Разветвители телевизионных сигналов и усилители для них

В статье приведено описание простого, недорогого разветвителя высокочастотных сигналов. Предлагаемое решение найдет свое применение в технике передачи и распределения телевизионных сигналов.

Разветвители сигналов, в англоязычной и уже привычной для современной технической терминологии – сплиттеры (splitter –  от split, расщепление), широко востребованные  устройства. Одна из основных областей их применения – это раздача телевизионного сигнала от одного источника на несколько нагрузок (телевизионных приемников). Пример такого использования разветвителей приведен в [1] (рис. 1.).  Бесспорно, наилучшим решением  для данного случая являются сплиттеры на широкополосных трансформаторах. Однако есть два «но». Такие трансформаторы  относительно дороги и нетехнологичны, и они, обычно, спешно решают  проблему для разделения сигнала лишь на две нагрузки. А что делать, если нет возможности изготовления широкополосных высокочастотных трансформаторов или нагрузок больше двух? Простое решение – это использовать сплиттер на основе резистивных делителей. Схема такого разветвителя для маломощных сигналов показана на рис. 2.

За основу схемного решения взят сплиттер, опубликованный в [2]. Сплиттер выполнен на резисторах одного номинала, который выбирается в зависимости от сопротивления источника сигнала и сопротивления нагрузки. Конденсаторы используются при необходимости, т.е. если на выходе источника сигнала имеется постоянная составляющая или на входах приемников присутствует смещение по напряжению. Расчет элементов схемы осуществляется по простой формуле:

R = [(N-1) / (N+1)] · R_H,

где:

N – это количество нагрузок

R_H— необходимое сопротивление источника сигнала R_BX принимается равным сопротивлению нагрузки R_H. Все сопротивления нагрузки R_Hодинаковы.

Величина потерь по напряжению в децибелах на согласованном по нагрузкам сплиттере рассчитывается как K=20Lg(N).

Для облегчения выбора элементов схемы в таблице приведены значения R и K для самых распространенных нагрузок в 50 Ом и 75 Ом.

Правильный выбор элементов схемы обеспечит минимизацию потерь и исключит взаимное влияние нагрузок. Точность согласования зависит от точности резисторов сплиттера, сопротивлений нагрузки и источника сигнала. Для большинства случаев достаточно использовать в сплиттере резисторы с отклонением в 1% (ряд Е96).

При этом при монтаже сплиттера на печатной плате необходимо использовать резисторы для монтажа на поверхность (лучше типоразмер 1206), при объемном монтаже – специальные высокочастотные, имеющие минимальную собственную индуктивность. Конденсаторы должны быть обязательно керамическими, и при монтаже сплиттера на печатной плате предпочтительным для конденсаторов также является типоразмер 1206. Емкость конденсаторов не является критичной, она может быть в пределах 1 нФ…10 нФ, но конденсаторы номиналом более 10 нФ применять нежелательно, так как они плохо ведут себя на высоких частотах. Естественно, что все требования по конструированию высокочастотных устройств должны быть выполнены. Должны использоваться соответствующие высокочастотный разъемы, экранирование, надежное заземление и разделение цепей и т.п.

Естественно, резистивный разветвитель проигрывает по ряду критериев сплиттерам, построенным на высокочастотных трансформаторах [3] или гибридах. Во-первых, это ухудшение отношения сигнал/шум из-за присущих ему потерь, во-вторых, отсутствует гальваническая развязка между нагрузками. Но он имеет и существительные выигрыши – это цена и технологичность. По отзыву в [2] такой сплиттер при правильном монтаже оказался работоспособен до частоты 6 ГГц.

Если с отсутствием гальванической развязки приходится мириться, как с неизбежным, то остается вопрос, как поступить с потерями? Выход из этой ситуации – в использовании компенсирующего усилителя. Это могут быть, например, обычные имеющиеся в продаже телевизионные усилители для варианта с нагрузкой 75 Ом. Можно использовать для этой цели и специальные интегральные усилители, особенно это оправдано для нагрузки в 50 Ом.

Усилители для сплиттеров

Вариантов включения усилителей три.

1. Если позволяет нагрузочная способность, можно использовать один усилитель на входе сплиттера.
2. Если такой вариант из-за перегрузки усилителя невозможен, то тогда используются раздельные усилители на каждом выходе сплиттера. Этот вариант удобен еще и тем, что можно выставить усиление во каждому выходу независимо.
3. Можно использовать два предложенных варианта совместно. То есть один основной усилитель по входу и раздельные добавочные усилители по выходам.

Важно, чтобы в любом случае согласование по входному и выходному сопротивлению соблюдалось. Еще один очень важный момент заключается в том, что при отключении внешней нагрузки любого из выходных портов, на ее место должна быть установлена заглушка (постоянный резистор) с сопротивлением, равным сопротивлению снятой нагрузки. Например, если сплиттер (рис. 2) использовался для раздачи сигнала на телевизоры (а значит, он был рассчитан на нагрузку 75 Ом) и один из кабелей был отключен от антенного входа телевизора, то для устранения рассогласования всей системы на его место необходимо установить резистор номинальным сопротивлением 75 Ом.

Какие интегральные усилители могут быть рекомендованы?

Для систем телевидения может быть использован специально разработанный для кабельного телевидения малогабаритный (корпус SOT-89) интегральный усилитель ASL550 [4] ТИПА MMIC. Он работает в полосе частот от 5 МГц до 1000 МГц, коэффициент усиления 17 дБ (не регулируемый), уровень собственных шумов порядка 2 дБ, напряжение питание однополярное +8В. Недостатком можно считать отсутствие регулировки усиления и большой ток потребления. На частоте 5 МГц – 120 мА. Типовые схемы включения ASL550 и разводка печатных плат представлены в [4].

Для варианта сплиттера на нагрузку 50 Ом подойдет хорошо себя зарекомендовавший во многих применениях малогабаритный (корпус SOT-143) интегральный усилитель S868T [5].

Одним из самых наиболее удобных, с точки зрения автора статьи, вариантов для сплиттера на 50 Ом будет использование малогабаритных (корпус SOT – 143) интегральных усилителей серии S886 [6]. Серия содержит в себе два усилителя. Отличие S886TR от S868T заключается в зеркальном расположении выводов. Усилители серии S886 нормированы для работ от 50 МГц до частоты 1,3 ГГц. Их типовой коэффициент усиления на частоте 2000 МГц не менее 27 дБ, а на частоте 800 МГц – 22 дБ, глубина регулировки усиления на частоте 800 МГц не менее 45 дБ. Уровень собственных шумов не превышает 1,3 дБ. Напряжение питания однополярное +12 В, ток потребления не более 16 мА. Регулировка усиления осуществляется изменением напряжения на входе V_D2S в диапазоне от 1 до 6 В. достоинством этого усилителя является минимальное количество внешних элементов и невысокая цена. Типовая схема включения усилителей серии S886 приведена в [6].

Литература

1. antenna.nnov.
2. John Dunn, Resistive signal splitters, Living Analog Blog EDN, July 26, 2013.
3. Владимир Рентюк. Широкополосные трансформаторы // Радиоаматор. – 2013. — №12.
4. ASL550, Wideband Linear Amplifier MMIC, ASB Inc., August 2010.
5. S886T/S886TR, MOSMIC for TV – Tuner Prestage with 12 V Supply Voltage, Vishay Semiconductors, Rev. 1.4, 02-May-05.

 Автор: Владимир Рентюк, г. Запорожье