Пара нубстких вопрос про ВЧ усилители.

[Foton-4n]

Доброго времени всем. Не ругайте строго но взялся подтягивать ВЧ технику.
1 вопрос про УВЧ узкополосные (но скажем 3-5МГц на частоте 100Мгц) высокочувствительные. Дроссель или резистор в коллекторной цепи? Что лучше для приёмника? Как рассчитывать дроссель? С дросселем лучше согласование, то есть вся мощность уходит в нагрузку независимо от сопротивления, а резюком сопротивление уже точно определено? В широкополосных дроссель юзаться в принципе не может уже.

Как правильно выбирать ток покоя транзюка УМ? Если превысить определённое значение срывается в генерацию. Как достичь макс усиления по мощности? Расчёт дросселя?

[Денис]

Как достичь макс усиления по мощности?

Вот когда то начатая и благополучно заброшенная статья и хотя она для самых начинающих, но в ней немного касался данного вопроса.

Передатчики малой мощности(жуки). Часть 7.

Спойлер

Согласование с антенной.

Вопрос согласования антенны с передатчиком довольно сложен и для объяснения на низком уровне. Можно конечно взять какую либо умную книжку и почитать, но при этом придется столкнуться с множеством формул и графиков на десятках страниц.
Вот передо мной лежит подобная книжка под названием:
«Радиопередающие устройства на полупроводниковых устройствах»
Её можно у нас в «сундуке» скачать.
https://sunduk.radiokot.ru/loadfile/?load_id=1367211815
Мы же рассмотрим самую суть, что бы понять, в чем же тут все-таки дело.
Рассматривать будем на практике. Общеизвестная истина, что измерительные приборы вносят погрешности в измерения, при этом в нашем случае, чем выше частоту мы возьмем для наших экспериментов, тем больше будут эти погрешности. Поэтому для экспериментов выберем частоту 3,5 МГц, но это не важно. Все выводы, полученные в этих экспериментах, будут справедливы для любых частот.
Опустим здесь вопросы о режимах усилителей мощности, как недонапряженный, критический, перенапряженный, а также классы усилителей. Возьмем просто сначала усилитель в классе «С» и будем с ним экспериментировать.
Схема подобного усилителя очень простая.



Вот я беру статью с нашего сайта, в которой устройство работает на частоте 400 МГц
http://radiokot.ru/circuit/analog/receiv_transmit/16/



И вижу там такой усилитель мощности.
Усилитель мощности класса «С» работает без начального смещения и пока на его вход ничего не подать, он вообще не потребляет тока, т.к. транзистор просто закрыт. Сделаем генератор и подадим на его вход напряжение ВЧ. В качестве нагрузки УМ пока поставим просто переменный резистор.



Т.к. частоту для экспериментов взял довольно низкую, то и транзисторы взял первые попавшиеся способные работать на данных частотах. В принципе VT1 можно КТ315 или КТ3102 и даже VT2 такой же.
Теперь начали эксперименты.
R4 устанавливаем на максимум, т.е. 1 кОм
Крутим R2, увеличивая ВЧ напряжение на входе. Показания вольтметра увеличиваются и при каком то положении R2 практически перестали расти и стали постоянные величиной в данном случае где то 5,5 вольт, т.е. практически достигли напряжение питания. Если напряжение возбуждения увеличивать еще, то напряжение ВЧ на выходе уже практически не увеличивается, а вот ток через VT2 растет.
Теперь можно подсчитать, какую мощность получили при нашей нагрузке величиной 1 кОм.



На нагрузке 1 кОм она получилась порядка 15 мвт.
Смотрим на формулу и видим, что для получения большей мощности нам нужно или увеличивать напряжение питания или уменьшать сопротивление нагрузки. Напряжение питание у нас задано, значит можем только уменьшать сопротивление нагрузки. Т.е. получается, что если хотим от данной схемы получить определенную мощность, УМ должен быть нагружен на определенное сопротивление. В «умных книжках» все это подробно написано примерно всего то на пятидесяти страницах, но для понятия это слишком тяжело, поэтому «вытащил» оттуда только самые основы.
Вот там есть хорошая формула по которой рассчитывается сопротивление УМ для заданной мощности.



Где
Еп - напряжение питания
Uнас - напряжение насыщения транзистора. Я принял его 0,5 волт.
Рвых - нужная выходная мощность УМ. Она конечно не должна превышать допустимую для примененного транзистора.
Дальше лучше на примере. Предположим, что нам нужно получить на выходе 75 мвт. Считаем на какое сопротивление должен быть нагружен на УМ в этом случае.
Rн получается 200 Ом. Устанавливаем R4 равное 200 Ом. Напряжение на выходе уменьшилось. Увеличим с помощью R2 напряжение возбуждения и добьемся на выходе опять 5,5 вольт.
Можно проверить теперь, какую мощность теперь выдает теперь УМ. Формулу писали выше.



Получается, что все как задумано, а именно 75 мвт.
УМ нагружают на антенну. Т.о. берем антенну с волновым сопротивлением 200 Ом, подключаем на выход УМ и дело сделано.
Но к сожаления все просто не бывает.
Что делать, если у нас волновое сопротивление антенны например 50 Ом и само собой, изменить мы его не можем?
Я попробовал данный УМ нагрузить на сопротивление нагрузки 50 Ом, но как не увеличивал напряжение возбуждения на входе, но больше 1,5 вольта на выходе не получил, а транзистор VT2 просто стал перегреваться, а мощность которую удалось получить всего лишь порядка 22 мвт.
Первое, что напрашивается в данном случае, это на выходе поставить ВЧ трансформатор с соотношением витков 2:1, тогда сопротивление антенны равное 50 Ом пересчитается в первичную обмотку трансформатора, как 200 Ом.
В принципе так и делают например в усилителях, что работают в широкой полосе частот. Ставят на выходе широкополосный трансформатор(ШПТ). ШПТ довольно тонкая вещь и к сожалению мне не удалось это осуществить. Просто у меня не оказалось в наличии нужных сердечников для него, поэтому просто выкладываю то, что есть по данному вопросу в Интернете. Для того, что бы получить высокий КПД ШПТ, его для данных мощностей обычно делают так.



Я попробовал сделать это на кольцах, что попались мне под руку, но к сожалению КПД подобного ШПТ получился очень.
Второй способ, сделать это с помощью колебательного контура с отводами. При этом УМ будет работать только на одной частоте, но зато будет происходить подавление гармоник излучаемых передатчиком. Контур в цепь коллектора лучше включить не полностью, что бы не сильно снижать его добротность из за его шунтирования выходным сопротивлением транзистора и сопротивлением нагрузки. Чем меньше будет коэффициент включения контура, тем выше будет его нагруженная добротность, а значит лучше фильтрация гармоник. Для эксперимента я взял контур с отводом от середины и коэффициентом трансформации само собой 2:1



L1 у меня намотана на каркасе диаметром 6 мм, с сердечником из карбонильного железа. Количество витков 40 с отводом от 10 и 20 витка считая снизу.
Напряжение на резисторе R4 величиной 51 Ом получилось порядка 2,6 вольта, а значит мощность выделяемая на нем порядка 70 мвт. Т.о. мы получили заданную мощность, но теперь у нас сопротивление нагрузки уже 51 Ом. В случае без согласования у нас мощность получалась всего лишь 22 мвт. Про это выше писал.
Третий способ, это согласование с помощью П-контура. Этот способ применяется наиболее широко, т.к. он более удобен. П-контур, это по сути тот же колебательный контур, но коэффициент включения задается не отводами катушки, а емкостями входящими в этот контур.



Схема с П-контуром выглядит так.



Номиналы П-контура можно подсчитать по формулам, а можно воспользоваться программами расчета.
Я использовал эту программу.
http://dl2kq.de/soft/6-5.htm
Добротность контура выбрал равный двум. От величины добротности зависит подавление высших гармоник и КПД. Чем выше добротность, тем лучше подавление высших гармоник, но ниже КПД.
Теперь считаем.



Емкости взял ближайшие из стандартного ряда. Точнее П-контур подстроил катушкой. Сначала сердечник катушки совсем выкрутил. По мере вкручивания сердечника, напряжение на выходе стало расти, а потом немного падать. Я поставил на максимум. Получилось примерно также, как и при согласовании колебательным контуром, что делали выше, т.е. получил на резисторе 51 Ом напряжение порядка 2,6 вольта и соответственно мощность порядка 70 мвт.
Согласование можно делать и с помощью «Г», «Т» цепей и т.д., но суть одна, это для получения нужной мощности, привести сопротивление нагрузки выходного каскада УМ к расчетному.
При работе на частотах в сотни мегагерц, не забывать о внутренних емкостях транзисторов и других паразитных реактивностях входящих в реальную схему.
Вот поэтому для своих экспериментов я и выбрал довольно низкую частоту, что бы при экспериментах эти паразитные реактивности мало влияли на результат и не путали нас, т.к. нам нужен был только понять принцип согласования.
Еще немного о получении максимальной мощности, что можно снять с конкретного транзистора. Её можно рассчитать по формуле, что давал выше, только поставить в неё максимально допустимые параметры конкретного транзистора.



Данные о допустимых параметрах конкретных транзисторов берут из справочников и даташитов.

Выше рассматривали усилитель в классе «С», т.е. без начального смещения. Дальше посмотрим, что изменится, если на транзистор подадим какое либо начальное смещение. Этот режим транзистора называется классом «В», если при подаче смещения у нас транзистор находится на пороге открытия или класс «АВ», если через транзистор протекает ток, даже без наличия напряжения возбуждения с задающего генератора.



Во первых, что бы через транзистор VT2 протекал ток, нужно, что бы появился ток базы этого, а т.к. это p-n переход, то ток базы появится только если напряжение на базе превысит где то 0,7 вольта.
Во вторых, что бы получить на коллекторе импульсы нужной нам амплитуды, на вход нужно подать соответствующее напряжение раскачки. В случае усилителя в классе «С» у меня получилось, что на его вход нужно подать напряжение ВЧ с задающего генератора где то порядка 1,5 вольта.
Теперь эксперимент. R3 ставим на максимум. С помощью R2 уменьшаем напряжение возбуждения дл одного вольта. Напряжение на нагрузке у нас при этом тоже уменьшается и становиться где то 1,5 вольта. Теперь крутим R3 и добиваемся, что бы напряжение на выходе стало опять 2,6 вольта. Т.е. за свет начального смещения мы получили ту же мощность при недостаточном напряжении возбуждения.
Это можно применить для амплитудной модуляции(АМ) передатчика.



С помощью R3 устанавливаем на выходе передатчика например 2 вольта. С модулятора подаем напряжение звуковой частоты и подстраивая R4 добиваемся, что бы напряжение на выходе передатчика менялось в пределах 1,5 – 2,5 вольта, т.е. в такт со звуковой частотой с модулятора. Недостаток такого способа получения АМ в том, что нельзя получить глубокую модуляцию, т.к. при её увеличении возникают искажения, но в простых передатчиках такой способ иногда применяют.
В схеме со смещением на выходе можно получить какую то мощность если напряжение возбуждения с задающего генератора даже меньше 0,7 вольта. Правда при этом иногда не удается получить нужную мощность.
Основной недостаток работы УМ со смещением, т.е. в классе «В» или «АВ» в том, что увеличивается ток через транзистор и если в классе «С» в данном случае ток через транзистор где то 30 ма, то при переходе в режим класса «АВ» ток увеличивается до 40 ма. Т.е. во первых экономичность меньше, а во вторых транзистор может перегреваться из за увеличения тока, что будет протекать через него. С другой стороны ставить транзистор в режим класса «В» или «АВ» иногда приходиться вынужденно, например при усилении АМ колебаний или если у нас передатчик с однополосной модуляцией(SSB). Это делается для увеличения линейности УМ, что бы не было искажения модулирующего сигнала, в общем случае голоса.

Теперь перейдем к антеннам. С антеннами, особенно в жуках, тоже на практике не все так просто.


Дальше Часть 8.

Остальные вопросы слишком большие по объему, что бы вот так взять и написать здесь не имея уже написанного текста и готовых картинок для иллюстраций написанного.
Ответ на данный вопрос будет в следующей, части 8 данной статьи и что бы кратко ответить на ваши вопросы, мне например, как отвечающему, нужно будет затратить пару недель, что бы получилось кратко и ясно.
Это только для вас будет два предложения, а отвечающему придется сидеть и систематизировать информацию читая книжки и выделяя главное и при этом простыми словами.
Пора бы уже самому книжки читать, а не быть попрошайкой и просить, что бы кто то прочитал за вас и написал в двух предложениях, т.к. больше двух предложений вам читать лень.

[Foton-4n]

Да спасибо огромное, про согласование я в общих чертах знал но теперь чуть больше узнал.

Просто я хотел получить ответ на вопрос кратко в общих плане на высоком уровне на подобии такого.

У нас ограниченный размер нужно получить максимум мощи скажем от 3 транзюков, То есть класс C непримирим уже, как бы? Напруга питания, ясно дело что во всех своих решениях я юзаю только стабилизированное питание, потому выбор напруги питания УМ важен только позиции выбора DC-DC, гораздо проще запитать УМ подходящей напругой, чем ставить доп каскады УВЧ.

Есть транзисторы с малым током коллектора но мощные, я так понимаю их применение подразумевает высокую напругу только для получения большей мощности? Да именно этот аспект меня интересует, но его не рассматривают в простых примерах, как врятли кто то будет делать микро жук с DC-DC да еще и крутым компрессором на 60дБ или более (да а я по другому не могу), я в пульт недавно переделал брелок (свой протокол) теперь там мощи больше в разы УМ на транзюке и питание 5В (12В батарейка) и мощу стабильная.

Вот что я имел ввиду под максимальным усилением по мощности. Мне надо знать скажем выбирать напругу повыше тупо под неё рассчитывать всё и это будет наш вариант с максимальным усилением?
У нас есть 10мВт (недостаточно для полной раскачки) транзюк с 200мА током коллектора 2Вт, выбирая напругу смогу ли я получить при 20В питания больше мощу чем при 5В? А как на счёт транзюка с 2А тока коллектора и теми же 2Вт? Да я пока понимаю что чем выше напруга питания тем лучше во всех отношениях или может я не прав? Или ВЧ техника по другим законам живёт. Я не сторонник низких напруг вообще, там всякие 3.3В, 1.8В для аналоговой техники мне кажется просто из ряда вон.
Да и очень прошу не оставить в стороне вопрос про напругу питания. Если повышение напруги это козырь к повышению отдачи то я его заюзаю, благо сейчас юзать его можно везде.

Я разумный мне лишь надо несколько опорных точек а всё что между ними я сам заполню.

[RA3WSI]

Книга Титов Расчет усилителей мощности МВ и ДМВ.
и еще книга
Любительские УКВ
радиокомплексы
Автор: Горбатый В. И.

[Foton-4n]

Эх куда ушли наверное безвозвратно те времени когда по простому вопросу на который можно ответить парой предложений не отсылали в гуглы и в книги. Книги это конечно отлично, только вот когда интересует 1 момент и всё перелопачивать это как то не есть гуд. Тот кто в сечёт в этом бы ответил парой слов.
А за книги еще раз спасибо скачал глянул так мельком.