UR5FFR

Двунаправленный усилитель рис.1 примененный в трансивере КЛОПИК [4] имеет некоторые недостатки, которые приводят к сложности настройки конструкции и деградации параметров.



Основная проблема - слабая развязка входа-выхода и, как следствие, зависимость входного сопротивления каскада от сопротивления нагрузки [1,2,3,7]. Если использовать такой каскад между диодным смесителем и кварцевым фильтром то это приведет к снижению ДД и увеличению неравномерности АЧХ.

Cхему усилителя можно модифицировать, разорвав ООС коллектор-база по переменному току введением дросселя (при этом ООС по постоянному току остается) и введя ООС в цепи эмитеров. Схема приведена на рис.2



Усилитель имеет параметры Zin=Zout=300R, G=19dB, Ik=10mA. Важным преимуществом данного решения является более сильная развязка входа-выхода и возможность выбирать различные Кус для прямого/обратного прохождения сигнала.

Недостатком усилителя является чрезмерный ток цепи смещения R3R4R5 при попытке уменьшить импедансы входов до 50-100 Ом. Проблему можно решить немного видоизменив схему как показано на рис.3



Усилитель имеет параметры Zin=Zout=100R, G=18dB, Ik=10mA. При этом ток в цепи смещения всего 2мА

Сопротивление R8 в цепи эмиттера определяется из соотношения

R1*Ik + 0.7 = K*0.7

откуда находим

R1 = 0.7*(K-1)/Ik

где Ik - ток коллектора VT1, K - кол-во диодов в "столбике" D1D2.

Коэффициент усиления справа на лево определяется по следующей формуле:

Кус = R5 / ((R1 || R2) + 0,025/Ik)

Литература
1. "Experimental Methods in RF Design", Wes Hayward, W7ZOI, Rick Campbell, KK7B, and Bob Larkin, W7PUA
2. The Feedback Amplifier with a Simple Model, Wes Hayward, W7ZOI
3. Transistor Models and the Feedback Amplifier, Wes Hayward, W7ZOI
4. Игорь Августовский(RV3LE). Основная плата трансивера "КЛОПИК"
5. SSB Exciter with Bi-directional amplifiers and analog switching mixers
6. BITX - An easy to build 6 watts SSB transceiver for 14MHz
7. Белоконь А.Н. UR5FFR, "Усилитель ОЭ с ООС К-Б"

При выборе транзисторов необходимо выбирать с минимальной проходной емкостью т.к. именно она ограничивает максимальное входное сопротивление усилителя вследствии эффекта Миллера [1]. Хорошо будут работать только транзисторы с граничной частотой 1GHz и выше, имеющие проходную емксоть порядка 1pF. Например можно использовать пару BFR93/BFT93. При использовании СВЧ транзисторов с граничной частотой 1GHz и выше в цепи базы необходиом включать резисторы номиналом 10 Ом, либо использовать антипаразитные дроссели с сопротивлением 20-60Ом @100MHz. Данная мера необходима для предотвращения самовозбуждения усилителя.

Широко распространенные транзисторы с граничной частотой 250-300MHz накладывают некоторые ограничения на выбор параметров усилителя. Хуже всего себя будут вести 2N2222/2N2907 с проходной емкостью 8pF. Несколько лучше 2N4401/2N4403 имеющие проходную емкость 6.5pF. И еще лучше 2N3904/2N3906, BC546/BC556, BC547/BC557, BC548/BC558 с проходной 4pF. Практически оптимально BC847/BC857 с проходной емкостью порядка 2pF.

При проходной емкости 8pF усилитель с входным импедансом 400 Ом невозможно реализовать с Кус большим 9dB, при импедансе 200 Ом усиление не должно превышать 12 dB. При необходимости получить усиление порядка 18-20dB усилитель необходимо расчитывать на импеданс входов 50-100 Ом.

При проходной емкости 4pF усилитель с входным импедансом 200 Ом может иметь максимальный Кус=16dB. При импедансе 400 Ом Кус не должен превышать 12dB.

Данные выкладки справедливы для частоты 10MHz. С повышением частоты параметры усилителя деградируют. С другой стороны частоту ПЧ редко выбирают больше 10MHz для трансиверов с одним преобразованием частоты.

Для нивелирования эффекта Миллера можно использовать каскод ОЭ-ОБ. Это позволит на транзисторах 2N2222 с проходной емкостью 8pF получить усиление порядка 20-22dB при импедансе входов 200 Ом, но при этом существенно усложняется схема. Гораздо проще согласовать входы до нужного импеданса с помощью трансформаторов, а недостаток усиления компенсировать дополнительными каскадами.

Кроме этого не забываем что коэффициент передачи тока hfe так же является частотнозависимым параметром, что приводит к тому, что входное сопротивление каскада на транзисторах с Ft~=300MHz будет несколько ниже чем выходное.

Литература
1. Белоконь А.Н. UR5FFR, Работа транзистора на высоких частотах

Ниже приведена схема ВЧ-части КЛОПИКА с использованием модифицированных двунаправленных усилителей, расчитанных на применение КФ с импедансом 200 ом. При потерях в фильтрах около 2 dB и в смесителях 6 dB схема имеет коэффичиент усиления -6+16-2+13-2+15-6+6 = 34 dB в режиме RX и -6-6+13-2+13-2+9-6 = 13 dB в режиме TX.
Импеданс входа со стороны BPF - 50 ом, импеданс AF входа - 600 ом
Транзисторы BFR93/BFT93. Диоды 1N4148



Приведенная схема имеет несколько важных преимущества по сравнению с оригинальной:
1) лучшее согласование КФ
2) лучшее согласование смесителей в широкой полосе частот
3) лучшая развязка входа-выхода каждого из каскадов
4) возможность раздельной регулировки Кус в режимах RX/TX

Падение коэффициента передачи тока hfe при применении транзисторов с Ft~=300MHz приводит к уменьшению входного сопротивления усилителя. Нивелировать этот эффект можно если использовать вместо одиночных транзисторов составной транзистор.

На рис.4 приведена схема каскада с использованием составного транзистора по схеме Дарлингтона



Другой вариант с использованием схемы Шеклаи на рис.5. По результатам моделирования схема несколько более предпочтительная по сравнению со схемой Дарлингтона.



Важно понимать что применение составных транзисторов увеличивает hfe на рабочей частоте, но не устраняет эффект Миллера. Т.е. требования к проходной емкости транзисторов остаются достаточно жесткие

Ниже приведена схема с использованием составных транзисторов Ft~=300MHz по схеме Шеклаи расчитанная на применение КФ с импедансом 200 ом. При потерях в фильтрах около 2 dB и в смесителях 6 dB схема имеет коэффичиент усиления -6+13-2+20-2+20-6+6 = 43 dB в режиме RX и -6-6+13-2+13-2+12-6 = 16 dB в режиме TX.
Импеданс входа со стороны BPF - 50 ом, импеданс AF входа - 600 ом
Транзисторы 2N3904/2N3906, BC546/BC556, BC547/BC557, BC548/BC558. Диоды 1N4148

если использовать в данной схеме (последней) один фильтр
хватит ли усиления ?
или надо будет использовать 2 каскада ?поставив вместо второго фильтра перемычку

Если предположить что будет использоваться УНЧ "Клопика" с АРУ на LM386 с разогнанным до 70dB усилением, то суммарное усиление тракта будет около 113dB. АРУ начинает отрабатывать примерно с 500mV-rms на выходе (или +7dBm). Это соответствует входному сигналу +7-113 = -106dBm или 1uV, что соответствует уровню S3-S4 по шкале S-метра. Если уменьшить усиление ВЧ тракта то его придется компенсировать в УНЧ. А это предъявляет повышенные требования к экранированию и развязке, т.к. при таком усилении УНЧ будет склонен к самовозбуждению и его придется делать многокаскадным с хорошей развязкой. Тоесть схемотехника усложняется.
Либо можно не разгонять усиление в УНЧ и смириться с тем, что АРУ будт отрабатывать начиная с уровня S7-S9. Будет более "объемный" эфир как принято говорить. Но с нормальной громкостью будут слышны станции с уровнем S8-S9, все остальное будет ощутимо тище

нехочеться разогнанный клоповский унч
думаю чтонибудь типа 174ун7...ун14...2003...2030 или типа модуля с алиэкспресс на PAM8403
если я сделаю вот так будет нормально?

Не хватит усиления. PAM8403 может давать помехи

Так схема особенно не упрощается а параметры деградируют. А в чем проблема поставить два фильтра?

есть один фильтр,хотел попробовать...
в теме форума про фильтры... пока не получаеться сделать два новых боле менее приличных
но как сделаю обязательно поставлю как по вашей схеме
если собрать по вашему оригиналу,усиления выбранных мной унч всёравно не хватит?
какой поставить лучше промежуточный каскад? на транзисторах или оу?