УСТАНОВКА РЕГУЛИРОВАНИЯ АМПЛИТУДЫ МОЩНЫХ ГАРМОНИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ
APPARATUS FOR CONTROLLING AMPLITUDE OF POWERFUL HARMONIC SIGNALS

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к технике радиосвязи, и может быть использовано в качестве управляемого аттенюатора систем защиты передатчиков теле- и радиовещания от перегрузок по входу и рассогласования по выходу.
Известно устройство регулирования амплитуды электрических сигналов, содержащее p-i-n диод, включенный параллельно с нагрузкой [1, рис.6.2, а]. Недостатком такого устройства регулирования амплитуды электрических сигналов является малый диапазон регулируемых сигналов, ограниченный амплитудой, равной 1…2 В.
Известно также устройство регулирования амплитуды гармонических сигналов, являющееся одновременно устройством защиты полосового усилителя мощности от перегрузок, содержащее цепь обратной связи, в состав которой входят направленный ответвитель (НО), выполненный в виде отрезка двух связанных линий, вход первой из которых нагружен на согласованную нагрузку НО, детектор, вход которого подключен к выходу первой линии НО, и блок управления, вход которого соединен с выходом детектора, вход второй линии НО подключен к выходу полосового усилителя мощности, а ее выход подключается к нагрузке полосового усилителя мощности, транзистор, база которого подключена к выходу блока управления, коллектор транзистора соединен с общим для полосового усилителя мощности и цепи обратной связи проводником, а эмиттер транзистора образует выход цепи обратной связи, подключаемый к входу полосового усилителя мощности [2].
Недостатком такого устройства регулирования амплитуды гармонических сигналов является малый динамический диапазон сигналов на выходе устройства регулирования, ограниченный амплитудой выходных сигналов, равной 10…15 В, что обусловлено малыми предельно допустимыми напряжениями база-эмиттер современных транзисторов [3].
Наиболее близким к заявляемому объекту по максимальному числу существенных признаков является устройство регулирования амплитуды гармонических сигналов, содержащее вход устройства, вход устройства для регулирующего сигнала, выход устройства, общий для всего устройства проводник, первый электрический фильтр, вход которого соединен с входом устройства, второй электрический фильтр, выход которого соединен с выходом устройства, биполярный транзистор, эмиттер которого соединен с выходом первого и входом второго электрических фильтров, а коллектор - с общим для всего устройства проводником, и резистор, первый вывод которого соединен с базой биполярного транзистора, а второй вывод - с входом устройства для регулирующего сигнала [4, рис.2].
Недостатком устройства-прототипа является малый динамический диапазон сигналов на выходе устройства регулирования амплитуды гармонических сигналов, ограниченный амплитудой выходных сигналив, равной 10…15 В, что обусловлено малыми предельно допустимыми напряжениями база-эмиттер современных транзисторов [3].
Задача, на достижение которой направлено предлагаемое решение, - создание устройства регулирования амплитуды мощных гармонических сигналов, обеспечивающего высокий динамический диапазон сигналов на его выходе (до значений, во много раз превышающих предельно допустимые напряжения база-эмиттер современных биполярных транзисторов).
Решение поставленной задачи достигается тем, что в устройство регулирования амплитуды гармонических сигналов, содержащее вход, устройства, вход устройства для регулирующего сигнала, выход устройства, первый электрический фильтр, вход которого соединен с входом устройства, второй электрический фильтр, выход которого соединен с выходом устройства, биполярный транзистор, резистор, первый вывод которого соединен с базой биполярного транзистора, и общий для всего устройства проводник, введены первая катушка индуктивности, первый вывод которой соединен с выходом первого электрического фильтра, а второй вывод - с общим для всего устройства проводником, конденсатор, первый вывод которого соединен с входом второго электрического фильтра, а второй вывод - с вторым выводом резистора, и вторая катушка индуктивности, первый вывод которой соединен с вторым выводом резистора, а второй вывод - с входом устройства для регулирующего сигнала, при этом эмиттер биполярного транзистора соединен с вторым выводом резистора, а коллектор - с выходом первого электрического фильтра.
На фиг.1 и 2 представлены функциональная схема предложенного устройства регулирования амплитуды мощных гармонических сигналов и принципиальная электрическая схема макета такого устройства, реализованного на транзисторе КТ914А
Устройство регулирования амплитуды мощных гармонических сигналов (фиг.1) содержит вход устройства, вход устройства для регулирующего сигнала, выход устройства, первый электрический фильтр 1, вход которого соединен с входом устройства, второй электрический фильтр 2, выход которого соединен с выходом устройства, биполярный транзистор 3, резистор 4, первый вывод которого соединен с базой биполярного транзистора 3, и общий для всего устройства проводник, первую катушку индуктивности 5, первый вывод которой соединен с выходом первого электрического фильтра 1, а второй вывод - с общим для всего устройства проводником, конденсатор 6, первый вывод которого соединен с входом второго электрического фильтра 2, а второй вывод - с вторым выводом резистора 4, вторую катушку индуктивности 7, первый вывод которой соединен с вторым выводом резистора 4, а второй вывод - с входом устройства для регулирующего сигнала, при этом эмиттер биполярного транзистора 3 соединен с вторым выводом резистора 4, а коллектор - с выходом первого электрического фильтра 1.
Предлагаемое устройство регулирования амплитуды мощных гармонических сигналов работает следующим образом. На вход устройства для регулирующего сигнала подается постоянное напряжение регулирования, закрывающее биполярный транзистор 3. В случае использования в качестве биполярного транзистора 3 p-n-p транзистора, как показано на фиг.1, это напряжение положительное. При подаче на вход устройства мощного гармонического сигнала, имеющего амплитуду меньше, чем значение постоянного напряжения регулирования, биполярный транзистор 3 остается закрытым и входной сигнал не поступает в нагрузку, подключаемую к выходу устройства. При подаче на вход устройства мощного гармонического сигнала, имеющего амплитуду больше, чем значение постоянного напряжения регулирования, в определенный момент времени напряжение на коллекторе биполярного транзистора 3 становится больше, чем напряжение на его эмиттере. Биполярный транзистор 3 открывается и входит в режим насыщения, глубина которого определяется номиналом резистора 4 (биполярный транзистор 3 оказывается в режиме инверсного включения [5]). В этом случае часть мощного гармонического сигнала, превышающая значение постоянного напряжения регулирования, беспрепятственно проходит в нагрузку. Изменение значения постоянного напряжения регулирования приводит к изменению угла отсечки мощного гармонического сигнала. Катушка индуктивности 5 устраняет постоянную составляющую мощного гармонического сигнала на коллекторе биполярного транзистора 3. Поэтому при уменьшении постоянного напряжения регулирования до нуля амплитуда напряжения мощного гармонического сигнала на выходе устройства оказывается равной напряжению на его входе за вычетом напряжения насыщения биполярного транзистора 3 при его инверсном включении.
Между обозначениями объектов, представленных на фиг.1 и 2, имеются следующие соответствия: фильтр 1 соответствует фильтру, образованному элементами C1, C2, L1, L2; фильтр 2 - фильтру, образованному элементами С4, С5, L4, L5; транзистор 3 - транзистору VT1; резистор А - резистору R1; катушка индуктивности 5 - катушке индуктивности L3; конденсатор 6 - конденсатору С3; катушка индуктивности 7 - катушке индуктивности L6.
вых
рег
Экспериментальное исследование макета устройства регулирования амплитуды мощных гармонических сигналов, принципиальная электрическая схема которого приведена на фиг.2, проводилось с использованием мощного широкополосного усилителя, описанного в [6]. Частота гармонического сигнала, подаваемого на вход устройства, была выбрана равной 30 МГц, амплитуда сигнала составляла 40 В, сопротивление нагрузки, подключаемой к выходу устройства, равнялось 50 Ом. Результаты исследований зависимости амплитуды выходного напряжения U от величины напряжения регулирования U приведены на фиг.3. На фиг.4 приведены результаты исследований зависимости амплитуды выходного напряжения от величины напряжения регулирования для макета устройства регулирования, реализованного по схеме прототипа. Как видно из графика, приведенного на фиг.4, макет устройства регулирования, реализованного по схеме прототипа, не позволяет получить амплитуду выходного напряжения более 10,5 В, что обусловлено пробоем перехода база-эмиттер транзистора КТ914А.
Технический эффект от использования предложенного устройства регулирования амплитуды мощных гармонических сигналов по сравнению с устройством-прототипом состоит в расширении динамического диапазона сигналов на его выходе до значений, во много раз превышающих предельно допустимые напряжения база-эмиттер современных биполярных транзисторов.
Источники информации
1. Пикосекундная импульсная техника / В.Н.Ильюшенко, Б.И.Авдоченко, В.Ю.Баранов и др. / Под ред. В.Н.Ильюшенко. - М.: Энергоатомиздат, 1993. - 368 с.
2. Титов А.А., Ильюшенко В.Н. Устройство для защиты усилителя мощности от перегрузки //Патент РФ №2217861. - Опубл. 27.11.2003. Бюл. №33.
3. Петухов В.М. Полевые и высокочастотные биполярные транзисторы средней и большой мощности и их зарубежные аналоги: Справочник. В 4-х томах. - М.: КУбК-а, 1997.
4. Титов А.А. Регулировка и модуляция амплитуды мощных сигналов // Электросвязь. - 2007. - №12. - С.46-48. - прототип.
5. Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. - М: Энергия, 1977. - 672 с.
6. Титов А.А. Особенности разработки и изготовления многооктавных усилителей мощности метрового диапазона с повышенным КПД // Радиотехника. - 2005. - №11. - С.92-96.