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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
無線電子工学と電気工学の百科事典 / Телевидение ここに掲載された記事では、私たちの常連の著者がポーランド製のアンテナ アンプの回路を分析し、ノイズとゲインの観点から、アンテナ アンプの選択に対する彼の意識的なアプローチを実証しています。 彼はまた、雷放電によって故障することが多いこのようなデバイスの修理と、自励式の排除についても推奨しています。 これにより、多くのラジオアマチュアが必要なアンプを選択するだけでなく、その性能を向上させることができます. ポーランドの企業 ANPREL などのアクティブ アンテナは、ロシアや CIS 諸国で広く使用されています。 特にMB範囲でわずかな固有ゲインがあるため、このようなアンテナのパラメーターは、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大きく決まります。 このブロックには多くの欠点があります。自己励起しやすく、独自のノイズレベルがかなり高く、MB範囲の強力な信号によって過負荷になりやすく、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よく知られています。 アンテナアンプ SWA などの動作の問題は、文献ではほとんど取り上げられていません。 出版物 [1] のみに注目することができます。ここでは、アンプが MB 信号で過負荷になっていることが示されています。 アンテナの所有者は、既知の方法で残りの欠点に対処する必要があります。アンプを交換して、最適なものを選択します。 ただし、この方法では、通常、アンプにアクセスするのが難しいため、多くの時間と労力が必要です。アンプはアンテナと一緒に高いマストに配置されています。 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。 . 市場は、ANPREL、TELTADなどによってさまざまなブランド名と番号で製造されたアンテナアンプの多くの交換可能なモデルで満たされています。 この多様性にもかかわらず、それらのほとんどは標準スキームに従って組み立てられ、OEスキーム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段非周期増幅器を表しています。 これをサポートするために、さまざまな会社のモデルを考えてみましょう。TELTADの単純なSWA-1アンプで、その概略図を図49に示します。 9、およびANPRELの共通アンプSWA-2（SWA-XNUMXと同様）-図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）。 わずかな違いは、ほとんどの場合、異なる周波数補正回路を装備でき、フィードバックの深さが異なり、したがってゲインが異なる第7段階で見られます。 SWA-1などの一部のモデルでは、第2ステージと第XNUMXステージが直接接続されています。トランジスタVTXNUMXのコレクタ端子はトランジスタVTXNUMXのベース端子に直接接続されています。 これにより、両方のステージを直流フィードバックループでカバーすることが可能になり、それによって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 カタログによる SWA アンプの基本モデルの主なパラメータ (雑音指数 Ksh とゲイン Ku) を表に示します。 1。 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 を使用したカスケード接続の高周波でのゲインは、使用されるトランジスタのパラメータ、特にカットオフ周波数 frp にとって重要です。 SWA 増幅器は、T-67 とマークされた npn 構造のバイポーラ マイクロ波トランジスタを使用しますが、あまり頻繁ではありません - 415 は、40 段増幅器の達成可能な最大ゲイン係数 Ku を約 10 dB に決定します。 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。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、その変化は15 ... 10 dBに達します。 増幅係数 Ku の最大値では、アンプの安定性を確保することは困難であるため、多くのモデルでは最大 30...1 dB の値に制限されています。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、ゲインはアンテナ増幅器の主要なパラメータとは見なされないことに注意する必要があります。 結局のところ、テレビ自体はそれ自体のゲインの非常に大きなマージンを持っています。つまり、テレビはゲインによって制限される高い感度を持っています。 同期によって制限され、感度がやや劣ります。 そして最後に、最低の感度はノイズ制限です[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、電子パスの固有ノイズのレベルである必要があります。 言い換えると、受信制限は主にノイズ干渉の影響によるものであり、信号増幅の欠如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20〜5μVです。 ただし、信号対雑音比が100の場合、非常に低い画質が観察され、細部のみが理解できます。 高品質の画像を取得するには、TV入力に約2倍の有用な信号を適用する必要があります。つまり、約XNUMXの信号対雑音比を提供する必要があります[XNUMX]。 アンテナアンプは信号対雑音比を高める必要があり、そのためには雑音ではなく信号を増幅する必要があります。 しかし、あらゆる電子アンプには必然的に独自のノイズがあり、有用な信号とともに増幅し、信号対ノイズ比を低下させます。 したがって、アンテナ増幅器の最も重要なパラメータは、その雑音指数 Ksh と見なす必要があります。 十分に小さくない場合、信号とノイズの両方が等しく増幅され、それらの比率が改善されないため、ゲインを上げても意味がありません。 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」) の影響を受けます。 多段パスのノイズを統一的に評価するために、ノイズ係数を入力 Ksh に換算した指標があります。これは、出力のノイズ レベルを総ゲインで割った値に等しくなります。つまり、Ksh=Ksh.out/Ku です。 . 出力ノイズ レベル Ksh.out は、後続のすべてのステージによって増幅される最初のトランジスタのノイズ レベルに大きく依存するため、残りのステージ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、Ksh は最初のトランジスタの雑音指数です。 したがって、Ksh = Ksh1が得られます。つまり、増幅パスのノイズ指数の減少は、ステージ数と総ゲインには依存しませんが、最初のトランジスタのノイズ指数にのみ等しくなります。 これは重要な実用上の結論につながります。アンプの最初のトランジスタのノイズ指数がテレビの最初のステージのノイズ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 世代テレビのチャンネル セレクターには、4,5 MHz の周波数で雑音指数 800 dB の KP1A 電界効果トランジスタが使用されています [Z]。 したがって、アンテナ アンプの初段では、同じ周波数で Ksh4,5 <1 dB のトランジスタが動作するはずです。 また、この値がテレビのKshXNUMX係数に比べて小さいほど、アンプを効率的に使用でき、受信品質が高くなります。 雑音指数は、アンプの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、削減された係数Ksh = 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 レベルに注目する必要があります。 Ksh <2 dB のアンプは、非常に優れていると見なすことができます。 テーブルから。 1 では、Ksh = 7 dB の SWA-9、SWA-1,7 が最良のモデルと見なすことができます。 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。 広く普及しているケーブル ブランド RK-75-4-11 の信号の特定の減衰は、0,07 番目から 0,13 番目までで 0,25 dB / m、0,37 番目から 21 番目までで 60 dB / m、2 で 50 ... 21 dB / m です。 60 番目のテレビ チャンネル [12,5]。 フィーダの長さが 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取り付けられている場合、各出力に追加の損失が発生します。その値は、原則としてケースに示されています。 ケーブルの減衰を計算し、それにスプリッターの減衰 (存在する場合) を追加することで、アンテナ アンプの最小ゲインが得られます。 広帯域の小型受信アンテナの効率が低いために必要な弱い信号を増幅するために、12 ... 14 dB のマージンがそれに追加されます。 得られたＫｕの値に応じてアンテナアンプを選択する。 得られたゲインの値を大きく超えてはなりません。これは、近接したステーションの強力な信号による自己励起と過負荷の可能性を高めるためです。 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家庭用トランジスタの主なパラメータを表に示します。 2[Z]。 したがって、最初の段階でトランジスタ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が悪化することはなく、トランジスタ2T3124A-を使用しても問題はありません。 2、2T3124B-2、2T3124V-2、KT3132A-2はKshを1,5 dBに低減し、アンプのパラメータを改善します。 このような状況では、作業の質を向上させるために、アンプの最初のトランジスタを、サービス可能であるが「ノイズの多い」アンプでも示されている最後のトランジスタに交換することをお勧めします。 表に注意する必要があります。 2つの制限が与えられており、通常は一般的なパラメータの方が優れています[XNUMX]。
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、最初のステージにのみインストールし、391番目のステージでは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 KT372、KT382 シリーズ、KT399、KT2 など、約 XNUMX GHz のカットオフ周波数を備えています [XNUMX]。 ただし、後者の場合、範囲の高い周波数でのゲインはわずかに小さくなります。 輸入されたマイクロトランジスタの本体寸法は1,2x2,8mmで、リード長は1 ...1.5mmです。 したがって、トランジスタの出力用のプリントパッド間のボード上の距離は小さい。 表面実装側からケース径2mmの家庭用トランジスタを設置することは可能ですが、はんだ付け時に破損する可能性があります。 ボードの反対側に新しいトランジスタを取り付けて、直径0,5〜0,8mmのドリルでリード用に以前にドリルで穴を開けた方がよいでしょう。 印刷された導体自体ではなく、穴がパッドの端に接触するようにドリルで穴を開けることをお勧めします。 表面実装の反対側にホイルの層がある場合は、その穴を直径2〜2,5 mmのドリルで皿穴にする必要があります（トランジスタVT1のエミッタを出力するための穴を除く） 。 次に、クリスタルホルダーまたはデバイスケース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。 リードが反対側に大きく突き出ている場合は、はんだ付け後に噛む必要があります。 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安全対策を講じる必要があります。 はんだ付け時間-3秒以内[З]。 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 (たとえば、KT2A-3115) 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、最初のトランジスタの永続的な許容値を超えます (表 21 を参照)。 コレクタ電流はパラメータ h1e に依存し、トランジスタはかなりの広がりを持っています。 したがって、特定のインスタンスを実装した後、トランジスタ VT1 の動作点を設定する必要があります。 これを行うには、マイクロレジスタ R23 をはんだ付けし、代わりにチューニング抵抗 (SPZ-27、SPZ-68 など) を 100 ～ XNUMX kΩ の抵抗で一時的に接続します。 電源をオンにする前に、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する必要があります。 アンプには電源から電圧 12 8 が供給され、抵抗 R2 の電圧降下が測定されます (図 1 と 2 を参照)。 測定された電圧を抵抗R2の抵抗値で割ることにより、コレクタ電流が求められます。 同調抵抗の抵抗値を下方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よる最小ノイズに対応します [0,125]。 これでチューニングが完了し、チューニング抵抗の代わりに、同じ抵抗の定数（MLT-XNUMXまたはインポート）がはんだ付けされ、以前にその結論が最小限に短縮されました. その後、プリント回路基板とパッケージレストランジスタは、無線工学ワニスまたは化合物の層で覆われます。 復元されたSWA-36アンプの外観を図3に示します。 3. トランジスタ (図 2a) 3124T2B-1 (VT3101) および KT2A-2 (VT1) を使用します。 アンプの最も単純な設計に関連して、自己励起を排除するための対策が講じられました。トランジスタVT4のコレクタの出力にフェライトマイクロリングが配置されています（ZUSCTおよび1USCT TVのSK-Mチャン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、公称値3,6 kOhm（51 kOhm）の抵抗R33（図XNUMX）によって設定されます。
第372段階では、安定性と十分なゲインが維持されたKT399、KT150シリーズのトランジスタがテストされました。 同時に、3,6 pFの容量の追加コンデンサCd（図5）、シャント抵抗R1（図XNUMXを参照）を取り付ける可能性を確認して、ゲインを上げました。 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.パホモフ、ロストフ地方ゼルノグラード、 出版物: N. ボルシャコフ、rf.atnn.ru
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