Свежие новости
21.01.2023 Схема бестрансфор- маторного, а соответственно, и широкополосного (0,05...200 МГц) усилителя для резонансной ра- мочной магнитной антенны

Все остальные свежие новости обитают на главной странице.
ссылка на страницу

Усилитель для резонансной рамочной (магнитной) антенны
Схема широкополосного бестрансформаторного дифференциального усилителя для
приёмной антенны с диапазоном частот 50 кГц – 200 МГц

Основными поводами для написания этой статьи послужили два обстоятельства:
1. Эксперименты, проведённые с регенеративной резонансной рамочной антенной, показали её заметное преимущество по сравнению с апериодической (широкополосной) рамкой по части отношения сигнал/шум, а соответственно, и количеству принимаемых станций;
2. Среди сообщений, приходящих мне на почту, периодически стали попадаться письма с вопросами о настройке антенного усилителя, описанного Игорем Гончаренко на странице – "Дифференциальный усилитель для приёмных рамочных и ферритовых антенн".
И хотя я редко отвечаю на вопросы, связанные с чужими устройствами, по поводу вышеупомянутой конструкции всё ж таки отвечу. Попытки изготовить малошумящий антенный усилитель на AD8129, представляющей собой ОУ с 200-мегагерцовой частотной полосой и усилением при разомкнутой цепи ОС 88 дБ – это не самая удачная затея.
Во-первых, установленный Ku = 30 (который для дифференциального входного сигнала будет ещё в два раза выше) – это для резонансной рамки, работающей в городских условиях, величина явно избыточная и создающая предпосылки для появления интермодуляционных искажений при неблагоприятной шумовой обстановке. Попытки существенно уменьшить усиление ОУ приводят к его возбуждению, что, в принципе, для столь высокочастотных микросхем при увеличении глубины ООС является делом привычным. Причём, как я понял, никакого решения на форуме уважаемого автора эта проблема до сих пор не нашла.
Во-вторых, шумовые характеристики антенного усилителя на AD8129 оставляют желать лучшего, и любой стандартный усилитель на дискретных элементах с нормированным коэффициентом шума окажется в этом отношении значительно более предпочтительным.

Однако оставим все перечисленные рассуждения участникам радиофорума, а сами перейдём к сути дела и, собственно говоря, самой статье.

Кто бы там что ни говорил, но резонансное включение магнитной рамочной антенны всегда будет эффективней апериодического (широкополосного). Если не углубляться в детали, то объясняется это довольно просто – существенным увеличением энергии взаимодействия антенны с внешним полем за счёт резонансного накопления энергии принимаемого сигнала.

Известный болгарский специалист в области рамочного антенностроения Шавдар Левков (LZ1AQ) приводит следующие сравнительные тесты резонансной рамочной антенны с апериодической рамкой такого же размера:

Сравнение панорамы двух рамочных антенн

Рис.1 Сравнение двух рамочных антенн. Верхняя панорама – это сигнал от настроенной резонансной низкодобротной (Q=25) рамки. Нижняя – от широкополосной.

Обе петли имеют диаметр 0,86 м и расположены на расстоянии около 5 м друг от друга. Обратите внимание, что отношение сигнал/шум в резонансной рамке на 6–10 дБ выше, чем в широкополосной рамочной антенне. Жёлтые диаграммы – это выходной сигнал усилителя при замене рамок тороидальными катушками с индуктивностями, эквивалентным индуктивностям рамок. Эти диаграммы дают представление о примерном уровне собственного внутреннего шума сравниваемых активных антенн.

Сильно увеличивать добротность приёмных рамок выше приведённого LZ1AQ значения (Q=25) большого смысла не имеет, так как эффективность антенны при этом повышается не настолько существенно, насколько заметно растёт неудобство её эксплуатации, связанное с сужением полосы пропускания и необходимостью постоянной подстройки резонансной частоты.
Поэтому входное дифференциальное сопротивление усилителя, работающего с подобной антенной, следует выбирать исходя из 10...20 кОм. Шунтирование контура рамки именно таким сопротивлением снизит её добротность до относительно комфортных значений.

Что же касается коэффициента усиления, то он не должен быть таким же высоким, как у усилителя для апериодической конструкции, так как ЭДС, наводимая в резонансной антенне довольно высока (по сравнению с широкополосной) и при значительном значении Ku возникает вероятность появления всякого рода нелинейностей.

Поскольку рамочные антенны, имея сопоставимые размеры, могут работать в широчайшем диапазоне частот (от длинных до ультракоротких волн при соответствующем количестве витков), то частотный диапазон антенного усилителя желательно выдержать на таком же высоком уровне. А учитывая то, что трансформатор с таким частотным перекрытием выполнить, мягко говоря, довольно сложно, то схема усилителя должна быть бестрансформаторной.

Итак, тезисы сформулированы, пора переходить к схеме электрической принципиальной.

Схема дифференциального усилителя для приёмной магнитной антенны с полосой частот 50 кГц...200 МГц
Рис.2 Схема дифференциального усилителя для приёмной магнитной антенны с полосой частот 50 кГц...200 МГц

Усилительный каскад на транзисторах Q3, Q4 – это некий аналог дифференциального усилителя, выполненный на комплементарных (разной проводимости) транзисторах. Для использования в составе широкополосной рамочной антенны подобный каскад был изначально предложен в статье, опубликованной в журнале Elektor Electronics – №1/ 2000, после чего перепечатан различными изданиями и успешно опробован многочисленной радиолюбительской братвой.
Однако в чистом виде такой каскад имеет некоторые, но весьма существенные недостатки в виде: некоторой разницы сопротивлений входных импедансов, приводящей к в снижению коэффициента подавления синфазной составляющей, а также самих величин этих импедансов. Для полноценного согласования с апериодической рамочной антенной этот импеданс оказывается слишком высоким, а для согласования с резонансной рамкой – слишком малым.

Эмиттерные повторители на транзисторах Q1, Q2 призваны повысить и нормализовать (привести к определённому уровню) значения дифференциальных входных сопротивлений усилителя.
Для наилучшего результата пару этих транзисторов следует подобрать по коэффициентам передачи тока, которые должны быть по возможности максимально высокими и максимально близкими.
Кстати, Q3 и Q4 также будет полезно подобрать с близкими β.

Элементы R1, R2, D1, R4 образуют цепь смещения эмиттерных повторителей и дифференциального усилителя, задавая их режимы по постоянному току.

Резисторы R3 и R5 определяют дифференциальное входное сопротивление усилителя, которое при приведённых номиналах составляет ~ 20 кОм.

Каскад на транзисторе Q5 – это эмиттерный повторитель, согласующий выход антенного усилителя с 50-омным сопротивлением кабеля. В случае значительного отдаления усилителя от приёмника (длине кабеля свыше 10 метров) в выходном каскаде следует использовать более мощный СВЧ транзистор (например, BFR91), увеличив ток его покоя до 25...35 мА.

При указанных на схеме номиналах элементов коэффициент усиления устройства составил:
около 13 дБ по каждому из входов и около 19 дБ при подаче дифференциального сигнала на оба входа.
Коэффициент подавления синфазной составляющей, равный отношению модулей коэффициентов усиления дифференциального и синфазного сигналов, составляет:
54 дБ для частот 50...500 кГц;
48 дб для частоты 2 МГц;
35 дб для частоты 10 МГц;
28 дб для частоты 30 МГц.
Максимальная выходная амплитуда неискажённого сигнала: ±3 В.

Светодиод D1 – любой с падением прямого напряжения около 3В. Наиболее подходящими являются маломощные приборы белого или синего цвета свечения.

Налаживание усилителя сводится к установке на коллекторе Q4 значения напряжения – 3,9 В.
Производится это посредством подстроечного резистора R2, причём перед началом настройки этот резистор (во избежание превышения тока транзисторов) следует установить в состояние нулевого сопротивления (по схеме – средний вывод вниз).




 

Главная страница | Наши разработки | Полезные схемы | Это нужно знать | Вопросы-ответы | Весёлый перекур
© 2017 Vpayaem.ru   All Rights Reserved