Сумматор на транзисторах своими руками
Добавил пользователь Евгений Кузнецов Обновлено: 05.10.2024
При отсутствии телевизионной антенны коллективного пользования, особенно в сельской местности, часто возникает необходимость установкидвух или нескольких раздельных антенн.
Это может быть связано с необходимостью использования узкополосных одноканальных антенн для приема разных программ от одного и того же телецентра или ретранслятора, когда требуются антенны с большим коэффициентом усиления. В других случаях необходимо принимать разные программы от телевизионных передатчиков, расположенных в разных направлениях, а каждый раз заниматься поворотом антенны вручную или конструировать специальное поворотное устройство нежелательно.
В таких условиях обычно от каждой антенны спускается отдельный фидер, что нецелесообразно, так как при переходе с приема одной программы на другую приходится переставлять штекеры фидеров в антенное гнездо телевизора. Установка переключателя фидеров у телевизора также не решает проблемы: не устраняется большой расход дорогостоящего кабеля, а при слабом сигнале для компенсации затухания сигнала в фидерах пришлось бы у каждой антенны устанавливать .отдельный антенный усилитель.
Эти проблемы могут быть решены исключительно путем объединения сигналов, принятых антеннами, с канализацией их к телевизору по одному общему фидеру. Однако, непосредственно соединять между собой разные антенны невозможно в связи с тем, что нарушится их согласование с фидерами: сигнал, принятый одной антенной, будет разветвляться и лишь частично поступать в фидер.
Другая антенна, подключенная параллельно фидеру, может представлять собой такую нагрузку, что уровень сигнала от первой антенны, поступающий в фидер, окажется недопустимо малым. Поэтому необходимо, специальное устройство для сложения сигналов, которое не нарушало бы согласования антенн.
На рис. 1 показана схема фильтра сложения сигналов (ФСС) метрового диапазона. Назначение фильтра состоит в том, чтобы сигнал, принятый антенной 1, полностью поступил в фидер и не ответвлялся в цепь антенны 2, а сигнал, принятый антенной 2, также полностью поступил в фидер и не ответвлялся в цепь антенны 1.
Рис. 1. ФСС с использованием ФНЧ и ФВЧ.
Эта задача реализуется использованием двух фильтров. Фильтр, образованный элементами LI, Cl, L2, С2 и С5, представляет собой фильтр нижних частот (ФНЧ), а фильтр, образованный элементами L3, С3, L4, С4 и L5, - фильтр верхних частот (ФВЧ). Если антенна 1 рассчитана на прием сигнала с меньшим номером,канала, то есть с меньшей частотой, чем антенна 2, то сигнал от антенны 1 свободно проходит . через ФНЧ и поступает в фидер, не ответвляясь в цепь антенны 2, так как ФВЧ представляет для него большое сопротивление.
Аналогично, сигнал, принятый антенной 2, беспрепятственно проходит через ФВЧ и поступает в фидер, а ФНЧ, имеющий для этого сигнала большое сопротивление, не пропускает pro к антенне 1. Во избежание отражения сигналов, принятых антеннами, от ФСС характеристические сопротивления обоих фильтров должны приблизительно составлять 75 Ом.
Катушки индуктивности фильтра наматываются проводом ПЭВ-2 диаметром 0,6 мм виток к витку на каркасах из полистирола или оргстекла: диаметром 5 мм. Катушки L1. L4 располагаются на одном общем каркасе, расстояния между катушками должны быть не менее ,8 мм. Катушка L5 наматывается на отдельном каркасе и конструктивно размещается так, чтобы ее ось была перпендикулярна оси других катушек. Количество витков катушек и емкости конденсаторов для разных комбинаций каналов приведены в таблице 1.
Таблица 1. Данные для катушек и конденсаторов.
| Номер канала антенны | Количество витков катушек | Емкость, пФ | |||||
| 1 | 2 | L1, L2 | L3, L4' | L5 | С1,С2 | С3, С4 | С5 |
| 1-5 | 6-12 | 2 | 11 | 3 | 12 | 12 | 20 |
| 1 | 3 | 3,5 | 8,5 | 6 | 47 | 39 | 33 |
| 1 | 4 | 3,5 | 7 | 5 | 47 | 36 | 33 |
| 1 | 5 | 3,5 | 5 | 6 | 47 | 43 | 33 |
| 2 | 3 | 3,5 | 8,5 | 6 | 47 | 39 | 30 |
| 2 | 4 | 3 | 7 | 5 | 47 | 36 | 30 |
| 2 | 5 | 3 | 5 | 6 | 43 | 43 | 30 |
| 3 | 5 | 2,5 | 5 | 6 | 33 | 43 | 30 |
Рассмотренный вариант ФСС компактен и дешев в изготовлении, но страдает одним недостатком: в любительских условиях невозможно учесть паразитные емкости монтажа и индуктивности выводов катушек, конденсаторов и соединительных проводов, которые на частоте десятков и сотен Мегагерц оказывают существенное влияние на работу.
Поэтому добиться паспортных значений ослабления сигнала не более, чем на 1 дБ и развязки между антеннами не менее, чем на 15 дБ в любительских условиях трудно. По этой причине нельзя предложить ФСС по этой схеме, который позволил бы подключить к общему фидеру две антенны, работающие в диапазоне 6-12 каналов.
Рис. 2. Способ намотки катушек.
Более широкими возможностями обладает ФСС, схема которого показана на рис. 3. Он собран из шести отрезков коаксиального кабеля той же марки, что и фидеры.
Рис. 3. ФСС из отрезков кабеля.
Работа этого фильтра основана на трех важнейших выводах теории длинных линий:
Фильтр рассчитан на подключение двух антенн: антенны с меньшим-номером канала - ’’а” и антенны с большим номером канала - "б". Размеры отрезков кабеля выбираются следующим образом. Длина отрезка 2 равна половине длины волны в кабеле для канала "б", длина отрезка 3 - четверти длины волны в кабеле для канала ”6”, длина отрезка 4 - четверти длины-волны в кабеле для канала "а”, а длина отрезка 6 - половине длины волны в, кабеле для канала "а".
Длина,отрезков 1 и 5 выбирается так, чтобы суммарная длина отрезков 1 и 2 составляла половину длины волны в кабеле для канала1 "а”, а суммарная длина отрезков 5 и 6 - несколько полуволн в кабеле для ! канала "б".
Рассмотрим прохождение сигнала от антенны канала "а". Поступая по фидеру к точке соединения отрезков 1 и 2, сигнал свободно проходит через отрезок 3 и далее в фидер к телевизору, так как отрезки 1 и 2 в сумме имеют длину в полволны для этого канала, и их сопротивление бесконечно велико.
Сигнал не ответвляется в отрезок 4. в связи с тем, что отрезок 6 для него равен половине длины волны и замыкает накоротко конец отрезка 4, а длина этого отрезка составляет четверть длины волны для канала "а", так что входное сопротивление отрезка 4 бесконечно велико.
Аналогично проходит сигнал от антенны канала "б" с тем лишь различием, что в сумме длина отрезков 5 и 6 равна нескольким половинам длины волны для канала "б". Размеры отрезков, 2, 3, 4 и 6 для разных каналов сведены в табл. 2, а размеры отрезков 1 и 5 - в табл. 3. Здесь выше диагонали приводятся размеры В, а ниже диагонали - Г.
Таблица 2. Размеры отрезков, 2, 3, 4 и 6 для разных каналов.
| Номер канала | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | И | 12 |
| А | 933 | 791 | 613 | 558 | 512 | 276 | 265 | 254 | 244 | 234 | 226 | 218 , |
| 2А | 1865 | 1581 | 1227 | 1116 | 1023 | 553 | 529 | 508 | 487 | 469 | 452 | 436 |
Приведем пример определения элементов фильтра для подключения антенны 2-го канала и антенны 7-го канала к общему фидеру. Тогда индекс ”а” соответствует каналу 2, а индекс ”б” - каналу 7. Из табл. 8.2 находим размеры отрезков: 2 - 529 мм, 3 - 265 мм, 4 - 791 мм, 6 - 1581 мм. Из табл.
3 в строке для канала 2 и столбце для канала 7 находим длину отрезка 1 (В) - 1052 мм, а в строке для канала 7 и столбце для канала 2 -длину отрезка 5 (Г) - 535 мм.
Из табл. 3 видно, что в диапазоне 6-12 каналов антенны соседних каналов соединять с помощью ФСС нельзя, но и в тех случаях, когда номера каналов отличаются на 2, длина некоторых отрезков оказывается малой, меньше 50 мм, а такой фильтр будет работать хуже обычного, так как погрешность длины отрезка составит значительный процент от его длины.
По этой же причине не удается создать ФСС для дециметровых каналов или для сочетания метрового и дециметрового каналов. В этих случаях проблема может быть решена коммутацией антенн с помощью электромагнитного реле.
Рис. 4. Схема коммутации антенн.
На рис. 4 показана схема такой коммутации двух антенн на один общий фидер. При этом реле располагается на мачте поблизости от антенн и управляется дистанционно от телевизора с помощью тумблера. Питание реле осуществляется от источника питания телевизора и подается по фидеру.
Резистор R предназначен для гашения излишнего напряжения, а конденсаторы препятствуют замыканию постоянного напряжения питания реле антеннами и входной цепью телевизора, пропуская без потерь высокочастотный сигнал. В схеме используется электромагнитное реле РЭС15 паспорт РС4.591.001П2 или РС4.591.008П2. Можно также использовать реле РЭС10 паспорт РС4.524.301П2 или РС4.524.313П2, но при этом сопротивление резистора R необходимо уменьшить до 6,8 кОм.
Используя схему коммутации, можно подключать к общему фидеру две раздельные дециметровые антенны или метровую и дециметровую антенны. Если же совместить схему коммутации с ФСС, можно подключить к общему фидеру три или четыре метровые антенны, а также две метровые и одну дециметровую антенны. При этом пара антенн подключается к входам ФСС, а выход ФСС - к схеме коммутации.
Никитин В.А., Соколов Б.Б., Щербаков В.Б. - 100 и одна конструкция антенн.
Сумматор на полевых транзисторах
Всем привет.
У многих автомагнитол есть встроенный кроссовер, т.е. на выход можно подать отфильтрованный НЧ сигнал. Хочу добавить баса в автомобиле. Сабвуфер и усилитель у меня есть. Осталось только ссумировать каналы. Нашёл схему сумматора и спаял, но пока не подключал.
Схему нашёл в сети. Очень похожа на Шихатовские, но без ФНЧ и фазовозвращателя. Это всё есть в автомагнитоле.
Возник вопрос: С такими номиналами резисторов R1,R2,R4,R5 и R7 какой должен быть вход и какой будет выход сумматора? У автомагнитолы линейный 2 в.
Аудио техника СССР
акустика, усилители и электроника
Вы здесь: Home Схемы
Сумматор каналов для сабвуфера
При отсутствии отдельного линейного выхода для сабвуфера (LFE – Low Frequency Effects) для подключения сабвуфера применяют сумматор для смешивания линейных стерео выходов.
Простейший сумматор можно выполнить на двух сопротивлениях, но пассивный сумматор дает затухание сигнала и возможно ухудшение разделения стереоканалов из-за невысокого входного сопротивления сумматора.
Чтобы устранить указанные недостатки нужно перейти от пассивного варианта сумматора к активному смесителю сигналов левого и правого каналов. Ниже представлена схема активного сумматора каналов на биполярных транзисторах КТ3102:
Если биполярные транзисторы заменить полевыми, то можно избавиться от разделительных конденсаторов С1-С4, что гораздо повысит качество устройства. При использовании двух полевых транзисторов с напряжением отсечки более 3 вольт (КП303Г, КП303Е) необходимый режим работы достигается без смещения на затворе:
Также активный качественный сумматор можно выполнить на двух операционных усилителях:
Для практического применения – построения качественного сумматора следует использовать 2 последние схемы активных сумматора на полевых транзисторах или на операционных усилителях.
Учитывая специфику восприятия человеком низкочастотного звука к усилителям и другим электронным устройствам, предназначенных для работы с сабввуфером, предъявляются менее жесткие требования, нежели для аналогичных блокам СЧ/ВЧ диапазонов звукового тракта. На основании этого схема на полевых транзисторах является достаточно добротной и качественной для данного класса устройств и может применяться в достаточно высококачественных сабвуферах.
Порой бывает нужно взять ВЧ сигнал и разделить его на два одинаковых сигнала меньшей мощности. Устройство, решающее эту задачу, называется делитель мощности (power splitter). Некоторые делители также могут быть использованы и для обратной задачи. Тогда говорят, что устройство играет роль сумматора (power combiner). Сегодня мы рассмотрим схему делителя/сумматора на частоты 1-30 МГц и проверим, как она работает на практике.
Теория
Давайте разберемся, как это работает.
Резисторы R2-R4 просто показывают, что вход и выходы имеют импеданс 50 Ом. В самом делителе их нет. Итого остается два трансформатора, L1-L3 и L4-L5, а также резистор R1. Для начала рассмотрим работу устройства в режиме делителя.
Первый трансформатор нужен для согласования импеданса. Источник имеет импеданс 50 Ом. Выходы также имеют импеданс 50 Ом, но они соединены параллельно. Как мы скоро убедимся, наличие на выходе L4-L5 и R1 ни на что не влияет. Таким образом, нужно согласовать 50 Ом в 25 Ом. Можно заметить, что L1-L3 является автотрансформатором с отношением числа витков первичной и вторичной обмотки 3:2. То есть, он согласует входные 50 Ом в 50*(2/3) 2 или примерно 22.2 Ом. Это не ровно 25 Ом, но достаточно близко (КСВ 1.126, 0.35% отраженной мощности).
В обмотках L4-L5 текут одинаковые токи в противофазе. Их магнитные поля компенсируют друг друга, поэтому трансформатор ничего не делает. В силу симметрии цепи, на обоих концах R1 будет одинаковое напряжение. Значит, ток через него не потечет. Таким образом, входной сигнал был поровну разделен между двумя выходами. Делитель работает, как и положено делителю.
Для чего же тогда нужны трансформатор L4-L5 и резистор R1? А нужны они для изоляции портов out1 и out2, когда устройство используется, как сумматор. Допустим, сигнал подается на out1, а порты in и out2 нагружены на 50 Ом. Спрашивается, какой сигнал пойдет на out2?
Представим ненадолго, что точка out2 — это земля, и мы можем рассматривать L4-L5 как обычный трансформатор. Как мы выяснили выше, он нагружен примерно на 25 Ом. Поскольку L4-L5 является автотрансформатором с отношением числа витков первичной и вторичной обмотки 2:1, его входной импеданс составляет ~100 Ом. Значение R1 выбрано таким же не случайно. Теперь вспомним, что out2 на самом деле не является землей. Но для нас это не так важно, поскольку любое изменение импеданса L4-L5 влечет за собой точно такое же изменение импеданса R1. Для нас важно лишь то, что их импедансы равны.
Выходит, что току нет особой разницы, куда течь из точки out1, в L4-L5, или в R1, и он делится поровну. Что же мы увидим в точке out2? Какой-то ток потечет через R1. Через L4 ток потечет такой же. Заметьте, что L4-L5 намотан так, что с L5 на out2 ток придет в противофазе относительно тока через резистор R1. В итоге токи компенсируют друг друга, и через R4 никакой ток не пойдет.
Токи на out1 и выходе трансформатора L4-L5 равны. Но ток с трансформатора идет на нагрузку 25 Ом, в два раза меньше. Это означает, что в режиме сумматора мы теряем половину мощности, или 3 dB.
В качестве домашнего задания предлагаю вам поиграться с приведенной схемой в LTspice и убедиться, что она действительно работает так, как описано выше. Схему вы найдете в этом архиве.
Практика
Трансформаторы были намотаны эмалированной проволокой диаметром 0.6 мм на ферритовых кольцах FT82-61. Трансформатор L1-L3 мотается трифилярной обмоткой, а L4-L5 — бифилярной. Я мотал по 8 витков в каждом, это около 25 см проволоки (с запасом). Измеренная индуктивность катушек при этом составила 5.6 мкГн. Это значение я и использовал в модели. Резистор R1 был сделан из 20-и резисторов 0.25 Вт номиналами 2 кОм, соединенных параллельно. Точное сопротивление получилось 98.3 Ом. С помощью антенного анализатора я убедился, что резистор не проявляет реактивных свойств на частотах до 30 МГц.
Все это хозяйство было помещено в небольшой металлический корпус:
Для проверки делителя был использован анализатор спектра:
Здесь сигнал следящего генератора был подан на порт in, а на скриншоте мы видим выход с out1. Порт out2 при этом был нагружен на 50 Ом. Видим, что сигнал делится между портами поровну (-3 dB) за минусом небольших потерь.
Определим изоляцию портов out1 и out2:
В интересующем интервале частот в худшем случае видим -16.7 dB.
Также проверим КСВ в режиме делителя и сумматора:
В любом режиме КСВ не превышает 1.85 на всем интервале 1-30 МГц. То есть, в худшем случае отражается около 8% мощности.
Наконец, убедимся в работе сумматора при помощи генератора сигналов и осциллографа:
Перед нами сумма меандра с частотой 1 МГц и синусоиды с частотой 7 МГц. Роботу устройства в режиме делителя таким образом тоже можно проверить. Но картинки при этом выходят скучные, поэтому здесь я их не привожу. Можно разве что убедится, что сигнал на out1 и out2 имеют одинаковую фазу, как это предсказывал LTspice.
Заключение
Описанный делитель/сумматор можно сделать за один вечер. Заинтересованным читателям предлагается повторить его на каких-нибудь других ферритовых кольцах и/или с другими числом витков, после чего поделиться результатами в комментариях.
Возможно, вас заинтересуют предыдущие статьи, в которых поднимались темы согласования импеданса, работы трансформаторов, и всякого такого:
А на этом у меня все. Как обычно, буду рад вашим вопросам и дополнениям.
Дополнение: Еще вас может заинтересовать статья Несколько способов сдвинуть фазу ВЧ сигнала, особенно описание квадратурного гибридного ответвителя из нее. См также Самодельный делитель/сумматор на частоты до 500 МГц на базе ADP-2-1W+ и Самодельный КСВ-мост и примеры его использования. Схема из последней статьи может быть использована в качестве делителя / сумматора 6 дБ. В заметке Безиндукционные резисторы и проекты на их основе приводится схема делителя / сумматора 6 дБ на резисторах.
Читайте также: