Устройство управления амплитудой мощных гармонических сигналов

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к технике радиосвязи, и может быть использовано в качестве управляемого аттенюатора систем защиты передатчиков теле- и радиовещания от перегрузок по входу и рассогласования по выходу. Достигаемый технический результат - расширение динамического диапазона сигналов на выходе. Устройство управления амплитудой мощных гармонических сигналов содержит два электрических фильтра, биполярный транзистор, резистор, катушку индуктивности, конденсатор. 4 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к технике радиосвязи, и может быть использовано в качестве управляемого аттенюатора систем защиты передатчиков теле- и радиовещания от перегрузок по входу и рассогласования по выходу.

Известно устройство управления амплитудой электрических сигналов, содержащее p-i-n диод, включенный параллельно с нагрузкой [1, рис.6.2, а]. Недостатком такого устройства управления амплитудой электрических сигналов является малый диапазон регулируемых сигналов, ограниченный амплитудой, равной 1…2 В.

Известно также устройство управления амплитудой гармонических сигналов, являющееся одновременно устройством защиты полосового усилителя мощности от перегрузок, содержащее цепь обратной связи, в состав которой входят направленный ответвитель (НО), выполненный в виде отрезка двух связанных линий, вход первой из которых нагружен на согласованную нагрузку НО, детектор, вход которого подключен к выходу первой линии НО, и блок управления, вход которого соединен с выходом детектора, вход второй линии НО подключен к выходу полосового усилителя мощности, а ее выход подключается к нагрузке полосового усилителя мощности, транзистор, база которого подключена к выходу блока управления, коллектор транзистора соединен с общим для полосового усилителя мощности и цепи обратной связи проводником, а эмиттер транзистора образует выход цепи обратной связи, подключаемый к входу полосового усилителя мощности [2].

Недостатком такого устройства управления амплитудой гармонических сигналов является малый динамический диапазон сигналов на выходе устройства управления, ограниченный амплитудой выходных сигналов, равной 10…15 В, что обусловлено малыми предельно допустимыми напряжениями база-эмиттер современных транзисторов [3].

Наиболее близким к заявляемому объекту по максимальному числу существенных признаков является устройство управления амплитудой гармонических сигналов, содержащее вход устройства, вход устройства для управляющего сигнала, выход устройства, общий для всего устройства проводник, первый электрический фильтр, вход которого соединен с входом устройства, второй электрический фильтр, выход которого соединен с выходом устройства, биполярный транзистор, эмиттер которого соединен с выходом первого и входом второго электрических фильтров, а коллектор - с общим для всего устройства проводником, и резистор, первый вывод которого соединен с базой биполярного транзистора, а второй вывод - с входом устройства для управляющего сигнала [4, рис.2].

Недостатком устройства-прототипа является малый динамический диапазон сигналов на выходе устройства управления амплитудой гармонических сигналов, ограниченный амплитудой выходных сигналов, равной 10…15 В, что обусловлено малыми предельно допустимыми напряжениями база-эмиттер современных транзисторов [3].

Задача, на достижение которой направлено предлагаемое решение - создание устройства управления амплитудой мощных гармонических сигналов, обеспечивающего высокий динамический диапазон сигналов на его выходе (до значений, во много раз превышающих предельно допустимые напряжения база-эмиттер современных биполярных транзисторов).

Решение поставленной задачи достигается тем, что в устройство управления амплитудой гармонических сигналов, содержащее вход устройства, вход устройства для управляющего сигнала, выход устройства, первый электрический фильтр, вход которого соединен с входом устройства, второй электрический фильтр, выход которого соединен с выходом устройства, биполярный транзистор, эмиттер которого соединен с выходом первого и входом второго электрических фильтров, резистор, первый вывод которого соединен с базой биполярного транзистора, и общий для всего устройства проводник, введены катушка индуктивности, первый вывод которой соединен с эмиттером биполярного транзистора, а второй вывод - с общим для всего устройства проводником, и конденсатор, первый вывод которого соединен с коллектором биполярного транзистора, а второй вывод - с общим для всего устройства проводником, при этом второй вывод резистора соединен с эмиттером биполярного транзистора, а коллектор биполярного транзистора соединен с входом устройства для управляющего сигнала.

На фиг.1 и 2 представлены функциональная схема предложенного устройства управления амплитудой мощных гармонических сигналов и принципиальная электрическая схема макета такого устройства.

Устройство управления амплитудой мощных гармонических сигналов (фиг.1) содержит вход устройства, вход устройства для управляющего сигнала, выход устройства, первый электрический фильтр 1, вход которого соединен с входом устройства, второй электрический фильтр 2, выход которого соединен с выходом устройства, биполярный транзистор 3, эмиттер которого соединен с выходом первого 1 и входом второго 2 электрических фильтров, резистор 4, первый вывод которого соединен с базой биполярного транзистора 3, катушку индуктивности 5, первый вывод которой соединен с эмиттером биполярного транзистора 3, а второй вывод - с общим для всего устройства проводником, и конденсатор 6, первый вывод которого соединен с коллектором биполярного транзистора 3, а второй вывод - с общим для всего устройства проводником, при этом второй вывод резистора 4 соединен с эмиттером биполярного транзистора 3, а коллектор биполярного транзистора 3 соединен с входом устройства для управляющего сигнала.

Предлагаемое устройство управления амплитудой мощных гармонических сигналов работает следующим образом. На вход устройства для управляющего сигнала подается постоянное напряжение управления, закрывающее биполярный транзистор 3. В случае использования в качестве биполярного транзистора 3 р-n-р транзистора, как показано на фиг.1, это напряжение отрицательное. При подаче на вход устройства мощного гармонического сигнала, имеющего амплитуду меньше, чем значение постоянного напряжения управления, биполярный транзистор 3 остается закрытым, входной сигнал беспрепятственно проходит на выход и поступает в нагрузку, подключаемую к выходу устройства. При подаче на вход устройства мощного гармонического сигнала, имеющего амплитуду больше, чем значение постоянного напряжения управления, в определенный момент времени напряжение на эмиттере биполярного транзистора 3 становится меньше, чем напряжение на его коллекторе. Биполярный транзистор 3 открывается и входит в режим насыщения, глубина которого определяется номиналом резистора 4 (биполярный транзистор 3 оказывается в режиме инверсного включения [5]). В этом случае происходит отсечка части мощного гармонического сигнала, и мгновенное напряжение становится равным значению постоянного напряжения управления. Изменение значения постоянного напряжения управления приводит к изменению угла отсечки мощного гармонического сигнала. Катушка индуктивности 5 устраняет постоянную составляющую мощного гармонического сигнала на эмиттере биполярного транзистора 3. Поэтому при уменьшении постоянного напряжения управления до нуля амплитуда напряжения мощного гармонического сигнала на выходе устройства оказывается равной напряжению насыщения биполярного транзистора 3 при его инверсном включении.

Между обозначениями объектов, представленных на фиг.1 и 2, имеются следующие соответствия: фильтр 1 соответствует фильтру, образованному элементами C1, C2, L1, L2; фильтр 2 - фильтру, образованному элементами С4, С5, L4, L5; транзистор 3 - транзистору VT1; резистор 4 - резистору R1; катушка индуктивности 5 - катушке индуктивности L3; конденсатор 6 - конденсатору С3.

Экспериментальное исследование макета устройства управления амплитудой мощных гармонических сигналов, принципиальная электрическая схема которого приведена на фиг.2, проводилось с использованием мощного широкополосного усилителя описанного в [6]. Частота гармонического сигнала, подаваемого на вход устройства, была выбрана равной 30 МГц, амплитуда сигнала составляла 40 В, сопротивление нагрузки, подключаемой к выходу устройства, равнялось 50 Ом. Результаты исследований зависимости амплитуды выходного напряжения от величины постоянного напряжения управления приведены на фиг.3. На фиг.4 приведены результаты исследований зависимости амплитуды выходного напряжения от величины постоянного напряжения управления для макета устройства управления, реализованного по схеме прототипа. Как видно из графика, приведенного на фиг.4, макет устройства управления, реализованного по схеме прототипа, не позволяет получить амплитуду выходного напряжения более 10,5 В, что обусловлено пробоем перехода база-эмиттер транзистора КТ914А.

Технический эффект от использования предложенного устройства управления амплитудой мощных гармонических сигналов по сравнению с устройством-прототипом состоит в расширении динамического диапазона сигналов на его выходе до значений, во много раз превышающих предельно допустимые напряжения база-эмиттер современных биполярных транзисторов.

Источники информации

1. Пикосекундная импульсная техника /В.Н.Ильюшенко, Б.И.Авдоченко, В.Ю.Баранов и др./ Под ред. В.Н.Ильюшенко. - М.: Энергоатомиздат, 1993. - 368 с.

2. Титов А.А., Ильюшенко В.Н. Устройство для защиты усилителя мощности от перегрузки // Патент РФ №2217861. - Опубл. 27.11.2003. Бюл. №33.

3. Петухов В.М. Полевые и высокочастотные биполярные транзисторы средней и большой мощности и их зарубежные аналоги: Справочник. В 4-х томах. - М.: КУбК-а, 1997.

4. Титов А.А. Регулировка и модуляция амплитуды мощных сигналов // Электросвязь. - 2007. - №12. - С.46-48. - прототип.

5. Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. - М.: Энергия, 1977. - 672 с.

6. Титов А.А. Особенности разработки и изготовления многооктавных усилителей мощности метрового диапазона с повышенным КПД // Радиотехника. - 2005. - №11. - С.92-96.

Устройство управления амплитудой мощных гармонических сигналов, содержащее вход устройства, вход устройства для управляющего сигнала, выход устройства, первый электрический фильтр, вход которого соединен с входом устройства, второй электрический фильтр, выход которого соединен с выходом устройства, биполярный транзистор, эмиттер которого соединен с выходом первого и входом второго электрических фильтров, резистор, первый вывод которого соединен с базой биполярного транзистора, и общий для всего устройства проводник, отличающееся тем, что в него дополнительно введены катушка индуктивности, первый вывод которой соединен с эмиттером биполярного транзистора, а второй вывод - с общим для всего устройства проводником, и конденсатор, первый вывод которого соединен с коллектором биполярного транзистора, а второй вывод - с общим для всего устройства проводником, при этом второй вывод резистора соединен с эмиттером биполярного транзистора, а коллектор биполярного транзистора соединен с входом устройства для управляющего сигнала.