Усилитель

Полезная модель относится к радиотехнике, а именно к элементной базе радиоприемной и радиопередающей аппаратуры СВЧ-диапазона, и может быть использована для термостабилизации режимов усиления.
Известны различные конструкции усилителей СВЧ-диапазона, в которых реализована возможность температурной стабилизации:
• авторское свидетельство SU №349076,
• авторское свидетельство SU №350134,
• авторское свидетельство SU №1518876,
• авторское свидетельство SU №1631701,
• авторское свидетельство SU №1794276,
• патент RU на полезную модель №133666,
• патент RU на изобретение № 2394363,
• заявка KR на изобретение №20140141890,
• патент US на изобретение №4238738,
• патент US на изобретение №4727269,
• патент US на изобретение №5859568,
• заявка US на изобретение №2003052726,
• заявка WO на изобретение №9429954,
• патент CN на изобретение №101299595,
• патент CN на изобретение №101478293.
Известен также усилитель с температурной компенсацией, описанный в патенте US на изобретение №5177454. Схема усилителя содержит управляющий транзистор и выходной транзистор, управляющий электрод которого соединен с основным токовым трактом управляющего транзистора. Управляющий электрод выходного транзистора также соединен с элементом подачи тока, который расположен последовательно с основным токопроводящим каналом управляющего транзистора для подачи тока смещения. Изменение последнего в результате тепловой связи между токоподводящим элементом и выходным транзистором меньше, чем изменение части тока смещения, протекающего по основному токовому пути управляющего транзистора, в результате тепловой связи между управляющим транзистором и выходным транзистором.
Недостатком описанного выше аналога является наличие в схеме источника тока, что в свою очередь приводит к усложнению конструкции и, как следствие, надежности устройства в целом, так как в качестве источника тока применяются дополнительные активные элементы – транзисторы. Кроме того, в схеме отсутствуют RC - цепи коррекции, цепи обратной связи, сопротивления, задающие режимы транзисторов, что может привести к неустойчивой работе данного усилителя, проявляющейся в наличии генерации и высоких уровнях гармонических составляющих выходного сигнала. Схема построена на биполярных транзисторах, что ограничивает ее использование в СВЧ диапазоне за счет худших частотных свойств биполярных транзисторов.
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является усилитель, описанный в патенте SU на изобретение №1836807. Усилитель имеет входной и выходной каскады усиления. Входной каскад усиления выполнен на полевом транзисторе с n-каналом, сток которого через стоковую нагрузку соединен с первой шиной питания. Истоковая нагрузка по постоянному току выполнена на транзисторе, один вывод которого соединен с истоком, другой вывод – с второй шиной питания, а управляющий вход – с выходом частотнозависимой цепи отрицательной обратной связи. Вход последней соединен с выходом выходного каскада усиления. Вторая шина питания является общей шиной. В цепь затвора полевого транзистора с n-каналом введен первый конденсатор. Между точкой соединения первого конденсатора, затвором полевого транзистора с n-каналом и общей шиной введен первый резистор. Между истоком и общей шиной введена цепь из последовательно соединенных второго конденсатора и второго резистора. В качестве транзистора использован полевой транзистор с р-каналом. Частотнозависимая цепь отрицательной обратной связи выполнена в виде третьего резистора, соответствующий вход которого через третий конденсатор соединен с общей шиной.
Однако использование в схемном решении глубокой отрицательной обратной связи по постоянному напряжению, что в свою очередь, приводит к ограничению частотных свойств схемы и возможности ее применения лишь в узком диапазоне частот. Глубокая отрицательная обратная связь схемы также накладывает ограничение на быстродействие устройства в целом. Использование биполярных транзисторов в выходном каскаде данного усилителя ограничивает его применение в СВЧ диапазоне за счет худших частотных свойств биполярных транзисторов.
Задачей заявляемой полезной модели является обеспечение термостаблизации параметров и режимов усиления в широкой полосе частот.
Сущность заявляемого технического решения характеризуется тем, что усилитель имеет два вывода и содержит полевой и биполярный транзисторы, причем полевой транзистор затвором через индуктивность и первый конденсатор соединен с одним из выводов, сток полевого транзистора через второй конденсатор соединен с другим выводом, а через первый резистор - с входом для подачи напряжения питания, при этом биполярный транзистор и резистор автосмещения включены в исток полевого транзистора и представляют собой цепь термокомпенсации, а база биполярного транзистора подключена к входу для подачи напряжения управления.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в ведении в схему усилителя в цепь истока полевого транзистора биполярного транзистора с параллельно включенным резистором автосмещения. Данная схема позволяет осуществлять термокомпенсацию выходных параметров усилителя (мощности, коэффициента усиления) в СВЧ диапазоне в широкой полосе рабочих частот, обеспечивая при этом высокое быстродействие.
Полезная модель поясняется с помощью Фиг., на которой изображена принципиальная схема усилителя и указаны следующие элементы и обозначения:
С1 – первый конденсатор,
С2 – второй конденсатор,
VT1 – полевой транзистор,
VT2 – биполярный транзистор,
R1 – первый резистор,
R2 – резистор автосмещения,
L – индуктивность.
пит
U – напряжение питания,
упр
U – напряжение управления.
пит
упр
пит
упр
Схема представляет собой усилитель сигнала с термокомпенсацией, выполненный на основе полевого транзистора VT1 и имеет два вывода, вход для подачи напряжения питания U и напряжения управления U. Полевой транзистор VT1 включен по схеме c общим затвором. Затвор VT1 через индуктивность L и первый конденсатор С1 подключен к одному из выводов. Сток полевого транзистора VT1 через второй конденсатор С2 соединен с другим выводом, а через первый резистор R1 – с входом для подачи напряжения питания U. Биполярный транзистор VT2 и резистор автосмещения R2 включены в исток транзистора VT1 и представляют собой цепь термокомпенсации. База биполярного транзистора VT2 подключена к входу для подачи напряжения управления U. В результате термостабилизация полевого транзистора VT1 осуществляется следующим образом.
Сопротивление канала полевого транзистора VT1 уменьшается с уменьшением температуры, при этом увеличиваются его коэффициент усиления и выходная мощность. С ростом температуры сопротивление канала полевого транзистора VT1 увеличивается, а коэффициент усиления и выходная мощность напротив падают. Сопротивление биполярного транзистора VT2 увеличивается с уменьшением температуры и увеличивается с ее ростом.
Номинал резистора автосмещения R2 выбирается таким, чтобы при низких значениях температуры окружающей среды, когда сопротивление биполярного транзистора VT2 относительно велико, он шунтировал биполярный транзистор VT2, смещение полевого транзистора VT1 определялось падением напряжения на резисторе R2 и значение смещения обеспечивало частичное запирание канала полевого транзистора VT1.
С ростом температуры окружающей среды сопротивление биполярного транзистора VT2 уменьшается, он начинает шунтировать резистор автосмещения R2, смещение полевого транзистора VT1 уменьшается, его канал открывается, а коэффициент усиления и выходная мощность увеличиваются.
Конденсаторы С1 и С2 применяют для развязки с последующими каскадами по постоянной составляющей. Резистор R1 задает режим работы полевого транзистора VT1. Индуктивность L введена в схему заявляемого усилителя для устранения генерации и улучшения устойчивости его работы.