Интегральные УНЧ

Практические схемы усилителей мощности вч. Высокочастотные усилители на микросхемах. Ф.1 Определение количества витков в трансформаторах

Потребляемый ток - 46 мА. Напряжение в цепи смещения V bjas определяет уровень выходной мощности (коэффициент передачи) усилителя

Рис.33.11. Внутреннее строение и цоколевка микросхем TSH690, TSH691

Микрофоны также требуют специальных предусилителей. Некоторые микрофоны также нуждаются в телеобработке. Источник питания - это источник питания для работы микрофона, который поступает от предусилителя. Микрофонные предусилители включены в кассетные деки и микрофонные микшеры. Во-вторых, некоторые источники имеют высокие или нелинейные выходные импедансы, которые не идеальны для прямой подачи усилителя. Аналогичным образом, некоторые усилители имеют необычно низкий или нелинейный входной импеданс, так что общие источники не могут подавать входные сигналы чисто.

Рис. 33.12. Типовая включения микросхем TSH690, TSH691 в качестве усилителя в полосе частот 300- 7000 МГц

и может регулироваться в пределах 0-5,5 (6,0) В. Коэффициент передачи микросхемы TSH690 (TSH691) при напряжении смещения V bias =2,7 В и сопротивлении нагрузки 50 Ом в полосе частот до 450 МГц составляет 23(43) дБ, до 900(950) МГц - 17(23) дБ.

Практическая включения микросхем TSH690, TSH691 приведена на рис. 33.12. Рекомендуемые номиналы элементов: С1=С5=100- 1000 пФ; С2=С4=1000 пФ; С3=0,01 мкФ; L1 150 нГн; L2 56 нГн для частот не свыше 450 МГц и 10 нГн для частот до 900 МГц. Резистором R1 можно регулировать уровень выходной мощности (можно использовать для системы автоматической регулировки выходной мощности).

Хороший предусилитель позволяет использовать эти устройства, не жертвуя качеством звука. К сожалению, единственный способ убедиться, что предусилитель полезен для ваших источников, а ваш усилитель - попробовать. Почти у всех приемников есть предусилитель поворотного проигрывателя, регулятор громкости и селектор входов. Поэтому, если у вас есть приемник, вам может не понадобиться предусилитель.

Некоторое оборудование потребляет много электроэнергии, поэтому вы будете тратить деньги и энергию, если вы оставите его подключенным все время. Например, обычный усилитель расходует 40 Вт на свободный. Высокопоставленные энтузиасты говорят, что оборудование необходимо нагревать, чтобы функционировать в лучшем виде. Если вы беспокоитесь о том, чтобы получить лучший звук, пусть ваша команда разогревается не менее 20 минут до серьезного прослушивания. Предварительный нагрев позволит стабилизировать внутренние температуры, минимизировать смещения, поляризационные токи увеличивают свои номинальные значения, а коэффициент усиления достигает своего рабочего значения.

Широкополосный INA50311 (рис. 33.13), производимый фирмой Hewlett Packard, предназначен для использования в аппаратуре подвижной связи, а также в бытовой радиоэлектронной аппаратуре, например, в качестве антенного усилителя или усилителя радиочастоты. Рабочий диапазон усилителя 50-2500 МГц. Напряжение питания - 5 В при потребляемом токе до 17 мА. Усредненный коэффициент усиления

Во всяком случае, хорошее оборудование будет длиться долго. Известно, что клапаны имеют конечную длительность, но хорошие конструкции клапанов переносят их очень консервативно, что дает вам жизнь, которая превышает 10 лет непрерывного обслуживания. Некоторые усилители заставляют клапаны работать более интенсивно, чтобы получить больше энергии, и поэтому будет более экономичным отключать их между режимами использования. Фильтры конденсаторов проваливаются после достаточного времени при температуре с приложенным напряжением.

Они будут работать дольше, если вы отключите использование. Однако, как и клапаны, конденсаторы фильтров могут длиться десятки лет непрерывного использования, а также трансформаторы, полупроводники и тому подобное. Конденсаторы фильтра имеют любопытную проблему, которая оправдывает простое лечение или реформу, когда они снова включаются после нескольких лет отдыха. Это связано с медленным подключением текущего напряжения с переменным трансформатором. Полупроводники, кажется, терпят неудачу чаще из-за плохих скачков и злоупотреблений, чем возраста.

Рис. 33.13. внутреннего строения микросхемы ΙΝΑ50311

10 дБ. Максимальная мощность сигнала, подводимого к входу на частоте 900 МГц, не более 10 мВт. Коэффициент шума 3,4 дБ.

Типовая включения микросхемы ΙΝΑ50311 при питании от стабилизатора напряжения 78LO05 приведена на рис. 33.14.

Предохранители, похоже, возрастут с температурой и становятся шумными, но они настолько дешевы, что не должны влиять на ваши решения. Однако некоторые из них трудно изменить и могут потребовать открытия оборудования и даже аннулирования гарантии. Это позволяет говорить о некоторых обычных активных электронных компонентах и их хороших и плохих свойствах.

Клапаны работают путем термоэлектронной эмиссии электронов из нити или катода, контролируемых сеткой и собираемых на пластине. Некоторые клапаны имеют более одной сетки, некоторые из которых имеют два отдельных элемента усилителя в стеклянном конверте. Эти двойные клапаны обычно работают хуже. Характеристики клапанов сильно различаются в зависимости от выбранной модели. В общем, клапаны более крупные, более хрупкие, приятные, они горячие, и им нужно несколько секунд, прежде чем они работают. Клапаны имеют относительно низкий коэффициент усиления, высокий входной импеданс, низкую входную мощность и способность выдерживать кратковременное злоупотребление.

Рис. 33.14. широкополосного усилителя на микросхеме INA50311

Шустов М. А., Схемотехника. 500 устройств на аналоговых микросхемах. - СПб.: Наука и Техника, 2013. -352 с.

Усилители высоких частот (УВЧ) применяются для увеличения чувствительности радиоприемных средств - радиоприемников, телевизоров, радиопередатчиков. Помещенные между приемной антенной и входом радио или телеприемника, подобные схемы УВЧ увеличивают сигнал, поступающий от антенны (антенные усилители).

Клапаны аккуратно насыщаются и быстро и плавно восстанавливаются от доплаты. Схемы, которые не используют клапаны, называются транзисторами, поскольку они не используют устройства, содержащие газ. Характеристики клапанов имеют тенденцию к изменению с использованием. Они более восприимчивы к вибрациям, чем транзисторные устройства. Клапаны даже страдают от шума при использовании с нитями в переменном токе. Клапаны способны работать при более высоких напряжениях, чем любое другое устройство, но сильноточные клапаны редки и дороги.

Это означает, что большинство усилителей усилителей используют выходной трансформатор. Несмотря на то, что они не являются характерными для клапанов, выходные трансформаторы добавляют искажение второй гармоники и представляют собой постепенное падение реакции на высокие частоты, которые трудно дублировать с помощью транзисторных схем.

Использование таких усилителей позволяет увеличить радиус уверенного радиоприема, в случае радиостанций (приемо-передающих устройств -приемопередатчиков) либо увеличить дальность работы, либо при сохранении той же дальности уменьшить мощность излучения радиопередатчика.

На рис.1 приведены примеры схем УВЧ, часто используемых для увеличения чувствительности радиосредств. Значения используемых элементов зависят от конкретных условий: от частот (нижней и верхней) радиодиапазона, от антенны, от параметров последующего каскада, от напряжения питания и т.д.

Транзисторы работают с неосновными носителями, вводимыми из эмиттера в базу, что заставляет их течь через основание в коллектор, контролируя ток основания. Транзисторы также доступны в парных и упакованных парах, парах эмиттера, многотранзисторных массивах и даже в сложных «интегральных схемах», где они объединены с резисторами и конденсаторами для достижения сложных функций схемы. Некоторые из них имеют высокий коэффициент усиления по току, в то время как другие имеют более низкий коэффициент усиления.

Некоторые быстрые, другие медленные. Некоторые обрабатывают высокие токи, а другие имеют низкие входные возможности. У некоторых меньше шума, чем у других. В общем, транзисторы стабильны, последние почти бесконечно, имеют высокий коэффициент усиления, требуют некоторого входного тока, имеют низкое входное сопротивление, имеют более высокую входную мощность, быстро насыщаются и медленно восстанавливаются после перегрузки. Транзисторы имеют большой запас перед насыщением. Транзисторы подвергаются режиму отказа, называемому второй лавиной, что происходит, когда устройство работает при высоком напряжении и высоком токе.

На рис.1 (а) приведена схема широкополосного УВЧ по схеме с общим эмиттером (ОЭ). В зависимости от используемого транзистора данная схема может успешно применяться до частот в сотни мегагерц.

Необходимо напомнить, что в справочных данных на транзисторы приводятся предельные частотные параметры. Известно, что при оценке частотных возможностей транзистора для генератора, достаточно ориентироваться на предельное значение рабочей частоты, которое должно быть, как минимум, в два-три раза ниже предельной частоты, указанной в паспорте. Однако для ВЧ-усилителя, включенного по схеме ОЭ, предельную паспортную частоту уже необходимо уменьшать, как минимум, на порядок и более.

Вторую лавину можно избежать с разумной конструкцией, которая дала первые транзисторные усилители плохую репутацию надежности. Транзисторы также подвержены неконтролируемой температуре при неправильном использовании. Тем не менее, разумные конструкции избегают второй лавины и теплового побега.

Металлооксидные полупроводниковые полевые транзисторы используют изолированный затвор для модуляции потока основного тока несущей из источника в канализацию с электрическим полем, созданным затвором. Однако все имеют низкий входной ток и довольно низкую входную мощность. Они не подвержены термическому убеганию или второй лавине.

Рис.1. Примеры схем простых усилителей высокой частоты (УВЧ) на транзисторах.

Радиоэлементы для схемы на рис.1 (а):

R1=51к(для кремниевых транзисторов), R2=470, R3=100, R4=30-100;
С1=10-20, С2= 10-50, С3= 10-20, С4=500-Зн;

Значения конденсаторов приведены для частот УКВ-диапазона. Конденсаторы типа КЛС, КМ, КД и т.д.

Транзисторные каскады, как известно, включенные по схеме с общим эмиттером (ОЭ), обеспечивают сравнительно высокое усиление, но их частотные свойства относительно невысоки.

Они делают превосходные низкошумные предусилители. Они страдают от насыщения в большей или большей степени, чем биполярные транзисторы, и даже страдают от второй лавины. Они редко используются в высококачественном аудио, но иногда они используются для чрезвычайно мощных усилителей.

Теперь реальный вопрос: вы можете думать, что если эти разные устройства настолько отличаются друг от друга, некоторые из них будут лучшими. На практике у каждого есть свои сильные и слабые стороны. Даже потому, что каждый тип устройства доступен по-разному, большинство типов можно использовать на большинстве сайтов. Клапаны непомерно дороги для усилителей большой мощности. Большинство усилителей клапанов дают менее 50 Вт на канал. Однако биполярные транзисторы имеют еще лучшее совпадение и более высокий коэффициент усиления, поэтому для источников с низким импедансом биполярные устройства еще лучше.

Транзисторные каскады, включенные по схеме с общей базой (ОБ), обладают меньшим усилением, чем транзисторные схемы с ОЭ, но их частотные свойства лучше. Это позволяет использовать те же транзисторы, что и в схемах с ОЭ, но на более высоких частотах.

На рис.1 (б) приведена схема широкополосного усилителя высокой частоты (УВЧ) на одном транзисторе, включенном по схеме с общей базой . В коллекторной цепи (нагрузка) включен LС-контур. В зависимости от используемого транзистора данная схема может успешно применяться до частот в сотни мегагерц.

Биполярные транзисторы имеют самое низкое выходное сопротивление, поэтому они являются хорошими выходными устройствами. Биполярные выходные транзисторы требуют защиты от второй лавины и теплового выхода, и эта защита требует дополнительных схемных и проектных усилий. В некоторых усилителях качество звука повреждается защитой. Как уже говорилось, между отдельными конструкциями, как клапанами, так и транзисторами, существует больше различий между генеральными конструкциями между клапанами и транзисторами.

Вы можете сделать хороший усилитель обоих, и вы можете сделать обветшалый усилитель. Хотя транзисторы и клапаны насыщаются по-разному, насыщение будет редкими или вообще отсутствовать в хорошем усилителе, поэтому эту разницу не следует принимать во внимание. Некоторые люди говорят, что клапаны требуют меньше или вообще не имеют обратной связи, в то время как транзисторам требуется много обратной связи. На практике все усилители требуют некоторой обратной связи, будь то полная, локальная или только «дегенерация».

Радиоэлементы для схемы на рис.1 (б):

R1=1к, R2=10к. R3=15к, R4=51 (для напряжения питания ЗВ-5В). R4=500-3 к (для напряжения питания 6В-15В);
С1=10-20, С2= 10-20, С3=1н, С4=1н-3н;
Т1 - кремниевые или германиевые ВЧ-транзисторы, например. КТ315. КТ3102, КТ368, КТ325, ГТ311 и т.д.

Значения конденсаторов и контура приведены для частот УКВ-диапазона. Конденсаторы типа КЛС, КМ, КД и т.д.

Обратная связь важна в усилителях, поскольку она делает усилитель стабильным с изменениями температуры и может быть изготовлен, несмотря на изменения компонентов. Обратная связь имеет плохую репутацию, потому что плохо спроектированная система обратной связи может пройти или резко колебаться. В некоторых старых конструкциях использовалась чрезмерная обратная связь для компенсации нелинейностей дрянных схем. Усилители с хорошо продуманными обратными связями стабильны и имеют очень малый перерегулирование.

Когда появились первые транзисторные усилители, они были хуже лучших усилителей клапанов тех дней. Дизайнеры совершили много ошибок с новыми технологиями, как они узнали. В настоящее время дизайнеры гораздо более опытные и сложные, чем в те дни. Из-за низких внутренних мощностей усилители клапанов имеют очень линейные входные характеристики. Это упрощает подачу и толерантность усилителей к источникам высоких выходных сопротивлений, таких как другие схемы клапанов и регуляторы громкости с высоким импедансом.

Катушка L1 содержит 6-8 витков провода ПЭВ 0.51, латунные сердечники длиной 8 мм с резьбой М3, отвод от 1/3 части витков.

На рис.1 (в) приведена еще одна схема широкополосного УВЧ на одном транзисторе , включенном по схеме с общей базой . В коллекторной цепи включен ВЧ-дроссель. В зависимости от используемого транзистора данная схема может успешно применяться до частот в сотни мегагерц.

Транзисторные усилители могут иметь высокую связь между входом и выходом и могут иметь более низкий входной импеданс. Однако некоторые методы схемы уменьшают эти эффекты. Есть много преувеличений, ошибок, а также многих легенд по этому вопросу. Хороший конструктор клапанов может сделать хороший усилитель для клапанов, а хороший конструктор транзисторов может сделать очень хороший транзисторный усилитель. Многие дизайнеры смешивают компоненты, чтобы использовать их в том, на что они лучше всего подходят.

Как и во всех инженерных дисциплинах, хорошие конструкции усилителей требуют обширного знания характеристик компонентов, ошибок конструкции усилителей, характеристик источника сигнала, характеристик нагрузки и характеристик. самого сигнала. Еще одна проблема заключается в том, что у нас отсутствует хороший набор мер для определения качества усилителя. Ответ на частоту, искажение и отношение сигнал / шум дают подсказки, но сами по себе они недостаточны для квалификации звука.

Радиоэлементы:

R1=1к, R2=33к, R3=20к, R4=2к (для напряжения питания 6В);
С1=1н, С2=1н, С3=10н, С4=10н-33н;
Т1 - кремниевые или германиевые ВЧ-транзисторы, например, КТ315, КТ3102, КТ368, КТ325, ГТ311 и т.д.

Значения конденсаторов и контура приведены для частот СВ-, КВ-диапазона. Для более высоких частот, например, для УКВ-диапазона, значения емкостей должны быть уменьшены. В этом случае могут быть использованы дроссели Д01.

Конденсаторы типа КЛС, КМ, КД и т.д.

Катушки L1 - дроссели, для СВ-диапазона это могут быть катушки на кольцах 600НН-8-К7х4х2, 300 витков провода ПЭЛ 0,1.

Большее значение коэффициента усиления может быть получено за счет применения многотранзисторных схем . Это могут быть различные схемы, например, выполненные на основе каскодного усилителя ОК-ОБ на транзисторах разной структуры с последовательным питанием. Один из вариантов такой схемы УВЧ приведен на рис.1 (г).

Данная схема УВЧ обладает значительным усилением (десятки и даже сотни раз), однако каскодные усилители не могут обеспечить значительное усиление на высоких частотах. Такие схемы, как правило, применяются на частотах ДВ- и СВ-диапазона. Однако при использовании транзисторов сверхвысокой частоты и тщательном исполнении такие схемы могут успешно применяться до частот в десятки мегагерц.

Радиоэлементы:

R1=33к, R2=33к, R3=39к, R4=1к, R5=91, R6=2,2к;
С1=10н, С2=100, С3=10н, С4=10н-33н. С5=10н;
Т1 -ГТ311, КТ315, КТ3102, КТ368, КТ325 и т.д.
Т2 -ГТ313, КТ361, КТ3107 и т.д.

Значения конденсаторов и контура приведены для частот СВ-диапазона. Для более высоких частот, например, для КВ-диапазона, значения емкостей и инду ктивность контура (число витков) должны быть соответствующим образом уменьшены.

Конденсаторы типа КЛС, КМ, КД и т.д. Катушка L1 - для СВ-диапазона содержит 150 витков провода ПЭЛШО 0.1 на каркасах 7 мм, подстроечники М600НН-3-СС2,8х12.

При настройке схемы на рис.1 (г) необходимо подобрать резисторы R1, R3 так, чтобы напряжения между эмиттерами и коллекторами транзисторов стали одинаковыми и составили 3В при напряжении питания схемы 9 В.

Использование транзисторных УВЧ позволяет усиливать радиосигналы. поступающие от антенн, в теледиапазонах - метровые и дециметровые волны . При этом наиболее часто применяются схемы антенных усилителей, построенные на основе схемы 1(а).

Пример схемы антенного усилителя для диапазона частот 150-210 МГц приведена на рис.2 (а).

Рис.2.2. Схема антенного усилителя МВ-диапазона.

Радиоэлементы:

R1=47к, R2=470, R3= 110, R4=47к, R5=470, R6= 110. R7=47к, R8=470, R9=110, R10=75;
С1=15, С2= 1н, С3=15, С4=22, С5=15, С6=22, С7=15, С8=22;
Т1,Т2,ТЗ - 1Т311(Д,Л), ГТ311Д, ГТ341 или аналогичные.

Конденсаторы типа КМ, КД и т.д. Полосу частот данного антенного усилителя можно расширить в области низких частот соответствующим увеличением емкостей, входящих в состав схемы.

Радиоэлементы для варианта антенного усилителя для диапазона 50-210 МГц :

R1=47к, R2=470, R3= 110, R4=47к, R5=470, R6= 110. R7=47к, R8=470. R9=110, R10=75;
С 1=47, С2= 1н, С3=47, С4=68, С5=47, С6=68, С7=47, С8=68;
Т1,Т2,ТЗ - ГТ311А, ГТ341 или аналогичные.

Конденсаторы типа КМ, КД и т.д. При повторении данного устройства необходимо соблюдать все требования. предъявляемые к монтажу ВЧ-конструкций: минимальные длины соединяющих проводников, экранирование и т.д.

Антенный усилитель, предназначенный для использования в диапазонах телевизионных сигналов (и более высоких частот) может перегружаться сигналами мощных СВ-, КВ-, УКВ-радиостанций. Поэтому широкая полоса частот может быть неоптимальной, т.к. это может мешать нормальной работе усилителя. Особенно это сказывается в нижней области рабочего диапазона усилителя.

Для схемы приведенного антенного усилителя это может быть существенно, т.к. крутизна спада усиления в нижней части диапазона сравнительно низка.

Повысить крутизну амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) данного антенного усилителя можно применением фильтра верхних частот 3-го порядка . Для этого на входе указанного усилителя можно применить дополнительную LС-цепь.

Схема подключения дополнительного LС-фильтра верхних частот к антенному усилителю приведена на рис. 2 (б).

Параметры дополнительного фильтра (ориентировочные):

С=5-10;
L - 3-5 витков ПЭВ-2 0,6. диаметр намотки 4 мм.

Настройку полосы частот и формы АЧХ целесообразно проводить с помощью соответствующих измерительных приборов (генератор качающейся частоты и т.д). Форму АЧХ можно регулировать изменением величин емкостей С, С1, изменением шага между витками L1 и числа витков.

Используя описанные схемотехнические решения и современные высокочастотные транзисторы (сверхвысокочастотные транзисторы - СВЧ-транзисторы) можно построить антенный усилитель ДМВ-диапазона Этот усилитель можно использовать как с У КВ-радиоприемником, например, входящим в состав УКВ-радиостанции, или совместно с телевизором.

На рис.3 приведена схема антенного усилителя ДМВ-диапазона .

Рис.3. Схема антенного усилителя ДМВ-диапазона и схема подключения.

Основные параметры усилителя ДМВ диапазона:

Полоса частот 470-790 МГц,
Усиление - 30 дБ,
Коэффициент шума -3 дБ,
Входное и выходное сопротивления - 75 Ом,
Ток потребления - 12 мА.

Одной из особенностей данной схемы является подача напряжения питания на схему антенного усилителя по выходному кабелю, по которому осуществляется подача выходного сигнала от антенного усилителя к приемнику радиосигнала - УКВ-радиоприемника, например, приемника УКВ-радиостанции или телевизора.

Антенный усилитель представляет собой два транзисторных каскада, включенных по схеме с общим эмиттером. На входе антенного усилителя предусмотрен фильтр верхних частот 3-го порядка, ограничивающий диапазон рабочих частот снизу. Это увеличивает помехозащищенность антенного усилителя.

Радиоэлементы:

R1 = 150к, R2=1 к, R3=75к, R4=680;
С1=3.3, С10=10, С3=100, С4=6800, С5=100;
Т1,Т2 - КТ3101А-2, КТ3115А-2, КТ3132А-2.
Конденсаторы С1,С2 типа КД-1, остальные - КМ-5 или К10-17в.
L1 - ПЭВ-2 0,8 мм, 2,5 витка, диаметр намотки 4 мм.
L2 - ВЧ-дроссель, 25 мкГн.

На рис.3 (б) приведена схема подключения антенного усилителя к антенному гнезду ТВ-приемника (к селектору ДМВ-диапазона) и к дистанционному источнику питания 12 В. При этом, как видно из схемы, питание на схему подается через коаксиальный кабель, используемый и для передачи усиленного ДМВ-радиосигнала от антенного усилителя к приемнику - УКВ-радиоприемнику или к телевизору.

Радиоэлементы подключения, рис.3 (б):

С5=100;
L3 - ВЧ-дроссель, 100 мкГн.

Монтаж выполнен на двустороннем стеклотекстолите СФ-2 навесным способом, длина проводников и площадь контактных площадок - минимальные, необходимо предусмотреть тщательное экранирование устройства.

Налаживание усилителя сводится к установке токов коллекторов транзисторов и регулируются при помощи R1 и RЗ, Т1 - 3.5 мА, Т2 - 8 мА; форму АЧХ можно регулировать подбором С2 в пределах 3-10 пФ и изменением шага между витками L1.

Литература: Рудомедов Е.А., Рудометов В.Е - Электроника и шпионские страсти-3.