Усилитель мощности диапазона 10...1050 МГц

(Схемотехника. – 2006. – № 1. – С. 62–63.)

Скачать всю статью в одном файле (PDF)

Многооктавные усилители мощности находят применение в сверхширокополосных системах радиолокации и связи, при построении перестраиваемых генераторов, создании панорамных измерителей импедансов и модуляторов лазерного излучения. В статье приведено описание многооктавного усилителя мощности, настройка которого сводится к подбору трех конденсаторов высокочастотной коррекции.

Технические характеристики усилителя:

• полоса рабочих частот                                                         10...1050 МГц;
• максимальный уровень выходной мощности                           1,3...1,8 Вт;
• коэффициент усиления                                                                      41 дБ;
• неравномерность амплитудно-частотной характеристики           + 1,5 дБ;
• сопротивление генератора и нагрузки                                             50 Ом;
• потребляемый ток                                                                           640 мА;
• напряжение питания                                                                          +15 В;
• габаритные размеры                                                               100·85·30 мм.

Принципиальная схема усилителя приведена на рис. 1, на рис. 2 приведен чертеж печатной платы, на рис. 3 показано расположение элементов, а на рис. 4 – фотография его внешнего вида.

Рис. 1. Принципиальная схема усилителя

Рассматриваемый ниже усилитель является модификацией схемных решений подобных усилителей, описанных в [1, 2]. Его достоинствами являются простота изготовления и настройки, большой коэффициент усиления при малом числе каскадов, использование однополярного питания.

Усилитель содержит четыре каскада усиления на транзисторах VT2, VT4, VT6, VT8, включенных по схеме с общим эмиттером.
Все каскады усилителя работают в режиме класса А с фиксированной рабочей точкой и токами покоя транзисторов VT2, VT4, VT6, VT8 равными 0,08 А; 0,12 А; 0,2 А; и 0,3 А соответственно. Стабилизация токов покоя каскадов достигается благодаря применению схемы активной коллекторной термостабилизации [3]. Токи покоя, при этом, устанавливаются подбором номиналов резисторов R5, R10, R15, R20. Уменьшение указанных резисторов приводит к уменьшению токов покоя и наоборот.

Во всех каскадах усилителя использованы реактивные межкаскадные корректирующие цепи третьего порядка [4], где в качестве одного из элементов корректирующей цепи используется индуктивная составляющая входного сопротивления транзистора [4, 5].
Печатная плата (рис. 2) размером 100·85 мм изготавливается из фольгированного с двух сторон стеклотекстолита толщиной 1,5...2 мм. Пунктирными линиями на рис. 2 обозначены места металлизации торцов, что может быть сделано с помощью металлической фольги, которая припаивается к нижней и верхней части платы. Металлизация необходима для устранения паразитных резонансов и заземления нужных участков печатной платы.

Рис. 2. Чертеж печатной платы

Основание усилителя выполнено из дюралюминия толщиной 10 мм и при длительной его эксплуатации устанавливается на небольшой радиатор. Все транзисторы усилителя крепятся к основанию с использованием теплопроводящей пасты. Для улучшения теплового контакта транзисторов VT2 и VT4 с основанием усилителя они прижаты к основанию стеклотекстолитовыми пластинами (см. рис. 4).

Рис. 3. Расположение элементов на печатной плате

В усилителе использованы безиндуктивные конденсаторы типа К10-42 в высокочастотном тракте и типа К10-17 в цепях фильтрации.
Настройка усилителя состоит из следующих этапов. Вначале с помощью резисторов R5, R10, R15, R20 устанавливаются токи покоя транзисторов VT2, VT4, VT6, VT8. Для этого указанные резисторы поочередно заменяются потенциометрами и по измерениям напряжений на резисторах R7, R12, R17, R21 устанавливаются требуемые токи покоя транзисторов VT2, VT4, VT6, VT8. Затем впаиваются все элементы высокочастотного тракта за исключением конденсаторов С13, С17 и С21. Следует иметь в виду, что на рис. 3 элементы С8 и L5 не указаны. Роль С8 выполняет металлизированная площадка, к которой припаивается база транзистора VT4, а в качестве индуктивности L5 используются ножки конденсатора С20, что видно на фотографии (рис. 4).

Рис. 4 Фотография внешнего вида усилителя

При включении усилителя без конденсаторов С13, С17 и С21 его амплитудно-частотная характеристика в режиме малого сигнала будет равномерна до 600...700 МГц с дальнейшим медленным спадом, составляющим на частоте 1000 МГц около 7...10 дБ. Подключением конденсаторов С13 и С17 следует выровнять амплитудно-частотную характеристику в области частот 700...1000 МГц.
Выходная ёмкость транзистора VT8 оказывается включенной параллельно нагрузке, что приводит к уменьшению максимального значения выходной мощности усилителя с ростом частоты. Для устранения указанного недостатка на выходе усилителя установлены элементы L5 и С21, образующие совместно с выходной ёмкостью транзистора VT8 фильтр нижних частот [6]. Поэтому с помощью подключения и изменения в небольших пределах значения емкости конденсатора С21, следует добиться выравнивания максимальной величины выходной мощности усилителя в рабочем диапазоне частот.

И, наконец, варьируя токами покоя транзисторов усилителя необходимо найти такие значения указанных токов, при которых усилитель отдает в нагрузку требуемую мощность при минимальной мощности, потребляемой от источника питания.

ЛИТЕРАТУРА

1. Титов А.А. Сверхширокополосный усилитель // Радиоаматор. – 2004. – № 8. – С. 51–52
   1. Титов А.А. Широкополосный усилитель мощности от 1 до 2100 МГц // Радиохобби. – 2005. – № 1. – С. 37–39
   2. Титов А.А. Расчет схемы активной коллекторной термостабилизации и её использование в усилителях с автоматической регулировкой потребляемого тока // Электронная техника. Сер. СВЧ-техника. – 2001. – № 2. – С. 26–30.
   3. Титов А.А., Ильюшенко В.Н. Транзисторные усилители мощности с повышенными энергетическими характеристиками. – Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2004. – 286 с.
   4. Петухов В.М. Транзисторы и их зарубежные аналоги: Справочник. В 4 томах. – М.: Издательское предприятие РадиоСофт, 2000.
   5. Широкополосные радиопередающие устройства / Алексеев О.В., Головков А.А., Полевой В.В., Соловьев А.А.; Под ред. О.В. Алексеева. – М.: Связь, 1978. – 304 с.