- •Мощные высокочастотные транзисторы
- •Предисловие
- •Глава первая особенности структуры мощных вч транзисторов
- •1.1. Параметры
- •1.2. Электрофизические характеристики различных областей транзисторной структуры
- •1.3. Выбор размеров и формы различных областей транзисторной структуры. Типы структур
- •Глава вторая
- •2.2. Требования к корпусам и особенности конструкции
- •2.3. Особенности сборки
- •Глава тр етья параметры мощных вч транзисторов и методы их измерения
- •3.1. Система электрических параметров
- •3.2. Методы измерения статических параметров и вч параметров малого сигнала
- •3.3. Метод измерения Рвых
- •3.4. Метод измерения кур и nK
- •3.5. Метод измерения м3 и м5
- •3.6. Особенности измерения энергетических параметров линейных транзисторов
- •3.7. Согласующие устройства
- •3.8. Методика измерения zbx
- •3.9. Особенности аппаратуры для измерения энергетических параметров
- •3.10. Погрешности измерения энергетических параметров
- •Глава четвертая надежность мощных вч транзисторов
- •4.1. Основные виды и причины отказов
- •4.2. Конструктивные пути обеспечения надежности
- •4.3. Технологические пути обеспечения надежности
- •4.4. Устойчивость транзисторов к рассогласованию нагрузки
- •Глава пятая некоторые вопросы применения мощных вч транзисторов
- •5.1. Общие сведения об устройствах на мощных вч транзисторах
- •5.2. Высокочастотные усилители мощности
- •5.3. Усилители на основе мощных автогенераторов
- •5.4. Автоматика и управление в усилителях мощности
- •5.5 Конструкция усилителей мощности
5.4. Автоматика и управление в усилителях мощности
Важной составной частью усилителя мощности являются цепи автоматики и управления. Их функции заключаются в стабилизации уровня выходного сигнала, защите транзисторов выходного каскада при нарушении нормальных условий эксплуатации, обеспечении возможности контроля основных характеристик и индикации работоспособности усилителя, а также во включении, переключении на пониженную мощность и выключении усилителя, коммутации фильтров и т. п. [74].
Две первые функции осуществляются путем изменения уровня сигнала по команде устанавливаемых в различных местах датчиков. Одним из таких датчиков является датчик согласования с нагрузкой. Обычно он устанавливается на выходе фильтра и дает информацию об отклонении нагрузки усилителя от установленного значения. С помощью этого же датчика устанавливается требуемый уровень сигнала ири работе на согласованную нагрузку. Электрическая схема датчика, примененного в усилителе с выходной мощностью 80 Вт диапазона 2 — 30 МГц, показана на рис. 5.13. Здесь информация о падающем и отраженном сигналах, получаемая посредством трансформатора тока Т1, конденсаторов С2 и С4, выпрямителей на диодах VDI и VD2, через усилитель У1 и диод VD3 поступает на усилитель постоянного тока цепи автоматической регулировки усиления (АРУ). Переменными резисторами R1 и R4 устанавливается необходимый порог срабатывания регулировки.
Рис. 5.13. Слема датчика падающего и отраженного сигналов с использованием трансформатора тока (Вход 1 — от фильтра усилителя; Выход 1 — к согласующему устройству; Выход 2 — к УПТ АРУ)
Рис. 5.14. Схема датчика падающего и отраженного сигналов на основе резистивного моста (Вход 1 — от фильтра усилителя: Выход 1 — к согласующему устройству; Выход 2 — к УПТ АРУ)
На рис. 5.14 показана схема более простого датчика, регистрирую-щего изменения нагрузки, начиная с определенного предела [76]. Его основу составляет сбалансированный мост из резисторов Rl — R3 и сопротивления нагрузки (включаемого через согласующее устрой ство); в одну диагональ моста включен выход усилителя (через фильтр), а в другую — промежуток эмиттер — база транзистора VT1 и резистор R4. Конденсатор СЗ необходим в этом устройстве для предотвращения пробоя транзистора при превышении амплитудой сигнала напряжения питания датчика.
При использовании таких датчиков особое внимание следует обращать на необходимость их слабой связи с каналом передачи сигнала. При несоблюдении этого требования за счет нелинейных элементов датчика возрастают нежелательные колебания. Часто именно по этой причине уровень гармоник не удается ослабить ниже минус 70 — 80 дБ.
Среди других датчиков следует отметить датчик тока потребления. Его основу, как правило, составляет включаемый в цепь питания резистор, по падению напряжения на котором устанавливает ся порог регулирования; по достижении порога регулирующий элемент цепи АРУ снижает уровень входного сигнала, обеспечивая работу усилителя без превышения потребляемой от источника питания мощности.
Рис. 5.15. Схема датчика потребляемого тока (Выход 1 — к зажимам питания усилителя; Выход 2 — к УПТ АРУ; Выход 1 — от источника питания)
Схема такого датчика, примененного в усилителе выходной мощности 15 Вт диапазона 2 — 30 МГц, показана на рис. 5. 15. Работает датчик следующим образом. С повышением тока через резисторы R2, R3 возрастает ток транзистора У2, и увеличившееся на пряжение на резисторе R5 через резистор R7 и диод VD1 поступает в цепь авторегулировки. Транзистор У1 в диодном включении и стабилитрон VD2 здесь необходимы для обеспечения стабильной работы датчика в условиях меняющихся температуры окружающей среды и напряжения питания.
Рис 5.16. Схема датчика остаточного напряжения и устройства стабилизации режима предоконечного каскада (Вход У — смешение предоконечного каскада; Выход 1, 2-к коллекторам транзисторов выходного каскада усилителя; Выход 3 - к УПТ АРУ)
В линейных усилителях часто используется датчик остаточного напряжения на коллекторах транзисторов выходного каскада. С его помощью снижается уровень сигнала, как только режим работы достигает границы области недонапряженного режима, при переходе через которую начинают резко расти нелинейные искажения. Схема этого датчика вместе со схемой источника смещения транзисторов предоконечного каскада усилителя с выходной мощностью 15 Вт диапазона 2 — 30 МГц приведена на рис. 5.16. Работа устройства заключается в следующем. При уменьшении остаточного напряжения на коллекторах транзисторов выходного каскада ниже напряжения открывания любого из обратносмещенных диодов VD3 VD4 Диод VD4, выпрямляя переменный сигнал, уменьшает положительное напряжение смещения транзистора триггера 1У1 и тем самым 2У1. Появляющееся вследствие этого напряжение на резисторе R14 через резистор R15 и развязывающий диод VD5 поступает в канал авторегулировки. Каскад на транзисторе VT1 вырабатывает напряжение, определяющее порог открывания диодов VD3, VD4, и напряжение смещения для транзисторов триггеров 1У1 и 1У2. Кроме того, этот каскад обеспечивает необходимое для работы в линейном режиме напряжение смещения транзисторов предоконечного каскада усилителя мощности и его изменение по требуемому закону [77] с изменением температуры корпуса радиатора в месте расположения этих транзисторов (с помощью диода VD2 — датчика температуры). Такая же цепь, обеспечивающая требуемые для линейного усиления напряжение и выходное сопротивление источника смещения выходного каскада, показана на рис. 5.17.
Рис. 5.17. Схема устройств стабилизации режима оконечного каскада
В усилителях мощности часто применяются датчики температуры, с помощью которых снижается уровень сигнала при достижении заданного наибольшего значения температуры корпуса транзистора или, что проще, температуры определенного места радиатора. В качестве такого датчика обычно используется имеющий хороший тепловой контакт с радиатором терморезистор или полупроводниковый диод, включаемый в цепи, аналогичные показанным на рис. 5 15 и 5.16.
На рис. 5.18 показана схема усилителя постоянного тока АРУ усилителя с выходной мощностью 15 Вт диапазона 2 — 30 МГц вместе с необходимой при усилении AM сигнала цепью, обеспечивающей малую постоянную времени установления и большую — поддержания авторегулировки, а также с цепью снижения постоянной времени поддержания АРУ при настройке антенно-согласующего устройства (на транзисторе триггера 2У1).
Наряду с датчиками и усилителем постоянного тока важную роль в цепи автоматики играет регулирующий элемент. Как правило, это малосигнальный усилитель с регулируемым коэффициентом
передачи [78, 79], устанавливаемый в канале промежуточной частоты тракта формирования сигнала или в тракте усиления сформированного сигнала. В самом усилителе мощности его роль может также играть управляемый регулятор напряжения питания предварительного усилителя. В этом случае обеспечивается высокая устойчивость усилителя в процессе регулировки, но такая регулировка к сожалению, неприемлема для линейных усилителей. Нередко в качестве регулирующих элементов, особенно на высоких частотах и при больших уровнях сигналов, используются цепи на p-i-n диодах Иногда, как уже отмечалось, цепи автоматики используются для контроля основных параметров усилителя и индикации его работоспособности. Для этого на соответствующие разъемы (для контроля) и люминесцентные диоды (для индикации на табло оператора) подаются усиленные сигналы соответствующих датчиков.
Рис. 5.18. Схема усилителя постоянного тока системы АРУ с цепями управления (Вход 1 — датчики АРУ; Вход 2 — внешнее управление; Выход 1 — на регулировочный элемент АРУ; Выход 2 — к цепи смещения; Выход 3 — управление при настройке СУ)