Obwody wyjściowe - wzmacniacze HF na pasmo FM
Ostatnimi , a zarazem jednymi a najtrudniejszych w budowie bloków nadajnika są stopnie wzmacniające . Należą do nich :
Separator. 
Wzmacnianie zaczyna się od odseparowania sygnału HF wychodzącego z modulatora od następnych stopni nadajnika .Czyni się to w bloku zwanym separatorem. Separacja polega na przepuszczeniu sygnału przez jednostopniowy wzmacniacz oparty na tranzystorze unipolarnym. Wzmacniacz taki ma tą właściwość iż posiada wysoką wartość impedancji wejściowej , a niską wyjściowej. Wpływa to na uniezależnienie wyjścia modulatora od poziomu jego obciążenia . Jest to takie ważne gdyż zmiana impedancji (obciążenia) wyjścia ma wpływ na stabilność częstotliwości generatora . Możemy to zaobserwować ustalając na biegu jałowym (bez anteny i wzmacniacza) daną częstotliwość . Po dołączeniu anteny jej wartość ulegnie zmianie . Jednakże użycie tego bloku nie jest konieczne , jeżeli do wyjścia modulatora podłączony
zostanie driver. Stanowi on poniekąd stałe obciążenie i częstotliwość nośnej nie powinna ulegać zmianie . Warto jednak zastosować ten prościutki układ aby zachować stabilność nośnej . Warto również wzbogacić jego konstrukcję o układ filtrów pasmowych , które wytłumiają
pasożytnicze częstotliwości oraz składowe harmoniczne nośnej. Należy zrobić to już w tym miejscu , ponieważ o wiele trudniej będzie się owych zakłóceń pozbyć po wzmocnieniu przez driver i PA . Zakłócenia te mają również szkodliwy wpływ na dalsze stopnie wzmacniaczy, powodując sprzężenia i
zniekształcenia sygnału HF . Optymalnie , separator powinien być odgrodzony od stopni poprzednich i następnych nadajnika , poprzez zastosowanie ekranów elektromagnetycznych . W
najprostszym przypadku separator można zbudować na zwykłym tranzystorze bipolarnym . Najlepiej jest
wykorzystać układ wtórnika emiterowego dającego transformację impedancji. Można również zastosować tradycyjny układ OE z ograniczeniem wzmocnienia.
Schemat ten jest standardowym układem wzmacniacza OE . Kondensatory C1, C2 izolują wejście i wyjście separatora . Rezystory R1, R2 polaryzują bazę , a rezystory R4, R5 bezpośrednio ustalają poziom wzmocnienia sygnału . Jak już wspomniałem powinno być ono jak najmniejsze . Elementy R3, C3 poprawiają stabilność układu . Dodatkowo na wyjściu zastosować można filtr typu pi zmniejszający poziom zakłóceń oraz pasożytniczych harmonicznych pochodzących z generatora .
Zamieszczone przeze mnie schematy zapewniają pewną dowolność driverze na tranzystorze bipolarnym (łatwiejszy) zastosować możesz jeden z modeli tranzystorów zamieszczonych w tabeli . Nie ma jednak jednoznacznego schematu i dlatego konstrukcja drivera
powinna być przeprowadzona metodą prób i błędów .
Ja eksperymetowałem z tymże układem w oparciu o tranzystor BD139 , lecz należy uważać z doborem wzmocnienia ponieważ BD139 jest tranzystorem dużej mocy i dlatego nie polecam go dla konstrukcji tego typu . Najlepiej do tego stopnia wykorzystać model tranzystora 2N2369 lub podobny .
Układ drivera z reguły nie sprawia większych problemów , nie pojawiają się w nim sprzężenia i zniekształcenia , jeśli tylko nie
będziemy przesadzali z wzmocnieniem . Optymalnie wynosić one powinno nie więcej niż 2 , czyli układ nie powinien dawać zwiększenia poziomu sygnału , a jedynie jego odizolowanie .
Driver.
Driver jest pierwszym stopniem wzmocnienia sygnału . Ma on za zadanie dopasować poziomy wartości i impedancji sygnałów HF . Jest to kilkustopniowy wzmacniacz na tranzystorze bipolarnym małej mocy najczęściej w układzie wspólnego emitera . Układ jak i jego konstrukcja są proste . Driver w odróżnieniu od sepatora dawać powinien już pewne wzmocnienie . W zależności od ostatecznej mocy wyjściowej wachać się powinien w granicach mocy rzędu 0.2-4 wata . Z powodzeniem zastosować można tu jeden z tranzysorów serii BFxxx lub odpowiedników z tabeli gdzie wymieniłem kilka typów odpowiednich półprzewodników .
Schemat ten prezentuje pojedynczy stopień wzmacniacza strojonego o dzielonej pojemności . Zasada działania i przeznaczenie elementów jest podobne jak w innych wzmacniaczach dlatego pominę tutaj opis . Nowością jest jedynie układ elementów L1, C3, C4 na wyjściu . Jest to prosty , równoległy obwód rezonansowy o dzielonej pojemności , który stanowi
środkowo przepustowy filtr . Częstotliwość rezonansu powinna być równa częstotliwości nośnej .
W driverze , podobnie jak w separatorze , nie należy przesadzać z poziomem wzmocnienia . Jednakże również nie może być ono za małe . Driver bezpośrednio poprzedza PA i jego wzmocnienie jest ściśle
proporcjonalne do ostatecznej mocy . Jeśli wzmocnienie drivera dobierzemy zbyt nisko , wówczas nie wykorzystamy całej dostępnej mocy oferowanej przez PA , natomiast jeżeli przesadzimy ze wzmocnieniem końcówka mocy ulegnie przesterowaniu i pojawią się silne zakłócenia na wielu pasmach gdyż stopnie PA zaczną się wzbudzać . Jak już wspomniałem wcześniej , driver z powodzeniem zastąpić może separator spełniając kilka funkcji jednocześnie . Jeżeli już tak się dzieje warto driver zaopatrzyć w układ filtrów . Konieczność tego zabiegu wyjaśniłem przy omawianiu separatora . Driver koniecznie być musi odseparowany od stopni wyjściowych za pomocą ekranów. Może również znajdować się w jednej przegrodzie ekranującej z separatorem . Układ ten jest dość prosty w konstrukcji i nie powoduje problemów . Jednakże wymaga pewnych prób , szczególnie z odpowiednim dobraniem wzmocnienia . Z powodzeniem zastosować można tu jeden z tranzystorów serii BFxxx lub innych półprzewodników HF dających nieco mocy wyjściowej . W układzie tym , jako że to wzmacniacz zaczyna wydzielać się pewna ilość ciepła , lecz nie powinna być to ilość zagrażająca strukturom tranzystorów . Jeśli elementy nagrzewają się zbyt mocno zastosować możemy radiator (uwaga! Obudowy przewodzące tranzystorów są z
reguły połączone elektrycznie z kolektorem) lecz świadczyć to może o dobraniu zbyt wielkiego wzmocnienia drivera . Muszę tutaj zwrócić uwagę na jeszcze jeden szczegół . Jeżeli chcemy aby nasz nadajnik miał możliwość regulacji mocy wyjściowej - driver jest jedynym blokiem gdzie taką regulację można przeprowadzić . Uczynić można to w dwojaki sposób :
- poprzez regulację napięcia zasilania kolektora (zalecane)
- poprzez regulację poziomu sygnału HF na wyjściu
PA - Końcówka mocy.
Jak już wspomniałem wcześniej wzmacniacz mocy jest pomimo swojej prostej budowy najbardziej kapryśnym elementem nadajnika . W większości przypadków jest to jedno , lub kilku (dwa do cztery) stopniowy wzmacniacz strojony oparty na bipolarnych tranzystorach mocy w układzie wspólnego emitera o klasie wzmocnienia typu C . Wzmacniacz strojony to zwyczajny układ wzmacniacza poszerzony o sprzęgający układ rezonansowy zapewniający selektywność , tzn. wzmacniacz wzmacnia sygnały o określonej przez układ rezonansowy częstotliwości . Dlatego , układ ten musi wzmocnić sygnał HF pochodzący z drivera wyłącznie w wąskim paśmie częstotliwości . Zastosowanie układu OE daje duże wzmocnienie prądowe i napięciowe . Układ taki ma niską impedancje wejściową , co wymaga dość wysokiego poziomu sygnału z drivera i również niską impedancję wyjściową , co pomaga w dopasowaniu końcówki mocy do anteny . Dopasowanie to jest bardzo ważne ze względu na straty mocy i zakłócenia powstałe w wyniku niedopasowania . Z reguły zajmuje tym się ostatni blok nadajnika - filtry pasmowe . Jako układ sprzęgający kolejne stopnie stosujemy w najprostszym przypadku pojedynczy równoległy układ rezonansowy . Jeśli budujemy wzmacniacz kilkustopniowy to pierwszy stopień powinien być zbudowany w oparciu o klasyczny wzmacniacz strojony , natomiast stopień końcowy w oparciu o wzmacniacz klasy C . Taki stopień końcowy zapewnia dużą stabilność i sprawność .
Na podstawie powyższego schematu postaram się omówić działanie końcówki mocy. Schemat ten jest ogólną i uproszczoną prezentacją układu wzmacniacza . Układ ten składa się z trzech stopni . Dwa pierwsze to wzmacniacz strojony , natomiast ostatni to układ wzmacniacza klasy C . Na wejściu (input) mamy kondensator C1 który stanowi izolację wejścia wzmacniacza od poprzednich bloków nadajnika . Rezystory R1 i R3 stanowią dzielnik napięcia polaryzacji bazy tranzystora T1 na którym opiera się pierwszy stopień wzmacniacza . Od nich zależy wzmocnienie stopnia . Im wyższe napięcie polaryzujące (mniejsza wartość R3 ) tym wzmocnienie jest większe . Jednakże przy ustalaniu poziomu wzmocnienia dla danego stopnia należy uważać aby nie było ono zbyt wysokie , ponieważ istnieje wtedy ryzyko przesterowania następnych stopni . Elementy C2, R2 redukują możliwość wzbudzenia się stopnia . Dodatkowo rezystor R2 ma także wpływ na poziom wzmocnienia stopnia . Układ elementów L1, C3, C4 stanowi sprzężenie o dzielonej pojemności z następnym stopniem . Cewka L1 zasila kolektor tranzystora i wraz z wymienionymi kondensatorami jest filtrem pasmowym na równoległym obwodzie rezonansowym . Filtr ten powinien tłumić częstotliwości inne niż częstotliwość nośnej . Uzyskujemy to dobierając wartości elementów tak , aby środkowa częstotliwość rezonansu równa była częstotliwości nośnej . Przestrajalna cewka L2 pomaga w dopasowaniu do następnego stopnia który ma identyczną budowę jak poprzedni . Różni go tylko wyższy poziom wzmocnienia na wyjściu . Uzyskuje się to poprzez zastosowanie tranzystora T2 o większej mocy niż T1 , oraz odpowiedni dobór wartości elementów R5,R6,R7 . Ostatni stopień jest układem wzmacniacza klasy C . Układ taki zapewnia dużą moc i sprawność ostatniego stopnia wzmacniacza . Jego budowa jest analogiczna jak dwóch poprzednich stopni . Moc wyjściowa zależy tutaj od parametrów półprzewodnika T3 . Na końcu zastosowano klasyczny układ filtru pasmowego typu pi. Filtr ten jest obwodem rezonansowym , i dlatego wartość elementów tego układu powinna być taka sama jak wcześniej omówionego układu rezonansu .
Wyjściowe filtry pasmowe.
Under construction
copyright by pink [styczeń 2000]
[ index # idea # technika # info ]