Повторители – это устройства, усиливающие электрические сигналы и обеспечивающие сохранение формы и амплитуды сигнала при передаче его на большие расстояния. Описываются протоколами канального уровня модели OSI и могут объединять сети, отличающиеся протоколами лишь на физическом уровне (с одинаковыми протоколами на канальном и выше уровнях) и выполняют лишь регенерацию пакетов данных, обеспечивая тем самым электрическую независимость сопрягаемых сетей и защиту сигналов от воздействия помех. Использование повторителей позволяет расширить протяженность одной сети за счет объединения нескольких сегментов сети в единое целое. При установке повторителя создается физический разрыв линии связи, при этом сигнал воспринимается с одной стороны, регенерируется и направляется к другой части линии связи.

30. Мосты, типы мостов.

Мосты – это устройства, объединяющие между собой 2 похожие сети. Их задачей является передача пакетов данных из одной сети в другую и наоборот. Описываются протоколами сетевого уровня OSI. Регулируют трафик между сетями, использующими одинаковые протоколы передачи данных на сетевом и выше уровнях, выполняя фильтрацию информационных пакетов в соответствии с адресами получателей. Мост может соединить сети разных топологий, но работающих под управлением однотипных сетевых операционных систем. Сети, объединенные мостами становятся одной сетью и имеют один сетевой адрес.

Мосты бывают локальными и удаленными. Локальные соединяют сети, расположенные на ограниченной территории в пределах уже существующей системы. Удаленные соединяют сети, разнесенные территориально с использованием каналов связи и модемов.

Локальные мосты делятся на внутренние и внешние. Внутренние располагаются на одном ПК и совмещают функцию моста с функцией абонентской ЭВМ. Внешние предусматривают использование для функций моста отдельного ПК со специальным программным обеспечением.

Существует несколько типов мостов:

Прозрачные мосты;

Мосты с маршрутизацией от источника;

Транслирующие мосты;

Инкапсулирующие.

Прозрачный мост.

Прозрачные мосты самостоятельно строят специальную адресную таблицу, на основании которой можно решить, нужно передавать пришедший кадр в какой-либо другой сегмент или нет. Алгоритм прозрачного моста не зависит от технологии локальной сети, в которой устанавливается мост. Прозрачный мост строит свою адресную таблицу на основании пассивного наблюдения за трафиком, циркулирующим в подключенных к его портам сегментах. При этом мост учитывает адреса источников кадров данных, поступающих на порты моста. По адресу источника кадра мост делает вывод о принадлежности этого узла тому или иному сегменту сети. Рассмотрим процесс автоматического создания адресной таблицы моста и ее использования на примере простой сети, представленной на рисунке.

Принцип работы прозрачного моста

Мост соединяет два логических сегмента. Сегмент 1 составляют компьютеры, подключенные с помощью одного отрезка коаксиального кабеля к порту 1 моста, а сегмент 2 - компьютеры, подключенные с помощью другого отрезка коаксиального кабеля к порту 2 моста. Каждый порт моста работает как конечный узел своего сегмента за одним исключением - порт моста не имеет собственного МАС - адреса. Порт моста работает в так называемом неразборчивом режиме захвата пакетов, когда все поступающие на порт пакеты запоминаются в буферной памяти. Так как в буфер записываются все пакеты, то адрес порта мосту не нужен.

В исходном состоянии мост ничего не знает о том, компьютеры с какими МАС - адресами подключены к каждому из его портов. Поэтому в этом случае мост просто передает любой захваченный и буферизованный кадр на все свои порты за исключением того, от которого этот кадр получен. В нашем примере у моста только два порта, поэтому он передает кадры с порта 1 на порт 2, и наоборот. Одновременно с передачей кадра на все порты мост изучает адрес источника кадра и делает новую запись о его принадлежности в своей адресной таблице, которую также называют таблицей фильтрации или маршрутизации. Например, получив на свой порт 1 кадр от компьютера 1, мост делает первую запись в своей адресной таблице: МАС - адрес 1 - порт 1. После того как мост прошел этап обучения, он может работать более рационально. При получении кадра, направленного, например, от компьютера 1 компьютеру 3, он просматривает адресную таблицу на предмет совпадения ее адресов с адресом назначения 3. Поскольку такая запись есть, то мост выполняет второй этап анализа таблицы - проверяет, находятся ли компьютеры с адресами источника (в нашем случае - это адрес 1) и адресом назначения (адрес 3) в одном сегменте. Так как в нашем примере они находятся в разных сегментах, то мост выполняет операцию продвижения кадра - передает кадр на другой порт, предварительно получив доступ к другому сегменту. Если бы оказалось, что компьютеры принадлежат одному сегменту, то кадр просто был бы удален из буфера и работа с ним на этом бы закончилась. Такая операция называется фильтрацией . Если же адрес назначения неизвестен, то мост передает кадр на все свои порты, кроме порта - источника кадра, как и на начальной стадии процесса обучения. Процесс обучения моста никогда не заканчивается.

Мосты с маршрутизацией от источника.

Мосты с маршрутизацией от источника(SR-мосты) применяются для соединения колец Token Ring и FDDI, хотя для этих же целей могут использоваться и прозрачные мосты. Маршрутизация от источника основана на том, что станция-отправитель помещает в посылаемый в другое кольцо кадр всю адресную информацию о промежуточных мостах и кольцах, которые должен пройти кадр перед тем, как попасть в кольцо, к которому подключена станция-получатель. Настоящей маршрутизации в строгом понимании этого термина здесь нет, так как мосты и станции по-прежнему используют для передачи кадров данных только информацию МАС - уровня, а заголовки сетевого уровня для мостов данного типа по-прежнему остаются неразличимой частью поля данных кадра.

Сеть состоит из трех колец, соединенных тремя мостами. Для задания маршрута кольца и мосты имеют идентификаторы. SR-мосты не строят адресную таблицу, а при продвижении кадров пользуются информацией, имеющейся в соответствующих полях кадра данных.

При получении каждого пакета SR-мосту нужно только просмотреть поле маршрутной информации на предмет наличия в нем своего идентификатора. И если он там присутствует и сопровождается идентификатором кольца, которое подключено к данному мосту, то в этом случае мост копирует поступивший кадр в указанное кольцо. В противном случае кадр в другое кольцо не копируется. В любом случае исходная копия кадра возвращается по исходному кольцу станции-отправителю, с уведомлением что кадр был получен станцией назначения (в данном случае передан мостом в другое кольцо).

Достоинства: Более рациональные маршруты, проще и дешевле (не надо строить таблицы фильтрации), более высокая скорость (не надо просматривать таблицы фильтрации).

Недостатки: Более дорогие сетевые адаптеры которые принимающие участие в маршрутизации, сеть непрозрачна (кольца имеют номера), увеличивается трафик за счет широковещательных пакетов.

Наличие двух возможных алгоритмов работы мостов - от источника и в прозрачном режиме - создает трудности для построения сложных сетей Token Ring. Мосты, работающие от источника, не могут поддерживать сегменты, рассчитанные на работу в прозрачном режиме, и наоборот. До некоторого времени эта проблема решалась двумя способами. Один способ заключался в использовании во всех сегментах либо только маршрутизации от источника, либо только прозрачных мостов. Другим способом была установка маршрутизаторов. Сегодня имеется третье решение. Оно основано на стандарте, который позволяет объединить обе технологии работы моста в одном устройстве. Этот стандарт, называемый SRT, позволяет мосту работать в любом режиме. Мост просматривает специальные флаги в заголовке кадров Token Ring и автоматически определяет, какой из алгоритмов нужно применить.

Транслирующие мосты.

Это специальная форма прозрачного моста для объединения сетей с разными протоколами на канальном и физическом уровнях.

Этот мост объединяет сети путем манипуляции конвертами, приходящими из сети. Конверты сетей Ethernet, Token Ring, FDDI одинаковы. Но трудность в том, что в разные сети поступают пакеты разной длины. Поскольку транслирующий мост не может разбивать пакеты на части, каждое сетевое устройство должно быть сконфигурировано для передачи пакетов с одинаковой длиной.

Инкапсулирующие мосты.

Данные мосты объединяют сети с одинаковыми протоколами физического уровня Ethernet через сеть с отличными протоколами.

В отличии от транслирующих мостов инкапсулирующие вкладывают полученные пакеты внутрь другого конверта, который используется в магистральной сети. Затем передает его по этой магистрали другим мостам для доставки в место назначения.

Работа моста при передаче от сегмента А в сегмент Б.

Мост1 , используя протоколы канального и физического уровня, считывает из заголовков пакетов, передаваемых по сегменту А адрес назначения. Вкладывает все пакеты, адресованные другим сетям, в конверты сети FDDI, адресованные всем мостам магистрали и посылает этот конверт по магистрали.

Мост 2 получив конверт, раскрывает его и сравнивает адрес назначения со своей базой адресов. Если адрес не для этой сети, то пропускает конверт дальше.

Мост 3 получив конверт, раскрывает его и сравнивает адрес назначения со своей базой адресов. Т.к. адрес назначения находится в его сети, мост достает пакеты из конверта и отправляет их по назначению.

Мост 4 производит такие же действия, что и мост 2.

Мост 1 удаляет конверт из сети FDDI.

Многие пользователи позиционируют репитеры как устройства для усиления GSM или WiFi сигнала.

В большинстве случаев они именно так и используются, однако с технической точки зрения репитеры гораздо сложнее и их функциональные возможности несколько шире.

По определению усилитель, это устройство, которое подключается к одному прибору: телефон, Модем, GSM или WiFi шлюзу и т.п. При этом его возможности сводятся к несложной последовательности операций:

• получить сигнал от приемной антенны;
• отфильтровать заданный диапазон частот;
• усилить до необходимого уровня.

После этого сигнал передается на подключённые устройства посредством кабеля. В большинстве случаев это не всегда удобно.

В отличие от усилителя репитер имеет определенные преимущества. Прежде всего, и это главное отличие, репитер модифицирует сигнал в оба направления, на прием и передачу. Принимая сигнал от базовой станции, он обрабатывает его и ретранслирует на определённую площадь.

Таким образом, все устройства, находящиеся в радиусе действия – мобильные телефоны, смартфоны, планшеты, модемы и другие устройства, имеющие точку приема GSM или WiFi, получают уверенный доступ к сети. Основной задачей при выборе такого репитера является определение его оптимальной мощности.

GSM РЕПИТЕР СОТОВОЙ СВЯЗИ

Казалось бы, современное покрытие GSM сигнала распространяется практически на всю территорию Российской Федерации.

Однако существует множество мест, которые номинально числятся в зоне покрытия, но воспользоваться в полной мере всеми услугами оператора сотовой связи не представляется возможным из-за слишком слабого сигнала. Кроме того, даже в больших городах имеются белые пятна, куда GSM сигнал проникает с трудом.

Существует две основные причины отсутствия сигнала мобильного оператора:

• удаленность от базовой передающей станции;
• наличие экранирующих препятствий (наличие высотных зданий, стены из железобетонных панелей, лес, неровности ландшафта и т.п.).

В некоторых случаях эти два фактора накладываются, и тогда единственным способом организации нормального доступа к сотовой связи является установка репитера.

Голосовая сотовая связь функционирует в частотном диапазоне 900 и 1800 МГц. GSM репитеры, которые используются исключительно для усиления "голоса" классифицируется по этому признаку. Устройства, поддерживающие один диапазон, имеют бюджетную стоимость, однако польза от их приобретения довольно сомнительна.

Более целесообразно приобрести GSM репитеры на несколько диапазонов. При этом преимущество у устройств поддерживающих 3G. К примеру: на 1800/2100 МГц или 900/2100 МГц, а с недавнего времени и 4G. Это дает возможность воспользоваться услугами высокоскоростного мобильного интернета по стандарту DC HSPA+ на скорости как минимум 42 Мбит/c.

Кроме поддержания определенного диапазона GSM репитеры различаются по мощности передаваемого сигнала, в прямой зависимости от которого находится такой важный показатель как площадь покрытия. Строгой классификации не существует, однако принято разделять существующие устройства по следующим категориям:

Зона покрытия:

• до 300 м 2 ;
• до 2000 м 2 ;
• более 2000 м 2 .

Мощность:

• маломощные до 10 мВт;
• средней мощности до 100 мВт;
• повышенной мощности более 100 мВт.

Взаимодействие между базовой станцией сотовой связи и GSM репетиром осуществляется через внешнюю антенну. Лучше всего если это устройство направленного действия. Покрытие на объекте осуществляется через внутренние GSM антенны, которых может быть несколько. Связь между GSM репитером и внутренними антеннами осуществляется по кабелю.

Для бюджетных маломощных репитеров все три устройства могут находиться в одном корпусе. Более функциональные, мощные и технические совершенные модели имеют несколько внутренних антенн, которые подключаются через сплиттеры (делители мощности) и могут обслуживать сооружения сложной планировки. Внутренние антенны являются ненаправленными и имеют круговую диаграмму распространения сигнала.

Настройка GSM репитера на даче.

Данная, практическая, часть статьи будет полезна для тех, у кого проблемы с сотовой связью на даче, загородном частном доме или в селе.

При приобретении репитера обязательно требуйте сертификат. В соответствии с законом №161-ФЗ от 02.06.2016г. За использование не сертифицированных средств связи (куда относится и репитеры) гражданам грозит штраф 3000-5000 руб. с конфискацией оборудования.

Перед выбором модели необходимо определить радио обстановку в зоне приема. Для этого можно воспользоваться специальными средствами. К примеру, 4G/3G/2G Signal Strength Tester. Однако такое устройство довольно дорогостоящие 150-300 евро. Если нет возможности взять его во временное пользование, тут целесообразно обойтись подручными средствами.

Воспользоваться функциями, которые имеют некоторые 3G-4G модемы. К примеру, Huawei Е3372 имеет функцию AT NETSCAN. С ее помощью можно просканировать весь эфир и определить не только наличие всех операторов сотовой связи, но и уровни сигнала от их базовых станций.

Значение уровня сигнала до -75 dBm обеспечивает хорошее качество связи. С изменением этого значения до -105 dBm величина сигнала уменьшается вплоть до полного пропадания соединения.

Можно также воспользоваться функциями смартфонов. Для того чтобы замерить уровень 3G или GSM сигнала на iPhone открываем скрытое инженерное меню, набрав 3001#12345#. Затем последовательно заходим в следующие пункты меню GSM Cell Environment → GSM Cell info → Neighboring Cell → 0-й канал.

Записываем полученные данные частот, диапазоны соответствуют определенным стандартам:

• 1 по 124 - GSM 900;
• 512 по 885 - GSM 1800;
• 974 по 1023 - E-GSM 900.

Внешние антенны и репитеры выбираются с соответствующими характеристиками.

Следующим этапом будет выбор радиочастотного коаксиального кабеля для связи между антенной и репетиром. Его характеристики должны соответствовать следующим значениям:

• волновое сопротивление - 50 Ом;
• минимальный коэффициент затухания в необходимой чистоте (в данном случае 1800-900 мГц);
• климатическое исполнение: стойкость к ультрафиолету, колебаниям температуры, влажности и т.п. Особенно это важно если прокладка кабеля планируется открытым способом по улице.

Если репитер приобретается не в комплекте (внешняя, внутренняя антенна и сам прибор), то при выборе внутренней антенны следует отдать предпочтение универсальным моделям, которые поддерживают все стандарты сотовой связи.

Напоминаем! GSM стандарты: 2G – GSM 900/1800мГц, 3G – 2100 мГц, LTE(4G) – 2700 мГц и WiFi - 2400 мГц.

При монтаже антенн и размещении репетитора необходимо максимально разнести внутреннюю и внешнюю антенны. Сигнал от внутренней, не должен приниматься внешней, иначе устройство будет неработоспособно.

ЧТО ТАКОЕ РЕПИТЕР WIFI?

WiFi репитеры в большей степени являются ретрансляторами сигнала основного роутера. Дело в том, что зона покрытия большинства моделей современных WiFi роутеров не превышает 45-50 м.

Конечно, производители обещают передачу сигнала на расстояние 200-500 м, однако небольшая приписка - "в зоне прямой видимости", означает, что расстояние измеряется по прямой без каких-либо преград.

Например, окно с обычным остеклением уменьшает эффективное расстояние до 70% от заявленного, деревянные стены до 30%, а несущие и железобетонные конструкции до 10%.

Таким образом, эффективное расстояние при прохождении через плотные преграды, особенно экранированные железобетоном, значительно уменьшается. На практике, принять качественный WiFi сигнал от точки доступа через две стены почти невозможно.

Внешне WiFi репитер выглядит как небольшое устройство, подключаемое к сети электроснабжения. Получение сигнала от роутера может происходить как через Ethernet кабель, так и беспроводным способом.

При приобретении WiFi ретранслятора необходимо обратить внимание на следующие характеристики:

1. Диапазон частот. Бюджетные модели функционируют на стандартной частоте для WiFi 2400 мГц. Более современные устройства поддерживают оба диапазона 2,4 и 5 ГГц.
2. Стандарты передачи данных. Поддержка стандартов зависит от рабочего диапазона. Как правило, двухдиапазонные модели поддерживают все существующие стандарты.
3. Мощность и чувствительность.

Использование двухдиапазонных устройств на 2,4 и 5 ГГц предпочтительнее, так как с ними можно реализовать различные схемы подключения. К примеру, сигнал частотой 5 ГГц имеет улучшенные параметры приемо-передачи данных. Может осуществлять трансляцию на большее количество каналов с минимальными помехами. Однако он имеет меньшую зону покрытия, чем 2,4 ГГц.

Поэтому приобретая двухдиапазонное устройство можно реализовать связь роутера с репетитором по каналу 2,4 ГГц, а ретрансляцию на пользовательские устройства в диапазоне 5 ГГц.

Подключение и настройка WiFi репитера.

Подключение репитера к роутеру может осуществляться двумя способами:

1. Если оба устройства поддерживают функцию WPS (WiFi Protected Setup) достаточно включить ретранслятор, подождать его загрузки, а затем включить WPS на обоих устройствах. В некоторых случаях может понадобиться введение пин кода.

2. Если одно или оба устройства не поддерживают WPS функцию, то необходимо настроить связь через Web интерфейс.

Web настройка осуществляется следующим образом:

• WiFi репитер запускается, а затем через стандартный разъем Ethernet (rj-45) подключается к ПК;
• в адресной строке любого браузера вводится сетевой адрес устройства указанный в технической документации или на корпусе;
• в появившемся диалоговом окне вводится логин и пароль (информация также указана на корпусе);
• после открытия окна указывается регион и выбирается WiFi сеть из списка имеющихся, для подключения к ней вводится пароль.

Репитер своими руками.

Сделать репитер собственными руками с нуля, это задача для профессионального электронщика, да и он с этим вряд ли будет заморачиваться. Но существует несколько лайфхаков, позволяющих не только усилить передачу сигнала но использовать малоизвестные функции различных устройств.

Некоторые беспроводные устройства, особенно принимающие WiFi сигнал, могут функционировать в качестве ретрансляторов: камеры видеонаблюдения, розетки, смарт-лампочки. К примеру, Sengled Pulse Solo или Sengled Snap.

Кроме того многие современные WiFi роутеры имеют функцию повторителя. К примеру, практически все модели tp-link для активации необходимо в разделе "Беспроводный режим" отметить галочкой "Включить WDS".

* * *

© 2014 - 2020 г.г. Все права защищены.

Материалы сайта имеют ознакомительный характер и не могут использоваться в качестве руководящих и официальных документов

Повторитель напряжения — это самый простой из возможных усилителей, обладающих отрицательной обратной связью (ООС). Выходное напряжение точно равно входному напряжению. Если оно ничем не отличаются, то вы можете спросить — зачем это нужно, если от этого ничего не изменяется?

Суть в том, что речь идет о напряжении, а не о токе. Так вот, повторитель напряжения почти не потребляет тока от источника сигнала, и позволяет получить довольно высокий ток со своего выхода.

Нам часто приходится иметь дело с активными радиокомпонентами, которые имеют очень малый выходной ток. Примером такого компонента является или . Подключение к ним элементов с низким сопротивлением приведет к уменьшению напряжения выходного сигнала, генерируемого этими источники.

В такой ситуации имеет смысл использовать повторитель напряжения. Он имеет высокое входное сопротивление, поэтому он не снижает и не искажает входной сигнал, а так же обладает низким выходным сопротивлением, что позволяет подключить энергоемкие компоненты, например, светодиод.

Большой ЖК-дисплей с подсветкой, 9999 отсчетов, измерение TrueRMS...

Richmeters RM101 - удобный цифровой мультиметр с автоматическим изменен...

Измерение: напряжения, тока, сопротивления, емкости, частоты...

Набор для сборки регулируемого блока питания...

Чтобы понять, как работает повторитель напряжения, мы должны знать три элементарных правила, определяющие работу операционного усилителя:

Правило №1 - операционный усилитель оказывает воздействие своим выходом на вход через ООС (отрицательная обратная связь), в результате чего напряжения на обоих входах, как на инвертирующем (-), так и на неинвертирующем (+) выравнивается.

Правило №2 - входы усилителя не потребляют ток

Правило №3 - напряжения на входах и выходе должны быть в диапазоне между положительным и отрицательным напряжением питания ОУ.

Предположим, что входное напряжение стало 3В, а в настоящее время на выходе у нас 1В. Что произойдет? Усилитель определяет, что между инвертирующим входом (-) и неинвертирующим (+) разница составляет 2В.

Поэтому, в соответствии с правилом №1, выходное напряжение увеличивается до тех пор, пока напряжения на входах не сравняют. Ситуацию дополнительно упрощает тот факт, что выход соединен непосредственно с инвертирующим входом (-), и это неизбежно приводит к тому, что напряжение на этих двух выводах становиться одинаковым.

Часто, в схеме повторителя напряжения, можно встретить дополнительный резистор в цепи обратной связи. Он необходим там, где требуется повышенная точность. Правила №1 и №2 относятся к идеальному операционному усилителю, которого в реальности нет.

Напряжения на входах не могут быть идеально одинаковыми, через них протекает небольшой ток, поэтому напряжение на выходе может отличаться от входного напряжения на несколько милливольт. Резистор R предназначен для уменьшения влияния этих недостатков. Он должен иметь сопротивление равное сопротивлению источника сигнала.

История транзисторов начинается с середины 20 века, когда в 1956 году три американских физика - Д. Бардин, У. Браттейн, В. Шокли, были удостоены Нобелевской премии «За исследования полупроводников и открытие транзисторного эффекта».

Радиотехнику, начинающему работу на своем поприще, порой бывает сложно разобраться в электронных схемах и предназначении тех или иных ее составляющих. Для этого существуют определенные наработки - уже придуманные схемы подключения транзисторов и других элементов с определенными свойствами, из которых можно составлять различные устройства. Одним из таких «кирпичиков» в здании электронных схем является эмиттерный повторитель на транзисторе.

Схемы подключения транзисторов

Существует три разновидности включения биполярных транзисторов - с общей базой (ОБ), с общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК).

Наиболее распространено подключение (ОЭ), так как дает большое усиление по напряжению и току. Одной из особенностей такого подключения является инвертирование входного напряжения на 180 0 . Недостатком подключения является маленькое входное (сотни Ом) и большое выходное (десятки кОм) сопротивление.

При подаче входного напряжения, транзистор открывается и ток проходит через базу на эмиттер, при этом коллекторный ток увеличивается. Ток эмиттера суммируется из тока базы и тока коллектора: И Е = И Б + И К

В цепи коллектора, на резисторе, появляется напряжение намного большее входного сигнала, что приводит к увеличению выходного напряжения, а соответственно, и силы тока.

Включение транзистора по схеме (ОБ) дает усиление по напряжению и позволяет работать с более широким частотным диапазоном, чем схема с (ОЭ), поэтому часто используется на антенных усилителях. Эта схема позволяет в полной степени использовать способность транзистора к усилению высоких частот сигнала (частотные характеристики). Чем выше частота усиливаемого сигнала, тем меньше усиление по напряжению. Данный каскад имеет маленькое входное и выходное сопротивление.

Включение транзистора с (ОК) дает усиление по току и часто используется как переходник между высокоомным источником питания и низкоомной нагрузкой. Также, данное включение можно использовать при согласовании различных каскадных схем, оно не изменяет полярность входного сигнала.

Общие понятия о повторителе

Повторитель эмиттерный - это усилитель сигнала по току, в котором включение транзистора происходит по схеме (ОК). Коэффициент усиления сигнала по напряжению практически равен единице, напряжение эмиттера равно входному сигналу, поэтому схема носит название эмиттерный повторитель. Принцип работы устройства рассмотрим ниже.

Несмотря на то что повторитель эмиттерный имеет коэффициент передачи по напряжению единицу, его можно отнести к классу усилителей, так как он дает усиление по току, а значит, и по мощности: И Е = (β +1) х И Б, где И Е - ток эмиттера, И Б - ток базы.

При малом сопротивлении коллектор транзистора присоединяется к общей шине, а резистор, с которого происходит снятие выходного напряжения, подключается к эмиттерной цепи. Подключение входа и выхода к внешним цепям осуществляется с помощью конденсаторов С 1 и С 2 . При маленьком коэффициенте увеличения по напряжению, коэффициент увеличения по току достигает своего пика в режиме короткого замыкания зажимов на выходе.

Принцип действия

Нагрузкой каскадной схемы повторителя является резистор на эмиттере Р Е. Входной сигнал поступает через первый конденсатор С 1 , а снятие выходного сигнала происходит через второй конденсатор С 2 .

Эмиттерный повторитель напряжения имеет очень маленькое входное и большое выходное сопротивление. При переменном токе, когда через транзистор п-р-п типа проходит полуволна положительного переменного напряжения, он сильнее открывается и происходит возрастание тока, при отрицательной полуволне - наоборот. В итоге выходное переменное напряжение имеет одинаковую фазу со входным и является напряжением обратной связи. Выходное напряжение направлено навстречу входному и включено последовательно, поэтому в эмиттерном повторителе используется последовательная отрицательная обратная связь. Выходное напряжение меньше входного на незначительную величину (напряжение база - эмиттер около 0,6 В).

Как сделать расчет схемы

Первоначальными данными, чтобы сделать расчет эмиттерного повторителя, являются ток коллектора (И К) и напряжение питания (У ВХ):

• Напряжение эмиттера (У Е) должно соответствовать: У Е = 0,5 х У ВХ (чтобы обеспечить для выходного напряжения максимальный размах).
• Теперь нужно сделать расчет сопротивления резистора на эмиттере: Р Е = У Е /И К.
• Делается расчет сопротивления резисторного делителя: Р 1 -Р 2 (подбираем сопротивления так, чтобы ток на делителе был примерно в 10 раз меньше тока на базе): И Д = 0,1 х И К /β, где β - коэффициент усиления по току транзистора. Сопротивление Р 1 + Р 2 = У ВХ /И Д.
• Рассчитываем напряжение базы относительно земли: У Б = У Е + 0,7.

Отличительные особенности

Повторитель эмиттерный обладает интересной особенностью - ток коллектора имеет зависимость только от нагрузочного сопротивления и входного напряжения, а параметры транзистора существенной роли не играют. Такие схемы считают имеющими 100-процентную обратную связью по напряжению. Можно не бояться спалить транзистор, подавая на базу питание без ограничивающего резистора.

Работа эмиттерного повторителя основана на высоком входном сопротивлении, что позволяет подключать к нему источник сигнала с большим комплексным сопротивлением (например, звукосниматель в радио). Усилитель мощности

Очень часто повторитель эммитерный используется в качестве усилителя мощности в выходных каскадах усилителей. Основной задачей таких узлов является передача определенной мощности на нагрузку. Наиболее важный параметр, который ставится в расчетах усилителя по мощности - это коэффициент усиления мощности, искажение передачи сигнала и КПД (его увеличение необходимо в связи с потреблением большей части мощности источника питания выходным усилителем). Усиление по напряжению не является основным параметром и обычно приближается к единице.

Бывает несколько способов работы такого усилительного каскада, в зависимости от нахождения рабочей точки на графике характеристик и, соответственно, с различным КПД и характеристиками выходного сигнала.

Режимы работы

В рассматриваемых случаях работы эмиттерного повторителя, коллекторный переход будет обратно смещен и режим работы будет зависеть от эмиттерного перехода:

1. В первом случае смещение эмиттерного перехода происходит таким образом, что транзистор стабильно не переходит в режим насыщения и повторитель работает на прямом участке графика передаточной характеристики (напряжения У К и У Е одинаковы). Максимальное напряжение выходного сигнала меньше входного напряжения. Коэффициент полезного действия равен отношению мощности, поступающей в нагрузку к мощности от источника питания, и достигает максимума (25 %) при наивысшей амплитуде выходного напряжения. Во избежание рассогласования выходного и входного сигнала, амплитуду выходного напряжения приходится уменьшать, в итоге КПД, тоже уменьшается. Низкий КПД в данном режиме работы повторителя обусловлен независимостью тока, проходящего через транзистор, от напряжения питания и мощность, которая потребляется от источника питания является постоянной величиной. В отсутствие входного сигнала, мощность рассеиваемая транзистором, наибольшая. Поэтому в этом режиме эмиттерный повторитель не используется как усилитель мощности, а скорее как передатчик малоискаженного сигнала.
2. Еще один рабочий режим усилительного каскада, при котором смещение эмиттерного перехода приводит рабочую точку транзистора на границу области запирания. Если принять напряжение эмиттера (У Е =0) и входной сигнал не поступает, эмиттерный переход обратно смещен и транзистор находится в закрытом состоянии. Вследствие чего, снижается потребляемая мощность. При прохождении с источника питания положительной полуволны, транзистор отпирается (открывается эмиттерный переход), а отрицательная запирает его (отсутствует выходной сигнал). Второй случай работы усилительного каскада решает проблему с увеличением КПД усилителя, потому что отсутствует ток на транзисторе, если нет напряжения питания. Но есть недостаток - сильное искажение выходного сигнала.

Двухтактная схема

Двухтактный эмиттерный повторитель позволяет сделать усиление по току в положительном и отрицательном диапазонах. Чтобы получить разнополярный выходной сигнал, можно использовать комплементарный эмиттерный повторитель. В принципе, двухтактная схема - это два повторителя, каждый из которых усиливает сигнал в плюсовой или минусовой полуволне. Схема состоит из двух типов биполярных транзисторов (с п-р-п и р-п-р - переходами).

Принцип действия комплементарной схемы

Когда входное питание отсутствует, оба транзистора выключены, в связи с отсутствием напряжения на эмиттерных переходах. При прохождении полуволны положительной полярности, происходит открытие п-р-п - транзистора, аналогично, прохождение отрицательной полуволны вызывает открытие р-п-р - транзистора.

Мощный эмиттерный повторитель имеет расчет КПД (К = Пи/4 х У ВЫХ /У К), где У вых - амплитуда выходного сигнала; У К - напряжение на коллекторном переходе.

Из формулы видно, что К возрастает при увеличении амплитуды У ВЫХ и становится максимальным, при У ВЫХ = У К (К = Пи/4 = 0,785).

Отсюда видно, что эмиттерный повторитель на комплементарной схеме обладает значительно более высоким КПД, чем обычный повторитель.

Свойством этой схемы являются большие (переходные) нелинейные искажения. Они проявляют себя в большей степени, чем меньше входное напряжение (У ВХ).

Расчет двухтактного усилителя

Так как нам нужен повторитель эмиттерный для усиления по мощности, то исходными данными, чтобы сделать расчет эмиттерного повторителя, будут: сопротивление нагрузки (Р Н), мощность нагрузки (П Н). Чтобы уменьшить рассогласованность выходного и входного сигнала, напряжение питания должно быть выше на 5 В от амплитуды выходного напряжения.

Формулы для расчета усилительного каскада:

• Выходное напряжение: У ВЫХ = корень квадратный (2П Н Р Н).
• Напряжение источника питания: У ВХ = У Е + 5.
• Выходной ток: И Е = У Е /Р Н.
• Мощность, забираемая у источника питания: П + + П - = 2/Пи × У Е /Р Н × У К.
• Наибольшая рассеиваемая мощность на каждом из транзисторов: П 1 = П 2 = У К 2 /Пи 2 Р Н.

Уменьшение искажений выходного напряжения

Двухтактный эмиттерный повторитель, принцип работы которого описан выше, можно еще улучшить, уменьшив в его схеме переходные искажения сигнала на выходе.

Чтобы уменьшить искажения напряжения на выходе каскада можно подавать на базы транзисторов напряжения, смещающие выходную характеристику.

Для смещения используются диоды либо транзисторы, подающие сигнал на базы рабочих транзисторов повторителя.

Схема с использованием диодов

На эмиттерных переходах транзисторов Т 1 и Т 2 появляется смещение за счет диодов Д 1 и Д 2 , подключенных между базами транзисторов. При входном напряжении, равном нулю, транзисторы активны. Когда полярность напряжения положительна, транзистор Т 2 запирается, а при отрицательной полярности напряжения запирается транзистор Т 1 . При нулевом входном сигнале один из транзисторов является активным, таким образом, схема с диодами дает характеристику выходного сигнала, очень близкую к линейной. Вместо диодов, можно использовать транзисторы с шунтированными коллекторными переходами.

Усилитель мощности с дополнительными эмиттерными повторителями

Еще одна схема, которая дает уменьшить искажение выходного сигнала, на входе которой включены два транзистора.

В этой схеме на входе размещены два повторителя на транзисторе, которые создают смещение напряжения для эмиттерных переходов двух выходных транзисторов. Существенным плюсом такого включения будет увеличенное сопротивление на входе каскада. Эмиттерные токи входных и базовые токи выходных транзисторов, задают два первых резистора. Вторые два резистора входят в цепь обратной связи для выходных транзисторов.

Этот вариант подключения является буферным усилителем с единичным усилением по напряжению.

Составные транзисторы

Сейчас выпускаются транзисторы в виде отдельного каскада из двух транзисторов в одном корпусе (схема Дарлингтона). Они используются в микросхемах в усилителях на дискретных составляющих. При замене обычного транзистора на составной происходит увеличение входного и уменьшение выходного сопротивлений схемы.

На рисунке 1 показан типовой состав ретранслятора. Компоненты ретранслятора могут быть собраны в едином корпусе или разнесены отдельно. Красными линиями показаны цепи питания. Зелеными - низкочастотные сигналы. Синими - высокочастотные сигналы. В состав ретранслятора могут входить и другие компоненты. Например, шлюзы в телефонную сеть, диспетчерские серверы для отслеживания местоположения абонентов и т.д.

Назначение ретранслятора

В первую очередь ретранслятор применяется для увеличения радиосвязи между абоненсткими радиостанциями. Это могут быть как переносные рации, так и мобильные и стационарные. Ретрансляторы могут быть использованы как на открытой местности, так и в зданиях. Например, очень эффективно использовать данные устройства в больших сооружениях, где между абоненстскими радиостанциями связь не может быть установлена на максимальном удалении.

Описание компонентов ретранслятора

Передатчик
Передатчик излучает принятый сигнал на частоте f2.

Дуплексный фильтр
Дуплексный фильтр (дуплексер) позволяет работать с частотами f1 и f2 на одну антенну. Возможно построение ретранслятора с использованием двух антенн (отдельно для приемника и передатчика), но для этого необходим большой разнос по вертикали и горизонтали, две мачты, два участка кабеля, два набора ВЧ разъемов. Это в большинстве случаев не целесообразно, так как требует большего количества трудозатрат и финансовых вложений. Выбор дуплексного фильтра зависит от частот приема и передачи, а самое главное, от их разноса между собой. Чем больше данные частоты будут разнесены, тем менее добротный требуется фильтр. Оптимальное значение разноса между частотой передачи и приема - 4,5-6 МГц. Выбрать конкретную модель Вы можете в каталоге дуплексных фильтров .

Контроллер
Контроллер управляет по низкочастотной линии передатчиком. Когда на частоте приема ретранслятора появляется полезный сигнал, то контроллер дает команду передатчику излучить принятый приемником сигнал.

Источник питания и резервная батарея
Эти два элемента запитывают все компоненты. Резервная батарея позволяет работать ретранслятору при выключении сети 220 В.

Приемо-передающая антенна
Антенна принимает частоту f1 и передает частоту f2. Выбирайте антенну достаточно широкополосную, чтобы она имела хорошие характеристики и на частоте передачи, и на частоте приема.

Принцип работы ретранслятора (репитера)

Абонентская радиостанция передает сигнал на частоте f1. Ретранслятор принимает данный сигнал и передает его на частоте f2. Другая абонентская станция уже принимает его на частоте f2. Это позволяет в разы увеличить дальность радиосвязи. Дальность связи зависит от используемого оборудования, высоты подвеса антенн, рельефа местности, мощности передатчиков и т.д. Приведем примерную дальность связи при использовании ретранслятора. Между двумя переносными радиостанциями - 30-40 км. Между двумя мобильными радиостанциями - 80-120 км. Между двумя стационарными - 150-200 км.