Amplificator de bandă largă pentru VHF-UHF - 19 Februarie 2011 - Scheme electronice
Principală » 2011 » Februarie » 19 » Amplificator de bandă largă pentru VHF-UHF
3:56 PM
Amplificator de bandă largă pentru VHF-UHF

Aplicaţiile moderne de transmitere a informaţiilor, exemplu edificator fiind televiziunea prin cablu dar şi măsurătorile spectrale, impun utilizarea cu precădere a amplificatoarelor de bandă largă şi performanţe  selective stabile în timpul funcţionării. Când ne referim la benzile VHF şi UHF, după precizările ITU trebuie ţinut cont că frecvenţa inferioară este la 50MHz, iar frecvenţa superioară ajunge la 900MHz, acest ecart de frecvenţe  trebuind asigurat de respectivele amplificatoare. Acest gen de amplificator este prezentat în articolul alăturat care pentru constructorii amatori poate constitui un exerciţiu plăcut.
Primul  pas îl constituie alegerea tranzistoarelor, care trebuie să aibă frecvenţa de tranziţie cât mai mare si factor de zgomot cât mai redus. Pentru acoperirea  benzii  propuse  s-a  recurs majoritar la componente SMD. Plecând de la o schemă destul de comună aplicaţiilor de acest gen, s-a realizat un amplificator cu trei etaje, a cărui schemă este redată în figura 1.
Analizând succint schema, observăm că fiecare etaj de amplificare are un dipol RC de reacţie negativă de tensiune colector-baza, şi o reacţie negativă selectivă de curent în emitoare, eficienţa decuplării rezistorului de emitor crescând cu frecvenţa. Aceste elemente concură la obţinerea unei amplificări relativ uniforme într-o bandă cât mai largă. Funcţie de tranzistoarele folosite şi de tensiunea de alimentare, această schemă poate suferi modificări ale valorilor componentelor, dar ca structură de bază o regăsim în literatură în multe aplicaţii. S-a experimentat montaje după această schemă cu tranzistoare BFR 90, BFR92, BFR93, BFY90 si BFS17 (varianta SMD a tranzistorului BFY90). Dintre acestea, cele mai bune rezultate s-au obţinut cu tranzistoarele BFR93, iar cele mai slabe cu BFY90. S-au folosit rezistoare miniatură şi condensatoare "chip", SMD. Pentru decuplarea rezistoarelor din emitoare se pot folosi condensatoare fixe, aşa cum se practică în majoritatea cazurilor, dar s-a constatat că înlocuirea aceslora cu condensatoare semireglabile permite o mult mai bună liniarizare a caracteristicii de frecvenţă în partea superioară a acesteia, complicaţie ce merită a fi asumată.
O atenţie deosebită trebuie acordată şocurilor din circuitele de colector, care deşi sunt decuplate printr-un condensator, dacă factorul de calitate al acestor bobine este mare, pot apărea fenomene rezonante, cu concursul capacităţilor parazite inerente ale montajului, care pot afecta liniaritatea caracteristicii de frecvenţă, sau, mai grav, pot afecta stabilitatea amplificatorului. Inductanţele şocurilor trebuie să fie de 2...5mH. Se vor realiza pe miezuri magnetice din materiale destinate frecvenţelor joase. În această situaţie, pierderile în materialul magnetic, care sunt crescătoare cu frecvenţa, vor amortiza bobina. Cele mai indicate pentru realizarea şocurilor sunt miezurile cu 2 sau 6 orificii, care sunt special destinate pentru astfel de aplicaţii, în lipsa acestora se pot folosi perle de ferită, toruri miniatură sau chiar fragmente de miezuri de reglaj pentru bobine, pe care se vor bobina 5-15 spire de conductor izolat Ø0,2...0,5mm, funcţie de calitatea materialului magnetic. Gabaritul acestor piese trebuie să fie cât mai mic.
În figura 2 este reprezentat cablajul imprimat pentru amplificatorul din figura l si dispunerea componentelor. S-a folosit suport monoplacat, componentele SMD fiind lipite direct pe fala "bottom",  iar rezistoarele şi şocurile au fost montate pe cealaltă parte. Suportul dublu placat nu este indicat în această aplicaţie, deoarece capacităţile parazite ce se formează cu componentele montajului afectează nefavorabil performanţele amplificatorului. Dacă se dispune şi de rezistoare SMD, acestea se vor monta de asemenea pe partea metalizată, în care caz găurile respective    nu    mai    sunt    necesare. Condensatoarele semireglabile, folosite în circuitele de emitor, sunt format SMD cu Ø5mm, îngropate în placat, cu terminalele lipite pe partea metalizată şi cu elementul de reglaj pe partea opusă. Deci, pentru montarea acestora trebuie practicate pe placă cele 3 găuri marcate pe desen. Funcţie de condensatoarele disponibile, potenţialii utilizatori vor alege soluţia optimă pentru conectarea acestora. Capacitatea necesară pentru decuplarea rezistoarelor din emitoare este de ordinul a 30-40pF. De obicei, condensatoarele semireglabile miniatură au capacităţi mai mici. De aceea, dacă este necesar, se va monta în paralel cu acesta şi un condensator fix, de cca. 10pF, aşa cum s-a procedat şi în montaj. Şocurile se vor lipi la bara de alimentare, (borna +Ub), care intră în caseta amplificatorului, obligatoriu printr-un condensator de trecere cu capacitatea de minimum 1nF (C15). Acesta nu apare pe desen, nefiind conectat direct la cablaj. Valorile componentelor pasive sunt date mai jos.

Pentru Ub ≤ 9V: R1=4,7kΩ; R2=1,5kΩ;
R3=R6=R10=220Ω;
R4=R8=R12=10Ω; R5=47kΩ;
R7=1kΩ; R9=33kΩ; R11=470Ω;
C2=C3=C7=C11=C14=470pF;
C4=C8=C12=15-25pF;
C5=C9=C13=1 - 10nF;
C6=C10=100pF.

Pentru 12<Ub<24V: Rl=65kΩ;
R2=1,5kΩ; R3=R6=R1Q=270Ω;
R4=R8=R12=15Ω; R5=65kΩ;
R7=1kΩ; R9=39kΩ; R11=470Ω.

Valorile condensatoarelor nu se modifică în funcţie de tensiunea de alimentare. Consumul amplificatorului este de cca. 3mA, pentru Ub=3V, 10mA pentru Ub=6V, ajungând la 15mA pentru Ub=9V. Disipaţia fiecărui rezistor nu depăşeşte 25mW pentru Ub<9V şi 100mW pentru Ub=24V. În figura 3 sunt reprezentate caracteristicile de frecvenţă pentru amplificatorul echipat cu tranzistoare BFS17 şi BFR93, alimentat la 3V si la 9V, cu menţiunea că aceste curbe au fost aproximate pe porţiuni. Curbele reale au unele neuniformităţi de ordinul a ±2dB în banda 100MHz...500MHz. Supracreşterea din banda 50MHz...250MHz a fost în parte provocată prin reglaje, deoarece în aplicaţia vizată era de mai mare interes o bandă în jurul frecvenţei de 144MHz, obţinându-se aici o amplificare apreciabilă. Impedanţele de intrare şi de ieşire ale amplificatorului sunt de aproximativ 70Ω. Din aceste caracteristici de frecvenţă se observă şi efectul frecvenţei de tranziţie. Tranzistorul BFR93 are fT=5GHz, pe când tranzistorul BFS17 are fT=1GHz.




În funcţie de tensiunea de alimentare, caracteristicile de frecvenţă se deplasează în sus sau în jos, alura acestora păstrându-se în linii mari. Deci, pentru alte tensiuni de alimentare cuprinse între 3 şi 9V, vorn putea interpola pe graficul din figura 3 parametrii de interes.
Măsurătorile au fost făcute cu Poliskopul SWOB 3 Rohde & Schwarz.
Amplificatorul mai sus descris funcţionează practic de la 10MHz până la 800MHz. În foarte multe aplicaţii însă, nu interesează întreaga gamă de frecvenţă, în astfel de situaţii este indicată atenuarea, prin filtre, a benzilor de frecvenţe ce nu interesează, deoarece dinamica acestui amplificator fiind destul de mică (datorită faptului că foloseşte tranzistoare de semnal mic alimentate la tensiuni mici), unele semnale nedorite şi puternice, ce ar putea apărea la intrare, de exemplu în cazul unui sistem de recepţie conectat la o antenă, ar putea perturba funcţionarea, prin apariţia fenomenelor de imitare, distorsiuni de intermodulaţie etc. Montajul mai sus prezentat a fost folosit pentru aplicaţii peste 100MHz, în care scop s-a prevăzut la intrare un filtru trece-sus cu frecvenţa de tăiere la cca. 100MHz, pentru a atenua multitudinea de semnale de radiodifuziune, care de regulă au niveluri destul de mari. Cablajul imprimat prezentat în figura 2 conţine şi padurile necesare pentru implementarea unui astfel de filtru, realizat cu 3 celule. Schema acestuia este redată în figura 4, iar caracteristica de frecvenţă în figura 5. Valorile cornponentelor filtrului pentru 2 frecvenţe de tăiere, Zc=70Ω, sunt cele din tabelul 1.
Inductanţa de 56nH se poate obţine, de exemplu, bobinând "pe aer" 7 spire din sârmă CuEm Ø0,5mm, cu un diametru interior al spirelor de cca. 4mm, iar pentru 92nH -10 spire în acelaşi mod. Acordul se va face prin apropierea sau depărtarea spirelor.   Pentru frecvenţe mai joase, sunt de preferat bobine cu miez de reglaj.
Pe cablajul din figura 2, după ieşirea amplificatorului,  există şi padurile de montare a unui detector (echipat cu o diodă BAW56 -  SMD).   Funcţie de aplicaţia  dorită,   aceste  "anexe"   ale amplificatorului   pot   fi    folosite   sau ignorate.  Condensatoarele folosite  la filtru au fost notate C1...C3. Aceleaşi notaţii    le     regăsim    şi    pe    schema amplificatorului, dar pentru alte valori.
Privit global, acest amplificator are o neuniformitate destul de mare, dacă o apreciem în banda 25MHz...900MHz. Are însă calitatea de a oferi o amplificare remarcabilă - peste 40dB - în banda 25MHz...500MHz, ajungând chiar la 50dB în jurul frecvenţei de 150MHz, alimentat la numai 9V, pretabil deci si pentru aplicaţii portabile, şi echipat cu tranzistoare foarte ieftine. Deoarece amplificatorul nu are circuite de reacţie între etaje, funcţie de pretenţii, se poate renunţa la ultimul etaj de amplificare, în care caz amplificarea scade cu cca. 10dB. În acest caz, condensatorul de cuplaj de la ieşire trebuie mărit la cca. 470pF.
Dacă se doreşte un amplificator cu o uniformitate în bandă mult mai bună, se impune folosirea unor elemente suplimentare de corecţie prin reacţie negativă, şi mărirea tensiunii de alimentare. Un astfel de amplificator este prezentat, cu titlu informativ, în figura 6, si după cum se poate observa, asemănarea este foarte mare cu cel din figura 2. Aici apare însă suplimentar, la fiecare etaj, o inductanţă în ramura de reacţie negativă colector - bază, şi o a doua inductanţă, nedecuplată, în circuitul de colector. Aceasta are rolul de a mări, progresiv cu frecvenţa, impedanţa de sarcină din colector, compensând scăderea acesteia datorată capacităţilor parazite. Această bobină însă, mai important decât în cazul şocului din montajul precedent, trebuie să fie corespunzător amortizată, deoarece prezintă pericol mare de instabilitate, amplificatorul putând oscila necontrolat pe anumite frecvenţe. De aceea, această bobină trebuie realizată pe miez magnetic cu pierderi corespunzătoare la frecvenţele superioare ale benzii de trecere. Inductanţa din circuitul de reacţie colector - bază, se realizează foarte simplu, prin bobinarea a 2 - 3 spire cu un diametru de cca. 2,5mm, chiar din terminalele rezistorului înseriat cu condensatorul respectiv. S-a experimentat această schema, preluată din literatura germană, cu mai mulîe tipuri de tranzistoare. Pentru treanzistoare BFR93, alimentate la 12V, s-a obţinut o amplificare de numai 20dB, dar cu o neuniformitate mult mai bună până la 800MHz. Cablajul imprimat din figura 3, cu puţină bunăvoinţă, poate fi adaptat şi pentru amplificatorul cu schema din figura 6. Singurele modificări ce se impun sunt la decuplarea şocurilor din circuitele de colector, care de fapt dispar, şi înlocuirea acestora cu bobinele de corecţie. Padurile pentru cel de al treilea etaj rămân libere sau se taie placa de la C10 spre ieşire. Ca o provocare, deoarece cablajul a fost proiectat pentru 3 etaje de amplificare, se poate experimenta adăugarea unui etaj suplimentar, ca la amplificatorul precedent, dar după schema etajelor de amplificare din figura 6. Trebuie însă micşorate valorile rezistoarelor din colector şi din circuitul de reacţie colector - bază (la acest ultim etaj de amplificare). Se va obţine, cu siguranţă, o amplificare mai mare, dar o bandă ceva mai mică. Rămâne de văzut în ce măsură stabilitatea este satisfăcătoare, în cazul apariţiei unor oscilaţii, se poate micşora valoarea rezistorului din colectorul ultimului etaj, si/sau reducerea tensiunii de alimentare.
Bibliografie:
- Schaltbeispile Siemens
- Cataloage semiconductoare Siemens şi MBLE



Vizualizări: 2105 | Adăugat de: SchemeElectronice | Tag-uri: amplificator, larga, Scheme electronice, uhf, vhf, banda | Rating: 3.5/2
Total comentarii : 0
Doar utilizatorii înregistraţi pot adăuga comentarii
[ Înregistrare | Logare ]