Простой активный фильтр для двухполосного усилителя. Антенный усилитель дмв Антенный усилитель диапазона ДМВ

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.

В статье речь пойдет об активном фильтре для двухполосного усилителя . Фильтр не нуждается в трудоемкой настройке и выполнен на доступных ОУ.

Первый раз эту схему я собирал лет 10 назад, нужно было раскачать колонки Радиотехника S90 не очень мощным самодельным усилителем (Ватт 25-30 навскидку), цель - узнать на что вообще способны эти колонки.

Но мощности усилителя явно не хватало. И в одной интересной книжке я набрел на схему этого фильтра. Решил попробовать раскачать S90 двухполосным усилителем.

Одно из преимуществ заключается в том, что при перегрузке низкочастотного канала, его искажения хорошо маскируются СЧ-ВЧ звеном, следовательно максимальная неискаженная мощность на слух становится заметно больше.
В итоге мне удалось раскачать одну колонку так, что шифер на гараже стал трещать.

Схема

Плата

На инвертирующий вход МС2 подан сигнал с выхода фильтра низких частот МС1. В дифференциальном усилителе МС2 из спектра входного сигнала вычитается его низкочастотная часть, и на выходе МС2 появляется только высокочастотная часть входного сигнала.

Таким образом, требуется лишь обеспечить заданную частоту среза фильтра низких частот, которая и будет частотой разделения. Значения элементов фильтра находятся из соотношений C1 = C2 = C3; R1=R4; R5=R1/6,8; R1C1=0,4/Fp, где Fр - частота разделения.

R1 я брал 22 кОм, а дальше все рассчитывается по формулам в зависимости от требуемой частоты разделения.
В качестве операционных усилителей пробовал К157УД2 (сдвоенный ОУ - 2 корпуса) и К1401УД2 (счетверенный ОУ - печатка под него), оба показали хорошие результаты.
Конечно, можно применить любой счетверенный импортный ОУ.

Источник

Файлы

Фильтрации излучаемых передающими устройствами сигналов уделяется все больше и больше внимания. Излучение сигналов на частотах, отличающихся от рабочей, можно расценить, по аналогии с дорожным движением, как выезд на встречную полосу из-за негабаритности транспортного средства.

С одной стороны, как радиолюбители, так и профессионалы применяют на выходе передатчиков фильтры нижних частот (ФНЧ) с целью подавления только гармонических составляющих. С другой стороны, в погоне за уменьшением габаритов, а значит, и экономией конструктивных материалов производители передающей аппаратуры создают все новые и новые «шедевры»-трансиверы, которые или имеют самые простые фильтры на выходе передатчиков, или не имеют их вовсе. В последнем случае расчет делается на подключение внешних фильтрующее согласующих устройств — различного рода тюнеров, которые или выпускаются отдельно опционально, или не выпускаются для конкретного трансивера вовсе.

При желании увеличить мощность выходного сигнала передатчика радиолюбитель изготавливает или приобретает усилитель мощности, который имеет в своем составе только ФНЧ (например, в виде выходного П-контура). Такой фильтр в известной степени подавляет гармоники основного сигнала, а сам усилитель усиливает весь спектр сигнала, который поступает на него с трансивера. Следовательно, подавление гармонических составляющих, которые обусловлены нелинейностью каскадов как в трансивере, так и в усилителе мощности, уменьшается. Другие составляющие, частоты которых находятся ниже частоты среза ФНЧ усилителя мощности, поступая на него, усиливаются и проходят в антенну. Резонансная, хорошо согласованная на рабочей частоте антенна частично подавляет нежелательные спектральные составляющие, которые становятся, однако, причиной помех в ближней зоне.

В настоящее время, кроме «пролезающих» на выход трансивера наводок гетеродинов и их гармоник, в составе выходного сигнала трансивера имеются также и «цифровые» флуктуации от различного рода цифровых «примочек» (шкал, формирователей, делителей, DSP, от введенных в трансивер при совместном использовании с компьютером шумовых составляющих).

Таким образом, для защиты эфира от «подготовительных» вспомогательных сигналов необходимо иметь на выходе передающей аппаратуры не только ФНЧ, но и ФВЧ с общей полосой прозрачности, в идеале равной полосе излучаемого сигнала: для SSB — 2,4 кГц, для CW — для AM — 6 кГц, для ЧМ – 10…15 кГц. Поскольку такие полосы пропускания на выходе передающих устройств обеспечить на практике не представляется возможным (да еще с учетом перестройки такой полосы по диапазонам), следует на выходе, например, трансивера установить полосовой фильтр, который обеспечит не только подавление вредных составляющих сигнала, но и согласование выхода передатчика трансивера с антенной или со входом усилителя мощности. При этом основной сигнал будет очищен и от гармоник, и от шумовых составляющих, более низкочастотных чем полезный выходной сигнал. Поскольку полосовой фильтр обладает, в зависимости от добротности реактивных элементов его составляющих, определенной полосой пропускания, то либо во всем поддиапазоне частот, либо в требуемой его части настройку фильтра и согласование можно не изменять.

Полосовой фильтр можно изготовить как по схеме с индуктивнои связью, что более желательно, так и по схеме с автотрансформаторной связью.

На рис.1 приведена схема фильтра с индуктивной связью для использования на УКВ, на рис.2 — с автотрансформаторной связью для применения на УКВ. На УКВ для улучшения параметров фильтра следует вместо катушек применять резонаторы (на более низких частотах — спиральные, на более высоких — коаксиальные).

По аналогии с УКВ, на KB можно применять как спиральные резонаторы, так и обычные катушки.

На рис.3 приведена схема полосового фильтра с катушками связи, на рис.4 — с автотрансформаторной связью. Фильтры с катушками связи позволяют обеспечить согласование без вскрытия резонаторов, а фильтры с автотрансформаторной связью при согласовании требуют перемещения отводов для входа и выхода по виткам катушки L1 (рис.4), или по центральному проводнику коаксиального резонатора (рис.2).

Настройку фильтра и согласование по входу и выходу можно производить простым методом с помощью ГСС и ВЧ вольтметра, но нагляднее всего провести ее с помощью измерителя частотных характеристик (например, Х1-48). Полосовой фильтр — симметричное устройство, поэтому вход и выход можно менять местами.

Конденсатор С1 предназначен для настройки полуволнового резонатора (в идеале) на рабочую частоту, излучаемую передатчиком, в реальности — на среднюю частоту полосы пропускания фильтра, ширина которой зависит от соотношения L1/C1 и степени нагрузки этого контура через индуктивную (с помощью последовательных контуров L2-C2 и L3-C3 - рис.1 и 3) или автотрансформаторную связь с ним, через отводы от L1 (рис.2 и 4).

На экране ЭЛТ Х1-48 видна характеристика ПФ, влияние на нее подстроечных элементов (С1-СЗ) и нагрузки.

Резонатор, конечно же, имеет большую физическую длину, но нет худа без добра - это обстоятельство позволяет отнести УМ от трансивера, что снижает напряженность электромагнитного поля в месте нахождения оператора, у трансивера. Благодаря этому улучшается экологическая обстановка на рабочем месте и повышается устойчивость всей радиопередающей системы к наводкам, самовозбуждению и т.д.

Применение подобных фильтров на входе и выходе усилителя мощности позволит излучать в эфир узкий спектр, снизить вероятность появления TVI и BCI, а также более эффективно использовать ресурсы усилителя мощности. В самом деле, если подать сигнал с трансивера, особенно не имеющего на выходе тюнера, то выходная мощность подключенного к нему усилителя будет больше без полосового фильтра даже в том случае, если мы учтем затухание в фильтре и добавим мощности раскачки с трансивера для компенсации затухания. Это происходит потому, что часть выходной мощности приходится на «посторонние» составляющие спектра передатчика, которые при отсутствии полосового фильтра беспрепятственно проходят на вход усилителя и усиливаются. Очистив спектр передатчика с помощью ПФ, освободившийся «резерв» можно использовать по назначению, т.е. для увеличения выходной мощности передатчика на рабочей частоте.

Если полосовой фильтр используется не только на входе усилителя мощности, но и на выходе (что весьма желательно), то следует обратить особое внимание на детали фильтра, точнее, их пригодность для применения в таком фильтре. Так, например, конденсатор переменной емкости С1, установленный в месте максимума напряжения на контуре, в зависимости от выходной мощности усилителя и добротности резонатора (катушки) должен иметь зазор между пластинами 3-10 мм. Очень важен надежный контакт с общим проводом у катушки L1, т.к. в этом месте контура имеет место максимум тока, поэтому диаметр провода катушки L1 должен быть достаточно большим.

Оптимальную настройку полосового фильтра можно зафиксировать по максимальному отклонению стрелки измерителя анодного тока лампового усилителя мощности, или индикатора тока антенны, или по максимальной яркости свечения неоновой лампочки, расположенной непосредственно у антенного выхода фильтра или усилителя мощности.

Подошло время к разводу ТВ кабеля. У меня планируется много телевизоров. До города 40км. До транслятора еще дальше. Задача обеспечить телевизоры устойчивым приемом DVB-T2 сигнала. Буду использовать делители сигнала, которые еще ослабят сигнал принятый антенной. Появляется необходимость использовать антенный усилитель DVB-T2 . Так как частоты обоих пакетов DVB-T2 лежат в диапазоне ДМВ, то антенну присмотрел направленную, пассивную под ДМВ диапазон с коэффициентом усиления 14дБ.

Большое расстояние до транслятора и деление сигнала на несколько телевизоров сильно ослабит сигнал, поэтому без антенного усилителя ДМВ он же усилитель DVB-T2 не обойтись. Решил сделать антенный усилитель для DVB-T2 своими руками и посмотреть, что из этого получиться.

Так как стандартные делители сигнала в том числе и те что приобрел я не пропускают электрический ток, питание усилителя по кабелю не подойдет (или питание нужно пустить по кабелю до делителя).

Схема двухкаскадного малошумящего антенного усилителя DVB-T2.

Усиление от 30дБ в зависимости от выбранных транзисторов. Питание усилителя 12 вольт.

Я использовал транзисторы BFR193 . Они очень дешевые и обладают хорошими характеристиками. Высокий коэффициент усиления 50-200. Высокая граничная частота работы до 8000МГц. SMD исполнение. Обладают низким уровнем собственного шума.

Можно заказать транзисторы BFR193 в Китае , но у нас стоили малость дешевле.

Конденсаторы керамические. Выводы конденсаторов и резисторов делаем, как можно короче. Можно использовать SMD, я просто делал из того что было под рукой.

Катушка L1 делается из отрезка медного провода длиной 3,5см диаметром 0.8мм. Ее диаметр 4мм и содержит два с половиной витка. Я намотал ее на гладкой части сверла 3,3мм (сама катушка получиться около 4мм).

Изготовление антенного усилителя DVB-T2 (ДМВ) своими руками.

Плату можно изготовить без травления, просто вырезав контактные площадки. Смотрим рисунок.

Плату делаем из двухстороннего стеклотекстолита. Верхний и нижний слои соединяем четырьмя штырями и припаиваем.

Блок питания я использовал трансформаторный, чтобы меньше помех гнал, со стабилизацией напряжения на 12 вольт. Усилитель потребляет около 12мА.

У меня все сразу нормально заработало без настройки. Настройка сводиться в подборе резисторов R1 и R3 так чтобы токи на коллекторах транзисторов VT1 и VT2 были 3,5мА и 8мА соответственно.

Испытания провел на работе. В глубине помещения. Двор колодец. В качестве антенны кусок провода ШВВП. Результат без усилителя – ничего не показывает вообще. Подключаю усилитель и как любят говорить в рекламе, результат превзошел все мои ожидания, стабильная картинка без намека на срыв.

Список деталей самодельного антенного усилителя DVB-T2 (ДМВ).

• Транзисторы BFR193 — 2шт.().
  Конденсаторы 3.3пФ, 10пФ, 100пФ — 2шт., 4700-6800пФ.
  Резисторы 75 КОм, 150 КОм, 1 КОм, 680 Ом.
  Дроссель 100-125 мкГн.
  Катушка L1 самодельная 2,5витка и диаметром 4мм из медной проволоки длинной 3,5см и диаметром 0.8мм.