6.3. Антенный усилитель метровых волн
Данный антенный усилитель предназначен для высококачественного приема УКВ передающих телевизионных станций метрового диапазона. Усилитель может быть использован также для приема сигналов радиовещательных станций. Усилитель создан для работы в области частот первых 12 каналов от 45,0 до 320 МГц, при этом он значительно перекрывает всю занимаемую этими каналами полосу частот.
Антенный усилитель, предлагаемый для повторения, обладает хорошими эксплуатационными возможностями, достаточно прост в изготовлении и налаживании. Усилитель применяется в условиях низкого уровня ТВ-сигналои метровых волн на расстоянии до 100 км от передающего ТЦ или активного ретранслятора на садово-огородных участках, расположенных на равнинной местности. Усилитель обеспечивает достаточно устойчивый и надежный прием телепрограмм при низком уровне напряженности электромагнитного поля, который может быть не менее 10 мкВ/м.
Антенный усилитель рекомендуется изготавливать в исполнении УХЛ для эксплуатации в условиях воздействия температуры и влажности, не выходящих за пределы нормальных значений, которые определены ГОСТами.
Применение антенного усилителя оказывается наиболее целесообразным, когда телевизионный приемник не имеет запаса по коэффициенту усиления и чувствительности вследствие его длительной эксплуатации и в тех случаях, когда в месте приема телепередач нет ТЦ и ретрансляторов. Область применения усилителя может быть расширена за счет его подключения к ТА коллективного пользования, при подключении к одной приемной антенне нескольких телевизионных приемников. Усилитель одинаково хорошо работает как с антеннами типа «волновой канал», так и с узкополосными и остронаправленными антеннами и антенными системами, имеющими большой коэффициент усиления. При этом данный усилитель должен быть размещен на штанге или стреле антенны.
Размещение антенного усилителя на стреле ТА рядом с активным вибратором и соединение этих элементов антенны наиболее коротким коаксиальным кабелем позволяет улучшить соотношение сигнал/шум на входе телевизионного приемника.
Как следует из принципиальной электрической схемы
(рис. 6.4), усилитель не обеспечивает возможности перестройки АЧХ на один из телеканалов указанного выше диапазона частот и имеет лишь ограниченную подстройку частоты относительно средней частоты, на которую этот усилитель настроен в пределах + 2 ... -.2 МГц, что в значительной мере компенсирует температурный дрейф полосы пропускания усилителя. Основное преимущество рассматриваемого усилителя заключается в возможности использования любых телевизионных приемников, позволяющих производить перестройку АЧХ на различные каналы в метровом диапазоне, что позволяет получить высокий коэффициент усиления на требуемом канале при сравнительно несложном схемно-техническом решении.
Электропитание усилителя осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В частотой 50 Гц или от автономного источника питания, например от аккумуляторной батареи или другого ХИТ с выходным напряжением + 12 В. Анализируя принципиальную схему усилителя, можно выделить следующие функциональные узлы, которые оформляются в виде самостоятельных сборочных единиц: СИП и собственно усилитель. В свою очередь, СИП включает в свой состав входные и выходные цепи, индикатор, сетевой понижающий трансформатор питания, выпрямительное устройство и стабилизатор напряжения.
СИП включается в сеть переменного тока с помощью унифицированного электрического соединителя XI, а в работу — с помощью двухполюсного переключателя SBI. На выходе СИП устанавливаются плавкие предохранители FU1 и FU2, которые предназначены для защиты СИП от коротких замыканий и перегрузок, часто возникающих из-за ошибок при монтаже и использования непроверенных комплектующих ЭРЭ и ЭРИ. Плавкие предохранители FU1 и FU2 рассчитаны на максимальный ток срабатывания 0,5 А. Сигнальная неоновая лампа HLI загорается сразу же после подачи напряжения на СИП. На входе СИП установлены бумажные конденсаторы С1 и С2, обеспечивающие защиту усилителя В от электромагнитных помех, которые проникают в электрическую сеть переменного тока.
В блоке питания применен самодельный сетевой понижающий трансформатор питания Т1, который обеспечивает гальваническую развязку вторичных цепей СИП и нагрузки от высокого напряжения сети переменного
тока, необходимую электрическую безопасность работы с низким напряжением, действующим на вторичной обмотке сетевого трансформатора, а также расчетный уровень напряжения переменного тока, которое поступает на выпрямительное устройство и затем на стабилизатор напряжения.
Выпрямительное устройство с емкостным фильтром собрано на четырех выпрямительных диодах VD1-VD4 по однофазной двухполупериодной мостовой схеме, которая имеет значительные преимущества перед другими схемами выпрямления. В частности, мостовая схема обеспечивает на выходе повышенную частоту пульсации выпрямленного напряжения, хорошие технико-экономические показатели, пониженный уровень обратного напряжения на комплекте выпрямительных диодов, отличается простотой сборки и повышенной надежностью эксплуатации. Выпрямительные диоды VD1—VD4 устанавливаются на металлическую монтажную плату с применением диэлектрических прокладок.
Работает двухполупериодный выпрямитель на емкостный фильтр, собранный на электрическом конденсаторе СЗ.
Выпрямленное напряжение постоянного тока поступает на стабилизатор напряжения, выполненный на четырех транзисторах. Стабилизатор непрерывного действия собран по схеме с регулируемым выходным напряжением и последовательным включением нагрузки. Стабилизатор относится к числу компенсационных стабилизаторов, регулирующим элементом которого является составной транзистор VT1 и VT2, а управляющим — транзистор VT3. Отличительной особенностью ПП-стабилизатора является его работоспособность при пониженном входном напряжении и очень малое потребление энергии в режиме холостого хода. Этим объясняется возможность применения данного стабилизатора в схеме питания усилителя метровых волн, который может работать с автономным источником напряжения. Выходное напряжение СИП можно регулировать переменным резистором R5 в пределах от + 5 до + 12 В. Выбранная схема и примененные полевые транзисторы позволяют получить высокие технические характеристики: коэффициент стабилизации напряжения более 250, выходное сопротивление порядка 1 Ом при максимальном токе нагрузки до 100 мА, амплитуду пульсации, не превышающую 0,6 мВ. На полевом транзисторе с изолированным затвором обеденного типа с N-каналом
VT4 собран стабилизатор тока, играющий роль экономичного источника образцового напряжения.
Оптимальный ток нагрузки, ток, потребляемый усилителем, не превышает 30 мА при напряжении + 12 В. Минимально допустимое падение напряжения на регулирующем транзисторе VT2 равно 1,5 В. Максимальный рабочий нагрузочный ток при выбранной схеме не превышает 80 мА. но его можно увеличить, если заменить транзистор VT2 на более мощный, с радиатором большой теплоотдачи.
Усилитель метровых волн выполнен на ВЧ-траизисторах VT5—-VT8, собранных по схеме с общим эмиттером. Важной особенностью схемы усилителя является использование в качестве коллекторных нагрузок транзисторов VT6—VT8 катушек индуктивности L1—L3, что уменьшает завал АЧХ усилителя на высших частотах.
Важно отметить, что усилитель одинаково устойчиво работает как при номинальном напряжении электропитания + 12 В, так и при пониженном напряжении + 6 В. При этом коэффициент усиления во всем частотном диапазоне метровых волн не имеет заметного уменьшения. Однако если мастер-радиолюбитель выбрал для питания пониженное напряжение + 5 В постоянно, то необходимо в схеме установить стабилитрон КС147А вместо стабилитрона Д814А, применяющегося при питании напряжением + 12 В.
Максимальный ток, потребляемый в рабочем режиме, не превышает 30 мА, а при пониженном напряжении питания ток потребления снижается.
Основные параметры, технические характеристики и условия эксплуатации антенного усилителя метровых волн и СИП:
номинальное напряжение питающей сети переменного тока....................... 220 В
номинальная частота питающей сети переменного тока....................... 50 Гц
номинальное напряжение питания антенного усилителя ............................. + 12 В
пределы изменения напряжения питающей сети переменного тока .................. 187...242 В
пределы изменения частоты питающей сети переменного тока....................... 49...51 Гц
коэффициент нелинейных искажении питаю-шей сети переменного тока, не более ...... 123 %
пределы регулирования выходного стабилизированного напряжения постоянного тока. . . . 5...12 В
коэффициент стабилизации, не менее ....... 250
выходное сопротивление стабилизатора
напряжения ........................... 0,3...1,5 Ом
максимальный ток нагрузки. .............. 30 мА
максимальное падение напряжения на регулирующем транзисторе VT1. .......... 1,5 В
номинальное напряжение на клеммах аккумуляторной батареи ................. 12В
максимальная мощность СИП при максимальной нагрузке. ................. 15 Вт
мощность, потребляемая устройством от сети переменного тика в режиме холостого хода, не более ......................... 10 мВт
амплитуда пульсации выходного стабилизированного напряжения, не более. ......... 6 мВ
переменная составляющая напряжения на выходе стабилизатора напряжения, не более 0,1 Вэфф изменение напряжения на выходе стабилизатора при изменении напряжения сети переменного тока от 187 до 242 В, не более 0,5 В полоса усиливаемых частот ............... 48,5—350 МГц
принимаемые каналы .................... 1—12-й
коэффициент усиления по напряжению при входном сигнале 5 мкВ на частоте:
48,5 МГц ............................ 35 дБ
230 МГц ............................ 40 дБ
уровень собственных шумов на выходе усилительного устройства, не более. ....... 3.5 дБ
входное сопротивление усилителя. .......... 75 Ом
номинальное сопротивление нагрузки ....... 75 Ом
неравномерность АЧХ.................... 5 дБ
кпд СИП, не менее ..................... 0,9 %
максимальная длина кабеля снижения. ..... 30 м
Условия эксплуатации:
при работе усилительного устройства на открытом воздухе:
температура окружающей среды:
повышенная ......................... 45 °С
пониженная ......................... — 40 °С
относительная влажность воздуха при температуре 20 °С, не более ........... 92 %
при работе усилительного устройства в отапливаемом помещении:
температура окружающей среды:
повышенная......................... 30 °С
пониженная ......................... 5 °С
относительная влажность воздуха при температуре 20 °С, не более ........... 85 %
атмосферное давление:
повышенное ......................... 120 (900) кПа
(мм рт. ст.) пониженное ......................... 26,7 (200) кПа
(мм рт. ст.) ветровые нагрузки при скорости ветра до 25 м/с, не более .................. 5 кг/см^2
синусоидальные вибрационные нагрузки с ускорением, не более. ............... 98.1 (10) м/с^2 (д)
Конструкция и размеры. Антенный усилитель состоит из двух самостоятельных сборочных единиц, которые могут быть изготовлены с достаточной степенью точности по эскизной документации, разрабатываемой в соответствии с требованиями государственных стандартов ЕСКД. Соединяются обе сборочные единицы между собой и антенной с помощью отрезков коаксиального кабеля марки РК-75 и двухпроводной линии питания, если усилитель устанавливается на штанге антенны.
Источник питания изготавливается в виде БП с входными и выходными цепями. Электрорадиоэлементы СИП собираются на монтажной плате, которую располагают рядом с сетевым понижающим трансформатором питания. Габаритные размеры СИП зависят от типоразмера сетевого трансформатора питания и от общей компоновки ЭРЭ. Монтажную плату рекомендуется выполнить из двухстороннего стеклотекстолита толщиной 2 мм, которая закрепляется в корпусе СИП с помощью крепежных деталей. Корпус источника питания рекомендуется сделать прямоугольной формы, с учетом места его установки в жилом помещении и вблизи от телевизора.
При изготовлении СИП использованы следующие комплектующие ЭРЭ: самодельный сетевой понижающий трансформатор питания Т1 типа Ш или ШЛ; транзисторы VT1 типа КТ608Б, VT2 — КП303Г, VT3 — КТ312В, VT4 — КП305Г; выпрямительные диоды VD1—VD4 типа КД105Б; конденсатор С1 типа МБМ-11-750В-0.05 мкф, С2 — МБМ-11-750В-0.05 мкФ, СЗ — К50-6-25В-500 мкФ: резисторы RI типа МЛТ-2-820 кОм, R2 — МЛТ-0,125-100 кОм, R3 — МЛТ-0,125-6,2 кОм, R4 — МЛТ-0,125-6,2 кОм, R5 — СПЗ-4Ма-0,25Вт-А-6,8 кОм; электрические соединители X1 типа «вилка» с кабелем в двойной изоляции, ХЗ и Х4 — «вилка» соединителя КМЗ-1; предохранители FU1 и FU2 типа ПМ0,5; индикаторная лампа HLI типа ТН-0,2-1;
переключатель SBI типа П2Т-1-1.
При изготовлении СИП можно произвести замену некоторых ЭРЭ с целью увеличения его выходной мощности, при этом он незначительно проигрывает в экономических показателях. Так, вместо транзистора VT1 типа КТ608Б можно использовать другой, более мощный транзистор. Полевой транзистор VT4 типа КП305Г можно заменить на постоянный резистор типа МЛТ сопротивлением 5 кОм, а переменный резистор R5 — на стабилитрон типа КС133А, резистор R3 сопротивлением 6,2 кОм — на резистор сопротивлением 1 кОм, резистор R4 — на переменный резистор сопротивлением 12 кОм.
Такая замена комплектующих ЭРЭ ведет по существу к изменению схемы стабилизатора тока в сторону классического параметрического стабилизатора напряжения. Если в рассматриваемой схеме использовать постоянные резисторы R3, R4 и R5 с более высокими значениями сопротивлений, то выходное стабилизированное напряжение питания будет увеличиваться.
Конструкция усилителя метровых волн состоит из прямоугольного корпуса, имеющего верхнюю и нижнюю крышки, устанавливаемые после окончательной регулировки и настройки. Комплектующие ЭРЭ усилителя устанавливаются на печатной или монтажной плате, которую рекомендуется выполнить из двухстороннего стеклотекстолита толщиной 2 мм. При этом наружный фольгированный слой печатной платы используется как экран. Можно все ЭРЭ усилителя смонтировать на четырех отдельных платах небольших размеров, обозначенных на схеме 2—1. 2—2, 2—3 и 2-4.
Корпус усилителя можно изготовить из заранее подготовленных заготовок, выполненных из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 2 мм. Внутренний фольгированный слой стеклотекстолита полностью используется для соединения заготовок между собой при изготовлении корпуса усилителя. Наружный фольгированный слой является дополнительным экраном, обеспечивающим защиту усилительных каскадов от влияния внешних электромагнитных полей и наводок. Соединения заготовок между собой рекомендуется производить пайкой сплошными швами по периметрам припоем марки ПОС-61. Пайка должна производиться низковольтным паяльником мощностью до 100 Вт. Применение кислотных флюсов не рекомендуется.
В усилителе метровых волн применяются самодельные катушки индуктивности L1—L4. которые являются важнейшими элементами схемы, определяющими качество изображения и звука на экране телевизионного приемника.
Катушка индуктивности L1 изготавливается из медного посеребренного провода диаметром 1 мм на деревянном шаблоне. Наружный диаметр намотки катушки L1 равен 20 мм. Катушка содержит 2,5 витка с шагом 8 мм. Отвод от витков катушки индуктивности производится при настройке усилителя по данным измерительных приборов
Х1-19А, X1-1, TR-0813 или любого другого типа получения требуемой полосы пропускания.
Катушка индуктивности L2 изготавливается также из медного посеребренного провода диаметром 1 мм или из обмоточного провода марки ПЭЛ с диаметром по меди 1 мм. Наматывается катушка индуктивности на круглом деревянном шаблоне с наружным диаметром 12 мм и шагом 8 мм. Шаг намотки должен быть равным 8 мм. Отвод от катушки индуктивности L2 производится при настройке усилителя по показаниям измерительных приборов и после установки номинальных режимов работы транзисторов. Если катушка индуктивности изготавливается из обмоточного провода марки ПЭЛ или ПЭВ-2, то необходимо произвести его зачистку тонкой шлифовальной шкуркой с последующей полировкой.
Катушка индуктивности L3 изготавливается из медного посеребренного провода диаметром 1 мм, содержит 2,5 витка с отводом от середины. Шаг намотки 8 мм. Внутренний диаметр катушки равен 12 мм. Так же как и в предыдущем случае, место отвода от катушки определяется при настройке усилителя до получения требуемой полосы пропускания.
На принципиальной электрической схеме условно показаны границы устанавливаемых экранов и перегородок в корпусе усилителя, которые определяют кроме габаритных размеров расположение основных комплектующих элементов в каскадах усилителя.
При монтаже, регулировке и настройке усилителя использованы следующие комплектующие ЭРЭ и ЭРИ: транзисторы VT! типа ГТ329Б, VT2 — ГТ329Б, VT3 — ГТ329Б, VT4 — ГТ329А; самодельные катушки индуктивности L1—L4: конденсаторы С4типа К10П-4-Н70-2200пФ, С5 — КД-1-100В-М1500-82 пФ, С6 — КД-1-160В-Н70-2200 пФ, С7 — КД-1-160В-Н70-2200 пФ, С8 — К10П-4-Н70-2200 пФ, С9 — КД-1-100В-М1500-82 пФ, С10 — КД-1-160В-Н70-2200 пФ, С11 — КД-1-160В-Н70-2200 пФ, С12 — К10П-4-Н70-2200 пФ, С13 — К Д-1-100В-М 1500-82 пФ, С14 — КД-1-160В-Н70-2200 пФ, С15 — КД-1-160В-Н70-2200 пФ, С16 — КД-1-100В-М1500-82 пФ. С17 — К10П-4-Н70-2200 пФ, С18 — КД-1-100В-М1500-82 пФ: резисторы R6 типа МЛТ-0,25-110 Ом, R7 — МЛТ-0,25-10 кОм, R8 - МЛТ-0,25-2,7 кОм, R9 — МЛТ-0,25-240 Ом, R10 — МЛТ-0,25-110 Ом, R.11 — МЛТ-0,25-200 Ом, R 12 — МЛТ-0,25-10 кОм, R13 — МЛТ-0,25-2,7 кОм, R14 — МЛТ-0,25-240 Ом, R15 — МЛТ-0,25-110 Ом, R16 — МЛТ-0,25-10 кОм, R17 — МЛТ-0,25-2,7 кОм, R18 — МЛТ-0,25-240 Ом, R 19 — МЛТ-0,25-560 Ом, R20 — МЛТ — 0,25-11 кОм, R21 — МЛТ-0,25-5,6 кОм, R22 — МЛТ-0,25-820 Ом; аккумуляторная батарея GB1 типа 10НКГ-10Д; электрические соединители ХЗ типа «розетка» КМЗ-1, Х4 — «розетка» КМЗ-1, Х2 — САТ-Г, Х5 — САТ-Г; коаксиальный кабель снижения марки
РК 75.
Настройка и регулировка. Следует еще раз напомнить о необходимости проведения входного контроля всех покупных комплектующих ЭРЭ на соответствие требованиям ТУ и нормам, определяемым государственными стандартами. Такая проверка позволит избежать досадных ошибок при изготовлении антенного усилителя и гарантирует его работоспособность.
Проверку работы усилителя метровых волн начинают с измерения выходного напряжения на вторичных обмотках сетевого понижающего трансформатора питания Т1, изготовленного в домашней мастерской или приобретенного в радиомагазине. В соответствии с моточными данными сетевого трансформатора, приведенными в табл. 6.2, на вторичной обмотке трансформатора в режиме холостого хода должно действовать переменное напряжение в пределах от 12 до 14 В. Затем проверяется выходное напряжение выпрямительного устройства при отключенной нагрузке. Это напряжение постоянного тока должно быть не более 14 В. Далее подключают измерительный прибор к выходу стабилизатора напряжения (к соединителям ХЗ и Х4) и измеряют напряжение при верхнем (по схеме) и нижнем положении ротора переменного резистора R5. Стабилизированное напряжение должно изменяться в пределах от 5 до 12 В с высокой степенью стабилизации постоянного тока. Правильно собранный источник питания начинает работать сразу же после сборки и дополнительной регулировки не требует.
Для проверки работы усилителя метровых волн желательно иметь в радиолюбительской лаборатории такие приборы, как ВК2-20, В3-42, радиолюбительские конструкции приборов для измерения сопротивлений или М127, Е6-5 для измерения емкостей и индуктивности, или ЕЗ-3, Е8-5, измеритель RLC «Спутник радиолюбителя», частотомер типа Ч3-7, осциллограф любого типа и генератор радиочастот любого типа.
Наладку усилителя метровых волн необходимо начать с установки режимов работы транзисторов VT5—VT8 по постоянному току. После полной сборки и включения усилителя в рабочий режим на эмиттерном переходе тран-
зистора VT5 должно действовать напряжение постоянного тока + 1,64 ... + 1,72 В, на его коллекторном переходе — полное напряжение питания, поступающее со стабилизатора напряжения + 12 В, на эмиттерном переходе транзистора VT6 — напряжение + 1,7 В, а на его коллекторном переходе — напряжение + 12 В, на эмиттерном переходе транзистора VT7 — напряжение + 1,68 ... + 1,72 В, на его коллекторном переходе — постоянное напряжение + 7,5 В, на эмиттерном переходе транзистора VT8 — напряжение + 1,95 ... + 2,05 В, на коллекторном переходе — + 4,3 В. Падение напряжения на резисторе R11 составляет 4,5 В.
При полной нагрузке максимальный ток, потребляемый усилителем, составляет 30 мА при напряжении питания + 12 В.
После проверки указанных выше напряжений приступают к регулировке АЧХ. Па генераторе частоты устанавливают выбранный диапазон рабочих частот при максимальной полосе качания. При этом на вход усилителя подается напряжение, равное 5 мкВ, оно соответствует ослаблению сигнала на 50 дБ. После этого настройка усилителя сводится к выбору мест отводов от катушек индуктивности L1—L4 до получения необходимой полосы пропускания.