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無線電子工学および電気工学の百科事典 アンテナアンプSWA。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
ここで公開された記事の中で、著者はポーランド製のアンテナ アンプの回路を分析し、ノイズとゲイン係数の観点からアンテナ アンプの選択に対する情報に基づいたアプローチを正当化しています。 彼はまた、雷放電によって頻繁に故障するこのようなデバイスを修理し、自己励起を排除するための推奨事項も示しています。 これにより、多くのアマチュア無線家が必要なアンプを選択できるだけでなく、その性能も向上できることを願っています。 ポーランドの ANPREL 社などのアクティブ アンテナは、ロシアと CIS 諸国で普及しています。 特に HF 範囲では自己利得がわずかであるため、このようなアンテナのパラメータは、そのアンテナに取り付けられているアンテナ アンプによって主に決定されます。 この特定のユニットは、多くの欠点によって特徴付けられます。自己励起しやすく、それ自体のノイズがかなり高レベルであり、MV 範囲の強力な信号によって簡単に過負荷になり、雷放電によって損傷を受けることがよくあります。 これらの問題は、そのようなアンテナの多くの所有者にとって馴染みのあるものです。 アンテナ増幅器 SWA および同様の増幅器の動作の問題は、文献ではほとんど取り上げられていません。 MV 信号によるアンプの過負荷を示す出版物 [1] のみに注目してください。 アンテナの所有者は、アンプを交換し、最適なものを選択するという、よく知られた方法で他の欠点に対処する必要があります。 ただし、アンプはアンテナとともに高いマストに設置されているため、通常はアクセスが困難であるため、この方法には多くの時間と労力がかかります。 回路の分析、私自身の経験、および ANPREL からのいくつかの資料に基づいて、アンプの選択に対するより意識的なアプローチと、損傷したユニットを復元し、場合によってはそのパラメーターを改善できる修理方法を提案します。 . 市場には、ANPREL、TELTAD などがさまざまなブランドや番号で製造した、互換性のあるアンテナ アンプのモデルが多数存在します。 この多様性にもかかわらず、それらのほとんどは標準回路に従って組み立てられており、OE回路に従って接続されたマイクロ波バイポーラトランジスタに基づく36段の非周期増幅器です。 これを確認するために、さまざまな会社のモデルを見てみましょう。TELTAD のシンプルなアンプ SWA-1 の回路図を図に示します。 49、およびANPRELの共通アンプSWA-9（SWA-2のアナログ） - 図XNUMX。 XNUMX.
SWA-36 アンプには、トランジスタ VT1 と VT2 に基づく 1 つの広帯域増幅ステージが含まれています。 アンテナからの信号は、マッチングトランス（図には示されていません）とコンデンサC1を介して、OE回路に従って接続されたトランジスタVT1のベースに入ります。 トランジスタの動作点は、抵抗 RXNUMX によって決定されるバイアス電圧によって設定されます。 この場合に作用する負電圧フィードバック (NFB) は、初段の特性を線形化し、動作点の位置を安定させますが、ゲインをわずかに低下させます。 最初の段階では周波数補正はありません。 第2段階も、OEと抵抗R3およびR4を介した電圧フィードバックを備えたスキームに従ってトランジスタで作成されますが、エミッタ回路の抵抗R2を介した電流フィードバックもあり、トランジスタVT4のモードを厳密に安定させます。 大きな利得損失を回避するために、抵抗 R3 はコンデンサ C10 によって交流電流でシャントされます。コンデンサ C3 の容量は比較的小さく (XNUMX pF) 選択されます。 その結果、範囲のより低い周波数では、コンデンサ CXNUMX の静電容量が重要であることが判明し、結果として生じる AC フィードバックによってゲインが低下し、それによってアンプの周波数応答が補正されます。 SWA-36アンプの欠点には、抵抗R5の出力回路でのパッシブ損失が含まれます。抵抗RXNUMXは、一定の電源電圧と信号電圧の両方がその両端で降下するように接続されています。 SWA-49 アンプも同様に構築されており (図 2)、これも OE スキームに従って組み立てられた 36 つのステージを備えています。 SWA-1との違いは、L6C5、R4C5のL型フィルターによる電源アイソレーションの向上と、3段目のOOS回路(R5C6R7)にコンデンサCXNUMX、出力にトランジションコンデンサCXNUMXが存在することによるゲインアップです。 同様の回路は、他のほとんどの SWA アンプに固有のものです (たとえば、[3] に示されている SWA-1 アンプ回路を参照)。 ほとんどの場合、小さな違いは第 7 ステージで見られます。第 1 ステージには、異なる周波数補正回路が装備されており、OOS の深さが異なり、それに応じてゲインも異なります。 SWA-2 などの一部のモデルでは、第 XNUMX 段と第 XNUMX 段が直接接続されています。トランジスタ VTXNUMX のコレクタ出力は、トランジスタ VTXNUMX のベース出力に直接接続されています。 これにより、両方のステージを DC フィードバック ループでカバーできるようになり、アンプの熱安定性が向上します。 OE回路に従って接続されたトランジスタのカスケードでは、内部接続とトランジスタ接合の静電容量の影響が最も大きくなります。 それは、帯域幅の制限と、増幅器が自己励起する傾向に現れます。その確率が高いほど、ゲインは高くなります。 それを評価するために、安定性しきい値の概念が知られています。これを超えると、増幅器がジェネレーターに変わるゲインの制限値です。 多くの高利得SWAアンテナ増幅器は、安定性のしきい値近くで動作します。これは、頻繁な自己励起を説明しています。 アンプの安定性を向上させる手段として、ANPREL はプリント回路基板 (実装容量に影響を与える)、表面およびバルクコイル、チョークなどのさまざまなトポロジを使用します。より根本的な方法: OE-OB を使用してカスコード回路でトランジスタをオンにしますなぜか未使用です。 安定性の問題を解決するために、OE-OEでトランジスタを切り替えるための同じ回路を使用して、同社は調整可能な電源を製造することを好みます。 その電圧を下げることにより、十分なゲインを維持しながらアンプの自励を排除することができます。 ANPRELカタログに基づくSWAアンプの基本モデルの主なパラメータ（CN雑音指数とGCゲイン）を表に示します。 1. 表1
(1) オンボードバランシステム付き。 (2) アンプは基板ごとに異なります。 (3)分離フィルター付き 主なパラメータとアンプの回路との関係、および受信品質への影響について考えてみましょう。 知られているように、OE とカスケード接続した高周波での利得は、使用するトランジスタのパラメータ、特にカットオフ周波数 fGR にとって重要です。 SWA アンプは、T-67 とマークされる npn 構造のバイポーラ マイクロ波トランジスタ (頻度は低いですが、415) を使用します。これにより、40 段アンプの達成可能な最大ゲイン (約 10 dB) が決まります。 もちろん、このような広い動作周波数帯域では、ゲインは一定に保たれません。その範囲の高い周波数での不均一な周波数応答と低い周波数での補正により、ゲインの変化は 15 ～ 10 dB に達します。 ゲインの最大値では、アンプの安定性を確保することが困難であるため、多くのモデルでは最大 30 ～ 1 dB の値に制限されていますが、多くの場合、これで十分です。 (表 XNUMX を参照)。 一般に信じられていることに反して、ゲインはアンテナ アンプの主なパラメータとはみなせないことに注意してください。 結局のところ、テレビ自体には非常に大きな利得が蓄えられており、利得によって制限される高感度を備えています。 同期によって制限されるため、感度は若干劣ります。 そして最後に、最も低いのはノイズによって制限される感度です [2]。 したがって、長距離受信を決定する要因は、ゲインではなく、電子経路の固有ノイズのレベルである必要があります。 言い換えれば、受信の制限は主にノイズ干渉の影響によるものであり、信号増幅の不足によるものではありません。 ノイズの影響は、信号対ノイズ比によって評価され、その最小値は 20 に等しくなります [2]。 この比率を使用して、固有ノイズ電圧の 20 倍の入力信号電圧に等しいノイズ制限感度が決定されます。 第 50 世代から第 100 世代のテレビの場合、ノイズによって制限される感度は 20 ～ 5 μV です。 ただし、信号対雑音比が 100 では、画質が非常に悪く、大きな細部しか判読できません。 良好な品質の画像を取得するには、約 2 倍大きい有効な信号を TV 入力に適用する必要があります。つまり、信号対雑音比が約 XNUMX になる必要があります [XNUMX]。 アンテナアンプは信号対ノイズ比を高める必要があり、そのためにはノイズではなく信号を増幅する必要があります。 しかし、どの電子アンプにも必然的に独自のノイズが発生し、有用な信号とともに増加し、S/N 比を悪化させます。 したがって、アンテナ増幅器の最も重要なパラメータは、その CN 雑音指数を考慮する必要があります。 信号とノイズの両方が均等に増幅され、その比率が改善されないため、ゲインが十分に低くない場合、ゲインを上げても無駄です。 その結果、テレビのアンテナ入力で十分な信号レベルがあっても、画像は激しいノイズ干渉 (よく知られている「雪」) の影響を受けることになります。 多段パスのノイズを統合的に評価するために、入力に換算された雑音指数の雑音指数の指標があります。これは、出力の雑音レベルを合計ゲインで割った値に等しくなります。 KSH=KSH.out/KU. CN.out の出力ノイズ レベルは、後続のすべての段によって増幅される最初のトランジスタのノイズ レベルに最も大きく依存するため、残りの段のノイズは無視できます。 この場合、KSh.out = KSh1KU となります。ここで、KSh1 は最初のトランジスタの雑音指数です。 その結果、KS = KS1 が得られます。つまり、増幅経路の低減された雑音指数は段数や全体のゲインには依存せず、最初のトランジスタの雑音指数にのみ等しくなります。 これは、重要な実用的な結論につながります。アンプの最初のトランジスタの雑音指数がテレビの初段の雑音指数よりも小さい場合、アンテナアンプの使用は肯定的な結果をもたらす可能性があります。 第 327 世代 TV のチャンネル セレクターには、周波数 4,5 MHz で雑音指数 800 dB の KP3A 電界効果トランジスタが使用されています [1]。 したがって、アンテナアンプの初段では、CN4,5<1 dB のトランジスタが同じ周波数で動作する必要があります。 さらに、この値がテレビの KNXNUMX 係数と比較して低いほど、アンプがより効果的に使用され、受信品質が高くなります。 雑音指数は、アンプ入力でのマッチングの質と最初のトランジスタの動作モードにも依存します。 SWA アンプの場合、トランジスタ VT1 のタイプ、その動作モード、およびマッチングの品質によって、低減ノイズ係数 = 1,7 ～ 3,1 dB が決まります (表 1 を参照)。 上記のことから、原理に従ったアンテナ増幅器の選択（ゲインが大きいほど良い）が正しくないことは明らかです。 そのため、アンプを交換している多くの所有者は、良い結果を得ることができません。 このような逆説的な一見の理由は、雑音指数は通常不明である（企業の貿易情報にはない）が、実際には、ゲインが異なる多くのモデルでわずかに異なるだけであるためです（表1を参照）。 。）。 同じ雑音指数でゲインを上げても、信号対ノイズ比は向上せず、その結果、受信品質が向上します。 まれな成功は、低ノイズアンプに偶然遭遇した場合にのみ達成されます。 したがって、アンテナアンプを選択するときは、主に最小ノイズレベルに焦点を当てる必要があります。 ノイズリダクションが 2 dB 未満のアンプは、非常に優れていると考えられます。 テーブルから1、最良のモデルは、ノイズ比 = 7 dB の SWA-9、SWA-1,7 と考えられます。 新しいアンプの雑音指数に関する情報は、ANPREL カタログまたはインターネットで見つけることができます。 ゲインに関しては、もちろん重要ですが、弱い信号の最大増幅ではなく、まず第一に、接続ケーブル、マッチング分岐デバイスなどの損失を補償することです。これらの損失のためゲインが十分でない場合、TV 入力の信号レベルがしきい値を下回ったり、タイミングが制限されたり、ゲインが低下したりして、受信が不可能になることがあります。 したがって、ゲイン係数を正しく選択するには、接続パス全体での信号減衰を知る必要があります。 そして、そのおおよその値は簡単に計算できます。 一般的な RK-75-4-11 ケーブルの信号の線形減衰は、0,07 番目から 0,13 番目までは 0,25 dB/m、0,37 番目から 21 番目までは 60 dB/m、2 番目までは 50 ～ 21 dB/m です。 -60のテレビチャンネル[12,5]。 フィーダ長が 17,5 m の場合、チャネル XNUMX ～ XNUMX の減衰は XNUMX ～ XNUMX dB になります。 産業用パッシブスプリッターが設置されている場合、各出力で追加の損失が発生します。その値は通常、ハウジングに表示されています。 ケーブル内の減衰を計算し、スプリッター (存在する場合) 内の減衰をそれに加算することにより、アンテナ アンプの最小ゲインが得られます。 弱い信号を増幅するために 12 ～ 14 dB のマージンが追加されます。これは、広帯域の小型受信アンテナの効率が低いために必要です。 得られたゲイン値に基づいてアンテナアンプを選択します。 取得したゲイン値を大きく超えないようにする必要があります。これは、強力な信号による近くの局の自己励起と過負荷の可能性が高まるためです。 アンテナアンプの修理は、主に雷放電によって損傷した能動素子の交換に限定されます。 一部のモデルに入力ダイオードが存在しても、完全な落雷保護が保証されないことに注意してください。強力な大気放電により、保護ダイオードと、原則として両方のトランジスタがブレークスルーします。 アンテナ アンプ SWA は、マイクロエレメントの自動表面アセンブリ技術を使用して組み立てられます。これには、修理時の精度が必要です。 はんだ付けは、先のとがった小型のはんだごてで行ってください。 アイドルアンプでは、薄い印刷導体を損傷しないように注意して、マイクロトランジスタVT1、VT2、および保護ダイオード（存在する場合）をはんだ付けします。 SWAアンプへの設置に適した国産トランジスタの主なパラメータを表に示します。 2[3]。 このことから、初段にトランジスタ KT391A-2、KT3101A-2、KT3115A-2、KT3115B-2、KT3115V-2 を使用しても、ほとんどのアンプ モデルのノイズ特性は悪化せず、トランジスタ 2T3124A- を使用してもノイズ特性が悪化しないことがわかります。 2、2T3124B-2、2T3124V-2、KT3132A-2 はノイズ レベルを 1,5 dB に低減し、アンプのパラメータを改善します。 このような状況により、動作品質を向上させるために、たとえ使用可能であっても「ノイズの多い」アンプであっても、アンプの最初のトランジスタを示されている最後のトランジスタと交換することをお勧めします。 注目すべきは表です。 2 は限界値を示していますが、通常は典型的なパラメータの方が優れています [3]。 表2
2T3124、KT3132シリーズの低ノイズマイクロ波トランジスタは比較的高価で低電流であるため、最初の段にのみ取り付けて、391段目にはより安価で強力なトランジスタKT2A-3101、KT2A-2を使用することをお勧めします。表 371 を参照)、さらにはカットオフ周波数が約 372 GHz の KT382、KT399 シリーズ、KT2、KT3 なども同様です [XNUMX]。 ただし、後者の場合、範囲の高周波数でのゲインはわずかに低くなります。 2T3124、KT3132シリーズの低ノイズマイクロ波トランジスタは比較的高価で低電流であるため、最初の段にのみ取り付けて、391段目にはより安価で強力なトランジスタKT2A-3101、KT2A-2を使用することをお勧めします。表 371 を参照)、さらにはカットオフ周波数が約 372 GHz の KT382、KT399 シリーズ、KT2、KT3 なども同様です [XNUMX]。 ただし、後者の場合、範囲の高周波数でのゲインはわずかに低くなります。 輸入マイクロトランジスタのハウジング寸法は 1,2(2,8 mm、リード長は 1...1,5 mm) です。したがって、基板上のトランジスタリードのプリントパッド間の距離は小さくなります。ハウジング直径 2 の国産トランジスタの取り付け表面実装側に mm を設けることは可能ですが、難しいため、はんだ付け時に損傷する可能性があります。最初に直径 0,5 のドリルでリード用の穴を開け、基板の反対側に新しいトランジスタを取り付けることをお勧めします。 ...0,8 mm. プリント回路導体自体に穴を開けるのではなく、穴がパッドの端に触れるようにすることをお勧めします. 表面実装の反対側に箔の層がある場合、穴はその中にあります。直径 2 ～ 2,5 mm のドリルで皿穴を開ける必要があります (トランジスタ VT1 のエミッタ出力用の穴を除く)。 次に、水晶ホルダーまたはデバイス本体がボードに接触するように、新しいトランジスタが取り付けられます。 リードが反対側から大きくはみ出している場合は、はんだ付け後にリードを噛み落としてください。 マイクロ波トランジスタは静電気に弱いため、はんだ付けの際には適切な保護措置を講じる必要があります。 はんだ付け時間は 3 秒以内です [3]。 保護ダイオードは省略できます。 大気電気に対する最善の保護は、アンテナの適切な接地です。 SWA アンプでは、両方のトランジスタが 10 ～ 12 mA のコレクタ電流で動作します。 交換後、このような電流は 3101 番目のトランジスタ (KT2A-3115 など) では許容されますが、KT3124、KT3132、および KT2A-2 シリーズのトランジスタが取り付けられている場合は、21 番目のトランジスタで永続的に許容される電流を超えます (表 1 を参照)。 コレクタ電流はパラメータ h1E に依存し、これに従ってトランジスタは大幅な広がりを持ちます。 したがって、特定のインスタンスをインストールした後、トランジスタ VT3 の動作点を設定する必要があります。 これを行うには、マイクロ抵抗器 R23 のはんだを外し、その代わりに 3 ～ 27 kOhm の抵抗を持つトリミング抵抗器 (SP68-100、SPXNUMX-XNUMX など) を一時的に接続します。 電源を入れる前に、トランジスタを損傷しないように、抵抗スライダーを最大抵抗の位置に置く必要があります。 アンプには電源から 12 V の電圧が供給され、抵抗 R2 の両端の電圧降下が測定されます (図 1 および 2 を参照)。 測定された電圧を抵抗R2の抵抗で割ることにより、コレクタ電流が求められます。 同調抵抗器の抵抗値を減少方向に調整することにより、約 5 mA のコレクタ電流が達成されます。これは、トランジスタの特性における最小ノイズに相当します [3]。 この時点で調整は完了し、同調抵抗の代わりに同じ抵抗の定数（MLT-0,125または輸入品）がはんだ付けされ、最初に端子が最小限に短くなります。 この後、プリント回路基板とパッケージ化されていないトランジスタは、無線工学ワニスまたはコンパウンドの層で覆われます。 復元されたSWA-36アンプの外観を図に示します。 3. トランジスタ (図 3、a) 2T3124B-2 (VT1) および KT3101A-2 (VT2) を使用します。 アンプの最も単純な設計により、自己励起を排除するための対策が講じられています。フェライト マイクロリングがトランジスタ VT1 のコレクタ端子に配置されています (これは 3USTST および 4USTST TV の SK-M チャネル セレクターで使用されています)。 トランジスタ VT1 のコレクタ電流は、抵抗 R1 (図 3、b) によって公称値 51 kOhm (以前は 33 kOhm) に設定されます。
第 372 段階では、KT399、KT150 シリーズのトランジスタがテストされ、安定性と十分なゲインが維持されました。 同時に、ゲインを高めるために、容量 3 pF の追加の LED コンデンサ (図 5、b)、シャント抵抗 R1 (図 XNUMX を参照) を取り付ける可能性がテストされました。 コンデンサを取り付ける場合、電源電圧を下げることでアンプの自励がなくなります。 メイン バージョン (トランジスタ 2T3124B-2 および KT3101A-2 を使用) では、アンプは修理前よりも優れた受信品質を提供し、視覚的には新しい SWA-9 アンプでの受信とほぼ同じであると推定されました。 文学
著者: A.Pakhomov、Zernograd、ロストフ地域。
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