RU32940U1

RU32940U1 - Широкополосный усилитель мощности

Info

Publication number: RU32940U1
Application number: RU2002104848/20U
Authority: RU
Inventors: А.А. Титов; В.Н. Ильюшенко
Original assignee: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники
Priority date: 2002-02-26
Filing date: 2002-02-26
Publication date: 2003-09-27

Description

ШИРОКОПОЛОСНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ мощности

Нолезная модель относится к радиотехнике и может быть использована, например, в качестве выходных блоков генераторов сигналов, в широкополосных усилительных устройствах телекоммуникационной аппаратуры и широкополосных радиолокационных устройствах.

Известен широкополосный усилитель мощности, содержаш;ий каскад усиления, имеющий вход усиливаемого сигнала, являющийся входом устройства, выход усиливаемого сигнала, являющийся выходом устройства, вход цепи управления потребляемого каскадом усиления тока, и детектор, вход которого соединен с выходом устройства, а выход - с входом усилителя постоянного тока, выход которого соединен с входом цепи управления потребляемого каскадом усиления тока 1, стр. 258, рис. 10.11. Недостатком такого устройства является то, что оно не обеспечивает получения максимально возможной выходной мощности из-за влияния эффекта детектирования на работу системы управления, не обеспечивает линейное усиление сигнала при работе на несогласованную низкоомную нагрузку и не имеет защиту от перегрузки по входу и выходу.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является широкополосный усилитель мощности, содержащий каскад усиления, имеющий вход усиливаемого сигнала, являющийся входом устройства, выход усиливаемого сигнала, являющийся выходом устройства, вход цепи управления потребляемого каскадом усиления тока и выход цепи обратной связи, регулятор тока питания каскада усиления, имеющий два входа, первый из которых соединен с выходом цепи обратной связи каскада усиления, и один выход, соединенный с входом цепи управления потребляемого каскадом усиления тока, и детектор, вход которого соединен с выходом каскада усиления, а выход - со вторым входом регулятора тока питания каскада усиления 2, стр. 11, рис. 4.

Недостатком устройства - прототипа является то, что оно не обеспечивает линейное усиление сигнала при работе на несогласованную низкоомную нагрузку и защиту от перегрузки по входу и выходу.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое решение, - создание широкополосного усилителя мощности, обеспечивающего линейное усиление сигналов при работе, как на согласованную, так и на рассогласованную нагрузку, при одновременной защите усилителя от перегрузки, как по входу, так и по выходу (при изменении нагрузки в пределах от короткого замыкания до холостого хода).

Это достигается тем, что в широкополосный усилитель мощности, содержащий каскад усиления, имеющий вход усиливаемого сигнала, выход усиливаемого сигнала, вход цепи управления потребляемого каскадом усиления тока и выход цепи обратной связи, регулятор тока питания каскада усиления, имеющий два входа, первый из которых соединен с выходом цепи обратной связи каскада усиления, и один выход, соединенный с входом цепи управления потребляемого каскадом усиления тока, и детектор, введен трансформатор тока, первый конец первичной обмотки которого соединен с выходом каскада усиления и один конец вторичной обмотки - с общим для всего устройства проводником, ослабитель сигналов, включенный между входом детектора и выходом каскада усиления, второй детектор, вход которого соединен с другим концом вторичной обмотки трансформатора тока, формирователь сигналов управления, содержащий один вход, соединенный с выходами обоих детекторов, и два выхода, первый из которых соединен со вторым входом регулятора тока питания каскада усиления, и дополнительный каскад усиления, имеющий вход усиливаемого сигнала, выход усиливаемого сигнала, соединенный с входом усиливаемого сигнала каскада усиления, и вход цепи автоматической регулировки усиления, соединенный с вторым выходом формирователя сигналов управления, при этом вход дополнительного каскада усиления является входом устройства, а второй конец первичной обмотки трансформатора тока - выходом устройства.

2б; /с с/ /

На фиг, 1 и 2 представлены функциональная схема предложенного широкополосного усилителя мощности и его принципиальная электрическая схема. На фиг. 3-5 представлены различные экспериментальные зависимости, снятые на частоте 20 МГц для широкополосного усилителя мощности, принципиальная электрическая схема которого приведена на фиг, 2,

Широкополосный усилитель мощности (фиг. 1) содержит каскад усиления 1, имеющий вход усиливаемого сигнала, выход усиливаемого сигнала, вход цепи управления потребляемого каскадом усиления 1 тока и выход цепи обратной связи, регулятор тока питания 2 каскада усиления 1, имеющий два входа, первый из которых соединен с выходом цепи обратной связи каскада усиления 1,и один выход, соединенный с входом цепи управления потребляемого каскадом усиления 1 тока, детектор 3, трансформатор тока 4, первый конец первичной обмотки которого соединен с выходом каскада усиления 1 и один конец вторичной обмотки соединен с общим для всего устройства проводником, ослабитель сигналов 5, включенный между входом детектора 3 и выходом каскада усиления 1, второй детектор 6, вход которого соединен с другим концом вторичной обмотки трансформатора тока 4, формирователь сигналов управления 7, содержащий один вход, соединенный с выходами обоих детекторов 3 и 6, и два выхода, первый из которых соединен со вторым входом регулятора тока питания 2 каскада усиления 1, дополнительный каскад усиления 8, имеющий вход усиливаемого сигнала, выход усиливаемого сигнала, соединенный со входом усиливаемого сигнала каскада усиления 1, и вход цепи автоматической регулировки усиления, соединенный со вторым выходом формирователя сигналов управления 7, при этом вход дополнительного каскада усиления 8 является входом устройства, а второй конец первичной обмотки трансформатора тока 4 - выходом устройства.

Широкополосный усилитель мопщости (фиг. 1) работает следующим образом, В режиме молчания ток, потребляемый каскадом усиления 1, устанавливается минимальным 3, 4. При подаче на вход широкополосного усилителя мощности сигнала, он усиливается каскадом 8, каскадом 1 и через трансформа o ioyfrf

тор тока 4 поступает на выход устройства. Часть усиленного сигнала через ослабитель сигналов 5 поступает на вход детектора 3, на выходе которого формируется постоянное напряжение пропорциональное амплитуде выходного напряжения широкополосного усилителя мопщости. На вход второго детектора 6 поступает сигнал с трансформатора тока 4, и на его выходе формируется постоянное напряжение пропорциональное амплитуде выходного тока широкополосного усилителя мопщости. При работе на согласованную нагрузку 50 Ом, напряжения на выходах детектора 3 и второго детектора 6 оказываются равными и пропорциональными уровню выходного сигнала.

Напряжения с выходов детекторов 3 и 6 поступают на вход формирователя сигналов управления 7. С его первого выхода снимается сигнал пропорциональный напряжению, подаваемому на его вход, который далее подается на второй вход регулятора тока питания 2 каскада усиления 1. На первый вход регулятора тока питания 2 подается сигнал с выхода цепи обратной связи каскада усиления 1. Сигнал обратной связи, снимаемый с выхода цепи обратной связи каскада усиления 1, пропорционален току, потребляемому каскадом усиления 1. При несовпадении уровней сигналов, поступающих на входы регулятора тока питания 2, ток, потребляемый каскадом усиления 1, изменяется и устанавливается пропорциональным уровню выходного сигнала. При таком способе управления исключается влияние эффекта детектирования на уровень выходной мощности и одновременно осзтцествляется термостабилизация рабочей точки активного элемента каскада усиления 1 в режиме постоянной выходной мощности.

При работе на нагрузку более 50 Ом напряжение на выходе детектора 3 оказывается больше напряжения на выходе детектора 6. Поэтому ток, потребляемый каскадом усиления 1, в этом случае пропорционален выходному напряжению. При работе на нагрузку менее 50 Ом, ток, потребляемый каскадом усиления 1, пропорционален выходному току.

управления на втором выходе формирователя сигналов управления 7 отсутствует. При дальнейшем увеличении выходного напряжения, на втором выходе формирователя сигналов управления 7 появляется сигнал управления и коэффициент усиления каскада усиления 8 начинает уменьшаться, препятствуя дальнейшему росту амплитуды выходного напряжения, связанному с возрастанием уровня входного воздействия.

При неизменном входном воздействии напряжение на входе формирователя сигналов управления 7 оказывается минимальным при сопротивлении нагрузки равном 50 Ом и возрастает как при уменьшении, так и при увеличении сопротивления нагрузки. Поэтому при работе на высокоомную нагрузку максимальное выходное напряжение широкополосного усилителя мошности равно максимальному напряжению, развиваемому им на нагрузке 50 Ом. При работе на низкоомную нагрузку, максимальный ток в нагрузке равен максимальному току, развиваемому широкополосным усилителем мощности на нагрузке 50 Ом. В соответствии с 4, постоянные времени детекторов 3 и 6 выбираются из соотношения: 50/0);, где нижняя граничная круговая частота полосы пропускания широкополосного усилителя моп1;ности.

В этом случае при частотах модуляции несущего колебания менее чем тах - потребляемый каскадом усиления 1, изменяется по закону модуляции. При усилении сигналов с частотой модуляции более пах Детекторы 3 и 6 переходят в режим пикового детектирования, и ток, потребляемый каскадом усиления 1, остается постоянным при неизменном уровне входного сигнала.

Каскад усиления 1 на фиг. 1 соответствует транзистору КТ909А на фиг. 2. Ток, потребляемый транзистором КТ909А в режиме молчания, устанавливается подбором резистора R1. Проводимость передачи системы регулирования тока, потребляемого транзистором КТ909А, изменяется с помощью резистора R2. Номинальный уровень выходного сигнала, при котором появляется сигнал управления на втором выходе формирователя сигналов управления 7, устанавливается соответствующим выбором типа стабилитрона Д1. Усилитель, выпол c fO f

ненный по схеме, изображенной на фиг. 2, имел следующие линейные характеристики: полоса пропускания 10-50 МГц; коэффициент усиления 20 дБ; неравномерность АЧХ ±1,5 дБ; номинальный уровень выходной мощности 4,2 Вт.

На фиг. 3 представлена экспериментальная зависимость выходной мощности широкополосного усилителя мощности (фиг. 2) от сопротивления нагрузки при постоянном уровне входного сигнала (кривая 1). Здесь же приведены экспериментальные зависимости выходной мощности усилителя от сопротивления нагрузки при работе транзистора КТ909А в режиме с фиксированной рабочей точкой (кривая 2) и при реализации усилителя по схеме прототипа (кривая 3). Кривые 1 и 2 совпадают между собой.

На фиг. 4 представлена экспериментальная зависимость тока, потребляемого каскадом на транзисторе КТ909А (фиг. 2), от сопротивления нагрузки при постоянном уровне входного сигнала, соответствующем номинальному значению выходного напряжения (кривая 1). Здесь же приведены экспериментальные зависимости тока, потребляемого каскадом на транзисторе КТ909А, от сопротивления нагрузки при его работе в режиме с фиксированной рабочей точкой (кривая 2), при реализации каскада усиления по схеме прототипа (кривая 3) и при отключенном втором выходе формирователя сигнала управления 7 (кривая 4). Кривые 1 и 2 также совпадают между собой.

На фиг. 5 приведена экспериментальная зависимость тока, потребляемого каскадом усиления на транзисторе КТ909А (фиг. 2), от уровня выходного напряжения при работе на согласованную нагрузку 50 Ом (кривая 1). Здесь же приведены экспериментальные зависимости тока, потребляемого транзистором КТ909А, от уровня выходного напряжения при работе на согласованную нагрузку 50 Ом при реализации режима с фиксированной рабочей точкой (кривая 2) и при реализации усилителя по схеме прототипа (кривая 3). Кривые 1 и 3 совпадают между собой.

Резкое падение выходной мощности в прототипе при его работе на несогласованную низкоомнз ю нагрузку (фиг. 3) объясняется уменьшением тока, потребляемого транзистором КТ909А (фиг. 4), что приводит к попаданию рабочей

точки в область отсечки при ее движении по нагрузочной прямой и искажению усиливаемого сигнала.

Положительный эффект от использования предложенной полезной модели (по отношению к модели-прототипу) заключается:

-в линейном усилении сигналов при работе на несогласованную нагрузку;

-в обеспечении защиты усилителя от перегрузки, как по входу, так и по выходу.

Источники информации, использованные при составлении описания по1.Окснер Э.С. Мощные полевые транзисторы и их применение: Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1985. - 288 с.

2.Титов А.А. Компенсация влияния детекторного эффекта в усилителе с автоматической регулировкой потребляемого тока // Радиотехника. 1987. № 8. С. 10-13 -прототип.

3.Широкополосные радиопередающие устройства / Под ред. О.В. Алексеева. М.: Связь. 1978.-304 С.

4.Титов А.А. Повышение выходной мощности транзисторных усилителей в режиме А // Радиотехника. 1985. 3. С. 81-83. лезной модели

Claims

Широкополосный усилитель мощности, содержащий каскад усиления, имеющий вход усиливаемого сигнала, выход усиливаемого сигнала, вход цепи управления потребляемого каскадом усиления тока и выход цепи обратной связи, регулятор тока питания каскада усиления, имеющий два входа, первый из которых соединен с выходом цепи обратной связи каскада усиления, и один выход, соединенный с входом цепи управления потребляемого каскадом усиления тока, и детектор, отличающийся тем, что в него дополнительно введены трансформатор тока, первый конец первичной обмотки которого соединен с выходом каскада усиления и один конец вторичной обмотки - с общим для всего устройства проводником, ослабитель сигналов, включенный между входом детектора и выходом каскада усиления, второй детектор, вход которого соединен с другим концом вторичной обмотки трансформатора тока, формирователь сигналов управления, содержащий один вход, соединенный с выходами обоих детекторов, и два выхода, первый из которых соединен со вторым входом регулятора тока питания каскада усиления, и дополнительный каскад усиления, имеющий вход усиливаемого сигнала, выход усиливаемого сигнала, соединенный с входом усиливаемого сигнала каскада усиления, и вход цепи автоматической регулировки усиления, соединенный со вторым выходом формирователя сигналов управления, при этом вход дополнительного каскада усиления является входом устройства, а второй конец первичной обмотки трансформатора тока - выходом устройства.