Усилитель мощности с температурной стабилизацией усиления

Изобретение относится к устройствам защиты и стабилизации работы усилителя ВЧ и может быть использовано в усилительных каскадах радиопередатчиков. В заявленном изобретении усилитель мощности с температурной стабилизацией усиления, содержащий предварительный каскад усиления, оконечный каскад усиления, фильтр гармоник, блок автоматической регулировки усиления, детектор падающей волны, детектор отраженной волны, 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. 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. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

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.

1. Усилитель мощности с температурной стабилизацией усиления, содержащий предварительный каскад усиления, оконечный каскад усиления, фильтр гармоник, блок автоматической регулировки усиления, детектор падающей волны, детектор отраженной волны, отличающийся 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.

2. Усилитель мощности с температурной стабилизацией усиления по п.1, отличающийся тем, что содержит диодный датчик температуры в блоке смещения напряжения предварительного каскада усиления.

3. Усилитель мощности с температурной стабилизацией усиления по п.1, отличающийся тем, что содержит другой диодный датчик температуры в блоке смещения напряжения оконечного каскада усиления.

4. Усилитель мощности с температурной стабилизацией усиления по п.1, отличающийся тем, что содержит транзисторный датчик температуры в блоке контроля температуры с переменным порогом срабатывания.

5. Усилитель мощности с температурной стабилизацией усиления по п.1, отличающийся тем, что содержит токовые датчики в фильтре гармоник для управления детекторами падающей и отраженной волн.