У публікується тут статті наш постійний автор аналізує схемотехніку антенних підсилювачів польського виробництва та обгрунтовує свій усвідомлений підхід до їх вибору з точки зору коефіцієнтів шуму і посилення. Він також дає рекомендації по ремонту таких пристроїв, досить часто виходять з ладу від грозових розрядів, та усунення самозбудження. Це дозволить / сподіваємося, багатьом радіоаматорам не тільки вибрати необхідний підсилювач, але й поліпшити його роботу.

Активні антени польської фірми ANPREL і деяких інших отримали широке розповсюдження в Росії і країнах СНД. При незначному власному посилення, особливо в діапазоні MB, параметри такої антени багато в чому визначаються встановленим на ній антенним підсилювачем. Саме цього блоку властивий ряд недоліків: він схильний до самозбудження, має досить високий рівень власних шумів, легко перевантажується потужними сигналами діапазону MB, часто ушкоджується грозовими розрядами. Ці проблеми знайомі багатьом власникам таких антен.

Питання експлуатації антенних підсилювачів SWA та аналогічних вкрай мало висвітлені в літературі. Можна відзначити лише публікацію [1], де вказано на перевантаження підсилювача сигналами MB. З іншими вадами власникам антен доводиться боротися відомим способом: замінюючи підсилювачі, вибрати кращий. Проте такий метод вимагає багато часу і сил, оскільки підсилювач, як правило, важкодоступний – розташований разом з антеною на високій щоглі.

Грунтуючись на аналізі схемотехніки, власному досвіді та деяких матеріалах фірми ANPREL, пропоную більш усвідомлений підхід до вибору підсилювачів, а також спосіб ремонту, що дозволяє відновити пошкоджений блок, а в ряді випадків і поліпшити його параметри.

Ринок заповнений безліччю взаємозамінних моделей антенних підсилювачів, що випускаються фірмами ANPREL, TELTAD та ін під різними торговими марками та номерами. Незважаючи на таке розмаїття, більшість з них зібрані за стандартною схемою і являють собою Двохкаскадний аперіодіческій підсилювач на біполярних транзисторах СВЧ, включених по схемі з ОЕ. На підтвердження цього розглянемо моделі різних фірм: простий підсилювач SWA-36 фірми TELTAD, принципова схема якого показана на рис. 1, і поширений підсилювач SWA-49 (аналог SWA-9) фірми ANPREL – мал.2.

au-swa1.gif au-swa2.gif

Puc.1-2

Підсилювач SWA-36 містить два широкосмугових каскаду підсилення на транзисторах VT1 і VT2. Сигнал з антени через узгоджувальний трансформатор (на схемі не показаний) і конденсатор С1 надходить на базу транзистора VT1, включеного за схемою з ОЕ. Робоча точка транзистора задана напругою зміщення, що визначається резистором R1. Діюча при цьому негативна зворотній зв'язок (ООС) по напрузі лінеарізует характеристику першого каскаду, стабілізує положення робочої точки, але зменшує трохи його посилення. Частотна корекція в першому каскаді відсутня.

Другий каскад також виконаний на транзисторі за схемою з ОЕ і з ООС по напрузі через резистори R2 і R3, але має ще й струмовий ООС через резистор R4 в емітерний ланцюга, жорстко стабілізуючу режим транзистора VT2. Щоб уникнути великої втрати посилення резистор R4 зашунтірован по змінному струму конденсатором СЗ, ємність якого обрана відносно малою (10 пФ). У результаті на нижніх частотах діапазону ємнісне опір конденсатора СЗ виявляється істотним і виникає ООС по змінному струму зменшує посилення, коректуючи тим самим АЧХ підсилювача.

До недоліків підсилювача SWA-36 можна віднести пасивні втрати у вихідний ланцюга на резисторі R5, який включений так, що на ньому падає як постійна напруга живлення, так і напруга сигналу.

Аналогічно побудований і підсилювач SWA-49 (рис. 2), який також має два каскади, зібраних за схемою з ОЕ. Він відрізняється від SWA-36 кращою розв'язкою по ланцюгам живлення через Г-подібні фільтри L1C6, R5C4 і підвищеним коефіцієнтом посилення за рахунок наявності конденсатора С5 в ланцюзі ООС (R3C5R6) другого каскаду і перехідного конденсатора С7 на виході.

Подібна схемотехніка властива більшості інших підсилювачів SWA (див., наприклад, схему підсилювача SWA-3, зображену в [1]). Незначні відмінності найчастіше знаходяться в другому каскаді, який може бути забезпечений різними ланцюгами частотної корекції, мати різну глибину ООС і, відповідно коефіцієнт підсилення. У окремих моделей, наприклад SWA-7, перший і другий каскади мають безпосередній зв'язок – висновок колектора транзистора VT1 з'єднаний прямо з виведенням бази транзистора VT2. Це дозволяє охопити обидва каскаду петлею ООС по постійному струму і поліпшити тим самим термостабільність підсилювача.

У каскадах на транзисторах, включених по схемі з ОЕ, найбільш великий вплив внутрішніх зв'язків та ємностей переходів транзисторів. Воно проявляється в обмеженні смуги пропускання і схильності підсилювача до самозбудження, вірогідність якого тим більше, чим вище коефіцієнт посилення. Для його оцінки відомо поняття порога стійкості – граничного значення коефіцієнта підсилення, при перевищенні якого підсилювач перетворюється на генератор. Багато антенні підсилювачі SWA з великим посиленням працюють біля порога стійкості, чим пояснюється їх нерідке самозбудження.

Як заходи підвищення стійкості підсилювачів фірма ANPREL застосовує різну топологію друкованих плат (що впливає на ємність монтажу), поверхневі та об'ємні котушки, дроселі і т. п. Більш радикальний спосіб: включення транзисторів у каскодной схемою з ОЕ-ОБ – чомусь не використовується. При незмінній схемі включення транзисторів з ОЕ-ОЕ для вирішення проблеми стійкості фірма вважає за краще випускати регульовані блоки живлення. Зменшенням його напруги вдається усунути самозбудження підсилювача при збереженні достатнього посилення.

Основні параметри (коефіцієнт шуму Kш і коефіцієнт посилення Ку) базових моделей підсилювачів SWA по каталогу фірми ANPREL вказані в табл. 1.

Розглянемо взаємозв'язок основних параметрів зі схемотехнікою підсилювачів і їх вплив на якість прийому.

Як відомо, коефіцієнт підсилення на високих частотах у каскадах з ОЕ критичний до параметрів використовуваних транзисторів, особливо до граничної частоті frp. У підсилювачах SWA застосовані біполярні СВЧ транзистори структури п-р-п, марковані як Т-67, рідше – 415, які і визначають максимально досяжний коефіцієнт посилення Ку двокаскадного підсилювача близько 40 дБ. Зрозуміло, в настільки широкою робочій смузі частот коефіцієнт підсилення не залишається постійним – його зміни досягають 10 … 15 дБ внаслідок нерівномірності АЧХ на вищих частотах діапазону і корекції на нижчих. При максимальних значеннях коефіцієнта посилення Ку важко забезпечити стійкість підсилювачів, тому в ряді моделей він обмежений значеннями до 10 … 30дБ, що в багатьох випадках цілком достатньо (див. табл. 1).

au-swa3.gif

Всупереч поширеній думці, слід зазначити, що коефіцієнт підсилення не можна вважати головним параметром антенного підсилювача. Адже самі телевізори мають досить великим запасом власного посилення, тобто Мають високу чутливість, обмежену підсиленням. Дещо гірше у них чутливість, обмежена синхронізацією. І нарешті, найбільш низька – чутливість, обмежена шумами [2]. Отже, чинником, що визначає дальній прийом, слід прийняти рівень власних шумів електронного тракту, а не коефіцієнт підсилення. Іншими словами, обмеження можливості прийому в першу чергу настає через вплив шумових перешкод, а не через нестачу посилення сигналу.

Вплив шуму оцінюють по відношенню сигнал / шум, мінімальне значення якого прийнято рівним 20 [2]. При цьому відношенні і визначають чутливість, обмежену шумами, що дорівнює напрузі вхідного сигналу, в 20 разів більшому напруги власних шумів.

Для телевізорів третього-п'ятого поколінь чутливість, обмежена шумами, дорівнює 50 … 100 мкВ. Однак при відношенні сигнал / шум, що дорівнює 20, спостерігаються дуже погані якість зображення і розбірливість тільки великих деталей. Для отримання зображення хорошої якості слід подати на вхід телевізора корисний сигнал, приблизно в 5 разів більший, тобто забезпечити ставлення сигнал / шум близько 100 [2].

Антенний підсилювач має збільшувати відношення сигнал / шум, а для цього необхідно підсилювати сигнал, а не шум. Але будь-який електронний підсилювач неминуче має власні шуми, які посилюються разом з корисним сигналом і погіршують відношення сигнал / шум. Тому найважливішим параметром антенного підсилювача слід вважати його коефіцієнт шуму Кш. Якщо він недостатньо малий, то підвищення коефіцієнта посилення марно, оскільки, як і сигнал, і шум посилюються в рівній мірі і їхнє ставлення не поліпшується. У результаті навіть при достатньому рівні сигналу на вхід антени телевізора зображення буде уражено інтенсивної шумові перешкоди (добре відомий всім "сніг").

Для єдиної оцінки шумів багатокаскадного тракту існує показник приведеного до входу коефіцієнта шуму Кш, який дорівнює рівню шуму на виході, поділеному на загальний коефіцієнт підсилення, тобто Кш = Кш.вих / Ку. Так як вихідний рівень шуму Кш.вих залежить найбільшою мірою від рівня шуму першого транзистора, що підсилюється усіма подальшими каскадами, шумами інших каскадів можна знехтувати. Тоді Кш.вих = Кш1Ку, де Кш, – коефіцієнт шуму першого транзистора. Отже, отримаємо Кш = Кш1, тобто наведений коефіцієнт шуму підсилювального тракту не залежить від числа каскадів і загального коефіцієнта посилення, а рівний тільки коефіцієнту шуму першого транзистора.

Звідси випливає важливий практичний висновок – застосування антенного підсилювача може дати позитивний результат тоді, коли коефіцієнт шуму першого транзистора підсилювача менше коефіцієнта шуму першого каскаду телевізора. У селектора каналів телевізорів п'ятого покоління застосовано польовий транзистор КП327А з коефіцієнтом шуму 4,5 дБ на частоті 800 МГц [З]. Отже, в першому каскаді антенного підсилювача повинен працювати транзистор з Кш1 <4,5 дБ на тій же частоті. Причому, чим менше це значення в порівнянні з коефіцієнтом Кш1 телевізора, тим ефективніше застосування підсилювача і тим вище якість прийому.

Коефіцієнт шуму залежить також від якості узгодження на вході підсилювача і режиму роботи першого транзистора. Для підсилювачів SWA тип транзистора VT1, режим його роботи і якість узгодження визначає наведений коефіцієнт Кш = 1,7 … 3,1 дБ (див. табл. 1).

З викладеного вище зрозуміло, що вибір антенного підсилювача за принципом – чим більше коефіцієнт підсилення, тим краще – невірний. Саме тому багато власників, змінюючи підсилювачі, не можуть домогтися гарного результату. Причина такого парадоксального, на перший погляд, факту полягає в тому, що коефіцієнт шуму, як правило, невідомий (його немає в торговельної інформації фірм), а насправді він лише незначно відрізняється у багатьох моделей з різним посиленням (див. табл. 1). Збільшення ж коефіцієнта посилення при незмінному коефіцієнті шуму не дає виграшу у відношенні сигнал / шум і, отже, поліпшення якості прийому. Рідкісний успіх досягається тільки тоді, коли випадково попадається малогучний підсилювач.

Отже, при виборі антенного підсилювача орієнтуватися потрібно в першу чергу на мінімальний рівень шуму. Цілком гарним можна вважати підсилювач з Кш <2 дБ. З табл. 1 кращими можна вважати моделі SWA-7, SWA-9, що мають Кш = 1,7 дБ. Інформацію про коефіцієнт шуму нових підсилювачів можна знайти в каталогах фірми ANPREL або в мережі Інтернет.

Що ж стосується коефіцієнта посилення, то він, зрозуміло, теж має значення, але не для максимального посилення слабких сигналів, а, в першу чергу, для компенсації втрат у з'єднувальних кабелів согласующе-розгалужуються пристроях і т. п. З-за цих втрат при недостатньому посилення рівень сигналу на вході телевізора може впасти нижче порога чутливості, обмеженою синхронізацією або навіть посиленням, що зробить прийом неможливим. Тому для правильного вибору коефіцієнта посилення необхідно знати загасання сигналу в усьому сполучної тракті. А його орієнтовний значення нескладно розрахувати.

Погонною загасання сигналу в поширеному кабелі марки РК-75-4-11 одно 0,07 дБ / м на першому-п'ятому, 0,13 дБ / м на шостому-дванадцятому і 0,25 … 0,37 дБ / м на 21 -60-му телевізійних каналах [2]. При довжині фідера 50 м ослаблення на 21-60-му каналах складе 12,5 … 17,5 дБ. Якщо встановлений промисловий пасивний розкоренився-тель, він вносить додаткові втрати на кожному своєму виході, значення яких, як правило, вказано на корпусі.

Розрахувавши загасання в кабелі та додавши до нього ослаблення в розгалужувачі (якщо він є), отримують мінімальний коефіцієнт посилення антенного підсилювача. До нього додають запас в 12 … 14 дБ для посилення слабких сигналів, що необхідно з-за низької ефективності широкосмугових малогабаритних прийомних антен. За отриманого значення Ку вибирають антенний підсилювач. Набагато перевищувати отримане значення коефіцієнта підсилення не слід, так як це збільшує ймовірність самозбудження і перевантаження потужними сигналами близько розташованих станцій.

Ремонт антенних підсилювачів в основному зводиться до заміни активних елементів, пошкоджених грозовими розрядами. Слід зазначити, що наявність у деяких моделях діода на вході не гарантує повної блискавкозахисту: при потужному атмосферному розряді пробиваються як захисний діод, так і, як правило, обидва транзистора.

Антенні підсилювачі SWA зібрані по технології автоматичної поверхневої збірки на мікроелементах, що вимагає акуратності при ремонті. Пайку слід виконувати малогабаритним паяльником з гостро заточеним жалом. У непрацюючому підсилювачі слід обережно, намагаючись не пошкодити тонкі друковані провідники, випаять мікротранзістори VT1, VT2 і захисний діод (якщо він є).

Основні параметри вітчизняних транзисторів, придатних для установки в підсилювачі SWA, вказані в табл. 2 [З]. З неї випливає, що використання в першому каскаді транзисторів КТ391А-2, КТ3101А-2, КТ3115А-2, КТ3115Б-2, КТ3115В-2 шумові характеристики більшості моделей підсилювачів не погіршує, а застосування транзисторів 2Т3124А-2, 2Т3124Б-2, 2Т3124В-2, КТ3132А-2 знижує Кш до 1,5 дБ, що покращує параметри підсилювача. Ця обставина дозволяє рекомендувати заміну першого транзистора підсилювача на зазначені останніми навіть у справних, але "шумлячий" підсилювачах з метою підвищення якості їхньої роботи. Необхідно відзначити, що в табл. 2 дані граничні значення, типові ж параметри, як правило, краще [З].

au-swa4.gif

Малошумні СВЧ транзистори серій 2Т3124, КТ3132 відносно дорогі і слабкострумових, тому їх краще встановлювати тільки в перший каскад, а в другому використовувати більш дешеві і потужні транзистори КТ391А-2, КТ3101А-2 (див. табл. 2) і навіть серій КТ371, КТ372, КТ382, КТ399 й інші з граничною частотою близько 2 Ггц [З]. Однак в останньому випадку буде трохи менше коефіцієнт підсилення на верхніх частотах діапазону.

Розміри корпусу імпортних мікротранзісторов рівні 1,2 х2, 8 мм при довжині висновків 1 … 1.5 мм. Відповідно і відстані на платі між друкованими майданчиками для висновків транзисторів малі. Установка вітчизняних транзисторів з діаметром корпусу 2 мм з боку поверхневого монтажу, хоча і можлива, але скрутна: при пайку їх можна пошкодити. Нові транзистори краще встановити з протилежного сторони плати, просвердливши попередньо отвори для висновків свердлом діаметром 0,5 … 0,8 мм. Краще свердлити не в самому друкованому провіднику, а так, щоб отвір стосувалося краю майданчика. Якщо з боку, протилежної поверхневого монтажу, є шар фольги, то отвори в ньому слід раз-зенковать свердлом діаметром 2 … 2,5 мм (крім отвори для виведення емітера транзистора VT1).

Потім встановлюють нові транзистори так, щоб крісталлодержатель або корпус приладу стосувався плати. Якщо висновки значно виступають з іншого боку, після пайки їх слід відкусити. СВЧ транзистори чутливі до статичної електрики, тому при пайку слід дотримуватись відповідних заходів захисту. Час пайки – не більше 3 з [З].

Захисний діод можна не встановлювати. Найкращим захистом від атмосферної електрики служить гарний заземление антени.

У підсилювачах SWA обидва транзистора працюють з колекторним струмом 10 … 12 мА. Після заміни такої струм прийнятний для другого транзистора (наприклад, КТ3101А-2), але перевищує постійно допустимий для першого, якщо встановлені транзистори серій КТ3115, КТ3124 і КТ3132А-2 (див. табл. 2). Колекторний струм залежить від параметра h21е, за яким транзистори мають значний розкид. Тому після монтажу конкретного примірники необхідно встановити робочу точку транзистора VT1. Для цього випаювати мікрорезістор R1 і замість нього тимчасово підключають підлаштування резистор (СПЗ-23, СПЗ-27 і т. п.) опором 68 … 100 кОм. Перед включенням харчування движок резистора повинен перебувати в положенні максимального опору, щоб не пошкодити транзистор.

На підсилювач подають напругу 12 8 від блоку живлення і вимірюють падіння напруги на резисторі R2 (див. рис. 1 і 2). Поділивши вимірювання тиску на опір резистора R2, дізнаються колекторний струм. Регулюючи опір підлаштування резистора в бік зменшення, домагаються колекторного струму близько 5 мА, що відповідає мінімуму шумів за характеристикою транзисторів [З]. На цьому налаштування закінчують і замість підлаштування резистора упаюється постійна такого ж опору (МЛТ-0, 125 або імпортний), укоротивши попередньо до мінімуму його висновки.

Після цього покривають друковану плату та безкорпусні транзистори шаром радіотехнічного лаку або компаунда. Зовнішній вигляд відновленого підсилювача SWA-36 показаний на рис. 3. У ньому використані транзистори (Рис. 3, а) 2Т3124Б-2 (VT1) і КТ3101А-2 (VT2). У зв'язку з найпростішої конструкцією підсилювача вжиті заходи щодо усунення самозбудження: на виведення колектора транзистора VT1 одягнута ферритові мікрокольцо (Його застосовують у селектора каналів СК-М телевізорів ЗУСЦТ і 4УСЦТ). Колекторний струм транзистора VT1 заданий резистором R1 (рис. 3,6) номіналом 51 кОм (було 33 кОм).

Зовнішній вигляд підсилювачів

Puc.3

У другому каскаді були випробувані транзистори серій КТ372, КТ399, з якими зберігалися стійкість і достатній коефіцієнт підсилення. При цьому була перевірена можливість встановлення додаткового конденсатора Сд ємністю 150 пФ (рис. 3,6), шунтуючого резистор R5 (див. рис. 1), для збільшення коефіцієнта посилення. При установці конденсатора самозбудження підсилювача усувають пониженням напруги харчування.

В основному варіанті (з транзисторами 2Т3124Б-2 і КТ3101А-2) підсилювач забезпечив краще, ніж до ремонту, якість прийому, яке візуально оцінений приблизно однаковим прийому з новим підсилювачем SWA-9.

ЛІТЕРАТУРА

1. Тужілін С. Підсилювач ДМВ з широкосмугового. – Радіо, 1997, N 7, с.15.

2. Нікітін В. Поради любителям далекого прийому телебачення. СБ: "На допомогу радіоаматори", вип. 103. – М.: ДОСААФ, 1989.

3. Напівпровідникові прилади. Транзистори малої потужності. Довідник. Під ред. А. В. Голомедова. – М.: Радіо і зв'язок, 1989.

А. ПАХОМОВ, м. Зерноград Ростовської обл.

(Радіо 1-99)