高周波パワーアンプのマイクロ回路。マイクロ回路上の高周波アンプ

24.10.2023

ブロードバンドアンプは、多くの無線システムおよびデバイスに不可欠な部分です。場合によっては、特に、標準の 50 または 75 オームのパスとのマッチング要件が適用されることがあります。このような回路を構築するための最も成功した回路ソリューションの 1 つ

増幅器は、クロスフィードバック接続 (L1、L2、L3) を使用することで、入力と出力の整合性を確保し、増幅段数が増加しても上限周波数が一定値になり、特性の高い再現性を実現します。さらに、クロスフィードバックアンプにはセットアップがほとんど必要ありません。

アンプ仕様：

動作周波数帯域.. 0.5-70 MHz。
出力電圧、1 V以上。
ゲイン....20±1dB。
入力/出力インピーダンス.. 50 オーム。
消費電流……120mA。
電源電圧......12V。
入力 VSWR、1.5 以下。
VSWR を出力します。これ以上はありません....3.
全体の寸法.... 70x45 mm。

回路図

図では、図1は、クロスフィードバックを備えたアンプの回路図を示しています。このアンプでは、出力段がダーリントン回路に従って実装されています。つまり、トランジスタの直並列接続が使用されており、出力電圧レベルを高めることができます。 (L.4)。図では、

図 2 にプリント基板の図を示します。

このアンプには、ダーリントン回路に従って接続されたトランジスタ ME1 と ME2 の 2 つの予備段と、トランジスタ MEZ と ME4 の出力段が含まれています。

すべての増幅段は、消費電流 27 mA のクラス A モードで動作します。消費電流は、抵抗 R1、R5、R9、R13 の値を選択することによって設定されます。抵抗 R3、R7、R10、R14 はローカル帰還抵抗です。抵抗 R4、R8、R12 は一般的な帰還抵抗です。

米。 1. 広帯域 RF アンプの回路図。

70x45 mm のプリント基板 (図 2) は、両面が 2 ～ 3 mm の厚さのグラスファイバーフォイルでできています。図の点線。

2 は、端が金属化される場所を示します。これは、基板の底部と上部にはんだ付けされた金属箔を使用して行うことができます。

図2. RFアンプのプリント基板。

アンプのセットアップは次の手順で構成されます。まず、抵抗 R1、R5、R9、R13 を使用して、増幅トランジスタの静止電流を設定します。次に、抵抗器 R4 の値を小さな制限内で変化させると、アンプ入力における電圧定在波比が最小になります。

アンプ出力の電圧定在波比は、抵抗 R12 を使用して最小化されます。抵抗 R8 の値を変更することにより、アンプの帯域幅とゲインが調整されます。

必要に応じて、アンプの上限周波数を上げることができます。これを行うには、KT315G トランジスタを高周波のものに交換します。この場合、図の回路の場合、

図 1 の場合、上限周波数は 0.25 ～ 0.3 Ft 程度になります。ここで、Ft はトランジスタのベース電流伝達係数 (L.5) のカットオフ周波数です。検討中の回路設計を使用すると、上限周波数 2 GHz (L.2) までのアンプを作成できます。それらを構築するときは、要素 C4、R4 から構成される一般的なフィードバック回路を考慮する必要があります。 C6、R8; C7、R12はできるだけ短くする必要があります。

これは、これらの回路における信号の過剰な位相遅延を排除する必要があるためと説明されます。そうしないと、高周波領域におけるアンプの振幅周波数応答が上昇するように見えます。これらの回路を大幅に長くすると、アンプの自励式が可能になります。

チトフ A. Rk2005、1。

文学：

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Petukhov V.M. トランジスタとその外国の類似物: 4 巻の参考書。

これは、特に 45 ～ 860 MHz の範囲の RF 信号のレベルを上げて、テレビ、チューナー、音楽などの複数の消費者に配信する必要がある場合に必要です。センターなどこれは特にデジタルパッケージに当てはまります。信号レベルが低いと、デバイス (デジタル TV やチューナー) が動作しなくなります。

メーカー公式サイト

特徴:

周波数範囲(MHz) 45～860
公称利得(dB) 30±2
帯域内平坦度(dB) ±0.75
最大出力レベル(dBμV) 109
公称入力レベル (dBμV) 72
ゲイン調整範囲(dB) 0～10
スロッププリセット(dB) 3~18
騒音係数(dB) ≤5
リターンロス(dB) ≥10
電源220V～50-60Hz
消費電力(W) 2
出力数 3
寸法: 135*78*38mm

アンプ自体は段ボール箱に入っていました。納品セットには、4 個の圧着リングを備えた接続アダプターが含まれています。それと電源プラグ用のアダプターです。平ピンの電源プラグを装備しています。
このアンプには 3 つの消費者向けに 3 つの信号出力があります (ただし、出力数を変えるための変更は他にもあります。上記の公式 Web サイトを参照してください)。本体はアルミ製でネジで取り外し可能です。ケースの外側、ケースの端に取り付け用の穴が 2 つあります。

トランス電源内蔵。電源表示 - 赤色 LED。アンプのカバーを外したところ。ボードには5つのピースが取り付けられています。 SMD トランジスタには R24 のマークが付いています。 (修正しました、ありがとう キッド・アレックストランジスタについてはこちらをご覧ください。それらは明らかに雑音指数の低い 2SC3356 トランジスタであると特定されました。さまざまなメーカーのこのトランジスタに関する情報は、ここで見つけることができます)。

はんだ付けの品質は高く、鼻水も気になりませんでした。ゲインを調整し、ゲインカーブの特性を変更するためのマイナスドライバーが付いた 2 つの可変抵抗器 (赤いノブ) があります。このモデルの購入に決定的な役割を果たしたのは、最後の調整の存在でした。特定の周波数範囲で RF 信号の最大の増幅を得る必要がありました。特に、このアンプは、ケーブル事業者のパッケージの信号 (周波数 202 MHz の DVB-C デジタルおよび 48 ～約 270 MHz の VHF 範囲のアナログチャネル) を増幅し、信号を複数の消費者に分配して補償するために使用されます。パッシブスプリッターでの損失の場合。なぜなら動作範囲は 45 ～ 860 MHz で、このアンプを使用して、1 つのアンテナから複数の消費者への VHF および FM 帯域の HF 信号、地上波およびケーブル帯域の信号 (メートル範囲 - VHF およびデシメートル範囲 - UHF (470 - 860MHz））。私は強調します 増幅用の信号 - 45 ～ 860 MHz の周波数のアナログまたはデジタル TV またはラジオチャンネル。

1ヶ月以上経ちますが、問題なく動作しています。
購入に満足しています。

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単純なトランジスタアンプは、デバイスの特性を研究するための優れたツールとなり得ます。回路と設計は非常に単純なので、デバイスを自分で作成し、その動作を確認し、すべてのパラメータを測定することができます。最新の電界効果トランジスタのおかげで、文字通り 3 つの要素から小型マイクアンプを作成することが可能です。また、パソコンに接続して録音パラメータを向上させます。そして、会話中の対話者はあなたのスピーチをより良く、より明確に聞くことができます。

周波数特性

低周波（オーディオ）アンプは、ステレオシステム、テレビ、ラジオ、テープレコーダー、さらにはパーソナルコンピューターなど、ほぼすべての家庭用電化製品に搭載されています。しかし、トランジスタ、ランプ、超小型回路をベースにしたRFアンプもあります。それらの違いは、ULF では人間の耳に知覚される可聴周波数でのみ信号を増幅できることです。トランジスタオーディオアンプを使用すると、20 Hz ～ 20,000 Hz の範囲の周波数の信号を再生できます。

したがって、最も単純なデバイスでもこの範囲の信号を増幅できます。そしてこれを可能な限り均等に実行します。ゲインは入力信号の周波数に直接依存します。これらの量のグラフはほぼ直線になります。範囲外の周波数の信号がアンプの入力に入力されると、デバイスの動作品質と効率が急速に低下します。 ULF カスケードは、原則として、低および中周波数範囲で動作するトランジスタを使用して組み立てられます。

オーディオアンプの動作クラス

すべての増幅デバイスは、動作中にカスケードを流れる電流の程度に応じて、いくつかのクラスに分類されます。

クラス「A」 - 増幅段の動作期間全体にわたって電流がノンストップで流れます。
作業クラス「B」では、電流が半周期流れます。
クラス「AB」は、周期の 50 ～ 100% に等しい時間、増幅段に電流が流れることを示します。
モード「C」では、動作時間の半分以下の時間しか電流が流れません。
ULF モード「D」は、ごく最近、つまり 50 年以上前からアマチュア無線の練習で使用されてきました。ほとんどの場合、これらのデバイスはデジタル要素に基づいて実装されており、90% 以上という非常に高い効率を持っています。

さまざまなクラスの低周波アンプにおける歪みの存在

クラス「A」トランジスタアンプの動作領域は、非線形歪みがかなり小さいという特徴があります。入力信号がより高い電圧パルスを吐き出すと、トランジスタが飽和してしまいます。出力信号では、各高調波 (最大 10 または 11) の近くでより高いものが現れ始めます。このため、トランジスタアンプ特有の金属的なサウンドが得られます。

電源が不安定な場合、出力信号はネットワーク周波数に近い振幅でモデル化されます。周波数特性の左側ではサウンドがより荒くなります。しかし、アンプの電源の安定化が向上すればするほど、デバイス全体の設計はより複雑になります。クラス「A」で動作する ULF の効率は比較的低く、20% 未満です。その理由は、トランジスタが常に開いており、電流が常に流れているためです。

(わずかではありますが) 効率を高めるために、プッシュプル回路を使用できます。欠点の 1 つは、出力信号の半波が非対称になることです。クラス「A」から「AB」に移行すると、非線形歪みは 3 ～ 4 倍に増加します。しかし、デバイス回路全体の効率は依然として向上します。 ULF クラス「AB」および「B」は、入力の信号レベルが低下するにつれて歪みが増加することを特徴とします。ただし、音量を上げても、欠点を完全に取り除くことはできません。

中級クラスでの作業

各クラスにはいくつかの種類があります。例えば、アンプには「A+」というクラスがあります。この場合、入力トランジスタ（低電圧）はモード「A」で動作します。ただし、出力段に設置される高圧のものは「B」または「AB」で動作します。このようなアンプは、クラス「A」で動作するアンプよりもはるかに経済的です。非線形歪みの数は著しく少なく、0.003% 以下です。バイポーラトランジスタを使用すると、より良い結果が得られます。これらの要素に基づく増幅器の動作原理を以下に説明します。

しかし、出力信号には依然として多数の高調波が含まれており、サウンドが特徴的に金属的になる原因となります。「AA」級で動作する増幅回路もあります。それらでは、非線形歪みはさらに少なく、最大 0.0005% です。しかし、トランジスタアンプの主な欠点は依然として存在します - 特徴的な金属音です。

「代替」デザイン

これは真空管の代替品であるということではありませんが、高品質なサウンド再生のためのアンプの設計と組み立てに携わる専門家の中には、真空管の設計を優先する人が増えています。真空管アンプには次のような利点があります。

出力信号の非線形歪みは非常に低レベルです。
トランジスタ設計よりも高調波が少なくなります。

ただし、すべての利点を上回る大きな欠点が 1 つあります。それは、調整用のデバイスを必ずインストールする必要があることです。実際、真空管ステージには数千オームという非常に高い抵抗があります。しかし、スピーカーの巻線抵抗は8オームまたは4オームです。それらを調整するには、変圧器を設置する必要があります。

もちろん、これはそれほど大きな欠点ではありません。出力段とスピーカーシステムに適合させるためにトランスを使用するトランジスタデバイスもあります。一部の専門家は、最も効果的な回路は負帰還の影響を受けないシングルエンドアンプを使用するハイブリッド回路であると主張しています。さらに、これらのカスケードはすべて ULF クラス「A」モードで動作します。言い換えれば、トランジスタ上のパワーアンプはリピータとして使用されます。

さらに、そのようなデバイスの効率は非常に高く、約50％です。ただし、効率と出力のインジケーターだけに焦点を当てるべきではありません。それらはアンプによるサウンド再生の高品質を示すものではありません。特性の直線性とその品質の方がはるかに重要です。したがって、電源ではなく、主にそれらに注意を払う必要があります。

トランジスタ上のシングルエンドULF回路

エミッタ接地回路に従って構築された最も単純なアンプは、クラス「A」で動作します。この回路にはn-p-n構造の半導体素子が使用されています。コレクタ回路には抵抗 R3 が設置されており、電流の流れが制限されます。コレクタ回路はプラスの電源線に接続され、エミッタ回路はマイナスの電源線に接続されます。 p-n-p構造の半導体トランジスタを使用する場合も、極性を変えるだけで回路は全く同じになります。

デカップリングコンデンサ C1 を使用すると、交流入力信号を直流電源から分離することができます。この場合、コンデンサはベース-エミッタ経路に沿った交流の流れの障害にはなりません。エミッタ・ベース接合の内部抵抗と抵抗 R1 および R2 は、最も単純な電源分圧器を表します。通常、抵抗 R2 の抵抗は 1 ～ 1.5 kOhm であり、このような回路では最も一般的な値です。この場合、電源電圧は正確に半分に分割されます。そして、回路に20ボルトの電圧で電力を供給すると、電流ゲインh21の値が150になることがわかります。トランジスタ上のHFアンプは同様の回路に従って作られていることに注意してください。少し違う。

この場合、エミッタ電圧は 9 V で、回路の「E-B」セクションでの降下は 0.7 V です (これはシリコン結晶上のトランジスタでは一般的です)。ゲルマニウムトランジスタに基づくアンプを考えると、この場合、「E-B」セクションの電圧降下は 0.3 V に等しくなります。コレクタ回路に流れる電流は、エミッタに流れる電流と等しくなります。エミッタ電圧を抵抗 R2 - 9V/1 kOhm = 9 mA で割ることで計算できます。ベース電流の値を計算するには、9 mA をゲイン h21 - 9 mA/150 = 60 μA で割る必要があります。 ULF 設計では通常、バイポーラトランジスタが使用されます。動作原理がフィールド用とは異なります。

抵抗 R1 で降下値を計算できるようになりました。これはベース電圧と電源電圧の差です。この場合、ベース電圧は、エミッタの特性と「E-B」遷移の合計という式を使用して求めることができます。 20 ボルト電源から電力が供給されている場合: 20 - 9.7 = 10.3。ここから、抵抗値 R1 = 10.3 V/60 μA = 172 kOhm を計算できます。この回路には、エミッタ電流の交流成分が通過できる回路を実装するために必要な容量 C2 が含まれています。

コンデンサ C2 を取り付けない場合、変動成分は非常に制限されます。このため、このようなトランジスタベースのオーディオアンプの電流利得 h21 は非常に低くなります。上記の計算では、ベース電流とコレクタ電流が等しいと仮定されているという事実に注意する必要があります。また、ベース電流はエミッタから回路に流れ込む電流としました。これは、トランジスタのベース出力にバイアス電圧が印加された場合にのみ発生します。

ただし、バイアスの存在に関係なく、コレクタの漏れ電流が常にベース回路を流れることを考慮する必要があります。エミッタ接地回路では、漏れ電流は少なくとも 150 倍に増幅されます。ただし、通常、この値はゲルマニウムトランジスタに基づくアンプを計算する場合にのみ考慮されます。シリコンを使用した場合、「K-B」回路の電流は非常に小さいため、この値は単純に無視されます。

MOSトランジスタをベースにしたアンプ

図に示されている電界効果トランジスタ増幅器には多くの類似物があります。バイポーラトランジスタの使用も含みます。したがって、同様の例として、共通のエミッタを備えた回路に従って組み立てられたオーディオアンプの設計を考えることができます。写真はコモンソース回路に従って作成した回路です。 R-C 接続は入力回路と出力回路に組み込まれているため、デバイスはクラス「A」アンプモードで動作します。

信号源からの交流は、コンデンサ C1 によって直流電源電圧から分離されます。電界効果トランジスタ増幅器は、必ず同じソース特性よりも低いゲート電位を持たなければなりません。示されている図では、ゲートは抵抗器 R1 を介して共通ワイヤに接続されています。その抵抗は非常に高く、設計では通常 100 ～ 1000 kΩ の抵抗が使用されます。このような大きな抵抗は、入力信号が分流されないように選択されます。

この抵抗により電流はほとんど流れなくなり、その結果、ゲート電位（入力に信号がない場合）はグランドの電位と同じになります。ソースでは、抵抗 R2 での電圧降下のみにより、電位がグランドの電位よりも高くなることがわかります。このことから、ゲートの電位がソースよりも低いことがわかります。そして、これはまさにトランジスタが正常に機能するために必要なものです。この増幅回路の C2 と R3 は、上で説明した設計と同じ目的を持っているという事実に注意する必要があります。そして、入力信号は出力信号に対して 180 度シフトされます。

出力にトランスを備えたULF

このようなアンプは家庭用に自分の手で作ることができます。これは、クラス「A」で機能するスキームに従って実行されます。設計は上で説明したものと同じで、共通のエミッタを備えています。マッチングにトランスを使用する必要があるのが特徴です。これは、このようなトランジスタベースのオーディオアンプの欠点です。

トランジスタのコレクタ回路には一次巻線によって負荷がかかり、二次巻線を介してスピーカーに送信される出力信号が生成されます。抵抗器 R1 と R3 には分圧器が組み込まれており、これによりトランジスタの動作点を選択できます。この回路はベースにバイアス電圧を供給します。他のすべてのコンポーネントは、上で説明した回路と同じ目的を持っています。

プッシュプルオーディオアンプ

その動作は前に説明したものよりも少し複雑であるため、これは単純なトランジスタアンプであるとは言えません。プッシュプル ULF では、入力信号は位相の異なる 2 つの半波に分割されます。そして、これらの半波はそれぞれ、トランジスタ上で作られた独自のカスケードによって増幅されます。各半波が増幅された後、両方の信号が結合されてスピーカーに送信されます。 2 つのトランジスタの動的特性と周波数特性は、たとえ同じタイプであっても異なるため、このような複雑な変換は信号の歪みを引き起こす可能性があります。

その結果、アンプ出力の音質が大幅に低下します。プッシュプルアンプが「A」級で動作する場合、複雑な信号を高品質に再生することはできません。その理由は、増幅器の肩に増加した電流が常に流れ、半波が非対称になり、位相歪みが発生するためです。サウンドは聞き取りにくくなり、加熱すると、特に低周波および超低周波で信号の歪みがさらに増加します。

トランスレスULF

トランスを使用して作られたトランジスタベースのベースアンプは、設計の寸法が小さいにもかかわらず、依然として不完全です。変圧器は依然として重くてかさばるので、処分したほうがよいでしょう。異なる種類の導電性を備えた相補的な半導体素子で作られた回路は、はるかに効果的であることが判明しました。最新のULFのほとんどはそのようなスキームに従って正確に作られており、クラス「B」で動作します。

設計に使用されている 2 つの強力なトランジスタは、エミッタフォロワ回路 (コレクタ共通) に従って動作します。この場合、入力電圧は損失も利得もなく出力に伝達されます。入力に信号がない場合、トランジスタはオンになりかけていますが、まだオフのままです。高調波信号が入力に印加されると、最初のトランジスタが正の半波で開き、この時点で 2 番目のトランジスタはカットオフモードになります。

したがって、正の半波のみが負荷を通過できます。しかし、マイナス側のトランジスタは 2 番目のトランジスタを開き、最初のトランジスタを完全にオフにします。この場合、負の半波のみが負荷に現れます。その結果、電力が増幅された信号がデバイスの出力に現れます。このようなトランジスタを用いた増幅回路は非常に効率的であり、安定した動作と高音質な再生を実現することができる。

1つのトランジスタによるULF回路

上記のすべての機能を学習した後、単純な要素ベースを使用して自分の手でアンプを組み立てることができます。トランジスタは国内のKT315または外国の類似品（BC107など）を使用できます。負荷として、抵抗が 2000 ～ 3000 オームのヘッドフォンを使用する必要があります。バイアス電圧は、1 MΩ の抵抗と 10 μF のデカップリングコンデンサを介してトランジスタのベースに印加する必要があります。この回路は、電圧 4.5 ～ 9 ボルト、電流 0.3 ～ 0.5 A の電源から電力を供給できます。

抵抗 R1 が接続されていない場合、ベースとコレクタには電流が流れません。ただし、接続すると電圧は0.7Vのレベルに達し、約4μAの電流が流れます。この場合、電流ゲインは約 250 になります。ここから、トランジスタを使用してアンプの簡単な計算を行い、コレクタ電流を求めることができます。コレクタ電流は 1 mA に等しいことがわかります。このトランジスタ増幅回路を組み立てたら、テストすることができます。負荷を出力 - ヘッドフォンに接続します。

指でアンプの入力に触れると、特有のノイズが現れるはずです。そこにない場合は、構造が正しく組み立てられていない可能性があります。すべての接続と要素の定格を再確認してください。デモをより明確にするには、音源を ULF 入力 (プレーヤーまたは電話からの出力) に接続します。音楽を聴いて音質を評価します。

消費電流 - 46mA。バイアス電圧 V bjas はアンプの出力電力レベル (ゲイン) を決定します。

図33.11。 TSH690、TSH691マイクロ回路の内部構造とピン配列

米。 33.12. 周波数帯域300～7000 MHzのアンプとしてTSH690、TSH691マイクロ回路を標準搭載

0 ～ 5.5 (6.0) V の範囲で調整できます。TSH690 (TSH691) マイクロ回路のバイアス電圧 Vbias = 2.7 V、負荷抵抗 50 オーム、最大 450 MHz の周波数帯域での透過係数は 23 ( 43) dB、最大 900(950) MHz - 17(23) dB。

TSH690、TSH691 マイクロ回路の実際の組み込みを図に示します。 33.12. 推奨要素値: C1=C5=100-1000 pF; C2=C4=1000pF; C3=0.01μF; L1 150nH; L2 450 MHz を超えない周波数の場合は 56 nH、900 MHz までの周波数の場合は 10 nH。抵抗 R1 は出力電力レベルを調整するために使用できます (自動出力電力制御システムに使用できます)。

Hewlett Packard 製の広帯域 INA50311 (図 33.13) は、移動体通信機器や民生用電子機器 (アンテナ増幅器や無線周波数増幅器など) での使用を目的としています。アンプの動作範囲は 50 ～ 2500 MHz です。電源電圧 - 5 V、消費電流は最大 17 mA。平均ゲイン

米。 33.13。 ΙNA50311 マイクロ回路の内部構造

10dB。 900 MHz の周波数で入力に供給される最大信号電力は 10 mW 以下です。雑音指数 3.4dB。

78LO05 電圧安定器によって電力が供給される場合の ΙNA50311 マイクロ回路の一般的な接続を図に示します。 33.14。

米。 33.14。 INA50311チップ上の広帯域アンプ

シュストフ修士、回路学。アナログチップ上の 500 デバイス。 - サンクトペテルブルク: 科学と技術、2013 年。-352 ページ。

ラジオ、テレビ、さまざまな高周波増幅器（UHF）などの無線受信機器の感度を高めるために使用されます。このような UHF は、受信アンテナとラジオまたはテレビ受信機の入力の間に接続され、アンテナ (アンテナアンプ) からの信号を増加させます。このようなアンプを使用すると、信頼性の高い無線受信の半径を広げることができ、トランシーバー (無線局) に含まれる受信機の場合は、動作範囲を拡大したり、同じ範囲を維持しながら放射電力を低減したりできます。無線送信機の。

図では、図 1 は、エミッタ接地 (CE) 回路に従って接続された 1 つのトランジスタ上の広帯域 UHF の図を示しています。使用するトランジスタによっては、この回路は数百メガヘルツの周波数まで問題なく適用できます。使用される要素の値は、無線範囲の周波数 (下位と上位) によって異なります。

コモンエミッタ (CE) 回路に接続されたトランジスタ段は比較的高いゲインを提供しますが、周波数特性は比較的低くなります。

共通ベース (CB) を備えたトランジスタカスケードは、OE を備えたトランジスタカスケードよりもゲインが低くなりますが、周波数特性は優れています。これにより、OE 回路と同じトランジスタをより高い周波数で使用できるようになります。