Узкополосный антенный усилитель с перестраиваемой амплитудно-частотной характеристикой

Предлагаемый вниманию читателей антенный усилитель предназначен для улучшения чувствительности телевизионных приемников, принимающих передачи в метровом диапазоне. -

Коэффициент усиления усилителя — 22...24 дБ, полоса пропускания шириной около 8 МГц может легко перестраиваться на один из телевизионных каналов при помощи подстроечного конденсатора.

Построение узкополосного перестраиваемого усилителя в диапазоне частот с 1 по 12 телевизионные каналы связано с большими трудностями из-за того, что между 5 и 6 телевизионными каналами существует разрыв. Поэтому предлагается усилитель, работающий в одном из двух поддиапазонов — с 1 по 5 или с 6 по 12 телевизионные каналы. Использование в усилителе малошумящих транзисторов в сочетании с оптимизацией их режимов по постоянному току позволило обеспечить низкий уровень собственных шумов усилителя при достаточно большом коэффициенте усиления.

Применение предлагаемого антенного усилителя оказывается наиболее эффективным в случаях, когда телевизионный приемник не обладает достаточным запасом коэффициента усиления для устойчивого приема телепередач вне зоны уверенного приема. Целесообразным представляется также использование усилителя для улучшения чувствительности, ограниченной усилением, при приеме передач на телевизоры, потерявшие запас по коэффициенту усиления в результате длительной эксплуатации. Описываемый усилитель можно также применять для приема телепередач в районах, удаленных от телецентров и ретрансляторов, например в сельской местности, где в большинстве случаев нет централизованных приемных антенных систем (коллективных антенн). В таком случае возможно использование усилителя при подключении к одной приемной антенне нескольких телевизионных приемников. Практически реализация всего этого устройства возможна при условии согласования антенных входов телеприемников с выходом усилителя. Усилитель также позволяет при использовании узкополосных и остронаправленных антенн и антенных систем с большим коэффициентом усиления вести уверенный дальний прием телепередач от телецентров, лежащих за пределами зоны уверенного приема. При этом рекомендуется размещение усилителя на мачте, в непосредственной близости от антенны, чтобы добиться компенсации ослабления сигнала в антенном фидере, которое будет тем большим, чем больше длина кабеля снижения. В такой случае применение предлагаемого усилителя позволит улучшить соотношение сигнал/шум на входе телевизионного приемника.

Разработанный двухкаскадный усилитель характеризуется намного более простыми конструкцией и схемной реализацией по сравнению с трехкаскадным усилителем, описанным в [1]. Усилитель из не обеспечивает возможности перестройки амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) на один из телевизионных каналов диапазона и имеет лишь ограниченную подстройку частоты относительно средней частоты, на которую он фиксированно настроен, в пределах ±3 МГц, что позволяет компенсировать лишь температурный дрейф полосы пропускания усилителя. Минусовое относительно корпуса питание указанного усилителя исключает возможность его работы от источника питания лампового телевизора.

Основное преимущество предлагаемого усилителя заключается в возможности плавной перестройки его АЧХ на различные телевизионные каналы в метровом диапазоне, что позволяет получить высокий коэффициент усиления на требуемом канале при сравнительно простых схемотехнических решениях. Амплитудно-частотная характеристика первого каскада усилителя равномерна в широком диапазоне частот, включающем в себя пять — с 1-го по 5-й (48,5... 100 МГц) — или семь — с 6-го по 12-й (174...230 МГц) —телевизионных каналов.

Усилитель имеет два каскада усиления, собранные на транзисторах VT1 и VT2 (рис. 1), включенных по схеме с общим эмиттером и схеме с общей базой соответственно.

Рис. 1. Принципиальная электрическая схема антенного усилителя

Такое каскодное включение транзисторов VT1 и VT2 обусловлено стремлением снизить коэффициент шума усилителя в целом.

Перестройку усилителя по частоте осуществляют посредством плавной регулировки подстроечным конденсатором СЮ во втором каскаде усиления, АЧХ которого имеет форму колоколообразного пика с максимумом усиления в узком диапазоне шириной около 8 МГц.

Входной контур L1C1L2C2 является фильтром верхних частот с частотой среза около 48,5 МГц для первого поддиапазона и около 160 МГц — для второго. Режим работы транзистора VT1 по постоянному току задан резисторами R1 и R2 таким образом, чтобы получить

Рис. 2. Конструкция усилителя

напряжение на его коллекторе равным +5 В при токе коллектора около 5 мА. В таком режиме коэффициент шума транзистора серии КТ371А составляет 3,4...4,7 дБ на частоте 400 МГц [2], а на частотах ниже 400 МГц шум транзистора будет меньше. Емкость конденсатора СЗ вместе с входной емкостью транзистора VT1 ограничивают усиление первого каскада на высшей частоте поддиапазона.

Измеренный коэффициент усиления первого каскада составляет 13...15 дБ в обоих поддиапазонах. Элементы С5, L3, С6 представляют собой входной фильтр верхних частот второго каскада и служат для подавления сигналов нижних частот. Транзистор VT2, в коллекторную цепь которого включен контур L4C10, является резонансным усилителем.. Параметры элементов контура L4C10 определяют узкую АЧХ второго каскада, а их изменение обеспечивает возможность перестройки АЧХ в широком диапазоне частот. Использование в качестве VT2 транзистора серии ГТ346А, включенного по схеме с общей базой, обусловлено тем, что в этой схеме включения транзистор имеет малую проходную емкость. Резисторы R3—R5 обеспечивают следующий режим транзистора VT2 по постоянному току: напряжение коллектора 10 В, ток эмиттера — около 1 мА. При этом коэффициент шума транзистора ГТ346А не превышает 4 дБ [2]. Коэффициент усиления второго каскада равен 12... 14 дБ при полосе пропускания 8 МГц.

Конденсаторы С4, С8 необходимы для сглаживания пульсаций питающего напряжения и предотвращения самовозбуждения усилителя. Рациональный монтаж и оптимизированная конструкция обеспечивают надежную и устойчивую работу усилителя при высоком коэффициенте усиления (рис. 2). Изменение коэффициента усиления по диапазону в пределах каждого из поддиапазонов, вызванное неравномерностью АЧХ, не превышает 3 дБ. Таким образом, при перестройке усилителя на различные каналы в пределах одного поддиапазона значения коэффициента усиления отличаются не более чем на 3 дБ; при этом коэффициент усиления в первом поддиапазоне на 2...3 дБ выше, чем во втором.

Вместо транзистора КТ371А в усилителе могут быть применены транзисторы серий КТ382А, КТ382Б, КТ367А, а вместо транзистора ГТ346А можно использовать ГТ346Б, но в случае использования последнего возрастает уровень собственных шумов усилителя. Вместе с тем уровень собственных шумов можно уменьшить, применив вместо транзистора КТ371А транзисторы КТ372, КТ3101, КТ3115, КТ3132 с любым буквенным индексом. В таком случае сопротивление резистора R1 должно быть уменьшено до 100 кОм, а сопротивление резистора R2 должно быть увеличено до 3,2 кОм для обеспечения напряжения на коллекторе транзистора VT1 равным 5 В при токе коллектора около 3 мА. При замене транзистора должен быть также несколько изменен рисунок печатной платы, чтобы контактные площадки были расположены под соответствующими электродами транзисторов. Во втором каскаде усилителя транзистор ГТ346А можно заменить на КТ3123А; при этом следует уменьшить сопротивление резистора R3 до 750 Ом, чтобы получить напряжение на эмиттере транзистора равным 10 В при токе коллектора около 1 мА.

Катушки индуктивности выполнены из посеребренного провода; намотка катушек бескаркасная. Диаметр провода, шаг намотки и внутренний диаметр катушек для каждого из поддиапазонов приведены в табл. 1.

Таблица 1

Емкости конденсаторов усилителя (в пФ) в зависимости от поддиапазона приведены в табл. 2.

Таблица 2

В усилителе использованы конденсаторы С4, С8 типа КМ-5, остальные КД-1, КД-2. Проходной конденсатор С7—К10-51; подстроечный конденсатор СЮ—КТ4-23. Все резисторы в усилителе — МЛТ-0,125.

Усилитель собран в металлическом прямоугольном корпусе с размерами 70X45x15 мм. Корпус сверху и снизу закрыт легкосъемными крышками, которые после окончательной настройки припаивают к корпусу. Детали конструкции усилителя выполнены из луженой меди толщиной 0,5 мм; может быть использована также листовая латунь или жесть (рис. 3, 4).

Рис. 3. Детали корпуса усилителя (6 шт.)

Рис. 4. Крышки корпуса усилителя (в нижней крышке отверстие не выполнять)

Основой усилителя является печатная плата 1, выполненная из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм, к которой припаяны остальные детали конструкции. В случае использования двустороннего стеклотекстолита фольга с обратной стороны платы удаляется. Фольгу с участков платы, обозначенных на рисунке штриховыми линиями, необходимо перед сборкой удалить. Удаление фольги может быть осуществлено как механическим путем, так и травлением. На рис. 2 показано размещение в корпусе элементов усилителя, которые следует устанавливать на место только после окончательной сборки корпуса. Для обеспечения минимальной паразитной емкости монтажа элементы в корпусе устанавливают, максимально укорачивая длину их выводов; при пайке элементов необходимо использовать теплоотвод. Вход усилителя припаивают к антенному гнезду, которое при помощи двух винтов с гайками крепится к боковой стенке корпуса (деталь 6 на рис. 3). К выходу усилителя припаивают снабженный унифицированным антенным штекером отрезок телевизионного кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом длиной 0,7... 1 м, при помощи которого соединяют выход усилителя с антенным входом телевизионного приемника.

Настройка усилителя при правильном монтаже и использовании заведомо исправных деталей сводится к проверке режимов транзисторов VT1 и VT2 по постоянному току. Отклонение напряжений на выводах транзисторов от указанных на схеме (см. рис. 1) не должно превышать ±5 %. С помощью конденсатора СЮ настраивают усилитель на один из телевизионных каналов метрового диапазона по максимальной контрастности и устойчивости изображения на экране телевизионного приемника. Затем растягиванием и сжатием витков катушек L1, L2 (для фильтра верхних частот первого каскада) и катушек L3, L4 (для фильтра верхних частот второго каскада) добиваются наиболее качественного изображения, подстраивая таким образом частоты среза фильтров верхних частот. При этом компенсируется возможный вследствие разброса параметров элементов и емкостей монтажа уход частоты среза обоих фильтров верхних частот. Окончательную настройку плавной подстройкой конденсатора СЮ желательно проводить в собранном усилителе с припаянными верхней и нижней крышками при помощи контурной отвертки, выполненной из диэлектрического материала.

Усилитель, как правило, располагается в непосредственной близости от телевизионного приемника. В случае, если длина телевизионного кабеля снижения превышает 15...20 м, для улучшения соотношения сигнал/ шум на входе телеприемника усилитель целесообразно расположить вблизи приемной антенны, приняв меры по его влаго- и теплоизоляции. При размещении усилителя на мачте наружной антенны для исключения вредного влияния на него атмосферы крышки корпуса должны быть тщательно припаяны к корпусу по всему периметру, а подстроечное отверстие должно быть запаяно для придания корпусу герметичности. Рекомендуется также для дополнительной защиты усилителя от попадания влаги надеть на него несколько полиэтиленовых пакетов таким образом, чтобы один пакет был надет на другой, а открытая сторона каждого из них была направлена вниз. При этом входной и выходной кабели, подключенные к усилителю, должны быть изогнуты так, чтобы они подходили к усилителю снизу. Это исключит попадание атмосферных осадков внутрь полости пакетов и надежно защитит усилитель от влаги. В случае значительных перепадов температуры воздуха целесообразно поместить усилитель в простейший пассивный термостат, выполненный, например, из подходящей по размерам разъемной пенопластовой коробки.

Усилитель может работать от любого источника питания, обеспечивающего постоянное напряжение +12 В при токе нагрузки 10 мА; при этом уровень пульсаций не должен превышать 10 мВ. Усилитель можно питать напряжением +12 В, которым питается дециметровый селектор каналов (блок СКД) телевизионного приемника.