WOLNE RADIO
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 eksperymentowałem 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 separatora dawać powinien już pewne wzmocnienie. W zależności od ostatecznej mocy wyjściowej wahać się powinien w granicach mocy rzędu 0.2-4 wata. Z powodzeniem zastosować można tu jeden z tranzystorów 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.
copyright by pink [styczeń 2000]