Анализ характеристик представленных на рис. 4-6 позволяет сделать следующие выводы. Начальные потери мощности в регуляторе не превышают 5 %. Линейная зависимость выходного напряжения от напряжения управления сохраняется в диапазоне около 40 дБ. С момента начала ограничения подаваемого на вход сигнала, мощность на выходе ограничителя увеличивается не более чем на 20 % при пятикратном увеличении мощности входного сигнала. Ограничение амплитудно-модулированного сигнала происходит без каких либо переходных процессов.
Частота модуляции амплитудно-модулированного колебания, подаваемого на вход регулятора, была выбрана равной 1 кГц для облегчения наблюдения формы огибающей и упрощения измерения уровня ограничения выходного сигнала. Длительность каждой огибающей на рис. 6 равна одному периоду модулирующего колебания. Масштаб времени на оси абсцисс не обозначен.
На рис. 6 приведены экспериментальные зависимости формы огибающей амплитудно-модулированного колебания, подаваемого на вход регулятора (рис. 3), снятые при трех различных значениях напряжения управления (2, 4 и 6 В).
На рис. 5 приведена экспериментально измеренная зависимость мощности на выходе регулятора Рвых от мощности на его входе Рвхпри напряжении управления равном 7 В.
На рис. 4 приведена экспериментально измеренная зависимость амплитуды выходного напряжения регулятора (рис. 3) от напряжения управления при амплитуде сигнала, подаваемого на вход регулятора, равной 70 В.
Характеристики регулятора: максимальный уровень входной мощности, не менее 50 Вт; полоса рабочих частот 200:240 МГц; сопротивление генератора и нагрузки 50 Ом; область регулирования выходной мощности 0,04:46 Вт.
На рис. 3 приведена принципиальная схема регулятора амплитуды мощных сигналов, разработанного на основе его функциональной схемы (рис. 2), где Еп - источник напряжения. Элементы L1, C1, L2, C2 и L3, C3, L4, C4 образуют фильтры нижних частот с частотой среза равной 240 МГц. Резистор R2 предназначен для изменения напряжения управления.
Первый и второй фильтры нижних частот (ФНЧ) предназначены для подавления высших гармонических составляющих в спектре выходного сигнала, резистор R1 служит для уменьшения влияния изменяющегося в процессе регулирования выходного сопротивления источника напряжения управления на перераспределение напряжения высокочастотного сигнала на емкостях Сбэ и Сбк закрытого транзистора VT1.
Рассмотренные свойства биполярного транзистора могут быть использованы для построения регулятора амплитуды мощных сигналов. Предлагаемая функциональная схема регулятора приведена на рис. 2 [5], где Uw - регулируемый сигнал; Uупр - напряжение управления; Uвых - выходное напряжение.
Регулятор амплитуды мощных сигналов.
С увеличением рассогласования нагрузки усилителя с выходным сопротивлением НО (крайние степени рассогласования - короткое замыкание нагрузки и ее обрыв) напряжение, снимаемое с выхода отраженной волны НО, увеличивается, то есть на вход детектора подается напряжение пропорциональное напряжению, отраженному от нагрузки усилителя. При номинальной величине выходной мощности и при коэффициенте стоячей волны по напряжению со стороны нагрузки больше максимально допустимого значения, напряжение управления, подаваемое на базу транзистора с блока управления, начинает уменьшаться, уменьшая амплитуду входного воздействия, поступающего на вход усилителя. Поэтому мощность сигнала на выходе усилителя падает пропорционально росту коэффициента стоячей волны по напряжению нагрузки.
При воздействии на вход усилителя сигнала (или помехи), амплитуда напряжения которого превышает амплитуду номинального значения входного напряжения, в положительный полупериод воздействия переменного сигнала напряжение на эмиттере транзистора превышает напряжение на его базе. Переход база - эмиттер открывается, и через коллекторную цепь начинает протекать ток, равный aIэ [4], где а - коэффициент передачи эмиттерного тока, Iэ - ток эмиттера. Для мгновенного значения входного воздействия, превышающего номинальное значение, переход эмиттер - коллектор транзистора представляет собой двухполюсник с сопротивлением Rвх=Uвх/aIэ, которое составляет единицы Ом. В отрицательный полупериод воздействия переменного входного сигнала превышающего по амплитуде номинальное значение входного сигнала, открывается переход база - коллектор транзистора, и через транзистор начинает протекать ток равный aIIк, где aI - коэффициент передачи тока коллектора при инверсном включении транзистора, Iк - ток коллектора. Согласно [4], a ~~ aI. При отрицательной полуволне входного напряжения, амплитуда которого превышает амплитуду номинального входного напряжения, переход эмиттер - коллектор транзистора также представляет собой двухполюсник, сопротивление которого составляет единицы Ом. В этом случае мощное входное воздействие оказывается двухсторонне ограниченным.
Устройство защиты работает следующим образом. На базу транзистора с блока управления подается постоянное напряжение, запирающее оба перехода транзистора. На вход усилителя и одновременно на эмиттер транзистора подается переменное высокочастотное напряжение усиливаемого сигнала. Переменное высокочастотное напряжение делится между емкостями закрытых переходов база - эмиттер Cбэ и база - коллектор Cбк. На переходе база - коллектор выделяется переменное напряжение, амплитуда которого равна значению UвхCбэ/(Сбк+Сбэ), где Uвх - амплитуда переменного высокочастотного напряжения на входе усилителя. Значения емкостей закрытых переходов Сбк и Сбэ биполярных транзисторов отличаются незначительно [4]. Поэтому величина постоянного напряжения на базе транзистора устанавливается приблизительно равной половине амплитуды номинального значения входного напряжения.
Для понимания свойств биполярного транзистора с закрытыми переходами рассмотрим физику работы устройства защиты полосовых усилителей мощности от перегрузок, в котором впервые были использованы указанные свойства [2, 3]. Функциональная схема устройства защиты приведена на рис. 1, где НО - направленный ответвитель, Rб - балластное сопротивление.
Свойства биполярного транзистора с закрытыми переходами.
Задача построения устройств регулирования и модуляции амплитуды электрических сигналов мощностью 10...100 Вт может быть успешно решена, если воспользоваться свойствами биполярного транзистора с закрытыми переходами [2, 3].
Устройства регулирования и модуляции амплитуды электрических сигналов используются во многих радиотехнических системах, например, в радиосвязи, в передатчиках теле - и радиовещания. Недостатком известных схемных решений построения таких устройств является их малая выходная мощность [1].
Постановка задачи.
Модулятор амплитуды сигналов мощностью 10-100 Вт диапазона 10-450 МГц
Модулятор амплитуды сигналов мощностью 10-100 Вт диапазона 10-450 МГц
Комментариев нет:
Отправить комментарий