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无线电电子与电气工程百科全书 天线放大器 SWA。 无线电电子电气工程百科全书
在这里发表的文章中，作者分析了波兰制造的天线放大器的电路，并证实了他在噪声和增益方面有意识地选择天线放大器的方法。 他还提出了修复此类设备（这些设备经常因闪电放电而失效）以及消除自激的建议。 我们希望，这将使许多无线电业余爱好者不仅能够选择必要的放大器，而且能够提高其性能。 波兰ANPREL等公司的有源天线在俄罗斯及独联体国家得到广泛应用。 这种天线具有轻微的固有增益，特别是在中压范围内，其参数很大程度上取决于安装在其上的天线放大器。 正是这种模块有许多缺点：它容易自激，自身噪声水平相当高，很容易被MW范围的强大信号过载，并且经常被雷击放电损坏。 许多此类天线的拥有者都熟悉这些问题。 文献中很少涉及天线放大器 SWA 和类似天线放大器的操作问题。 我们只能注意到出版物 [1]，其中表明放大器因 MW 信号而过载。 天线的所有者必须以一种已知的方式处理其余的缺点：更换放大器，选择最好的一个。 然而，这种方法需要大量的时间和精力，因为放大器通常很难接近 - 它与天线一起位于高桅杆上。 基于对电路的分析、我自己的经验和 ANPREL 的一些材料，我提出了一种更自觉的放大器选择方法，以及一种可以让您修复损坏的单元并在某些情况下改进其参数的修复方法. 市场上充斥着 ANPREL、TELTAD 等公司生产的各种品牌和编号的多种可互换型号的天线放大器。 尽管存在这种多样性，但它们中的大多数都是根据标准方案组装的，并且代表基于根据 OE 方案连接的微波双极晶体管的两级非周期放大器。 为了支持这一点，让我们考虑不同公司的模型：来自 TELTAD 的简单 SWA-36 放大器，其原理图如图 1 所示。 49，以及来自 ANPREL 的广泛使用的放大器 SWA-9（类似于 SWA-2） - 图 XNUMX。 XNUMX.
SWA-36 放大器包含两个基于晶体管 VT1 和 VT2 的宽带放大级。 来自天线的信号通过匹配变压器（图中未显示）和电容器 C1 进入晶体管 VT1 的基极，晶体管 VT1 的基极按照 OE 电路连接。 晶体管的工作点由电阻器 RXNUMX 确定的偏置电压设置。 在这种情况下作用的负电压反馈 (NFB) 使第一级的特性线性化，稳定了工作点的位置，但略微降低了其放大率。 第一阶段没有频率校正。 第二级也是在晶体管上进行的，根据带有OE的方案，通过电阻R2和R3进行电压反馈，但它也通过发射极电路中的电阻R4进行电流反馈，从而刚性稳定了晶体管VT2的模式。 为避免较大的增益损失，电阻器 R4 通过电容器 C3 在交流电中分流，其电容选择相对较小 (10 pF)。 结果，在该范围的较低频率下，电容器 C3 的电容变得很大，由此产生的交流反馈降低了增益，从而校正了放大器的频率响应。 SWA-36 放大器的缺点包括电阻器 R5 上的输出电路中的无源损耗，该电阻器的连接方式使得恒定的电源电压和信号电压都下降。 SWA-49 放大器的结构类似（图 2），它也有两个根据 OE 方案组装的级。 它与 SWA-36 的不同之处在于通过 L1C6、R5C4 L 形滤波器实现了更好的电源隔离，并且由于第二级的 OOS 电路 (R5C3R5) 中存在电容器 C6 和输出端的过渡电容器 C7 而增加了增益。 大多数其他 SWA 放大器都具有类似的电路（例如，参见 [3] 中所示的 SWA-1 放大器电路）。 细微差别最常见于第二级，第二级可以配备不同的频率校正电路，具有不同的反馈深度，并相应地具有不同的增益。 对于某些型号，例如SWA-7，第一级和第二级直接连接——晶体管VT1的集电极直接连接到晶体管VT2的基极端。 这使得可以用直流反馈环路覆盖两个级，从而提高放大器的热稳定性。 在按照OE电路连接的晶体管级联中，内部连接和晶体管结电容的影响最大。 它表现在带宽的限制和放大器自激的趋势上，自激的概率越大，增益越高。 为了评估它，稳定性阈值的概念是已知的 - 增益的极限值，超过该值放大器变成发生器。 许多高增益 SWA 天线放大器在稳定阈值附近运行，这解释了它们频繁的自激。 作为提高放大器稳定性的措施，ANPREL 使用了不同的印刷电路板拓扑结构（影响安装电容）、表面和体线圈、扼流圈等。更激进的方法：用 OE-OB 开启级联电路中的晶体管 -由于某种原因没有使用。 与OE-OE的开关晶体管电路相同，为了解决稳定性问题，公司更倾向于生产可调电源。 通过降低其电压，可以消除放大器的自激，同时保持足够的增益。 根据ANPREL目录，SWA放大器基本模型的主要参数（噪声系数NR和增益KU）如表所示。 1. 表1
(1) 船上装有平衡系统。 (2) 单板的放大器不同。 (3) 带分频滤波器 让我们考虑主要参数与放大器电路的关系以及它们对接收质量的影响。 众所周知，与 OE 级联的高频增益对于所用晶体管的参数至关重要，尤其是截止频率 fGR。 SWA放大器采用npn结构的双极微波晶体管，标记为T-67，较少见的是415，这决定了两级放大器增益可达到的最大增益约为40 dB。 当然，在如此宽的工作频带中，增益不会保持恒定 - 由于该范围的较高频率处的频率响应不均匀以及较低频率处的校正，其变化达到 10 ... 15 dB。 很难确保放大器在 KU 增益最大值时的稳定性，因此，在许多型号中，它被限制为高达 10...30 dB 的值，这在许多情况下已经足够了例（见表1）。 与普遍的看法相反，应该注意的是，增益不能被视为天线放大器的主要参数。 毕竟电视本身有非常大的自身增益余量，即受增益限制而具有很高的灵敏度。 由于同步的限制，它们的灵敏度稍差。 最后，最低灵敏度受到噪声限制 [2]。 因此，决定远距离接收的因素应该是电子路径的固有噪声水平，而不是增益。 换句话说，接收限制主要是由于噪声干扰的影响，而不是由于信号放大不足。 噪声的影响是通过信噪比来评估的，其最小值取等于 20 [2]。 有了这个比率，噪声限制灵敏度就确定了，它等于输入信号电压，是固有噪声电压的 20 倍。 对于第三代至第五代电视，受噪声限制的灵敏度为 50 ... 100 μV。 然而，当信噪比为 20 时，图像质量非常差，并且只能辨别大的细节。 为了获得高质量的图像，应向电视输入施加大约 5 倍的有用信号，即应提供大约 100 的信噪比 [2]。 天线放大器必须提高信噪比，为此需要放大信号，而不是噪声。 但任何电子放大器都不可避免地有其自身的噪声，它会随有用信号一起放大并降低信噪比。 因此，天线放大器最重要的参数应考虑其噪声系数NR。 如果它不够小，那么增加增益是没有用的，因为信号和噪声都被同等地放大，并且它们的比率不会提高。 因此，即使电视机的天线输入端有足够的信号电平，图像也会受到强烈的噪声干扰（即众所周知的“雪花”）的影响。 为了统一评估多级路径的噪声，有一个减少到输入的NR噪声系数的指标，它等于输出处的噪声水平除以总增益，即KSh \u1d KSh.out / KU。 由于输出噪声电平KSh.out在最大程度上取决于由所有后续级放大的第一晶体管的噪声电平，因此可以忽略其余级的噪声。 那么 KSh.out = KSh1KU，其中 KSh1 是第一个晶体管的噪声系数。 因此，我们得到NR = NRXNUMX，即放大路径的降低的噪声系数不取决于级数和总增益，而仅等于第一个晶体管的噪声系数。 这得出了一个重要的实际结论——当放大器的第一个晶体管的噪声系数小于电视第一级的噪声系数时，使用天线放大器可以给出积极的结果。 在第五代电视的通道选择器中，使用了KP327A场效应晶体管，其在4,5 MHz频率下的噪声系数为800 dB [3]。 因此，在天线放大器的第一级中，应使用同频率下NR1 <4,5 dB的晶体管。 而且，与电视的系数NR1相比，该值越小，放大器的使用效率越高，接收质量越高。 噪声系数还取决于放大器输入端的匹配质量和第一个晶体管的工作模式。 对于 SWA 放大器，晶体管 VT1 的类型、其工作模式和匹配质量决定了折减系数 KSh = 1,7 ... 3,1 dB（见表 1）。 由上可知，根据原理——增益越大越好——选择天线放大器是不正确的。 这就是为什么很多车主，换功放，都达不到好的效果。 出现这种矛盾的原因，乍一看，事实是噪声系数通常是未知的（不在公司的贸易信息中），但实际上对于许多具有不同增益的模型来说，它只是略有不同（见表 1） . ). 在相同噪声系数的情况下增加增益不会提高信噪比，因此不会提高接收质量。 只有在偶然遇到低噪声放大器时才能取得罕见的成功。 因此，在选择天线放大器时，您需要主要关注最低噪声水平。 NR <2 dB 的放大器可以被认为是相当好的。 从表。 1、最好的型号可以考虑SWA-7、SWA-9，NR = 1,7 dB。 有关新型放大器噪声系数的信息可以在 ANPREL 目录或互联网上找到。 至于增益，当然也很重要，但不是为了最大程度地放大弱信号，而是首先要补偿连接电缆、匹配分支设备等方面的损耗。由于这些损耗，如果增益不足，电视输入端的信号电平可能会低于阈值、时间受限，甚至增益，导致无法接收。 因此，为了正确选择增益因子，需要了解整个连接路径中的信号衰减情况。 并且它的近似值很容易计算。 广泛使用的电缆品牌 RK-75-4-11 中信号的具体衰减在第一至第五条上为 0,07 dB/m，在第六至第十二条上为 0,13 dB/m，在 0,25-0,37 条上为 21 ... 60 dB/m。第2电视频道[50]． 馈线长度为 21 m 时，通道 60-12,5 上的衰减将为 17,5...XNUMX dB。 如果安装了工业无源分路器，则会在其每个输出处引入额外损耗，其值通常会在外壳上标明。 通过计算电缆中的衰减并加上分离器（如果有）中的衰减，可以获得天线放大器的最小增益。 为其添加 12 ... 14 dB 的余量以放大微弱信号，由于宽带小尺寸接收天线的效率较低，这是必要的。 根据获得的KU值，选择天线放大器。 所获得的增益值不应超出太多，因为这会增加间隔较近的站点的强大信号导致自励和过载的可能性。 天线放大器的维修主要归结为更换被雷电放电损坏的有源元件。 应该注意的是，在某些型号的输入端存在二极管并不能保证完全的防雷保护：在强大的大气放电下，保护二极管和通常两个晶体管都会击穿。 天线放大器 SWA 使用微元件上的自动表面组装技术进行组装，这在维修过程中需要精度。 焊接应使用带有锋利尖端的小型烙铁进行。 在空闲放大器中，小心地，尽量不要损坏薄印刷导体，焊接微晶体管 VT1、VT2 和保护二极管（如果有）。 适合安装在SWA放大器中的国产晶体管的主要参数如表所示。 2 [3]。 由此可见，第一级使用晶体管 KT391A-2、KT3101A-2、KT3115A-2、KT3115B-2、KT3115V-2 不会恶化大多数放大器型号的噪声特性，而使用晶体管 2T3124A- 2、2T3124B-2、2T3124V-2、KT3132A-2将NR降低至1,5dB，改善了放大器的参数。 这种情况使得可以建议将放大器的第一个晶体管替换为最后一个晶体管所指示的晶体管，即使是在可维修但“嘈杂”的放大器中，以提高其工作质量。 需要注意的是，表中。 给出了 2 个限制，典型参数通常更好[3]。 表2
2T3124、KT3132系列低噪声微波晶体管相对昂贵且电流较小，因此最好仅在第一级安装它们，第二级使用更便宜且功能更强的晶体管KT391A-2、KT3101A-2 （见表2）甚至截止频率约为371 GHz的KT372、KT382系列、KT399、KT2等[3]。 然而，在后一种情况下，该范围的较高频率处的增益将略小。 2T3124、KT3132系列低噪声微波晶体管相对昂贵且电流较小，因此最好仅在第一级安装它们，第二级使用更便宜且功能更强的晶体管KT391A-2、KT3101A-2 （见表2）甚至截止频率约为371 GHz的KT372、KT382系列、KT399、KT2等[3]。 然而，在后一种情况下，该范围的较高频率处的增益将略小。 进口微晶体管的管体尺寸为1,2（2,8毫米，引线长度为1 ... 1,5毫米。因此，电路板上晶体管引线印刷焊盘之间的距离很小。安装管体直径为2毫米的国产晶体管从表面安装侧，虽然可能，但很困难：焊接时可能会损坏它们。最好在电路板的另一侧安装新晶体管，事先用直径为 0,5 的钻头为引线钻孔。 .. 0,8 mm。最好不要在印刷导体本身上钻孔，而是使孔接触焊盘的边缘。如果与表面安装相反的一侧有一层箔，则其中的孔应该用直径2…2,5mm的钻头打沉孔（晶体管VT1发射极输出孔除外）。 然后安装新的晶体管，使晶体支架或器件外壳接触电路板。 如果引线在另一侧明显突出，则应在焊接后将其咬掉。 微波晶体管对静电敏感，因此焊接时必须采取适当的安全预防措施。 焊接时间 - 不超过 3 秒 [3]。 保护二极管可以省略。 对大气电的最佳保护是天线的良好接地。 在 SWA 放大器中，两个晶体管均以 10 ... 12 mA 的集电极电流工作。 更换后，第二个晶体管（例如 KT3101A-2）的电流是可以接受的，但如果安装了 KT3115、KT3124 和 KT3132A-2 系列的晶体管，则超过第一个晶体管的永久允许值（参见表 2）。 集电极电流取决于参数 h21E，其中晶体管具有显着的分布。 因此，在安装具体实例后，需要设置晶体管VT1的工作点。 为此，请焊接微电阻器 R1，并临时连接电阻为 3 ... 23 kOhm 的调谐电阻器（SP3-27、SP68-100 等）。 接通电源前，电阻滑块必须处于最大阻值位置，以免损坏晶体管。 放大器由电源提供 12V 电压，并测量电阻器 R2 上的压降（见图 1 和图 2）。 将测得的电压除以电阻器 R2 的阻值，即可得出集电极电流。 通过向下调整调谐电阻器的阻值，可以获得约 5 mA 的集电极电流，这对应于晶体管特性中噪声的最小化[3]。 这样就完成了设置，在将其结论缩短到最小之后，焊接了相同电阻的常数（MLT-0,125或进口），而不是调谐电阻。 之后，印刷电路板和无封装晶体管被覆盖一层无线电工程清漆或化合物。 修复后的SWA-36放大器外观如图3所示。 3. 使用晶体管（图2a）3124T2B-1（VT3101）和KT2A-2（VT1）。 针对放大器的最简单设计，采取了消除自激的措施：在晶体管VT3的集电极输出端放置一个铁氧体微环（用于4USCT和1USCT电视的SK-M通道选择器） ）。 晶体管 VT1 的集电极电流由标称值为 3 kOhm 的电阻器 R51（图 33，b）设置（实际值为 XNUMX kOhm）。
第二阶段测试了KT372、KT399系列晶体管，保持了稳定性和足够的增益。 同时，检查了安装容量为 150 pF 的附加电容器 LED（图 3b）、分流电阻器 R5（见图 1）以增加增益的可能性。 安装电容器时，可以通过降低电源电压来消除放大器的自激。 在基本版本（使用晶体管 2T3124B-2 和 KT3101A-2）中，放大器提供了比维修前更好的接收质量，目测估计与使用新 SWA-9 放大器的接收大致相同。 文学
作者：罗斯托夫州采尔诺格勒的 A.Pakhomov。
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