В настоящее время доставка телевизионного сигнала потребителю осуществляется как через эфир, так и с помощью систем кабельного телевидения. Если уровень сигнала недостаточен, для его повышения приходится применять телевизионные усилители. Ранее их называли антенными, поскольку они чаще всего размещались вблизи антенны. Описание такой конструкции приведено в статье "Телевизионный антенный усилитель с большим динамическим диапазоном" ("Радио", 2005, № 9, с. 11, 12). Но с развитием кабельных сетей это название - антенный усилитель - стало не вполне точным. Он, например, может потребоваться в случае, если потребителей в квартире несколько и телевизионный сигнал приходится делить на всех "поровну", а его уровня может быть недостаточно. Усилитель должен не только обеспечивать требуемое усиление, но при этом ещё и не ухудшать качество сигнала, т. е. иметь небольшой коэффициент шума. Поскольку число одновременно усиливаемых сигналов может достигать нескольких десятков, он также должен иметь высокую линейность, т. е. малые интермодуляционные искажения. К тому же устанавливать его желательно на вводе сигнала в квартиру и поэтому питать по сигнальному кабелю.
Рис. 1
Схема такого усилителя, собранного на основе специализированной микросхемы, показана на рис. 1. Одна особенностей применённой микросхемы - отсутствие отдельного вывода для подачи питающего напряжения которое поступает непосредственно на выход, что упрощает питание усилителя по сигнальному кабелю Вторая особенность - она поддерживает постоянное напряжение на выходе (называемое напряжением прибора Unp), слабо зависящее от потребляемого тока, который устанавливают подборкой токо-ограничивающих резисторов.
На входе усилителя предусмотрен подстроечный резистор R1 - регулятор входного сигнала, он может потребоваться для получения оптимального уровня сигнала на выходе. Этот резистор можно не устанавливать, соединив левый по схеме вывод конденсатора С1 непосредственно с центральным контактом высокочастотного гнезда XW1. Фильтр верхних частот C1L1C2 подавляет сигналы с частотами менее 30 МГц. Диоды VD1, VD2 защищают вход микросхемы, a VD3 - её выход Питание на микросхему поступает по сигнальному кабелю через токоогра-ничивающие резисторы R2 R3, R5, R6 Одновременно R4 и R5, R6 обеспечивают деление мощности усиленных сигналов на два выхода, поэтому коэффициент усиления всего усилителя будет меньше коэффициента усиления применённой микросхемы на 3.. 4 дБ
Параметры | GALI-5 | INA-03184 | MSA-0505 | MSA-1105 | MSA-0786 | MSA-0886 | SGA-6489 | SGA-7489 | MAX2611 |
К, дБ | 20 | 25 | 7,5 | 10 | 13 | 32 | 20 | 22 | 18 |
F-ЗДБ, МГГЦ | = 2000 | = 2500 | = 2300 | = 1300 | = 2000 | = 400 | = 1500 | = 1000 | = 1100 |
Кш дБ | 3,5 | 2,6 | 6,5 | 3,6 | 5 | 3,3 | 2,8 | 2,9 | 3,5 |
P1, дБмВт | 19 | -2 | 19 | 17 | 2 | 12,5 | 20 | 22 | 2,9 |
IPз, дБ,мВт | 35 | 7 | 29 | 30 | 19 | 27 | 33 | 38 | 13 |
Iпотр,МА | 65 | 10 | 80 | 60 | 22 | 36 | 75 | 130 | 16 |
Імакc мА | 85 | 25 | 135 | 80 | 60 | 65 | 150 | 160 | 40 |
Unp. В | 4,4 | 4 | 8,4 | 5,5 | 4 | 7,8 | 5 | 5 | 3,8 |
Корпус | SOT-89 | 84 Plastic | 05 Plastic | 05 Plastic | 86 Plastic | 86 Plastic | SOT-89 | SOT-89 | SOT-143 |
Без изменения схемы и конструкции можно применить различные микросхе мы, при этом в некоторых случаях потребуется изменить только номиналы некоторых резисторов. В настоящее время выбор микросхем весьма широк. Параметры некоторых из них приведены в таблице, где К - коэффициент усиления; F-3 дБ - верхняя частота полосы пропускания по уровню 3 дБ от максимального значения (нижняя частота полосы пропускания определяется ёмкостью разделительных конденсаторов и параметрами ФВЧ); Кш - коэффициент шума. Показателями линейности амплитудной характеристики служат: Р, - выходная мощность, при которой коэффициент усиления снижается на 1 дБ (Output Power at 1 dB Gain Compression); IP3 - гипотетическая точка на амплитудной характеристике микросхемы, в которой мощность интермодуляционных искажений равна мощности основного сигнала. В иностранных источниках её называют точкой пересечения третьего порядка (Third Order Intercept Point). Все перечисленные выше параметры нормируют для 50-омного тракта, а выходную мощность измеряют в децибелах относительно милливатта (дБмВт). Остальные параметры: Іпотр - номинальный потребляемый ток; Імакс - максимально допустимый потребляемый ток; Unp - постоянное напряжение на выходе микросхемы.
Рис. 2
Поскольку питающее напряжение поступает на усилитель по сигнальному кабелю, для его подачи применено развязывающее устройство, схема которого показана на рис. 2. Диод VD1 защищает усилитель от неправильной полярности напряжения, через дроссель L1 питающее напряжение поступает на сигнальный кабель, одновременно фильтр L1C2C3 не пропускает телевизионный сигнал в блок питания. Вилку XW1 вставляют в антенное гнездо телевизора, а в гнездо XW2 - сигнальный кабель, который идёт к гнезду XW3 усилителя и подают питающее напряжение с выхода сетевого стабилизированного блока питания, обеспечивающего требуемый потребляемый ток. Если планируется дальнейшее деление сигнала усилителя на несколько потребителей, то подключать любой разветвитель можно к гнезду XW2 или вилке XW1 развязывающего устройства.
Рис. 3
Все элементы усилителя монтируют на печатной плате из фольгированного с двух сторон стеклотекстолита толщиной 1,5 мм, чертёж которой показан на рис. 3. На непоказанной на рисунке стороне платы фольга полностью оставлена. В устройстве применены постоянные резисторы РН1-12, подстро-ечный - 3303 фирмы BOURNS, конденсаторы для поверхностного монтажа типоразмера 0805. Катушка индуктивности намотана проводом ПЭВ-2 0,2 на оправке диаметром 2 мм и содержит 10-12 витков. Коаксиальные гнёзда XW1 -XW3 - серии F, их монтируют на металлических уголках из жести. Предварительно уголки припаивают к плате с двух сторон. Внешний вид смонтированного усилителя показан на рис. 4.
Рис. 4
Общее сопротивление цепи резисторов R2, R3, R5, R6 (Rz) зависит от напряжения питания 11пит, которое должно быть больше ипр на несколько вольт, и потребляемого микросхемой тока Iпотр: Rсумм = (Uпит-Uпр)/lпотр. Поскольку усилитель рассчитан на подключение двух нагрузок - ВЧ кабелей с сопротивлением 75 Ом, номиналы резисторов R5 и R6 изменять не следует, т. е. R5 = R6 = 75 Ом. Например, для микросхемы SGA-6489 (Iпотр = 75 мА) при напряжении питания Uпит = 12 В получим Rсумм = (12 - 5)/75 - 93 Ом Общее сопротивление резисторов R5 и R6 равно примерно 38 Ом, поэтому сопротивление соединённых параллельно резисторов R2 и R3 равно: 93 - 38 = 55 Ом Для нашего случая выбираем R2 = R3 = 100 Ом. Мощность, рассеиваемая на одном резисторе R2 (или R3) Рраcc = (lпотр/2)2-R2 = 0,14 Вт, поэтому выбраны резисторы с номинальной мощностью рассеяния 0,25 Вт.
Рис. 5
Чертёж платы развязывающего устройства показан на рис. 5. Она также изготовлена из фольгированного с двух сторон стеклотекстолита толщиной 1,5 мм, фольга с одной стороны также оставлена. Применён дроссель ЕС-24 индуктивностью несколько микрогенри (1 - 10 мкГн), высокочастотные разъёмы - серии CAT (САТ-Ш, CAT-Г) или аналогичные импортные. Гнездо XW2 устанавливают на плате аналогично гнёздам на плате усилителя. В отверстия обеих плат вставляют отрезки лужёного провода и припаивают с двух сторон.
Если усилитель планируется применить в качестве антенного и разместить вблизи неё, то оставляют только один выход (XW3), а предпочтение следует отдать микросхеме с наименьшим коэффициентом шума, усилением не менее 15 дБ и максимальными значениями P1 и IP3. При этом резисторы R2, R3, R5, R6 исключают из усилителя, установив взамен них перемычку из фольги шириной 3 . 4 мм, и включают их последовательно с дросселем L1 в развязывающем устройстве. Корпус усилителя должен быть герметичным или все его элементы следует каким-либо образом защитить от воздействия окружающей среды.
В заключение следует отметить, что на основе некоторых приведённых в таблице микросхем возможно построение усилителя ПЧ (=0,95...2,4 ГГц) систем спутникового телевидения. Такой усилитель устанавливают между конвертером (LNB — Low Noise Block) и ресивером Он может потребоваться при большой длине кабеля снижения или сильном затухании сигнала в нём.
Автор: И. Нечаев, г. Москва