Wzmacniacze pomiarowe
Przedstawione w tym artykule dwie konstrukcje wzmacniaczy pomiarowych są przeznaczone do współpracy z cyfrową skalą do TRX'a - stacjonarnym miernikiem częstotliwości opublikowanym w ... (tu proszę podać właściwy numer Re), lub do współpracy z dowolnym urządzeniem pomiarowym wymagającym sygnału wejściowego o amplitudzie odpowiadającej poziomom TTL.
Obydwa wzmacniacze składają się ze stopnia wejściowego w postaci wtórnika źródłowego lub emiterowego, i współpracującego z nim wzmacniacza ze wspólnym emiterem.
Opis układów
Jako pierwszy zostanie opisany wzmacniacz do stacjonarnego miernika częstotliwości z rys.1. Został on tak zaprojektowany aby można było wykorzystać do współpracy z nim typową sondę od oscyloskopu posiadającą przełącznik tłumienia 1:1 - 1:10 . Całość składa się zaledwie z dwóch tranzystorów z których pierwszy T1 pracuje jako wtórnik źródłowy dopasowujący wysoką impedancję sygnału mierzonego do małej impedancji wejściowej wzmacniacza z tranzystorem T2. Impedancja wejściowa wtórnika jest równa rezystancji R2 i wynosi 1MΩ. Pojemność wejściowa samego wtórnika jest zbliżona do kilkunastu pF, lecz proszę pamiętać że w praktyce będzie ona większa po dodaniu się do niej pojemności montażu (przewody łączące, pojemność własna sondy, gniazdo BNC). Punkt pracy wtórnika jest ustalany za pomocą potencjometru wieloobrotowego R1. Sygnał wyjściowy z wtórnika zostaje podany przez elementy C6, i R4, do stopnia wzmacniającego w układzie wspólnego emitera zbudowanego na tranzystorze T2. Stopień ten posiada szereg ujemnych sprzężeń zwrotnych mających na celu poprawę stabilności pracy i uzyskanie jak najszerszego pasma przenoszonych częstotliwości. Najważniejszym z istniejących w układzie sprzężeń jest to realizowane przez diodę Schottky'ego D1 pełniącą funkcję ogranicznika Bakera. Ogranicznik ten nie dopuszcza do wejścia tranzystora T2 w stan głębokiego nasycenia i w konsekwencji powoduje wzrost szybkości działania układu. Mechanizm ten polega na ograniczeniu (niejednokrotnie znacznemu ograniczeniu) ładowania się pojemności pasożytniczej kolektor-baza T2 odpowiedzialnej za powstanie efektu Millera, który to efekt decyduje często o wartości górnej częstotliwości granicznej wzmacniacza. Pozostałych mniej istotnych na pracę układu ujemnych sprzężeń zwrotnych autor nie będzie opisywał ze względu na ich prostotę i powszechną znajomość przez Czytelników. Sygnał użyteczny pobieramy wprost z kolektora T2. Kształt sygnału na kolektorze T2 jest zbliżony do sinusoidy, a amplituda ma wartość wystarczającą aby wejście układu TTL bez problemu mogło być prawidłowo wysterowane tym sygnałem. Drugi z przedstawionych wzmacniaczy pomiarowych widzimy na rys.4. Jest on przeznaczony do zastosowania w cyfrowej skali częstotliwości do TRX'a. Jego impedancja wejściowa jest zbliżona do wartości rezystora R2 (w rzeczywistości niewiele mniejsza). Stopień wejściowy jest zbudowany w postaci wtórnika emiterowego. W stopniu tym nie występuje ograniczenie częstotliwości od góry, ze względu na brak efektu Millera w układach wtórników emiterowych. Punkt pracy wtórnika jest ustawiany za pośrednictwem potencjometru R1. Sygnał mierzony podobnie jak w poprzednim układzie jest podawany przez C6, i R4, do wzmacniacza ze wspólnym emiterem zbudowanym na tranzystorze T2. Sam wzmacniacz jest nieco prostszy - brakuje ujemnego sprzężenia realizowanego przez rezystor w obwodzie emitera, oraz rezystora łączącego bazę i masę układu w obwodzie polaryzacji bazy T2. To niewielkie uproszczenie konstrukcji nie wpływa w zasadzie na pracę całego układu, i jak wykazały pomiary różnice w parametrach obydwu stopni wzmacniających są pomijalnie małe. Należy również zaznaczyć że układ do skali TRX'a nie wymaga takiego stopnia złożoności jak układ pomiarowy do stacjonarnego miernika i z tego względu całość może być prostsza do wykonania. Pozostałe elementy sprzężeń zwrotnych, i kształt sygnału wyjściowego są takie same jak w poprzedniej konstrukcji.
Montaż konstrukcji i uruchomienie
Przed przystąpieniem do wykonania wzmacniacza pomiarowego należy zadecydować która z przedstawionych konstrukcji będzie nam potrzebna. W zależności od tego wykonujemy płytkę drukowaną przedstawioną na rys.2 lub na rys.5. Przystępując do montażu kierujemy się właściwym schematem montażowym przedstawionym na rys.3 lub na rys.6. Obydwie konstrukcje wykorzystują tanie i łatwo dostępne tranzystory BF245 i BC547 lub ich odpowiedniki. Stosowanie droższych i trudniej dostępnych tranzystorów o lepszych parametrach w zakresie w.cz. jest oczywiście możliwe lecz bezcelowe ze względu na fakt, iż górna częstotliwość naszej skali do TRX'a - miernika stacjonarnego jest ograniczona w zasadzie do 40MHz. Poza tym w obydwu wzmacniaczach zastosowano odpowiednie rozwiązania konstrukcyjne, które i tak gwarantują nam pokrycie wymaganego pasma częstotliwości, bez konieczności stosowania kosztownych podzespołów. Wszystkie podzespoły należy montować starannie na jak najkrótszych wyprowadzeniach. Cały zmontowany układ należy umieścić we wnętrzu urządzenia pomiarowego, w taki sposób aby znajdował się jak najbliżej gniazda wejściowego BNC. Najlepiej przylutować płytkę wzmacniacza bezpośrednio do gniazda za pośrednictwem krótkich odcinków srebrzanki łącząc zarówno styk pomiarowy jak i masę układu i gniazda. Taki montaż zapewni nam najmniejszą z możliwych pojemność wejściową całości. Pozostaje jeszcze połączenie obwodu zasilającego i wyjścia sygnału do układu pomiarowego. Obydwa połączenia wykonujemy dwużyłowym przewodem w izolacji, dbając o to aby połączenie było możliwie krótkie w celu eliminacji ewentualnych sprzężeń i redukcji pasożytniczych pojemności montażowych. Regulacja obydwu układów jest niezwykle prosta. Wystarczy na wejście wzmacniacza pomiarowego podać sygnał o amplitudzie 0,3 - 0,5 V i częstotliwości np. 1MHz, i dokonać potencjometrem R1 regulacji wtórnika źródłowego lub wtórnika emiterowego tak aby amplituda na wyjściu wtórnika osiągnęła maksymalną wartość. Należy w tym miejscu przypomnieć, że wzmocnienie układów wtórników jest zbliżone do jedności (w rzeczywistości niewiele mniejsze od 1). Regulacji tej najlepiej dokonać przy pomocy oscyloskopu, lub sondy do pomiaru napięć w.cz. opisanej w Re 7/1998. Po wykonaniu tej czynności możemy uznać, że układ naszego wzmacniacza pomiarowego jest już uruchomiony. Pozostaje jeszcze sprawdzić poprawne funkcjonowanie całości przez pomiar sygnałów o różnych częstotliwościach np. z VFO radiostacji, lub z przestrajanego generatora. W przypadku wykonania stacjonarnego miernika częstotliwości, i wzmacniacza pomiarowego z rys.1 charakteryzującego się impedancją wejściową 1MΩ należy użyć w charakterze sondy pomiarowej standardową sondę od oscyloskopu posiadającą możliwość przenoszenia sygnału mierzonego bez tłumienia 1:1 lub z tłumieniem 1:10. W przypadku sygnału nie stłumionego 1:1 istnieje możliwość pomiaru w granicach amplitud od 0,3 V - 4 V, natomiast przy tłumieniu 1:10 można mierzyć amplitudy sygnałów od 3 V - 40 V. Ze względu na napięcie zasilające wzmacniacze pomiarowe o wartości +5V podane amplitudy sygnałów nie powinny być zwiększane, szczególnie dla wzmacniacza z rys.1.
Mariusz Janikowski