Amplificateurs d'antenne SWA. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Amplificateurs d'antenne

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Dans l'article publié ici, l'auteur analyse les circuits des amplificateurs d'antenne de fabrication polonaise et justifie son approche consciente de leur choix en termes de bruit et de gain. Il donne également des recommandations pour la réparation de tels appareils, qui échouent assez souvent à cause des décharges de foudre, et pour l'élimination de l'auto-excitation. Cela permettra, nous l'espérons, à de nombreux radioamateurs non seulement de choisir l'amplificateur nécessaire, mais aussi d'améliorer ses performances.

Les antennes actives de la société polonaise ANPREL et quelques autres sont largement utilisées en Russie et dans les pays de la CEI. Avec un léger gain intrinsèque, notamment dans la gamme MT, les paramètres d'une telle antenne sont largement déterminés par l'amplificateur d'antenne qui y est installé. C'est ce bloc qui présente un certain nombre d'inconvénients: il est sujet à l'auto-excitation, a un niveau de bruit propre assez élevé, est facilement surchargé par des signaux puissants de la gamme MW et est souvent endommagé par les décharges de foudre. Ces problèmes sont familiers à de nombreux propriétaires de telles antennes.

Les problèmes de fonctionnement des amplificateurs d'antenne SWA et similaires sont très peu traités dans la littérature. On ne peut que noter la publication [1], où il est indiqué que l'amplificateur est surchargé par les signaux MW. Les propriétaires d'antennes doivent faire face au reste des lacunes de manière connue: remplacer les amplificateurs, choisir le meilleur. Cependant, cette méthode nécessite beaucoup de temps et d'efforts, car l'amplificateur est généralement difficile d'accès - il est situé avec l'antenne sur un mât élevé.

Sur la base de l'analyse des circuits, de ma propre expérience et de certains matériaux d'ANPREL, je propose une approche plus consciente du choix des amplificateurs, ainsi qu'une méthode de réparation qui vous permet de restaurer une unité endommagée et, dans certains cas, d'améliorer ses paramètres .

Le marché regorge de nombreux modèles interchangeables d'amplificateurs d'antenne fabriqués par ANPREL, TELTAD et autres sous divers noms de marque et numéros. Malgré cette diversité, la plupart d'entre eux sont assemblés selon un schéma standard et représentent un amplificateur apériodique à deux étages à base de transistors bipolaires hyperfréquences connectés selon le schéma OE. À l'appui de cela, considérons des modèles de différentes sociétés: un simple amplificateur SWA-36 de TELTAD, dont le schéma de principe est illustré à la Fig. 1, et l'amplificateur généralisé SWA-49 (similaire au SWA-9) d'ANPREL - fig. 2.

L'amplificateur SWA-36 contient deux étages d'amplification à large bande basés sur les transistors VT1 et VT2. Le signal de l'antenne via un transformateur d'adaptation (non représenté sur le schéma) et le condensateur C1 entre dans la base du transistor VT1, qui est connecté selon le circuit OE. Le point de fonctionnement du transistor est fixé par la tension de polarisation déterminée par la résistance R1. La rétroaction de tension négative (NFB) agissant dans ce cas linéarise la caractéristique du premier étage, stabilise la position du point de fonctionnement, mais réduit légèrement son amplification. Il n'y a pas de correction de fréquence dans le premier étage.

Le deuxième étage est également réalisé sur un transistor selon le schéma avec OE et avec retour de tension à travers les résistances R2 et R3, mais il a également un retour de courant à travers la résistance R4 dans le circuit émetteur, ce qui stabilise de manière rigide le mode du transistor VT2. Pour éviter une perte de gain importante, la résistance R4 est shuntée en courant alternatif par le condensateur C3 dont la capacité est choisie relativement faible (10 pF). De ce fait, aux basses fréquences de la gamme, la capacité du condensateur C3 s'avère importante et la contre-réaction alternative qui en résulte réduit le gain, corrigeant ainsi la réponse en fréquence de l'amplificateur.

Les inconvénients de l'amplificateur SWA-36 incluent des pertes passives dans le circuit de sortie sur la résistance R5, qui est connectée de telle sorte que la tension d'alimentation constante et la tension du signal chutent à travers elle.

L'amplificateur SWA-49 est de construction similaire (Fig. 2), qui comporte également deux étages assemblés selon le schéma OE. Il diffère du SWA-36 par une meilleure isolation de puissance grâce aux filtres en forme de L L1C6, R5C4 et un gain accru en raison de la présence du condensateur C5 dans le circuit OOS (R3C5R6) du deuxième étage et du condensateur de transition C7 à la sortie.

Un circuit similaire est inhérent à la plupart des autres amplificateurs SWA (voir, par exemple, le circuit amplificateur SWA-3 illustré dans [1]). Des différences mineures se trouvent le plus souvent dans le deuxième étage, qui peut être équipé de différents circuits de correction de fréquence, avoir une profondeur de rétroaction différente et, par conséquent, le gain. Pour certains modèles, par exemple SWA-7, les premier et deuxième étages sont directement connectés - la borne de collecteur du transistor VT1 est connectée directement à la borne de base du transistor VT2. Cela permet de recouvrir les deux étages d'une boucle de contre-réaction en courant continu et d'améliorer ainsi la stabilité thermique de l'amplificateur.

Dans les cascades sur des transistors connectés selon le circuit OE, l'influence des connexions internes et des capacités des jonctions de transistor est la plus grande. Elle se manifeste par la limitation de la bande passante et la tendance de l'amplificateur à l'auto-excitation, dont la probabilité est d'autant plus grande que le gain est élevé. Pour l'évaluer, le concept de seuil de stabilité est connu - la valeur limite du gain, au-dessus de laquelle l'amplificateur se transforme en générateur. De nombreux amplificateurs d'antenne SWA à gain élevé fonctionnent près du seuil de stabilité, ce qui explique leur auto-excitation fréquente.

Comme mesures pour augmenter la stabilité des amplificateurs, ANPREL utilise différentes topologies de cartes de circuits imprimés (affectant la capacité de montage), des bobines de surface et de masse, des selfs, etc. Une méthode plus radicale : la commutation sur les transistors dans un circuit cascode avec OE-OB est pas utilisé pour une raison quelconque. Avec le même circuit de commutation de transistors avec OE-OE, pour résoudre le problème de stabilité, l'entreprise préfère produire des alimentations réglables. En diminuant sa tension, il est possible de supprimer l'auto-excitation de l'amplificateur tout en conservant un gain suffisant.

Les principaux paramètres (facteur de bruit NR et gain KU) des modèles de base des amplificateurs SWA selon le catalogue ANPREL sont présentés dans le tableau. 1.

Tableau 1

(1) Avec système d'équilibrage embarqué. (2) Les amplificateurs diffèrent par les cartes. (3) Avec filtre croisé

Considérons la relation des principaux paramètres avec les circuits des amplificateurs et leur influence sur la qualité de réception.

Comme on le sait, le gain aux hautes fréquences dans les cascades avec OE est critique pour les paramètres des transistors utilisés, notamment pour la fréquence de coupure fGR. Les amplificateurs SWA utilisent des transistors micro-ondes bipolaires de structure npn, marqués T-67, moins souvent - 415, qui déterminent le gain de gain maximal réalisable de l'amplificateur à deux étages d'environ 40 dB. Bien sûr, dans une bande de fréquences de fonctionnement aussi large, le gain ne reste pas constant - ses changements atteignent 10 ... 15 dB en raison d'une réponse en fréquence inégale aux fréquences les plus élevées de la gamme et de la correction aux fréquences inférieures. Il est difficile d'assurer la stabilité des amplificateurs aux valeurs maximales du gain KU, par conséquent, dans un certain nombre de modèles, il est limité à des valeurs allant jusqu'à 10...30 dB, ce qui est tout à fait suffisant dans de nombreux cas (voir tableau 1).

Contrairement aux idées reçues, il convient de noter que le gain ne peut pas être considéré comme le paramètre principal de l'amplificateur d'antenne. Après tout, les téléviseurs eux-mêmes ont une très grande marge de leur propre gain, c'est-à-dire qu'ils ont une sensibilité élevée limitée par le gain. Ils ont une sensibilité un peu moins bonne, limitée par la synchronisation. Et enfin, la plus faible est la sensibilité limitée par le bruit [2]. Par conséquent, le facteur qui détermine la réception à longue portée doit être le niveau de bruit intrinsèque du chemin électronique, et non le gain. En d'autres termes, la limitation de la réception est principalement due à l'influence des interférences sonores et non à un manque d'amplification du signal.

L'influence du bruit est évaluée par le rapport signal sur bruit dont la valeur minimale est prise égale à 20 [2]. Avec ce rapport, la sensibilité limitée par le bruit est déterminée, qui est égale à la tension du signal d'entrée, qui est 20 fois supérieure à la tension de bruit intrinsèque.

Pour les téléviseurs des troisième à cinquième générations, la sensibilité limitée par le bruit est de 50 ... 100 μV. Cependant, avec un rapport signal sur bruit de 20, on observe une très mauvaise qualité d'image et seuls de gros détails sont intelligibles. Pour obtenir une image de bonne qualité, un signal utile doit être appliqué à l'entrée du téléviseur, environ 5 fois plus grand, c'est-à-dire qu'un rapport signal sur bruit d'environ 100 doit être fourni [2].

L'amplificateur d'antenne doit augmenter le rapport signal sur bruit, et pour cela il faut amplifier le signal, pas le bruit. Mais tout amplificateur électronique a inévitablement son propre bruit, qui s'amplifie avec le signal utile et dégrade le rapport signal sur bruit. Par conséquent, le paramètre le plus important de l'amplificateur d'antenne doit être considéré comme son facteur de bruit NR. S'il n'est pas assez petit, augmenter le gain est inutile, car le signal et le bruit sont amplifiés de manière égale et leur rapport ne s'améliore pas. De ce fait, même avec un niveau de signal suffisant à l'entrée antenne du téléviseur, l'image sera affectée par d'intenses interférences sonores (la fameuse "neige").

Pour une évaluation unifiée du bruit d'un chemin à plusieurs étages, il existe un indicateur du facteur de bruit NR réduit à l'entrée, qui est égal au niveau de bruit à la sortie divisé par le gain total, c'est-à-dire KSh \u1d KSh.out / KU. Comme le niveau de bruit de sortie KSh.out dépend en grande partie du niveau de bruit du premier transistor, amplifié par tous les étages suivants, le bruit des étages restants peut être négligé. Alors KSh.out = KSh1KU, où KSh1 est le facteur de bruit du premier transistor. Par conséquent, nous obtenons NR = NRXNUMX, c'est-à-dire que le facteur de bruit réduit du chemin d'amplification ne dépend pas du nombre d'étages et du gain total, mais est égal uniquement au facteur de bruit du premier transistor.

Cela conduit à une conclusion pratique importante - l'utilisation d'un amplificateur d'antenne peut donner un résultat positif lorsque le facteur de bruit du premier transistor de l'amplificateur est inférieur au facteur de bruit du premier étage du téléviseur. Dans les sélecteurs de canaux des téléviseurs de cinquième génération, un transistor à effet de champ KP327A avec un facteur de bruit de 4,5 dB à une fréquence de 800 MHz est utilisé [3]. Par conséquent, dans le premier étage de l'amplificateur d'antenne, un transistor avec NR1 <4,5 dB à la même fréquence devrait fonctionner. De plus, plus cette valeur est petite par rapport au coefficient NR1 du téléviseur, plus l'utilisation de l'amplificateur est efficace et meilleure est la qualité de réception.

Le facteur de bruit dépend également de la qualité de l'adaptation à l'entrée de l'amplificateur et du mode de fonctionnement du premier transistor. Pour les amplificateurs SWA, le type de transistor VT1, son mode de fonctionnement et la qualité de l'adaptation déterminent le coefficient réduit KSh = 1,7 ... 3,1 dB (voir tableau 1).

D'après ce qui précède, il est clair que le choix d'un amplificateur d'antenne selon le principe - plus le gain est élevé, mieux c'est - est incorrect. C'est pourquoi de nombreux propriétaires, changeant d'amplificateurs, ne peuvent pas obtenir un bon résultat. La raison de ce fait paradoxal, à première vue, est que le chiffre de bruit est généralement inconnu (il n'est pas dans les informations commerciales des entreprises), et en fait il ne diffère que légèrement pour de nombreux modèles avec une amplification différente (voir tableau 1). ). Augmenter le gain avec le même facteur de bruit n'apporte pas de gain sur le rapport signal sur bruit et donc une amélioration de la qualité de réception. Un succès rare n'est obtenu que lorsqu'un amplificateur à faible bruit est accidentellement rencontré.

Par conséquent, lors du choix d'un amplificateur d'antenne, vous devez vous concentrer principalement sur le niveau de bruit minimum. Un amplificateur avec NR <2 dB peut être considéré comme assez bon. Du tableau. 1, les meilleurs modèles peuvent être considérés comme SWA-7, SWA-9, ayant NR = 1,7 dB. Vous trouverez des informations sur le facteur de bruit des nouveaux amplificateurs dans les catalogues ANPREL ou sur Internet.

Quant au gain, il compte bien sûr également, mais pas pour l'amplification maximale des signaux faibles, mais avant tout pour compenser les pertes dans le câble de connexion, les dispositifs de dérivation d'adaptation, etc. En raison de ces pertes Si le gain n'est pas suffisant, le niveau du signal à l'entrée du téléviseur peut descendre en dessous du seuil, limitation du temps, voire du gain, rendant la réception impossible. Par conséquent, pour le choix correct du facteur de gain, il est nécessaire de connaître l'atténuation du signal dans l'ensemble du chemin de connexion. Et sa valeur approximative est facile à calculer.

L'atténuation spécifique du signal dans la marque de câble répandue RK-75-4-11 est de 0,07 dB / m du premier au cinquième, de 0,13 dB / m du sixième au douzième et de 0,25 ... 0,37 dB / m du 21- 60e chaînes de télévision [2]. Avec une longueur de ligne de 50 m, l'atténuation sur les canaux 21-60 sera de 12,5...17,5 dB. Si un répartiteur passif industriel est installé, il introduit des pertes supplémentaires à chacune de ses sorties, dont la valeur, en règle générale, est indiquée sur le boîtier.

En calculant l'atténuation dans le câble et en y ajoutant l'atténuation dans le séparateur (le cas échéant), le gain minimum de l'amplificateur d'antenne est obtenu. Une marge de 12 ... 14 dB y est ajoutée pour amplifier les signaux faibles, ce qui est nécessaire en raison du faible rendement des antennes de réception large bande de petite taille. Selon la valeur KU obtenue, un amplificateur d'antenne est sélectionné. La valeur obtenue du gain ne doit pas être largement dépassée, car cela augmente la probabilité d'auto-excitation et de surcharge par des signaux puissants de stations rapprochées.

La réparation des amplificateurs d'antenne se réduit principalement au remplacement des éléments actifs endommagés par les décharges de foudre. Il convient de noter que la présence d'une diode à l'entrée dans certains modèles ne garantit pas une protection complète contre la foudre: avec une puissante décharge atmosphérique, la diode de protection et, en règle générale, les deux transistors traversent.

Les amplificateurs d'antenne SWA sont assemblés à l'aide de la technologie d'assemblage de surface automatique sur des microéléments, ce qui nécessite une précision lors des réparations. La soudure doit être effectuée avec un fer à souder de petite taille avec une pointe bien aiguisée. Dans un amplificateur inactif, avec précaution, en essayant de ne pas endommager les minces conducteurs imprimés, soudez les microtransistors VT1, VT2 et la diode de protection (le cas échéant).

Les principaux paramètres des transistors domestiques adaptés à l'installation dans les amplificateurs SWA sont indiqués dans le tableau. 2 [3]. Il en résulte que l'utilisation des transistors KT391A-2, KT3101A-2, KT3115A-2, KT3115B-2, KT3115V-2 dans le premier étage n'aggrave pas les caractéristiques de bruit de la plupart des modèles d'amplificateurs, et l'utilisation des transistors 2T3124A- 2, 2T3124B-2, 2T3124V- 2, KT3132A-2 réduit le NR à 1,5 dB, ce qui améliore les paramètres de l'amplificateur. Cette circonstance permet de recommander de remplacer le premier transistor de l'amplificateur par ceux indiqués par les derniers, même dans les amplificateurs réparables mais "bruyants" afin d'améliorer la qualité de leur travail. Il convient de noter que dans le tableau. 2 limites sont données, les paramètres typiques sont généralement meilleurs [3].

Tableau 2

Les transistors micro-ondes à faible bruit des séries 2T3124, KT3132 sont relativement chers et à faible courant, il est donc préférable de les installer uniquement dans la première étape, et dans la seconde, utilisez des transistors moins chers et plus puissants KT391A-2, KT3101A-2 (voir tableau 2) et même les séries KT371, KT372, KT382, KT399 et autres avec une fréquence de coupure d'environ 2 GHz [3]. Cependant, dans ce dernier cas, le gain aux fréquences supérieures de la gamme sera légèrement inférieur.

Les transistors micro-ondes à faible bruit des séries 2T3124, KT3132 sont relativement chers et à faible courant, il est donc préférable de les installer uniquement dans la première étape, et dans la seconde, utilisez des transistors moins chers et plus puissants KT391A-2, KT3101A-2 (voir tableau 2) et même les séries KT371, KT372, KT382, KT399 et autres avec une fréquence de coupure d'environ 2 GHz [3]. Cependant, dans ce dernier cas, le gain aux fréquences supérieures de la gamme sera légèrement inférieur.

Les dimensions du corps des microtransistors importés sont de 1,2 (2,8 mm avec une longueur de fil de 1 ... 1,5 mm. En conséquence, les distances sur la carte entre les pastilles imprimées pour les fils de transistor sont faibles. Installation de transistors domestiques avec un diamètre de corps de 2 mm du côté du montage en surface , bien que possible, mais difficile: ils peuvent être endommagés lors de la soudure.Il est préférable d'installer de nouveaux transistors sur le côté opposé de la carte, après avoir préalablement percé des trous pour les conducteurs avec une perceuse d'un diamètre de 0,5 . .. 0,8 mm.Il est préférable de ne pas percer dans le conducteur imprimé lui-même, mais de manière à ce que le trou touche le bord du tampon.S'il y a une couche de feuille sur le côté opposé au montage en surface, les trous doivent être fraisé avec une perceuse d'un diamètre de 2 ... 2,5 mm (à l'exception du trou de sortie de l'émetteur du transistor VT1).

Ensuite, de nouveaux transistors sont installés de sorte que le support de cristal ou le boîtier de l'appareil touche la carte. Si les fils dépassent de manière significative de l'autre côté, ils doivent être coupés après le soudage. Les transistors à micro-ondes sont sensibles à l'électricité statique, des précautions de sécurité appropriées doivent donc être prises lors de la soudure. Temps de soudure - pas plus de 3 s [3].

La diode de protection peut être omise. La meilleure protection contre l'électricité atmosphérique est une bonne mise à la terre de l'antenne.

Dans les amplificateurs SWA, les deux transistors fonctionnent avec un courant de collecteur de 10 ... 12 mA. Après remplacement, un tel courant est acceptable pour le deuxième transistor (par exemple, KT3101A-2), mais dépasse la valeur permanente autorisée pour le premier si des transistors des séries KT3115, KT3124 et KT3132A-2 sont installés (voir tableau 2). Le courant de collecteur dépend du paramètre h21E, dans lequel les transistors ont un étalement important. Par conséquent, après avoir monté une instance spécifique, il est nécessaire de régler le point de fonctionnement du transistor VT1. Pour ce faire, soudez la microrésistance R1 et connectez à la place temporairement une résistance d'accord (SP3-23, SP3-27, etc.) avec une résistance de 68 ... 100 kOhm. Avant de mettre sous tension, le curseur de la résistance doit être en position de résistance maximale afin de ne pas endommager le transistor.

L'amplificateur est alimenté par une tension de 12 V à partir de l'alimentation et la chute de tension aux bornes de la résistance R2 est mesurée (voir Fig. 1 et 2). En divisant la tension mesurée par la résistance de la résistance R2, le courant de collecteur est trouvé. En ajustant la résistance de la résistance d'accord vers le bas, on obtient un courant de collecteur d'environ 5 mA, ce qui correspond à un minimum de bruit dans les caractéristiques des transistors [3]. Ceci termine le réglage et au lieu d'une résistance d'accord, une constante de la même résistance (MLT-0,125 ou importée) est soudée, après avoir raccourci ses conclusions au minimum.

Après cela, la carte de circuit imprimé et les transistors sans boîtier sont recouverts d'une couche de vernis ou de composé d'ingénierie radio.

L'apparence de l'amplificateur SWA-36 restauré est illustrée à la fig. 3. Il utilise des transistors (Fig. 3a) 2T3124B-2 (VT1) et KT3101A-2 (VT2). Dans le cadre de la conception la plus simple de l'amplificateur, des mesures ont été prises pour éliminer l'auto-excitation: un micro-anneau de ferrite est placé sur la sortie du collecteur du transistor VT1 (il est utilisé dans les sélecteurs de canaux SK-M des téléviseurs 3USCT et 4USCT ). Le courant de collecteur du transistor VT1 est défini par la résistance R1 (Fig. 3, b) avec une valeur nominale de 51 kOhm (elle était de 33 kOhm).

Dans la deuxième étape, des transistors des séries KT372, KT399 ont été testés, avec lesquels la stabilité et un gain suffisant ont été maintenus. Dans le même temps, la possibilité d'installer un condensateur supplémentaire LED d'une capacité de 150 pF (Fig. 3b), résistance de shunt R5 (voir Fig. 1), a été vérifiée pour augmenter le gain. Lors de l'installation d'un condensateur, l'auto-excitation de l'amplificateur est éliminée en abaissant la tension d'alimentation.

Dans la version de base (avec transistors 2T3124B-2 et KT3101A-2), l'amplificateur offrait une meilleure qualité de réception qu'avant la réparation, qui était visuellement estimée à peu près la même que la réception avec le nouvel amplificateur SWA-9.

littérature

1. Tuzhilin S. Amplificateur UHF à large bande. - Radio, 1997, n° 7, p. quinze.
2. Nikitin V. Conseils pour ceux qui aiment la réception télévisée longue portée. Sat : « Pour aider le radioamateur », vol. 103.-M. : DOSAAF, 1989.
3. Dispositifs semi-conducteurs. transistors de faible puissance. Annuaire. Éd. A. V. Golomedova. - M. : Radio et communication, 1989.

Auteur : A.Pakhomov, Zernograd, région de Rostov.

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