УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ С ТЕМПЕРАТУРНОЙ СТАБИЛИЗАЦИЕЙ УСИЛЕНИЯ
POWER AMPLIFIER WITH TEMPERATURE STABILISATION OF AMPLIFICATION

Изобретение относится к устройствам защиты и стабилизации работы усилителя ВЧ и может быть использовано в усилительных каскадах радиопередатчиков.
Известно устройство - описание изобретения к авторскому свидетельству №351279, МПК Н02Н 3/36 от 22.10.1970, в котором устройство защиты транзисторов усилителя мощности ВЧ, содержащее усилитель мощности, направленный ответвитель с детекторами падающей и отраженной волн и исполнительный элемент, выход которого соединен со входом усилителя мощности, отличается тем, что с целью формирования равномерной амплитудно-частотной характеристики усилителя в него дополнительно введены два пороговых каскада, соединенных с усилителем постоянного тока, при этом выходы обоих детекторов подключены ко входам одного из пороговых каскадов, вход другого порогового каскада связан с выходом детектора падающей волны, а выход усилителя постоянного тока соединен со входом управляющего элемента.
Недостатком известного устройства является возрастание уровня нелинейных искажений сигнала при работе на рассогласованную нагрузку из-за работы выходных каскадов усилителя мощности в перенапряженном режиме, большая неравномерность АЧХ, отсутствие температурной стабилизации усиления.
Известно другое устройство с более низким уровнем нелинейных искажений - описание изобретения к авторскому свидетельству №677035, МПК Н02Н 3/36 от 14.03.1978, в котором устройство защиты транзисторов и усилителя мощности ВЧ отличается тем, что с целью обеспечения низкого уровня нелинейных искажений усилителя мощности при работе на рассогласованную нагрузку в широкой полосе частот, между выходом первого каскада и входом усилителя постоянного тока включены последовательно функциональный делитель и функциональный преобразователь, а вход управления функционального делителя подключен к выходу детектора падающей волны.
Данное изобретение взято за прототип. Недостатком этого известного устройства является большая неравномерность АЧХ, до ±1,0 dB, отсутствие температурной стабилизации усиления.
Целью изобретения является обеспечение низкого уровня нелинейных искажений усилителя мощности в широкой полосе частот, достижение неравномерности АЧХ до 0,25 dB и температурной стабилизации усиления.
Для решения поставленной задачи усилитель мощности с температурной стабилизацией усиления содержит предварительный каскад усиления, оконечный каскад усиления, фильтр гармоник, блок автоматической регулировки усиления, детектор падающей волны, детектор отраженной волны и отличается тем, что содержит формирователь напряжения управления блока автоматической регулировки усиления, управляемый сигналами детекторов падающей и отраженной волн, блок смещения напряжения предварительного каскада усиления с датчиком температуры, блок смещения напряжения оконечного каскада усиления с другим датчиком температуры, блок контроля температуры с переменным порогом срабатывания для дополнительного управления блоком смещения напряжения предварительного и оконечного каскада, причем усилитель мощности с температурной стабилизацией усиления содержит диодный датчик температуры в блоке смещения напряжения предварительного каскада усиления, другой диодный датчик температуры в блоке смещения напряжения оконечного каскада усиления, транзисторный датчик температуры в блоке контроля температуры с переменным порогом срабатывания, токовые датчики в фильтре гармоник для управления детекторами падающей и отраженной волн.
На чертеже представлена структурная блок-схема предложенного усилителя мощности с температурной стабилизацией усиления, которая содержит блок 1 автоматической регулировки усиления (АРУ), предварительный каскад 2 усилителя мощности, оконечный каскад 3 усилителя мощности, фильтр 4 гармоник, блок 5 смещения напряжения транзисторов предварительного каскада 2, блок 6 смещения напряжения транзисторов оконечного каскада 3, детектор 7 падающей волны, детектор 8 отраженной волны, формирователь 9 напряжения управления АРУ, блок 10 контроля температуры с переменным порогом срабатывания.
Усилитель мощности (УМ), представленный на чертеже, работает следующим образом. Высокочастотный сигнал подается на вход УМ и поступает на блок 1 АРУ. Введение схемы местного АРУ позволило обеспечить малую неравномерность амплитудно-частотной характеристики УМ, до 0,25 dB, а также возможность работы при КСВ вплоть до 2,0. Далее ВЧ сигнал поступает на предварительный каскад 2 УМ, затем на оконечный каскад 3 УМ и далее на фильтр 4 гармоник (ФГ). Фильтр 4 гармоник содержит токовые датчики, сигналы с которых поступают на схему автоматики. Схема автоматики состоит из детектора 7 падающей волны, детектора 8 отраженной волны и формирователя 9 напряжения управления АРУ. Величина напряжения управления АРУ определяется тем, какой по величине и с какого токового датчика сигнал поступает на схему автоматики. Если сигнал с токового датчика падающей волны увеличивается (уменьшается), что в свою очередь соответствует увеличению (уменьшению) сигнала на выходе УМ, то напряжение управления будет иметь такую величину, что схема блока 1 АРУ будет менять свой коэффициент передачи в меньшую (в большую) сторону соответственно. Большой уровень сигнала с токового датчика отраженной волны означает разомкнутое (XX) или короткозамкнутое (КЗ) состояние на выходе УМ. В этом случае схема автоматики жестко ограничивает коэффициент передачи схемы блока 1 АРУ. Таким образом осуществляется регулировка усиления и работа УМ в режимах КЗ и XX на выходе.
В усилителе мощности применена схема смещения напряжений с температурной стабилизацией блоком 5 смещения напряжения транзисторов предварительного каскада 2 и блоком 6 смещения напряжения транзисторов оконечного каскада 3. В качестве датчиков температуры были применены диоды, включенные в обратные связи соответствующих операционных усилителей. Применение подобной схемы и расположение самих датчиков температуры позволили достаточно точно компенсировать температурную нестабильность рабочей точки транзисторов. Одновременно в схемах смещения напряжений предусмотрен сигнал блокировки при перегреве. Схема защиты усилителя мощности от перегрева представляет собой компаратор с переменным порогом срабатывания, находящийся в блоке 10 контроля температуры, срабатывающий от транзисторного датчика температуры. При повышении температуры выше нормы компаратор вырабатывает сигнал блокировки, который поступает на схемы напряжения смещения. В результате напряжения смещения будут равны нулю. При достижении усилителем мощности нормальной температуры сигнал блокировки будет снят и напряжения смещения восстановлены. Переменный порог срабатывания обеспечивает блокировку напряжения смещения при высокой температуре, а разблокировку при низкой. Такой режим хорошо сочетается с принудительным охлаждением, в данном случае вентиляторами.
Таким комплексным решением задачи достигается технический результат - обеспечивается низкий уровень нелинейных искажений усилителя мощности в широкой полосе частот, достигается неравномерность АЧХ в пределах 0,25 dB, улучшается температурная стабилизация усиления и осуществляется защита транзисторов от перегрева.