Широкополосные усилители мощности (ШУМ) применяются всверхширокопопосных системах радиолокации и связи, при построении перестраиваемых генераторов, создании панорамных измерителей импедансов и модуляторов лазерного излучения. Предлагаемый ШУМ предназначен для работы в составе системы кабельного телевидения, обеспечивающей местную трансляцию 5…10 каналов ТВ-вещания в низкорасположенных жилых районах. Данный усилитель является модификацией усилителей, описанных в J1]. Его достоинства — простота изготовления и настройки, большой коэффициент усиления, наличие ручной регулировки усиления и индикатора уровня выходной мощности. Усилитель (рис.1) содержит пять каскадов усиления на транзисторах VT2, VT4.VT6,VT8.VT10.
Все каскады усилителя работают в режиме класса «А» с фиксированной рабочей точкой и токами покоя транзисторов VT2, VT4, VT6. VT8, VT10, равными 0,08; 0,12; 0.3; 0,4 и 0,4 А соответственно. Стабилизация токов покоя каскадов достигается благодаря применению схемы активной коллекторной термостабилизации [1, 2]. Сами токи покоя при этом устанавливаются подбором резисторов R6. R11. R16, R21. R26. Уменьшение сопротивления указанных резисторов приводит к уменьшению токов покоя, и наоборот.
Во всех каскадах усилителя, кроме выходного, использованы реактивные межкаскадные корректирующие цепи третьего порядка [1, 3], где в качестве одного из элементов корректирующей цепи используется реактивная составляющая входного импеданса транзистора [4]. Выходной каскад выполнен по схеме со сложением напряжений и обеспечивает суммирование в нагрузке сигнальных напряжений, отдаваемых транзисторами VT8 и VT10 [1.5]. При сборке усилителя следует минимизировать длину цепи, связывающей коллектор VT8 с эмиттером VT10. Это обусловлено тем, что наличие индуктивной составляющей в указанной цепи приводит к неполному сложению сигнальных напряжений, отдаваемых транзисторами.
Печатная плата усилителя (рис.2) размерами 180×80 мм изготавливается из двустороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 2…2,5 мм. Расположение элементов на плате УМ показано на рис.3. Пунктирными линиями обозначены места металлизации торцов. Металлизация необходима для устранения паразитных резонансов и заземления нужных участков печатной платы.
В усилителе использованы безындуктивные конденсаторы типа К10-42 в высокочастотном тракте и типа К10-17иК50-29в цепях фильтрации.
Корпус усилителя (рис.4 и 5) выполнен из дюралюминия и при длительной эксплуатации устанавливается на небольшой радиатор. Все транзисторы усилителя крепятся к основанию с использованием тепло-проводящей пасты. Для улучшения теплового контакта транзисторов VT2 и VT4 с корпусом усилителя они прижаты к основанию стеклотекстолитовой пластиной (рис.4).
Настройка усилителя состоит из нескольких этапов. Вначале с помощью резисторов R6, R11. R16, R21, R26 устанавливаются токи покоя транзисторов VT2. VT4, VT6. VT8, VT10 Дпя этого указанные резисторы поочередно заменяются потенциометрами, измеряются напряжения на резисторах R8, R13. R18, R22, R28 и определяются требуемые токи покоя транзисторов VT2, VT4, VT6, VT8. VT10. Впаиваются все элементы высокочастотного тракта за исключением конденсаторов С12, С17 и С22.Примечание. Конденсаторы СЗ, С8 и С27 на рис.3 не показаны, их роль выполняют металлизированные площадки, к которым припаиваются базы транзисторов VT2, VT4, и дорожка печатной платы, идущая к выходу ШУМ.
При включении усилителя без конденсаторов С12, С17 и С22 его АЧХ в режиме малого сигнала равномерна до частот 400…500 МГц с дальнейшим медленным спадом, составляющим на частоте 800 МГц около 4,..7 дБ. Подключением конденсаторов С12, С17 выравнивается АЧХ в области частот 500…800 МГц.
Переходя от режима малого сигнала к режиму ограничения (выходных каскадов), с помощью подбора емкости С22 добиваются максимальной величины выходной мощности усилителя в рабочем диапазоне частот.
Выходная емкость транзистора VT10 оказывается включенной параллельно нагрузке, что приводит к уменьшению максимального значения выходной мощности усилителя с ростом частоты. Для устранения этого недостатка на выходе усилителя установлены элементы 18 и С27, образующие совместно с выходной емкостью VT10 фильтр нижних частот [1]. Поэтому с помощью варьирования в небольших пределах индуктивности L8 добиваются выравнивания максимальной выходной мощности усилителя в рабочем диапазоне частот. И наконец, подбирая токи покоя транзисторов.
необходимо найти такие значения токов, при которых усилитель отдает в нагрузку требуемую мощность при минимальной потребляемой мощности. Ручная регулировка усиления реализована на потенциометре R1 и обеспечивает глубину регулирования 12 дБ в диапазоне 400…800 МГц с постепенным увеличенном уровня регулирования до 30 дБ с понижением частоты сигнала до 45 МГц.
Для индикации уровня выходной мощности усилителя на его выходе установлен направленный ответвитель (НО) падающей волны. Направленный ответвитель выполнен в виде отрезка стеклотекстолита длиной около 4 см с односторонней металлизацией, помещенного над полоском длинной линии, идущей к выходу усилителя. Совместно с детектором на диоде VD1 и стрелочным индикатором типа М4761-М1 направленный ответвитель позволяет контролировать уровень выходной мощности в рабочем диапазоне частот с погрешностью 4.. .5 дБ.
Литература
1. Титов А.А. Транзисторные усилители мощности MB и ДМВ. — М.:
СОЛОН-ПРЕСС, 2006. — 328 с.
2. Титов А.А. Расчет схемы активной коллекторной термостабилизации и ос использование в усилителях с автоматической регулировкой потребляемого тока. — — Электронная техника. Сер. СВЧ-техника. 2001. №2. С.26.
3. Титов А.А., Ильюшенко В.Н. Схемотехника сверхширокополосных и полосовых усилителей мощности. — М.: Радиотехника. 2007. — 208 с.
4. Петухов В.М. Транзисторы и их зарубежные аналоги: Справочник. В 4-х томах. — М.: Издательское предприятие РадиоСофт, 2000.
5. Бабак Л.И., Дьячко А.Н. Мощный наносекундный видеоусилитель по схеме со сложением напряжений. — Приборы и техника эксперимента. 1981. №3, С.127.
А.ТИТОВ,
г.Томск. E-mail: titov_tusur.ru
