика настройки аналогична описанной в [1].
Однако вследствие того что ПТ имеют очень большой
разброс параметров, резисторы R1*, R2* и R5*
могут также иметь разброс сопротивлений от единиц
до сотен килоом.
Если начальный ток стока транзистора - около
40 мА, эти резисторы в конструкцию можно не
устанавливать. При начальном токе стока меньше
указанной величины, начинать подбор сопротивления
резистора лучше с 100...200 кОм. Постепенно
уменьшая сопротивление, тщательно следят за
величиной тока стока. Если начальный ток стока
транзистора КП901 оказался значительно больше 50
мА (например, 100 мА), резистор R1* или R2*, R5*
в этом случае также не устанавливают. Вместо
этого немного "закрывают" транзистор, включая в
его исток резистор, сопротивление которого
подбирают опытным путем. Резистор шунтируют
конденсатором емкостью 0,1...0,47 мкФ для
предотвращения ООС по ВЧ.
Следующая схема реверсивного усилителя на
полевых транзисторах была разработана на основе
анализа конструкции [6] и исследования ее работы.
Были выявлены существенные недостатки такой
схемы:
- во-первых, конструкция [6] не является
широкополосной, поскольку содержит в своем
составе резонансный контур;
- во-вторых, из-за чрезмерно больших
сопротивлений, в цепях затворов транзисторов
используются лишние коммутирующие диоды.
На рис.3 приведена схема реверсивного
усилителя (шунтирующий резистор Rm на первом
}r`oe исследований не устанавливался), которая
при своей простоте обладает достаточно высокими
параметрами и дает наглядное представление о
возможностях реверсивных усилителей такого типа
на полевых транзисторах.
При исследовании работы реверсивного
усилителя без Rm оказалось, что хотя
рассматриваемая конструкция достаточна
широкополосна, тем не менее, она ни в коем случае
не может использоваться в широкополосных каскадах
трансивера, поскольку в диапазоне частот 1 ...32
МГц имеет очень высокую неравномерность АЧХ. Так,
для конструкции без Рш неравномерность достигает
25 дБ (табл.2). Как известно, для реверсивного
вседиапазонного УРЧ КВ-транси-вера необходимо
иметь усилитель с неравномерностью не более 1...3
дБ.
Для улучшения равномерности коэффициента
усиления и был введен в схему шунтирующий
резистор Кш, сопротивление которого подбиралось
опытным путем для получения максимально возможной
в как можно более широкой полосе частот.
Табл.2
Примечание : Резистор Rm отсутствует
Табл.3
Примечание : Резистор Рш=330 Ом
Параметры усилителя с установленным Rm=330
Ом приведены в табл.3, из которой видно, что
усилитель с Кш имеет достаточно равномерный
коэффициент усиления в диапазоне частот 0,25...8
МГц. Таким образом, усилитель пригоден для работы
на трех радиолюбительских диапазонах - 160, 80 и
40 м.
Расширение диапазона равномерно усиливаемых
частот достигается уменьшением сопротивления
шунтирующего резистора Rm, однако в этом случае
падает коэффициент усиления. Использовать
усилитель с малым коэффициентом усиления в
трансивере имеет смысл только тогда, когда
необходимо лишь компенсировать потери в ДПФ (в
этом случае вполне допустим коэффициент усиления
по напряжению около 6 дБ).
Выравнивая коэффициент усиления в широком
диапазоне частот с помощью Rm, получаем
постоянство значений КСВ обоих входов реверсив
ного усилителя в широкой полосе частот. Как видно
из табл.2, волновые сопротивления входов
усилителя составляют около 10...12 Ом в широкой
полосе частот (0,25...8 МГц), поэтому всегда
можно привести эти волновые сопротивления к
значениям, близким к 50 Ом. Проще всего это
выполнить с помощью ШПТ(Л) на ферритовых кольцах
с коэффициентом трансформации сопротивлений 1:4.
При настройке усилителя с Rm (или без Рш)
вначале не устанавливаются L2 и резистор Rm Затем
к разъему питания Х1 через амперметр подключаем
источник питания +12 В. Подбирая сопротивление
резистора R2*, устанавливаем токопотребление это
го плеча схемы равным 40...45 мА (для транзистора
VT1). Значение 40...45 мА - практически максималь
ный ток, при котором транзистор не перегревается
даже при длительной работе от источника питания
+12 В. Далее подключаем к разъему питания
усилителя ХЗ через амперметр источник питания +12
В и, подбирая сопротивление резистора R5*,
устанавливаем токопотребление этого плеча схемы
также равным 40...45 мА. Подбор сопротивлений
резистора R2* (R5*) начинаем с номинала 200 Ом,
постепенно уменьшая сопротивление по мере
возрастания тока стока. Как указывалось ранее,
ток более 40...45 мА устанавливать
нецелесообразно по причине сильного перегрева
транзисторов.
Затем, после установки токов стока
транзисторов VT1 и VT2, в схему устанавливаются
дроссель L2 и (если предусмотрено) шунтирующий
резистор Рш. Дроссели используются промышленные,
с номинальным током 0,5 А.
При измерениях (табл.2 и 3) полагалось, что
волновое сопротивление входов усилителя - 50 Ом.
Соответственно, такие сопротивления имели ГСС и
нагрузка, на которой измерялось выходное
напряжение. При измерениях КСВ входов усилителя,
m` другой вход также подключалась безындуктивная
нагрузка 50 Ом.
Значение КСВ=1 соответствует волновому
сопротивлению 50 Ом. Максимальные напряжения
(входные и выходные) указаны как компрессия
усилителя по уровню -1 дБ.
Испытания усилителя с RUI подтвердили его
эксплуатационную надежность.
Описанные реверсивные усилители могут широко
использоваться в радиолюбительской практике,
например, при конструировании ВЧ-моде-мов и SSB
КВ-трансиверов.
В заключение прошу всех радиолюбителей,
повторивших конструкции нереверсивных и
реверсивных усилителей автора, прислать ему свои
отзывы и замечания.
Литература
1. Артеменко В.А. Универсальный реверсивный
усилитель высокой частоты. - РадюАматор, 1998,
N8, С.20...21.
2. Ред Э.Т. Схемотехника радиоприемников. -
М.: Мир, 1989, 152 с.
3. Ред Э.Т. Справочное пособие по
высокочастотной схемотехнике. - М.: Мир, 1990,
256 с.
4. Артеменко В. Простой SSB ВЧ-модем КВ-
трансивера. - Радиохобби, 1999, N3, С.20...23.
5. Артеменко В. Простой реверсивный
усилитель ПЧ. - KB журнал, 1998, N3, С.31...34.
6. Лазовик В. Высокодинамичный реверсивный
усилитель. - KB журнал, 1998, N5, С.25...26.
