Г.Тяпичев «Как построить УКВ радиостанцию». Глава 9.

Глава 9. Усилители мощности УКВ передатчиков. 1

Усилитель мощности на КП904А.. 4

Двухтактный УМ.. 5

УМ с защитой. 6

Диапазон 435 МГц. 12

Классическая схема УМ для 435 МГц. 12

Еще одна схема УМ для 435 МГц. 13

УМ на 432…435 МГц с защитой от перегрузок. 15

Диапазон 1296 МГц. 20

УМ на транзисторах КТ911. 20

Настройка УМ.. 21

Глава 9. Усилители мощности УКВ передатчиков

При создании транзисторных усилителей мощности для УКВ необходимо всегда помнить о существовании следующих проблем.

1. Перед тем, как включать подачу питания на выходной каскад УМ, необходимо проверить правильность подключение антенны к выходу УМ. Если вы забыли подключить антенну или подключили антенну с другой величиной входного сопротивления, то выходной транзистор моментально выйдет из строя. Для выходных каскадов УМ, выполненных на радиолампах, этой проблемы не существует.

2. Любительским радиостанциям всех категорий на УКВ диапазонах разрешено работать с выходной мощностью не более 5 Вт. Работать на УКВ с выходной мощностью более 5 Вт можно только при наличии специального разрешения.

Диапазон 145 МГц

Классическая схема УМ

Приведенная на рис. 9.1 принципиальная схема УМ на диапазон 145 МГц названа мною «классической» по той причине, что в этой схеме нет ничего лишнего, она легко настраивается и удобна для изготовления. УМ по этой или аналогичных схемах применены во многих радиолюбительских конструкциях. Единственный, на мой взгляд, недостаток этой схемы в том, что отсутствуют элементы защиты транзистора выходного каскада.

Рис. 9.1. Классическая схема УМ для 145 МГц

Усилитель обладает хорошей линейностью, без искажений усиливает АМ и SSB сигналы.

Сформированный в предварительном смесителе телеграфный, АМ или SSB сигнал через переходный конденсатор C16 поступает на полосовой фильтр, состоящий из контуров L8C15 и L7C13, настроенный на частоту 145 МГц. Дальнейшее усиление отфильтрованного сигнала осуществляется трехкаскадным линейным усилителем с общим коэффициентом усиления около 33 дБ.

Первый каскад усиления собран на транзисторе VТ3, работающем в режиме класса А. Для улучшения фильтрации побочных излучений транзистор слабо связан со входным контуром L7C13 и с выходным контуром L6C10. Повышение нагруженной добротности контуров получено за счет снижения коэффициента передачи, поэтому усиление первого каскада невелико.

Основное усиление обеспечивается вторым каскадом, выполненным на транзисторе VТ2 типа КТ911Б. В данном каскаде также использован режим класса А, что позволило при хорошей линейности получить высокий коэффициент усиления, около 20 дБ. Для согласования предоконечного и оконечного каскадов служит П-образный контур L4C5C6C7.

Оконечный каскад работает в режиме класса АВ. Необходимое смещение на базу транзистора VТ1 типа КТ907 поступает с делителя напряжения R2, R3 через дроссель L3. Для уменьшения опасности самовозбуждения (так называемых дроссельных автоколебаний) вывод этого дросселя, подключенный к делителю напряжения, не заблокирован емкостью. Согласование оконечного усилителя с антенной обеспечивает контур L1C1C2. В усилителе мощности отсутствует какое-либо специальное устройство защиты выходного транзистора, поэтому следует избегать случаев работы выходного каскада на сильно рассогласованную нагрузку.

При подборе деталей для УМ полезно учесть, что номиналы большинства конденсаторов некритичны. Это прежде всего относится к блокировочным конденсаторам, стоящим в цепях питания. Все эти конденсаторы работают на частотах выше частоты собственного резонанса, где определяющую роль играет не емкость конденсатора, а его паразитная индуктивность. Поэтому емкость этих конденсаторов можно менять в пределах от 500 до нескольких тысяч пикофарад. Некритичны также емкости разделительных конденсаторов, осуществляющих связь транзисторов с резонансными контурами. Их значение можно без ущерба изменять по крайней мере в пределах от -50 до + 100%.

Дроссели L2, L3 и L5 бескаркасные, изготовлены из провода ПЭВ-2 0,3 длиной 150 мм. Провод намотан на оправку диаметром 2,5 мм. Катушки L1, L4, L6, L7 и L8 бескаркасные, намотаны на оправке диаметром 9 мм посеребренным проводом диаметром 0,8 мм. Катушки L1 и L4 имеет три витка, длина намотки 7 мм. Катушки L6, L7 и L8 имеют по четыре витка при длине намотки 13 мм. Места для отводов у катушек L7 и L8 нужно выбрать как можно ближе к заземленному концу катушки. У катушки L6 отводы делаются примерно от середины, У всех этих катушек точные расположения мест отводов выбираются при настройке.

В УМ применены конденсаторы типов КМ и КТ, резисторы МТ и МЛТ.

УМ должен монтироваться в корпусе с экранными перегородками. Если в схеме УМ вместо катушек L6, L7 и L8 использовать специальные четвертьволновые резонаторы, предложенные С. Жутяевым [1], то перегородки не нужны.

Настройка УМ 145 МГц

Настройку любой конструкции рекомендуется начинать с проверки правильности монтажа.

При настройке УМ сначала необходимо установить режимы транзисторов по постоянному току. С помощью резистора R8 устанавливается режим транзистора VТ3. Напряжение на коллекторе VТ3 должно быть равно +9 В (ток коллектора 20 мА). При регулировке начального тока предоконечного и оконечного транзисторов лучше измерять постоянное напряжение на коллекторе не относительно земли, а относительно плюсового провода. Падение напряжения на резисторе R4 должно равняться 4 В (100 мА), а на резисторе R1—0,2 В (40 мА).

После этого напряжение питания от транзисторов VТ1 и VТ2 необходимо временно отключить.

Теперь можно приступить к настройке резонансных контуров. При этом резонансные контура L8C15, L7C13 и L6C10 настраиваются на частоту 145 МГц. Настройка осуществляется с помощью высокочастотного вольтметра (или пробника), поочередно подключаемого к данным контурам.

В последнюю очередь нужно перейти к настройке двух последних каскадов усилителя мощности. Перед этим, во избежание выхода из строя транзистора VТ1, выход УМ необходимо подключить к нагрузке, соответствующей волновому сопротивлению фидера. Такую нагрузку можно изготовить самостоятельно, соединив параллельно несколько двухваттных резисторов типа МЛТ. Это могут быть, например, четыре резистора по 300 Ом, если предполагается использовать фидер с волновым сопротивлением 75 Ом, или шесть резисторов по 300 Ом, если сопротивление фидера 50 Ом. Схема эквивалента нагрузки показана в главе 10.

Эквивалент нагрузки снабжен диодным детектором, позволяющим контролировать выходную мощность передатчика.

Нагрузочные резисторы и детектор помещаются в небольшую металлическую коробочку, снабженную высокочастотным разъемом. Резисторы, составляющие эквивалент нагрузки, располагаются в виде звезды относительно разъема и должны иметь минимальную длину выводов. Если детектор снабдить собственным стрелочным индикатором, то мы получим автономный прибор –простейший измеритель мощности.

После того как эквивалент нагрузки подключен к выходу УМ и подано напряжение питания на последние два каскада, приступают к настройке контура L4C6. Настройка производится по максимуму коллекторного тока транзистора VТ1. Перед этим транзистор VТ1 надо максимально связать с нагрузкой, т.е. конденсатор С1 установить на максимум емкости, а конденсатор С2 – на минимум. Коллекторный ток транзистора VТ1 может достигать 500 мА и более. Если напряжение возбуждения недостаточно, то полезно еще раз подстроить все предварительные каскады, а также несколько уменьшить емкости конденсаторов С5 и С7. Настройка выходной цепи производиться по максимуму показаний индикатора мощности. При этом надо учесть, что чем больше емкость конденсатора С2, тем слабее связь с нагрузкой. При слабой связи и максимальном уровне возбуждения возможен переход транзистора в сильно перенапряженный режим, при котором возникает опасность выхода транзистора из строя. Поэтому таких режимов следует избегать.

Усилитель мощности на КП904А

По данным радиолюбительских справочников, транзистор КП904А работает на частотах порядка до сотни МГц. Однако А. Жук (EW6FS) в создавшемся безвыходном положении попробовал применить этот транзистор в УМ на частоту 145 МГц и получил приличные результаты.

Идея использовать полевой транзистор КП904А в усилителе мощности диапазона 2 м возникла поневоле – во время работы в "тропо" вышел из строя транзистор КТ931А, а заменить его было нечем. Тогда выбор пал на КП904А.

Усилитель на этом транзисторе оказался некритичным к качеству источника питания (в моем случае он питается нестабилизированным напряжением +55 В при емкости выходного конденсатора источника питания 10000 мкФ), не требует принятия специальных мер для стабилизации тока покоя транзистора и имеет очень простую схему (рис. 9.2). При входной мощности 4...5 Вт выходная мощность составляет 20...25 Вт на нагрузке 75 Ом.

Pис. 9.2. УМ на КП904А

Для получения большей выходной мощности можно последовательно включить два аналогичных каскада, запитав предоконечный каскад напряжением +28 В, а на оконечный каскад можно подать +50 В. На рис. 9.3 приведена схема (без цепей смещения транзисторов) доработки УМ на КП904А с целью повышения выходной мощности.

Рис. 9.3. Схема доработки УМ на КП904А

Усилитель собран на ребристом радиаторе размерами 210х130 мм, высота ребер - 25 мм. Монтаж радиоэлементов выполнен на "пятачках", вырезанных на плате из фольгированного текстолита.

В процессе монтажа особое внимание необходимо уделить качеству соединения истока транзистора с общим проводом ("корпусом"). В моем случае исток припаян к посеребренной пластине, которая, в свою очередь, пропаяна вокруг отверстия под транзистор на плате.

Резистор R1 припаивается непосредственно к выводам транзистора VT1 и предохраняет транзистор от выхода из строя при обрыве цепи смещения.

Намоточные данные катушек индуктивности приведены в таблице 9.1.

Таблица 9.1. Данные катушек

Катушка	Число витков	Провод	Диаметр оправки, мм
L1	4	ПСР 1	8
L2	6	ПЭЛ 0,5	4
L3	2	ПСР 1	6
L4	5,5	ПСР 1	8
L5	10	ПСР 1	4

Конденсатор С10 - типа СГМ, С6 - электролитический, на рабочее напряжение 100 В. Остальные конденсаторы - типа КМ.

Настройка этого усилителя очень проста. К его выходу подключается эквивалент нагрузки сопротивлением 75 (50) Ом, и вращением движка резистора R3 (рис. 9.2) устанавливается ток покоя транзистора VT1 около 200 мА. Затем на вход усилителя подается сигнал частотой 145 МГц и мощностью около 1 Вт и, подстраивая конденсаторы С2 и С3, добиваются максимальной величины тока через транзистор VT1, а при помощи конденсаторов С11 и С12 - максимального напряжения на эквиваленте нагрузки.

После описанной предварительной настройки усилителя, на его вход подают сигнал мощностью 5 Вт и вновь подстраивают конденсаторы С11, С12 по максимуму выходной мощности.

Схема усилителя не имеет защиты от КЗ и от превышения КСВ, поэтому следует избегать работы на случайные антенны. Данная рекомендация особенно актуальна для двухкаскадного варианта усилителя.

Двухтактный УМ

Непривычная схема двухтактного усилителя мощности на диапазон 145 МГц была опубликована в одном из зарубежных радиолюбительских журналов.

На рис. 9.4 показана принципиальная схема этого экономичного оконечного усилителя любительского передатчика диапазона 145 МГц. Усилитель собран по двухтактной схеме и работает в режиме класса В, но не содержит, как обычно, на входе и выходе трансформаторов с отводом от середины обмотки (безтрансформаторная двухтактная схема).

Рис. 9.4. Двухтактный УМ

Объясняется это тем, что усилитель собран на комплементарных транзисторах, подобно оконечным узлам усилителей НЧ. Начальное смещение на базах транзисторов VTI и VT2 отсутствует (по постоянному току базы соединены с эмиттерами через дроссели Др1 и Др2.

Катушки индуктивности L1 и L2 совместно с конденсаторами С2 и С4 образуют резонансные контуры, настроенные на частоту 145 МГц. Конденсатором С1 устанавливают оптимальную связь с предварительным усилителем.

На выходе оконечного усилителя катушки L5, L6 и конденсатор С7 образуют выходной колебательный контур, настроенный на частоту 145 МГц. Конденсатором С8 устанавливают оптимальную связь усилителя с антенной.

Катушки L1 и L2 должны содержать по 3,5 витка медного посеребренного провода диаметром 1 мм. Диаметр намотки — 8 мм, шаг — 1 мм. Катушки L5 и L6 — по 5 витков того же провода и выполнены аналогично. Каждый из дросселей Др1…Др3 выполнен из куска провода ПЭЛ 0,3 длиной 30…35 мм. Провод наматывается на резистор с величиной сопротивления более 100 кОм или на пластмассовую трубочку диаметром 4…6 мм.

При повторении усилителя можно использовать отечественные транзисторы КТ914А (VTI) и КТ904 (VT2).

Амплитудная характеристика усилителя при подводимой мощности от 50 до 250 мВт практически линейна. Выходная мощность при этом изменяется от 0,48 до 2,24 Вт.

УМ с защитой

В городе Томске живет Александр Анатольевич Титов, который разработал много различных схем и конструкций усилителей мощности для УКВ диапазонов. Описание этих разработок можно найти и в Интернете, и в радиолюбительских журналах [18]. Особенностью разработанных им УМ является то, что все они снабжены защитой от различных видов перегрузок.

Ниже располагается немного сокращенное описание конструкции и принципиальная схема разработанного А. Титовым УМ на диапазон 142…148 МГц.

Изготовление УМ для УКВ диапазонов в любительских условиях требует большого внимания и знание особенностей, характерных для УМ этих диапазонов.

Не зная особенностей изготовления и настройки транзисторных усилителей мощности на частоты 144…146 МГц трудно осуществить их реализацию без того, чтобы не сжечь массу мощных дорогих транзисторов, и таким образом приобретая дорогой опыт работы с ними.

Основные технические характеристики УМ:

q максимальная выходная мощность ..............................40 Вт;

q полоса рабочих частот ....................................140...150 МГц;

q коэффициент усиления .................................................30 дБ;

q напряжение питания ....................................................13,8 В;

q потребляемый ток в режиме молчания ......................0,25 А;

q максимальное значение потребляемого тока .................7 А;

q при коротком замыкании либо отключении нагрузки потребляемый ток уменьшается до ........................... 1...2 А;

q сопротивление генератора и нагрузки .........50 либо 75 Ом;

q габаритные размеры корпуса усилителя .....205х105х40 мм

Рассмотрим особенности изготовления и настройки трехкаскадного УМ, в котором использованы доступные комплектующие изделия, имеющего полосу пропускания 140...150 МГц, выходную мощностью 40 Вт и коэффициент усиления 30 дБ. Принципиальная схема УМ приведена на рис. 9.5.

(рис. 9.5 смотрите отдельно)

Рис. 9.5. Схема УМ с защитой

1, на рис. 2 приведен чертеж печатной платы с расположением элементов, на рис. 3 – чертеж основания усилителя, на рис. 4 – чертеж крышки усилителя, на рис. 5 – чертеж держателя низкочастотного разъема, на рис. 6 и 7 – фотографии внешнего вида усилителя.

Усилитель содержит входной резистивный делитель напряжения, три каскада усиления, трансформатор сопротивлений, стабилизатор напряжения базового смещения, защиту от перегрузки по входу, термозащиту, защиту от холостого хода и короткого замыкания нагрузки, защиту от превышения напряжением питания номинального значения.

Резистивный делитель напряжения, стоящий на входе усилителя и выполненный на резисторах R1 и R3, обеспечивает согласование УМ с сопротивлением генератора. Все каскады УМ, выполненные на транзисторах VT2, VT3 и VT5, работают в режиме с отсечкой коллекторного тока. Стабилизация угла отсечки обеспечивается стабилизатором напряжения базового смещения на транзисторах VT4 и VT6. Требуемый угол отсечки устанавливается подбором номинала резистора R12, стоящего в цепи базы транзистора VT6. При отсутствии резистора R12 коллекторные токи каждого из транзисторов VT2, VT3 и VT5 составляют 10...40 мА. При подключении R12 напряжение на базе транзистора VT6 уменьшается и его выходное сопротивление по постоянному току растет, что приводит к увеличению базового смещения транзисторов VT2, VT3, VT5 и увеличению их коллекторных токов.

Стабилизатор напряжения базового смещения используется также в качестве элемента управления коэффициентом усиления УМ. Срабатывание любой из защит усилителя приводит к открыванию транзистора VT1 и уменьшению напряжения смещения на базе транзистора VT4 стабилизатора напряжения базового смещения. Угол отсечки транзисторов VT2, VT3 и VT5 в этом случае уменьшается, уменьшая, тем самым, коэффициент усиления УМ. В случае полного открывания транзистора VT1 напряжение базового смещения оказывается равным нулю и коэффициент усиления УМ уменьшается до 2...5 дБ.

В УМ использованы полосовые межкаскадные корректирующие цепи третьего и пятого порядков, обеспечивающие высокие технические характеристики усилителя и обладающие простотой конструктивной реализации и настройки.

Оптимальное сопротивление нагрузки мощного транзистора, на которое он отдает максимальную мощность, составляет единицы Ом. Поэтому на выходе усилителя включен трансформатор импедансов с коэффициентом трансформации 1:25, выполненный в виде фильтра нижних частот шестого порядка и состоящий из элементов C18, C19, C21, L11, L12, L13.

С целью сохранения работоспособности УМ при подаче на его вход сигналов с амплитудой больше номинального значения, в усилителе установлен детектор с удвоением напряжений на диодах VD1 и VD2, выходное напряжение которого пропорционально уровню входного воздействия. При превышении входным сигналом определенного значения выпрямленное детектором напряжение открывает транзистор VT1, уменьшая коэффициент усиления УМ. Порог срабатывания защиты по входу устанавливается выбором номинала резистора R1.

С увеличением рассогласования нагрузки усилителя с его выходным сопротивлением увеличивается напряжение, снимаемое с выхода отраженной волны направленного ответвителя HO1. Это напряжение детектируется детектором на диоде VD4 и, открывая транзистор VT1, приводит к уменьшению коэффициента усиления УМ. Поэтому мощность сигнала на выходе усилителя падает пропорционально росту рассогласования нагрузки. Направленный ответвитель HO1 выполнен из двух проводов марки МГТФ 1х0,35 длиной 40 мм, намотанных вплотную друг к другу на цилиндрический изолятор диаметром 7 мм, который помещается затем в заземленный металлический цилиндрический экран. В рабочем диапазоне частот усилителя переходное затухание HO1 равно 30 дБ. Порог срабатывания схемы защиты от рассогласования усилителя по выходу устанавливается выбором резистора R15. В качестве изолятора HO1 может быть использован деревянный цилиндр. Защита от превышения напряжением питания номинального значения выполнена на стабилитроне VD3. Установка схемы термозащиты, выполненной на транзисторе VT7, на заданную температуру срабатывания осуществляется с помощью резистора R20.

Диод VD8 установлен для защиты транзисторов усилителя от пробоя при неправильном выборе полярности напряжения питания.

Печатная плата изображена на рис. 9.6.

(рис. 9.6 смотрите отдельно)

Рис. 9.6. Печатная плата УМ

Плата размером 205х105 мм изготавливается из фольгированного с двух сторон стеклотекстолита толщиной 2...3 мм. Пунктирной линией на рис. 9.6 обозначены места металлизации торцов, что может быть сделано с помощью металлической фольги, которая припаивается к нижней и верхней части платы. Металлизация необходима для устранения паразитных резонансов и заземления нужных участков печатной платы. После металлизации торцов напильником выравнивается нижняя часть платы, и она прикручивается к дюралевому основанию, чертеж которого приведен на рис. 9.7.

(рис. 9.7 смотрите отдельно)

Рис. 9.7. Чертеж основания УМ

На рис. 9.8 показан чертеж крышки.

(рис. 9.8 смотрите отдельно)

Рис. 9.8. Чертеж крышки УМ

При многочасовой работе усилителя дюралевое основание необходимо устанавливать на радиатор размером 300х400 мм, либо использовать принудительную вентиляцию.

Транзисторы VT2, VT3 и VT5 крепятся к основанию с использованием теплопроводящей пасты. При креплении транзисторов VT4 и VT6 также используется теплопроводящая паста. Однако между транзисторами и основанием следует устанавливать слюдяную прокладку и перед настройкой усилителя следует с помощью тестера убедиться в том, что не нарушена изоляция между коллекторами транзисторов VT4, VT6 и земляной шиной.

Элементы L11, L12, L13 трансформатора импедансов выполнены в виде дорожек на печатной плате. Каждый из конденсаторов C18, C19, C21 (см. рис. 9.5) трансформатора импедансов представляет собой параллельное соединение нескольких дисковых керамических конденсаторов, включенных параллельно. Такое включение позволяет использовать трансформатор импедансов при выходной мощности усилителя до 40 Вт. Для получения большей выходной мощности необходимо использовать импортные конденсаторы с большой допустимой реактивной мощностью, которых, к сожалению, нет в продаже. Другим возможным вариантом является изготовление части печатной платы, на которой расположены элементы L12, L13, на основе 1...2 мм керамической подложки, прижимаемой к основанию с использованием теплопроводной пасты для отвода тепла от конденсаторов C18, C19, C21.

Терморезистор R21 схемы термозащиты устанавливается в отверстии печатной платы и приклеивается к основанию эпоксидным клеем.

Направленный ответвитель HO2 выполнен в виде отрезка провода диаметром 0,5...1 мм и длиной 15 мм, который расположен на расстоянии 3...5 мм над полоском длинной линии идущей от HO1 к выходу усилителя. Загорание светодиода VD2 свидетельствует о работе усилителя в штатном режиме.

Вначале производится настройка входного каскада усилителя. Для этого нагрузка усилителя через разделительный конденсатор подключается к коллектору транзистора VT2. Вместо резистора R7 устанавливается двухваттный резистор номиналом 10 Ом и с помощью резистора R12 ток покоя транзистора VT2 устанавливается равным 0,1...0,2 А. Двухваттный резистор необходим для защиты транзистора VT2 от выгорания при возможном самовозбуждении схемы во время настройки. С помощью изменения номинала конденсатора C3 изменяется центральная частота полосы пропускания каскада, изменением номинала конденсатора C2 регулируется ширина полосы пропускания каскада. Чем больше номинал конденсатора C2, тем больше полоса пропускания каскада, чем больше номинал конденсатора C3, тем меньше его центральная рабочая частота.

После настройки входного каскада к нему подключается предоконечный каскад, в котором предварительно вместо индуктивности L5 впаивается двухваттый резистор номиналом 10 Ом и производится его настройка аналогично настройке входного каскада. Однако в отличие от входного каскада, в предоконечном каскаде, после его настройки, устанавливается дополнительный конденсатор C11, позволяющий на 2...4 дБ повысить коэффициент усиления каскада. Индуктивность выводов конденсатора C11 приводит к значительному ухудшению характеристик усилителя. В тоже время безындуктивные конденсаторы типа К10-17 не допускают перепайки. Поэтому конденсатор C11 реализован в виде параллельного соединения двух дисковых керамических конденсаторов примерно одинакового номинала с минимально короткими ножками. Оконечный каскад усилителя настраивается аналогично предоконечному. Отличие заключается в том, что нагрузка подключается не к коллектору транзистора, а к выходу трансформатора импедансов, состоящему из элементов C18, C19, C21, L11, L12, L13. При неизменном резисторе R12 токи покоя транзисторов VT3 и VT5 должны находиться в пределах 0,1...0,5 А. В противном случае следует изменить номинал резистора R12.

После формирования амплитудно-частотной характеристики УМ, которое ведется в режиме малого сигнала, резистор R12 выпаивается из схемы, на вход усилителя подается амплитудно-модулированный сигнал и проверяется отсутствие самовозбуждения усилителя при различных уровнях входного воздействия. В случае самовозбуждения усилителя следует параллельно индуктивностям L4 и L8 подключить резисторы, сопротивление которых выбирается равным 24-30 Ом. Это приводит к некоторому уменьшению выходной мощности усилителя, однако значительно повышает надежность его работы. Индуктивности L4 и L8 намотанные на резисторы сопротивлением 27 Ом и номинальной мощностью 0,5 ватта.

Затем 10-омные резисторы в коллекторных цепях транзисторов VT2, VT3 и VT5 заменяются элементами R7, L5, L9 и осуществляется измерение максимальной величины выходной мощности настраиваемого усилителя. Варьируя в небольших пределах величинами элементов трансформатора импедансов C18, C19 и C21 необходимо подстроить усилитель на минимум потребляемого тока при выходной мощности 40 Вт. Правильно настроенный усилитель при выходной мощности 40 Вт должен потреблять ток равный 5...7 А. Изменением номиналов элементов C18, C19 и C21 можно повысить выходную мощность усилителя до 70...80 Вт. Однако в этом случае практически неизбежно выгорание конденсаторов C18, C19 и C21 через 1...2 минуты непрерывной работы УМ.

Теперь, изменяя сопротивление резистора R1, устанавливается порог срабатывания схемы защиты от перегрузки по входу. К примеру, уменьшение сопротивления резистора R1 должно приводить к резкому падению выходной мощности УМ при неизменном уровне входного воздействия.

При работе на стандартную нагрузку 50 либо 75 Ом и уровне выходного сигнала равном 40 Вт на выходе детектора, выполненного на диоде VD4, напряжение должно быть не более 0,1...0,2 вольта. В противном случае следует так подобрать балластное сопротивление R18 направленного ответвителя HO1, чтобы это напряжение было минимальным. Далее при уровне выходного сигнала равном 40 Вт параллельно стандартной нагрузке 50 Ом периодически подключается двухваттный резистор 50 Ом и с помощью изменения номинала резистора R15 устанавливается порог срабатывания схемы защиты от холостого хода и короткого замыкания нагрузки. В случае правильного выбора резистора R15 подключение дополнительного двухваттного резистора 50 Ом к выходу усилителя должно приводить к небольшому уменьшению потребляемого усилителем тока. В этом случае короткое замыкание нагрузки или ее холостой ход будут сопровождаться уменьшением тока потребления в 4...8 раз.

Изменяя напряжение питания в пределах 13...16 вольт, следует убедиться, что в определенный момент происходит резкое падение выходной мощности и потребляемого усилителем тока, связанные со срабатыванием защиты от превышения напряжением питания номинального значения.

В последнюю очередь необходимо выбором резистора R20 установить схему термозащиты на заданную температуру срабатывания. Чтобы во время настройки усилителя термозащита не мешала работе, диод VD7 следует припаивать перед настройкой схемы термозащиты.

Настроенный описанным выше способом УМ имеет следующие технические характеристики: максимальный уровень выходной мощности 40 Вт; полоса пропускания 140...150 МГц; неравномерность амплитудно-частотной характеристики ±2 дБ; коэффициент усиления 30 дБ; напряжение питания 13,6...15 В; потребляемый ток в режиме молчания 100...300 мА; максимальное значение потребляемого тока 5...7 А; при коротком замыкании или отключении нагрузки и работе усилителя в режиме максимальной выходной мощности потребляемый ток уменьшается до 1...2 А; сопротивление генератора и нагрузки 50 либо 75 Ом; габаритные размеры корпуса 205х105х40 мм; при длительной эксплуатации усилитель устанавливается на радиатор с использованием принудительной вентиляции.

В УМ, выполненном по схеме рис. 9.5, контурные катушки имеют следующие величины индуктивностей:

L1 = 0,02 мкГн; L2, L5, L6, L9 = 0,06 мкГн; L3 = 0,02 мкГн; L7 = 0,005 мкГн; L8 = 0,2 мкГн; L10, L13 = 0,01 мкГн, L12 = 0,01 мкГн.

Определить число витков по этим величинам индуктивности можно очень легко с помощью программы INDUKTIW1(см. Приложение 3).

Дополнительную информацию по этому УМ можно получить в Интернете на сайте http://qrz.ru/.

Диапазон 435 МГц

Классическая схема УМ для 435 МГц

На рис. 9.9 показана схема УМ для диапазона 435 МГц, которая наиболее часто используется радиолюбителями в своих конструкциях. УМ предназначен для усиления сигнала до мощности 5 Вт в соответствии с инструкцией.

Рис. 9.9. УМ для 435 Мгц

В УМ могут быть применены широкодоступные радиодетали. Конденсаторы типов КМ и КТ, резисторы типа МЛТ 0,5, МЛТ 0,25.

Дроссели L2,L3,L5 и L7 бескаркасные, изготавливаются из отрезка провода марки ПЭВ диаметром 0,3…0,4 мм. Длина отрезка провода – 80 мм. Провод наматывается на оправку диаметром 2,5 мм виток к витку, а затем снимается с оправки и растягивается до длины 12…15 мм.

Катушки L1, L4 и L6 бескаркасные, намотаны на оправке диаметром 5 мм посеребренным медным проводом диаметром 0,8 мм. Катушки L1 и L4 имеют по два витка, катушка L6 – три витка. Шаг намотки во всех случаях равен 2 мм.

Линия L8 изготавливается из отрезка медной посеребренной проволоки диаметром 2 мм, длина линии 50 мм, отводы на расстоянии 10 и 20 мм от заземленного конца. Линия располагается параллельно основанию на удалении 3…4 мм. Линию L1 можно также выполнить в виде U-образной подковы, как это сделано в [1].

Настройка УМ производится по методике, описанной в предыдущем разделе.

На УМ надо подать напряжение +28 В и проверить начальные режимы транзисторов по постоянному току. При этом транзисторы VТ1…VТ3 должны быть снабжены радиатором. Подбором резистора R10 следует установить ток транзистора VТ4 равным 18 мА (напряжение на коллекторе 9 В). Подбором резистора R8 необходимо установить ток транзистора VТ3 равным 55 мА (напряжение на коллекторе 18 В). Режим двух последних каскадов усилителя мощности лучше контролировать по падению напряжения на резисторах R1 и R4. Начальный ток транзистора VТ2 должен составлять 30 мА (напряжение на резисторе R4 должно быть 0,9 В), а транзистора VТ1—50 мА (напряжение на резисторе R1 должно быть 0,25 В).

После этого можно перейти к настройке контуров. Первоначальная настройка производится на частоте 433 МГц с помощью пробника, подключенного к линии L8. Точку подключения пробника надо выбирать по возможности ближе к «холодному» концу линии.

После этого можно перейти к цепи согласования между транзисторами VТ3 и VТ2. Последовательно подстраивая конденсаторы С7 и С8, надо добиться максимального увеличения тока транзистора VТ2. При этом нужно помнить, что степень связи зависит от положения ротора конденсатора С8, а конденсатор С7 служит для настройки согласующей цепи в резонанс.

Дальнейшую настройку надо вести при подключенной к выходу передатчика нагрузке, так как в противном случае выходной транзистор может попасть в опасный перенапряженный режим. Недонапряженный режим, соответствующий низкому сопротивлению нагрузки, для транзистора VТ1 менее опасен, так как данный транзистор используется только на 50% его максимальных возможностей.

Далее следует подстроить конденсатор С5 по максимуму коллекторного тока транзистора VТ1, а затем конденсаторы С1 и С2 по максимуму напряжения на нагрузке.

После этого полезно еще раз подстроить все контуры и проверить режимы транзисторов в режиме максимальной мощности. Режим транзисторf VТ3 должен слабо зависеть от напряжения сигнала. Коллекторный ток транзистора VТ2 должен возрастать при увеличении сигнала до 150…170 мА, а транзистора VТ1 – до 280…320 мА.

Следует также убедиться, что выходная мощность плавно изменяется при регулировке амплитуды входного сигнала с частотой 432…436 МГц. Наличие скачков говорит о имеющейся регенерации или самовозбуждении какого-либо каскада. При этом настройку надо повторить еще раз, варьируя величину связи между каскадами.

Еще одна схема УМ для 435 МГц

На рис. 9.10 представлена еще одна схема усилителя мощности (мощностью до 5 Вт) для диапазона 435 МГц. Схема очень похожа на предыдущую, основное отличие в том, что здесь используются два источника питания: один источник напряжением +28 В используется для питания коллекторных цепей, другой источник напряжением +12 В используется для питания базовых цепей транзисторов. Такая схема питания очень удобна при построении приемопередающих радиостанций, когда передающая часть может выключаться отключением напряжения базовой цепи +12В.

Рис. 9.10. Схема УМ для диапазона 435 МГц

УМ выполнен в металлическом корпусе с перегородками. Лучше всего корпус должен быть выполнен из листовой латуни, но, в крайнем случае, корпус можно спаять из олуженной «белой» жести.

Дроссели Др1…Др3 выполнены на ферритовых кольцах Ø 7 мм из ВЧ феррита и имеют по 3…5 витков провода ПЭЛ 0,5.

Линии L1 и L3 сделаны из отрезков посеребренного провода Ø 2 мм, длина линии – 40 мм, отвод выполнен на расстоянии 10 мм от заземленного конца линии. Петля L2 сделана из провода Ø 1 мм, имеет длину порядка 20 мм, ширину – 18 мм (зависит от размеров между перегородками в корпусе).

Катушка L4 выполнена в виде U-образной петли из медного посеребренного провода Ø 1 мм. Катушка располагается на высоте примерно 7 мм от основания и служит соединяющим звеном между конденсатором С4 и линией L3. Ширина петли 7,5…8 мм подбирается при настройке.

Катушка L5 имеет 2 витка провода Ø 0,8 мм, намотана на оправке Ø 6 мм и растянута до длины 10 мм.

Катушки L7 и L9 имеют 3 витка провода Ø 0,8 мм, намотаны на оправке Ø 6 мм и растянуты до длины 10 мм.

Катушка L11 имеет 4 витка провода Ø 0,8 мм, намотана на оправке Ø 6 мм и растянута до длины 10 мм.

Катушки L6, L8 и L10 L4 выполнены в виде U-образной петли из медного посеребренного провода Ø 1 мм. Катушка располагается на высоте примерно 7 мм от основания. . Ширина петли 7,5…8 мм подбирается при настройке.

Настройка УМ аналогична описанной в предыдущем разделе.

Сначала подключается напряжение +28В, затем +12В и подбором резисторов R1, R2, R3 и R5 устанавливаются величины тока в цепи коллектора каждого из каскадов, начиная с каскада на транзисторе VT4. Ток коллектора транзистора VT4 должен быть порядка 20 мА, ток в цепи коллектора VT3 – 25 мА, ток в цепи коллектора VT2 – 30 мА, в цепи коллектора VT1 – 40 мА.

Затем на вход подается сигнал частотой 433 МГц довольно низкого напряжения.

После этого можно перейти к настройке контуров. Первоначальная настройка производится на частоте 433 МГц с помощью ВЧ вольтметра или пробника, подключенного к коллектору VT4 или к катушке L11, при этом точку подключения пробника надо выбирать по возможности ближе к заземленному по ВЧ концу катушки. При подаче на вход сигнала 433 МГц пробник должен немного увеличить напряжение в точке замера.

После этого можно переключить пробник на катушку L9 и по показаниям вольтметра настроить контур L10C14. Подстраивая конденсатор С14, надо добиться максимального увеличения тока транзистора VТ3.

Дальнейшую настройку надо вести при подключенной к выходу передатчика нагрузке, так как в противном случае выходной транзистор может попасть в опасный перенапряженный режим и выйти из строя. Недонапряженный режим, соответствующий низкому сопротивлению нагрузки, для транзистора VТ1 менее опасен, так как данный транзистор используется только на 50% его максимальных возможностей.

Далее следует подстроить конденсатор С11 по максимуму коллекторного тока транзистора VТ2 и конденсатор С7 по максимуму коллекторного тока VT1.

Затем конденсаторами С4, С2 и С1 устанавливаем максимум напряжения на нагрузке (или эквиваленте нагрузки).

УМ на 432…435 МГц с защитой от перегрузок

В этом разделе приведено описание УМ, разработанного А. А. Титовым. Описание приводится с некоторыми сокращениями.

Технические характеристики усилителя:

q максимальный уровень выходной мощности 30 Вт;

q полоса пропускания 10…20 МГц с центральной частотой в диапазоне 400…460 МГц;

q неравномерность амплитудно-частотной характеристики ±1,0 дБ;

q коэффициент усиления 14 дБ;

q напряжение питания 20…32 В;

q потребляемый ток в режиме молчания 0,02 А;

q максимальное значение потребляемого тока 3,5 А;

q при коротком замыкании или отключении нагрузки потребляемый ток уменьшается до 0,2…0,5 А;

q сопротивление генератора и нагрузки 75 Ом;

q габаритные размеры корпуса усилителя 165х100х40 мм.

Полосовые усилители мощности диапазона 400...460 МГц используются в радиолокации, системах подвижной, стационарной, любительской радиосвязи. Одним из основных требований к таким усилителям является способность их адаптации к неблагоприятным внешним воздействиям, а именно сохранение работоспособности при работе на несогласованную нагрузку, перегрузке по входу, перегреве, изменении величины питающего напряжения.

На рис. 9.11 приведена схема усилителя мощности, обладающего перечисленными выше свойствами.

(рис. 9.11 смотрите отдельно)

Рис. 9.11. Схема полосового усилителя мощности

Усилитель содержит два усилительных каскада; стабилизатор напряжения питания, стабилизатор базового смещения; трансформатор сопротивлений; два направленных ответвителя (НО); фильтр нижних частот; схемы защиты от перегрузки по входу, от рассогласования по выходу, термозащиту.

На входе усилителя включен делитель напряжения на резисторах R4 и R6, обеспечивающий согласование входа усилителя с сопротивлением генератора.

Стабилизатор напряжения на микросхеме M1 и транзисторе VT2 выдает стабильное напряжение питания усилителя равное +18 В при изменении напряжения источника питания E_П в пределах 20...32 В. Установка напряжения питания усилителя на заданное значение осуществляется резистором R5.

Схема защиты усилителя от перегрузки по входу собрана на диоде VD1 и транзисторе VT1. При подаче на вход усилителя сигналов с амплитудой больше номинального значения детектор на диоде VD1 открывает транзистор VT1, что приводит к заземлению первой ножки микросхемы M1 и падению напряжения питания усилителя до 1...2 В. Порог срабатывания защиты по входу устанавливается выбором номинала резистора R3.

Стабилизатор напряжения базового смещения на транзисторах VT4, VT6 используется для стабилизации угла отсечки транзисторов VT3 и VT5 усилителя при изменении уровня усиливаемого сигнала и температуры основания усилителя, на котором устанавливаются эти транзисторы. Кроме того, применение стабилизатора напряжения базового смещения позволяет осуществлять линеаризацию начального участка амплитудной характеристики разрабатываемого усилителя. Требуемый угол отсечки устанавливается подбором номинала резистора R12. При отсутствии резистора R12 коллекторные токи каждого из транзисторов VT3 и VT5 составляют 10...40 мА. При подключении R12 напряжение на базе транзистора VT6 уменьшается и его выходное сопротивление по постоянному току растет, что приводит к увеличению базового смещения транзисторов VT3, VT5 и увеличению их коллекторных токов.

Стабилизатор напряжения базового смещения используется также в качестве элемента управления коэффициентом усиления усилителя. При срабатывании защиты от рассогласования по выходу и термозащиты происходит открывание транзистора VT8 и уменьшение напряжения смещения на базе транзистора VT4 стабилизатора напряжения базового смещения. Угол отсечки транзисторов VT3 и VT5 в этом случае уменьшается, уменьшая, тем самым, коэффициент усиления усилителя. В случае полного открывания транзистора VT8 напряжение базового смещения оказывается равным нулю, и коэффициент усиления усилителя уменьшается до 2...5 дБ.

Схема защиты от рассогласования по выходу состоит из направленного ответвителя HO1 и детектора на диоде VD6. С увеличением рассогласования нагрузки усилителя с его выходным сопротивлением (крайние степени рассогласования – короткое замыкание нагрузки и ее обрыв) напряжение, снимаемое с выхода отраженной волны направленного ответвителя HO1, увеличивается, то есть на вход детектора на диоде VD6 подается напряжение пропорциональное напряжению, отраженному от нагрузки усилителя. Это напряжение детектируется и, открывая транзистор VT8, приводит к уменьшению коэффициента усиления усилителя. Поэтому мощность сигнала на выходе усилителя падает пропорционально росту рассогласования нагрузки. Направленный ответвитель HO1 выполнен из двух проводов марки МГТФ 1х0,35 длиной 30 мм, намотанных вплотную друг к другу на цилиндрический изолятор диаметром 4 мм и длиной 13 мм, который помещается затем в заземленный металлический цилиндрический экран [2]. В рабочем диапазоне частот усилителя переходное затухание HO1 равно 20 дБ. Порог срабатывания схемы защиты от рассогласования усилителя по выходу устанавливается выбором резистора R21.

Схема термозащиты выполнена на транзисторе VT7. Терморезистор схемы термозащиты R20 приклеивается к корпусу усилителя эпоксидным клеем. С увеличением температуры корпуса сопротивление терморезистора падает, что приводит к запиранию транзистора VT7 и открыванию транзистора VT8. Установка термозащиты на заданную температуру срабатывания осуществляется с помощью подбора резистора R19. Диод VD2 предназначен для защиты транзисторов усилителя от пробоя при неправильном выборе полярности напряжения источника питания E_П.

Для подавления высших гармонических составляющих в спектре выходного сигнала на выходе усилителя установлен чебышевский фильтр нижних частот четвертого порядка, состоящий из элементов L8, L9, C18 и C20.

Направленный ответвитель HO2 выполнен в виде отрезка провода диаметром 0,5...1 мм и длиной 20 мм, который расположен на расстоянии 3...8 мм над полоском длинной линии идущей от HO1 к выходу усилителя. Загорание светодиода VD5 свидетельствует о работе усилителя в штатном режиме.

В усилителе использованы полосовые межкаскадные корректирующие цепи третьего порядка, обладающие простотой конструктивной реализации и настройки.

На выходе транзистора VT5 включен трансформатор импедансов с коэффициентом трансформации 1:25, выполненный в виде фильтра нижних частот четвертого порядка, состоящий из элементов L6, L7, C12, C13, и обеспечивающий получение максимальной мощности в нагрузке.

Настройка усилителя

Настройка усилителя состоит из нескольких этапов.

Вначале производится настройка входного каскада усилителя. Для этого на его выход подключается нагрузка 75 Ом, резистор R8 заменяется двухваттным резистором с сопротивлением 10 Ом и с помощью резистора R12 устанавливается ток покоя транзистора VT3 равным 0,1...0,2 А. Двухваттный резистор необходим для защиты транзистора от выгорания при возможном самовозбуждении схемы во время настройки. Формирование амплитудно-частотной характеристики каскада осуществляется с помощью корректирующей цепи, состоящей из элементов C4, C7 и входной индуктивности транзистора VT3, и сводится к следующему. С помощью изменения номинала конденсатора C7 изменяется центральная частота полосы пропускания каскада, изменением номинала конденсатора C4 регулируется ширина полосы пропускания каскада. Чем больше номинал конденсатора C4, тем больше полоса пропускания, чем больше номинал конденсатора C7, тем меньше центральная рабочая частота каскада. Настройка каскада на транзисторе VT5, возбуждаемого транзистором VT3, производится аналогично и сводится к подбору конденсатора C10. Отличие заключается в том, что нагрузка подключается не к коллектору транзистора, а к выходу трансформатора импедансов, состоящему из элементов L6, L7, C12, C13.

После формирования амплитудно-частотной характеристики усилителя, которое ведется в режиме малого сигнала, резистор R12 выпаивается из схемы, на вход усилителя подается амплитудно-модулированный сигнал и проверяется отсутствие самовозбуждения усилителя при различных уровнях входного воздействия. В случае самовозбуждения усилителя следует параллельно индуктивности L3 подключить резистор с сопротивлением равным 24...30 Ом. Это приводит к некоторому уменьшению выходной мощности усилителя, однако значительно повышает надежность его работы. На фотографии виден резистор с намотанной на него индуктивностью L3.

После этого 10-омные резисторы в коллекторных цепях транзисторов VT3 и VT5 заменяются резистором R8 и индуктивностью L4 соответственно, и осуществляется измерение максимальной величины выходной мощности настраиваемого усилителя. Варьируя в небольших пределах величинами элементов L6, C12 и C13 трансформатора импедансов можно дополнительно подстроить усилитель на максимум отдаваемой мощности. Практически это осуществляется с помощью изменения точки подключения дополнительного конденсатора к полоску на выходе транзистора VT5, который играет роль индуктивностей L6, L7.

Линеаризация амплитудной характеристики усилителя достигается соответствующим выбором резистора R12, которая производится после настройки усилителя на максимальную выходную мощность.

При работе на стандартную нагрузку 75 Ом и уровне выходного сигнала равном 30 Вт на выходе детектора, выполненного на диоде VD6, напряжение должно быть не более 0,1...0,2 вольта. В противном случае следует так подобрать балластное сопротивление R14 направленного ответвителя HO1, чтобы это напряжение было минимальным. Далее при уровне выходного сигнала равном 30 Вт параллельно стандартной нагрузке 75 Ом периодически подключается двухваттный резистор 75 Ом и с помощью изменения номинала резистора R21 устанавливается порог срабатывания схемы защиты от холостого хода и короткого замыкания нагрузки. В случае правильного выбора резистора R21 подключение дополнительного двухваттного резистора 75 Ом к выходу усилителя должно приводить к небольшому уменьшению потребляемого усилителем тока. В этом случае короткое замыкание нагрузки или ее холостой ход будут сопровождаться уменьшением тока потребления в 4...8 раз.

Печатная плата (рис. 9.12) размером 165х100 мм изготавливается из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 2...3 мм.

(рис. 9.12 смотрите отдельно)

Рис. 9.12. Печатная плата УМ

Пунктиром на чертеже обозначены места необходимой металлизации торцов платы, что может быть сделано с помощью металлической фольги, которая припаивается к нижней и верхней части платы. Металлизация необходима для устранения паразитных резонансов и заземления нужных участков печатной платы. Отверстия диаметром 3,5 мм на краях платы предназначены для ее крепления к основанию.

Транзисторы VT3 и VT5 крепятся к основанию с использованием теплопроводящей пасты. При креплении транзисторов VT4, VT6 и микросхемы M1 также используется теплопроводящая паста. Однако между транзисторами VT4, VT6, микросхемой M1 и основанием следует устанавливать слюдяную прокладку и перед настройкой усилителя следует с помощью тестера убедиться в том, что не нарушена изоляция между коллекторами транзисторов VT4, VT6, выходом микросхемы и земляной шиной.

При выходной мощности 30 Вт ток потребления усилителя составляет около 3,5 А. Поэтому в условиях длительной эксплуатации его необходимо устанавливать на радиатор с использованием принудительной вентиляции. Для этого по краям основания усилителя (см. фото) высверлены отверстия диаметром 4,3 мм.

Номиналы элементов схемы, приведенные на рис. 9.11, соответствуют настройке усилителя на центральную частоту 430 МГц. Для настройки усилителя на одну из частот диапазона 400...460 МГц достаточно на 5...10 % изменить номиналы конденсаторов C7, C10, C13.

В УМ, выполненном по схеме рис. 9.11, контурные катушки имеют следующие величины индуктивностей:

L1 = 20 мкГн; L2, L4, L5 = 0,05 мкГн; L3 = 0,2 мкГн; L6 = 0,004 мкГн; L7 = 0,008 мкГн; L8 = 0,030 мкГн; L9 = 0,030 мкГн; L10 = 0,020 мкГн.

Возможна настройка УМ (рис. 9.11) на любой из диапазонов, с полосой пропускания (10…20) МГц, в пределах частот от 400 до 460 МГц. При этом в диапазоне (100…200) МГц в качестве транзистора VT1 следует использовать транзистор типа КТ816А, в диапазоне (200…300) МГц в качестве транзистора следует использовать транзистор VT1 типа КТ814А.

Величины индуктивностей контурных катушек и емкости конденсаторов при переходе на другой диапазон можно рассчитать по следующим формулам:

L_iN = L_i × 430 / f_N ,

C_iN = C _I × 430 / f_N ,

где L_iи C _i - величины индуктивности и емкости для диапазона 435 МГц;

L _iN и C _iN – величины индуктивности и емкости для нового диапазона;

f _N – частота нового диапазона в МГц.

Диапазон 1296 МГц

Этим диапазоном интересуются, как правило, только любители участвовать в различных соревнованиях по радиосвязи на УКВ. Для начинающих осваивать УКВ диапазоны частоты выше 500 МГц вызывают значительные трудности, потому что на этих частотах межэлектродные емкости в транзисторах становятся соизмеримыми с емкостями контуров, а индуктивность выводов радиодеталей становится соизмеримой с индуктивностью контуров. Кроме указанных выше существует еще целая куча проблем, перечислять которые в этой книге для начинающих нет смысла.

УМ на транзисторах КТ911

В [1] описана радиостанция на диапазон 1296 МГц, схема которой, на мой взгляд, является очень подходящей для начинающих интересоваться аппаратурой этого диапазона. На сайте http://qrz.ru/ можно скачать электронный вариант этой очень даже замечательной книжки.

На рис. 9.13 приведена электрическая принципиальная схема УМ для диапазона 1296 МГц, способная выдавать сигнал мощностью до 3 Вт. Зачастую такой мощности бывает достаточно, т.к. для этого диапазона можно легко сделать антенну с очень большим усилением.

Рис. 9.13. Схема УМ на транзисторах КТ911

Первый каскад УМ выполнен на транзисторе VТ3 типа КТ911А. Для обеспечения линейного усиления каскад работает в режиме класса АВ. Открывающее напряжение смещения поступает на базу транзистора VТ3 с делителя, образованного резистором R8 и параллельно включенными резистором R9 и диодом VД3. Диод служит для температурной стабилизации рабочей точки каскада.

Как уже указывалось, на столь высоких частотах начинают играть большую роль индуктивности выводов и соединительных проводников.

Для настройки в резонанс базовой цепи транзистора VT3 служит конденсатор С14. Емкостная связь с предстоящим полосовым фильтром осуществляется с помощью конденсатора С15. Выходная цепь транзистора VT3 представляет собой П-образный контур, роль индуктивности в котором играет обкладка трубчатого керамического конденсатора С12.

Конденсатор С11 настраивает выходную цепь транзистора VT3 и входную цепь оконечного (выходного) каскада.

Выходной каскад работает по схеме сложения мощностей двух транзисторов VТ1 и VТ2 типа КТ911А. Базовые цепи транзисторов настроены с помощью конденсаторов С6, С7 и через четвертьволновые линии L5, L6 подключены к выходу предоконечного каскада. Конденсаторы С8, С9 – разделительные. Применение соединительных линий вызвано удобством монтажа, а также возможностью в некоторых пределах регулировать согласование, изменяя волновое сопротивление этих линий. Выходная цепь состоит из двух П-образных контуров, имеющих общий выходной конденсатор С1.

Предоконечный и оконечный каскады имеют суммарный коэффициент усиления около 12 дБ и обеспечивают линейное усиление сигнала до уровня 3 Вт.

Настройка УМ

Налаживанию УМ необходимо начать с регулирования начальных токов транзисторов. При отсутствии возбуждения коллекторный ток каждого из транзисторов VТ1, VТ2 и VТ3 должен быть по 20 мА.

Дальнейшую настройку лучше производить непосредственно по току коллектора транзистора VТ3. На выходе УМ должна быть подключена нагрузка (эквивалент нагрузки) сопротивлением 75 Ом, а на вход нужно подать сигнал с частотой 1296 МГц.

Для контроля за настройкой контуров L10C18 и L9C16 нужно использовать измерительную линию, петля связи которой должна быть поочередно индуктивно связана с настраиваемой линией. Расстояние между настраиваемой линией и петлей связи измерительной линии должно быть порядка 3…5 мм (зависит от чувствительности детектора измерительной линии).

Одновременно желательно контролировать ВЧ вольтметром коллекторный ток транзистора VT3, который должен увеличиваться по мере настройки контуров L10C18 и L9C16. Настройкой конденсаторов С15 и С14 следует добиться максимальной величины коллекторного тока VT3.

После того, как выполнен весь цикл настройки, коллекторный ток транзистора 3Т3 должен достичь значения 180—200 мА. Следует заметить, что этот ток зависит также от настройки коллекторной цепи транзистора VТ3. При настройке коллекторной цепи в резонанс происходит заметное уменьшение тока, вызванное наличием внутренней отрицательной обратной связи. Поэтому окончательное измерение тока транзистора VТ3 надо сделать после того, как будет настроен весь передающий тракт. Ток должен быть равен 150—170 мА.

Регулировку межкаскадной связи между предоконечным и оконечным каскадами надо контролировать по току транзисторов VТ1 и VТ2. Последовательно подстраивая конденсаторы С11, С6 и С7, необходимо добиться максимальной мощности, подводимой к выходному каскаду.

Следует помнить, что конденсатор С11 входит в П-образный контур, в который также входят индуктивность выводов конденсатора С12, индуктивность вывода транзистора и емкость коллекторного перехода. Поэтому степень нагрузки предокоечного каскада следует регулировать изменяя одновременно как емкость С12, так и параметры индуктивной ветви П-контура. Индуктивность можно изменять, передвигая вывод конденсатора С12 по коллекторному выводу транзистора VТ3. В описываемой конструкции оптимальная связь была получена при длине выводов конденсатора С12 типа КТ около 1,5 мм и точке подпайки к коллекторному выводу, отстоящей на 1 мм от корпуса транзистора. Длина базовых выводов транзисторов VТ1 и VТ2 также влияет на входное сопротивление в точках подключения линий L5 и L6. В описываемом экземпляре УМ длина базовых выводов равна 5 мм. Изменением параметров базовых цепей, а также изменением волнового сопротивления четвертьволновых линий L5 и L6 надо добиться равенства токов, протекающих через транзисторы VТ1 и VТ2.

Для более точной настройки оконечного каскада к выходу УМ необходимо подключить измеритель мощности, в качестве которого можно использовать эквивалент нагрузки, описанный в главе 10. Для уменьшения КСВ нагрузку лучше подключить к УМ через отрезок кабеля с затуханием 4..6 дБ. Для более удобного подключения нагрузки к выходу УМ может быть применен отрезок лини, аналогичный линиям L5 или L6.

Настройка производится по максимуму мощности в нагрузке изменением емкости конденсатора С1 и индуктивностей выводов конденсаторов С2, С3. Ориентировочная длина выводов – 2 мм.

В конечном итоге были получены следующие результаты. Мощность в нагрузке 3 Вт при суммарном коллекторном токе транзисторов VТ1 и VТ2 – 350 мА. Низкий коэффициент полезного действия выходного каскада (28% при типовом значении 35%) объясняется, в частности, тем, что выходные транзисторы работают в линейном режиме усиления, с открывающим смещением.