Полосовой усилитель мощности диапазона 430-442 МГц

Рейтинг:  0 / 5

Подробности

Категория: Усилители мощности УКВ

Опубликовано: 16.03.2017 09:48

Просмотров: 7414

А. Титов, г. Томск
Для повышения выходной мощности рассматриваемого полосового усилителя использована кольцевая схема сложения мощности на сосредоточенных элементах, обеспечивающая возможность независимой настройки канальных усилителей и обладающая малыми габаритами.

Технические характеристики усилителя Максимальный уровень выходной мощности,
не менее............................................125 Вт
Полоса рабочих частот.......................430...442 МГц
Неравномерность АЧХ................................±1 дБ
Коэффициент усиления................................16 дБ
Сопротивление генератора и нагрузки................75 Ом
Потребляемый ток в режиме молчания.................0,15 А
Потребляемый ток в режиме максимальной
выходной мощности....................................16 А
Напряжение источника питания.........................24 В
Функциональная схема полосового усилителя мощности (ПУМ), предназначенного для работы в составе передатчиков с CW, SSB или FM модуляцией, показана на рис.1 и является модификацией усилителя, описанного в [1].
 
 ПУМ содержит два идентичных канальных усилителя (рис.2);
 
 кольцевой сумматор мощности; схемы защиты от перегрузки по входу, от рассогласования по выходу, от превышения
напряжением питания номинального значения, термозащиту.
Каждый из канальных усилителей имеет следующие характеристики: максимальный уровень выходной мощности 70...80 Вт; коэффициент усиления 19 дБ; полоса пропускания 425...445 МГц; неравномерность амплитудно-частотной характеристики ±0,5 дБ; сопротивление генератора и нагрузки 75 Ом.
На входе ПУМ включен делитель мощности на резисторах R2, R3, R4, R7, R8, обеспечивающий согласование усилителя с сопротивлением генератора и возможность выравнивания коэффициентов усиления канальных усилителей в процессе настройки ПУМ. Транзисторы тракта усиления канальных усилителей VT2 и VT4 работают в режиме с отсечкой коллекторного тока.
Стабилизация угла отсечки обеспечивается стабилизаторами напряжения базового смещения [2] на транзисторах VT3 и VT5.
Требуемый угол отсечки устанавливается подбором номинала резистора R29, установленного в цепи базы транзистора VT5. При отсутствии резистора R29 коллекторные токи каждого из транзисторов VT2 и VT4 составляют 10...40 мА. При подключении R29 напряжение на базе транзистора VT5 уменьшается, и его выходное сопротивление по постоянному току растет, что приводит к увеличению базового смещения транзисторов VT2 и VT4 и увеличению их коллекторных токов. Изменяя сопротивление резистора R29 в пределах 100...600 Ом, можно осуществить линеаризацию начального участка амплитудной характеристики разрабатываемого усилителя [3], что важно при работе передатчика в режиме с SSB модуляцией.
Стабилизаторы напряжения базового смещения используются также в качестве элемента управления коэффициентом усиления ПУМ.
Срабатывание любой из схем защиты усилителя приводит к уменьшению выходного напряжения микросхемы M1, являющегося управляющим напряжением (Uyпp) для стабилизаторов напряжения базового смещения канальных усилителей. Уменьшение Uyпp снижает напряжения смещения на базах транзисторов VT3 стабилизаторов напряжения базового смещения. Угол отсечки транзисторов VT2 и VT4 в этом случае уменьшается, снижая тем самым коэффициент усиления ПУМ. В случае уменьшения Uyпp до нуля коэффициент усиления ПУМ падает до 2...5 дБ.
С целью сохранения работоспособности ПУМ при подаче на его вход сигналов с амплитудой больше номинального значения, в усилителе установлен детектор на диоде VD1, выходное напряжение которого пропорционально уровню входного воздействия.
При превышении входным сигналом определенного значения выпрямленное детектором напряжение приводит к уменьшению Uyпp до

нуля. Порог срабатывания защиты по входу устанавливается выбором номинала резистораR1.
С увеличением рассогласования нагрузки ПУМ с его выходным сопротивлением увеличивается напряжение, снимаемое с выхода отраженной волны направленного ответвителя (НО). Это напряжение детектируетется детектором на диоде VD2 и при достижении определенного уровня приводит к уменьшению Uyпp, уменьшая тем самым коэффициент усиления ПУМ. Поэтому мощность сигнала на выходе усилителя падает пропорционально росту рассогласования нагрузки. Направленный ответвитель выполнен из двух проводов марки МГТФ 1 х0,35длиной 20 мм, намотанных вплотную друг к другу на цилиндрический изолятор диаметром 3 мм, который помещается
затем в заземленный металический цилиндрический экран [1]. В ра-
бочем диапазоне частот усилителя переходное затухание НО равно 25...30 дБ. Порог срабатывания схемы защиты от рассогласования ПУМ по выходу устанавливается выбором номинала резистора R16. В качестве изолятора НО может быть
использован деревянный цилиндр [2]. Минимизация напряжения, снимаемого с выхода отраженной волны НО, при работе ПУМ на стандартную нагрузку, достигается подбором сопротивления резистора R18.
Схема термозащиты на транзисторе VT1 минимизирует Uyпp при превышении температурой корпуса усилителя определенного значения. Терморезистор R24 схемы термозащиты приклеивают к корпусу усилителя эпоксидным клеем. С увеличением температуры корпуса сопротивление терморезистора падает, что приводит к запиранию транзистора VT1 и срабатыванию защиты.
Установка схемы термозащиты на заданную температуру срабатывания осуществляется соответствующим выбором номинала резистора R23.
Защита от превышения напряжением питания номинального значения выполнена на стабилитроне VD4 и приводит к падению выходной мощности усилителя при величине питающего напряжения более 25,5 В. Диод VD7 установлен для защиты транзисторов ПУМ от пробоя при неправильном выборе полярности напряжения питания.
В усилителе использована кольцевая схема сложения мощности, выполненная на сосредоточенных элементах в виде фильтров нижних частот пятого порядка, применяемая для синфазного суммирования мощности двух каналов усиления и позволяющая создавать усилители с полосой пропускания до 20...30% [4]. При изготовлении кольцевых схем сложения на элементах с сосредоточенными параметрами значения этих элементов могут быть рассчитаны по формулам [5]:
Ly=RH/(2π fcp);
Cy=0,29/(27π fcpRH),
где RH - сопротивление нагрузки; fcp - средняя частота полосы пропускания усилителя.
В нашем случае, для
Rн=75 Ом и fср=435-МГц имеем: L1=L2=L3=L4=Ly=27,5 нГн; С2=СЗ=СУ= 1,4 пФ; С5=С6=С7=2СУ=2,8 пФ.
Во входных каскадах канальных усилителей использованы корректирующие цепи третьего порядка [6]. Формирование
амплитудно-частотных характеристик входных каскадов осуществляется подбором номиналов конденсаторов С14. В выходных каскадах канальных усилителей использованы корректирующие цепи второго порядка, и формирование их амплитудно-частотных характеристик осуществляется с помощью подбора номинала конденсаторов С18.
На выходах канальных усилителей включены трансформаторы сопротивлений с коэффициентом трансформации 1:25, выполненные в виде фильтров нижних частот четвертого порядка (элементы L13, С21, L14, С23) [7]. В этом случае сопротивления нагрузки транзисторов выходных каскадов равны около 3 Ом, что позволяет получить от них максимальную мощность. Каждый из конденсаторов С21, С23 реализован в виде параллельного соединения нескольких конденсаторов примерно одинакового номинала, что связано с большой выходной мощностью усилителя. Методика настройки подобных ПУМ подробно описана в [8]. На рис.3 приведен чертеж печатной платы ПУМ, на рис.4 показано размещение элементов, на рис.5 дана фотография его внешнего вида.
 
 
 
В ПУМ использованы транзисторные сборки 2Т9125АС и 2Т9105АС, предназначенные для работы в двухтактных широкополосных усилителях. Поскольку каждая сборка состоит из двух идентичных транзисторов, при построении узкополосных каскадов возможно параллельное включение транзисторов сборки. В этом случае значительно упрощается процесс изготовления и настройки ПУМ. Условия работы транзисторов сборки при этом только облегчаются, так как в двухтактных каскадах затруднительно осуществить проверку идентичности условий работы транзисторов сборки.
Печатная плата ПУМ размерами 145x140 мм изготавливается из фольгированного с двух сторон стеклотекстолита толщиной 3 мм.
Пунктирной линией на рис.3 обозначены места металлизации торцов. Металлизацию можно выполнить с помощью металлической фольги, припаяв ее к нижней и верхней частям платы. Металлизация необходима для устранения паразитных резонансов и заземления нужных участков печатной платы. Для улучшения теплоотдачи ПУМ при
длительной работе и для удобства его настройки печатную плату устанавливают на дюралевое основание размерами
160х145х10мм(рис.5).
Транзисторы VT2, VT3, VT4, VT5 крепят к основанию с использованием теплопроводящей пасты. Между транзисторами VT3, VT5 и основанием необходимо устанавливать слюдяные прокладки. Перед настройкой усилителя следует с помощью тестера убедиться в том, что не нарушена изоляция между коллекторами VT3, VT5 и общей шиной.
В заключение хочу выразить благодарность Александру Расстригину за изготовление фотографии усилителя.

РА №3/2005

Литература
1. Титов А А Усилитель мощности диапазона 150... 170 МГц с защитой от перегрузок//Радюаматор. - 2003. - №3.- С.54-55.
2.  Титов А.А. \длинитель симплексной радиостанции диапазона 26...29 МГц//Радюаматор. - 2003. -№.11.- С.53-55.
3. Титов А.А. Разработка полосовых усилителей мощности с повышенной линейностью амплитудной характеристики//Электронная техника. Сер. СВЧ-техника. - 2002. - Вып.2. - С.33-39.
4. Мазепова О.И., Мещанов В.П., Прохорова Н.И. и др. Справочник по элементам полосковой техники/Под ред. A.M.
Фельдштей-на.-М.:Связь/1979.-215с.
5. Карпов В.М., Малышев В.А., Перевощиков И.В. Широкополосные устройства СВЧ на элементах с сосредоточенными
параметрами/Под ред. В.А. Малышева. - М.: Радио и связь, 1984. - 238 с.
6. Титов А А Синтез параметров корректирующей цепи третьего порядка узкополосной усилительной ступени//Известия вузов. Сер. Радиоэлектроника. - 2003. - №12. - С.29-35.
7. Знаменский А.Е. Таблицы для расчета трансформаторов сопротивлений в виде фильтров нижних частот/Дехника средств связи. Сер. Техника радиосвязи. -1985. - №1. - С.99-110.
8.  Титов А.А. Особенности изготовления и настройки усилителя мощности на 142..148 МГц//Радиохобби. - 2003. - №5. -
С.35-36.