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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Amplificador de potencia a transistores de la emisora de radio de primera categoría. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Amplificadores de potencia de RF La opinión generalizada de que es imposible o muy difícil construir un amplificador de potencia transistorizado de banda ancha para una estación de radio de primera categoría repele a la mayoría de los de onda corta de esta empresa. La tarea establecida por el autor fue mostrar la posibilidad de construir, describir el circuito y los métodos de configuración para un amplificador de potencia de transistores altamente confiable que proporcione una potencia de salida de al menos 150 W con los transistores de salida en varias condiciones desfavorables usando el ejemplo de un amplificador de potencia lineal en funcionamiento y en funcionamiento condiciones, tales como: funcionamiento para una carga no coincidente, rotura de cable o cortocircuito en el sistema de alimentación de antena, errores de conmutación de filtros de banda, sobrecalentamiento del radiador de enfriamiento del transistor del amplificador, y más. Al construir un amplificador, se dio preferencia a los transistores bipolares por varias razones:
Las principales características del amplificador de potencia de banda ancha: - rango de frecuencia de funcionamiento - 1,8 ... 30,0 MHz; Figura 1. Diagrama del circuito del amplificador de potencia La señal del transceptor va al enlace en forma de L del atenuador controlado electrónicamente del circuito de protección del amplificador de potencia en caso de desajuste con la carga. El atenuador se basa en potentes pin diodos VD5 y VD6. El circuito de control se ensambla en los transistores VT1 - VT4, VT6. Un rasgo característico de este circuito es mantener un valor constante de la corriente total que fluye a través de los diodos VD5 y VD6. En el estado de funcionamiento del amplificador, el transistor VT2 del circuito de control del atenuador está abierto y VT3 está cerrado. Una corriente de aproximadamente 5 mA fluye a través del diodo pin abierto VD120. La caída de tensión en la resistencia R9 es la tensión de bloqueo para el segundo diodo pin VD6. La atenuación máxima de la potencia de la señal de radio en el circuito en serie C5, VD5, C9 del atenuador en forma de L es de 0 dB. Si hay un desajuste entre el amplificador de potencia y la carga, el voltaje generado por el reflectómetro se alimenta a través del diodo VD15 del circuito "OR" a la base del transistor VT6 del amplificador diferencial. Hay una redistribución de la corriente que fluye a través de los diodos VD5 y VD6, como resultado de lo cual la pérdida de la señal de radio a lo largo del circuito C5, VD5, C9 aumenta hasta 30 dB. El circuito paralelo C7, VD6, R8 y C10 del atenuador en forma de L sirve para estabilizar la impedancia de entrada del amplificador de potencia y asegura que la resistencia de carga del transceptor sea constante. Entonces, con un diodo pin VD6 completamente abierto, el componente activo de la resistencia del circuito C7, VD6, R8 y C10 es de 50 ohmios. En este caso, la resistencia R8 disipa toda la potencia de la señal en la entrada del amplificador. Con la ayuda de la resistencia R1, se ajusta el voltaje de conmutación de umbral del atenuador controlado electrónicamente. El LED H1 es un indicador del desajuste entre el amplificador de potencia y la carga. El brillo del LED es pulsado. La frecuencia de brillo es de 25 a 30 Hz, determinada por la constante de tiempo de descarga del capacitor C12 a través de la resistencia R17 y la resistencia de entrada del transistor VT6. El amplificador de potencia push-pull está hecho con transistores VT11 y VT12 del tipo KT957A. El voltaje de polarización autónomo de cada transistor amplificador de potencia se establece mediante dos estabilizadores ensamblados en los transistores VT7, VT9 y VT8, VT10. La presencia de fuentes autónomas de la tensión de polarización inicial de los transistores de salida que funcionan en modo B permite eliminar la dispersión en los factores de ganancia de los transistores y obtener una amplitud lineal característica del amplificador de potencia. El ajuste del voltaje de polarización inicial de los transistores se realiza mediante resistencias variables R18 y R19. Los estabilizadores realizan simultáneamente la estabilización de temperatura de la corriente de reposo de los transistores de salida del amplificador de potencia. Como sensores de temperatura se utilizan los transistores VT7 y VT8 del tipo KT904A, colocados junto a los transistores KT957A. El transformador de equilibrio T1 con una relación de transformación de 4:1 combina la entrada desequilibrada de 50 ohmios del amplificador de potencia con las resistencias de entrada de los transistores VT11 y VT12, cuyo componente activo es de 1,3 ... 1,8 ohmios. El transformador T2 proporciona energía a los circuitos colectores de los transistores VT11 y VT12, equilibrando la forma de voltaje en los colectores de los transistores para reducir el nivel de armónicos pares en el circuito colector, además de crear una retroalimentación negativa dependiente de la frecuencia. El transformador de equilibrio T3 con una relación de transformación de 1:3 proporciona una transición de la baja resistencia de salida de los transistores a una salida de un solo extremo con una resistencia de 50 ohmios. Los circuitos de corrección R20, C20 y R21, C21 proporcionan la coincidencia de las impedancias de entrada del amplificador y una disminución de la ganancia a bajas frecuencias. El circuito formado por el devanado secundario del transformador T 1 y el condensador C15; un circuito formado por las resistencias R26 y R27 y un circuito formado por el devanado secundario del transformador T2 y el condensador C27; además, el circuito formado por el devanado primario del transformador TK y el condensador C36 proporciona un aumento en la característica de amplitud-frecuencia del amplificador a altas frecuencias (20 - 30 MHz). Los circuitos de corrección de respuesta de frecuencia del amplificador de potencia permiten obtener una desigualdad de ganancia de potencia inferior a 2 dB en el rango de frecuencias de 1,8 a 30 MHz. Los diodos VD11, VD13 y VD12, VD14 se utilizan para proteger los transistores VT11 y VT12 de sobretensiones en el circuito del colector. El reflectómetro del circuito de protección del amplificador de potencia incluye: un sensor de onda reflejada hecho en un transformador de corriente T4, condensadores C43, C44 y un rectificador basado en un diodo VD17; Amplificador de CC en los transistores VT13, VT14 y el circuito "OR" en los diodos VD15 y VD16. La resistencia variable R37 establece el umbral requerido para la operación del circuito de protección SWR. El amplificador diferencial del atenuador controlado electrónicamente está alimentado por un voltaje no estabilizado de +18 V. Los circuitos de polarización de los transistores de salida del amplificador de potencia y el UPT del reflectómetro están alimentados por un regulador de voltaje hecho en el chip DA1 y el regulador transistor VT5. El consumo máximo de corriente pero valor +12 V - no más de 0,5 A. El voltaje de salida del estabilizador se ajusta mediante la resistencia R15. La fuente de alimentación del circuito colector del amplificador de potencia consiste en un rectificador de onda completa ensamblado de acuerdo con un circuito de puente en diodos VD7 ... VD10 y un estabilizador de compensación en transistores VT15, VT16, VT17 y un chip DA2, que tiene protección contra sobrecorriente y K3. Para obtener una corriente en la carga de hasta 13 A, se utilizó una conexión en paralelo de dos transistores reguladores VT15 y VT16 del tipo 2T827A con resistencias ecualizadoras en los circuitos emisores. La cantidad de caída de voltaje a través de una de estas resistencias sirve como voltaje de control para el circuito de protección contra sobrecorriente. El voltaje de salida del estabilizador se ajusta mediante una resistencia variable R38. La caída de voltaje a través de la resistencia R46 se usa para controlar la corriente del amplificador de potencia con un microamperímetro RL1 con una escala de no más de 200 μA. El LED H2 se utiliza para indicar el modo de sobrecarga del amplificador de potencia del circuito colector del amplificador de potencia. El LED H2 sirve para el circuito amplificador, potencia. El LED H2 se apaga si la corriente de carga supera el valor umbral. Para aumentar la confiabilidad del amplificador, se incluyen fusibles para una corriente de 12 A y 25 A en los circuitos de +0,5 V y +15 V, respectivamente. Para filtrar los componentes armónicos de la señal de radio a la salida del amplificador de potencia, se instalan filtros de paso bajo de seis bandas de 5º orden (Fig. 2) con una característica Chebyshep, con un coeficiente de reflexión máximo en la banda de paso del 10%. , que corresponde a SWR < 1,2 y pérdida de potencia - 0,2 dB. Resistencias de carga de entrada y salida 50 Ohm. La tabla muestra los valores de los elementos filtrantes y sus frecuencias de corte (fcp).
Potencia reactiva de los condensadores de filtro - 200 VAr. Está permitido conectar condensadores idénticos en paralelo con un valor unitario más pequeño de potencia reactiva, pero el total no es inferior a 200 VAr. Tabla 1
Aquí: d - longitud de bobinado. D - diámetro exterior de la bobina Diámetro y tipo de cable PEV-2 1,2. Para rangos 1.8; Las bobinas de 3.5 y 7,0 MHz son bobinas sólidas. Las bobinas se fijan con cola BF2. El amplificador de potencia se ensambla en dos placas de circuito impreso montadas en radiadores para enfriar los transistores del amplificador. En la primera placa de circuito impreso, se ensamblan el amplificador de potencia en sí, un atenuador en forma de L, un circuito de protección y estabilizadores de voltaje de polarización. La placa de circuito impreso está montada en un radiador, en el que se colocan los transistores VT11, VT12, VT7, VT8 y los diodos pin VD5, VD6. Las dimensiones del radiador son 120x250x60 mm. La altura de las costillas es de 45 mm, la distancia entre ellas es de 15 mm. En la segunda placa de circuito impreso se ensamblan estabilizadores de voltaje de +12 V y +25 V. La placa de circuito impreso, los transistores de regulación VT5, VT15, VT16, los diodos VD7 - VD10 y el microcircuito DA2 están instalados en el segundo radiador de enfriamiento del amplificador de potencia . Las dimensiones de este radiador son 120x200x60 mm. La altura de las nervaduras y la distancia entre ellas es la misma que para el primer radiador. Los transistores reguladores y los diodos rectificadores se instalan en el radiador en espaciadores aislantes eléctricos hechos de aluminio con un revestimiento aislante oxidado anódico. Los radiadores de refrigeración son los elementos estructurales del amplificador de potencia. Entonces, el primer radiador con transistores de salida, conectores RF e IF del amplificador de potencia es la pared trasera del chasis, y el segundo radiador actúa como una pared lateral. Dentro de la carcasa del chasis hay filtros de banda de paso bajo con un interruptor de rango de galleta, condensadores electrolíticos C3 y C39 y un transformador de potencia con una potencia total de al menos 350 W (no se muestra en el esquema eléctrico). Los siguientes tipos de elementos de radio se utilizan en el amplificador de potencia: resistencias fijas C2 - 33N, MLT, C5-1 b MB; resistencias variables - SP3 o SP5; condensadores C5 - C10, C32, C34, C33, C35-KM-4, el resto - KM-5, KM-6 KT-3, K 10-17; condensadores electrolíticos K50-6, K50-18; estranguladores L1, L2, L3, L4, L5, L10 - DM0,6 o similar. Los inductores L6 - L9 están enrollados en un núcleo magnético anular hecho de material de 1000 NM de tamaño K18x8x5 y contienen 7 vueltas de cable PEL-2 0,8. El transformador T1 está formado por tres circuitos magnéticos cerrados en forma de Sh pegados de la marca M2000 HM, tamaño Sh5x5. El devanado primario contiene 4 vueltas de cable MPO 0,35, pasado dentro de marcos rectangulares de latón soldado, firmemente insertados en las ventanas del circuito magnético en forma de W. Los marcos rectangulares, interconectados por un lado por un puente, forman un giro tridimensional del devanado secundario del transformador T1. El transformador T2 está hecho en un circuito magnético de anillo de la marca 1000 NM, tamaño K32 x 20 x 6. El transformador contiene 7 vueltas de torsión de 8 cables de la marca PUL-2 0,8 con un paso de una torsión por centímetro. Cuatro hilos forman el devanado primario, los otros cuatro forman el devanado secundario del transformador. La bobina de conexión se realiza con un hilo MPO 0,35 pasado por el circuito magnético. El transformador T3 está hecho de manera similar al transformador T1 a partir de cuatro circuitos magnéticos cerrados en forma de W pegados de la marca M2000 NM, tamaño Sh7x7. El devanado primario del transformador es una bobina de volumen, el secundario está hecho de tres vueltas de alambre MPO 0,35, enroscado dentro de la bobina de volumen. El transformador de corriente T4 del sensor de onda reflejada está hecho en un circuito magnético anular de la marca M20V42, tamaño K20x10x5. El devanado primario es un cable de montaje que pasa por el circuito magnético, el devanado secundario contiene 20 vueltas de cable PELSHO 0,15. La configuración del amplificador de potencia se realiza en el siguiente orden. Primero, se configuran todos los dispositivos entrantes: estabilizadores, reflectómetro, amplificador diferencial y otros, luego se realiza un ajuste integral del amplificador en su conjunto. Para la sintonización se requieren instrumentos: un avómetro, un osciloscopio con una banda de frecuencia operativa de hasta 50 MHz, un analizador de espectro o un receptor de medición con un rango de frecuencia de hasta 80 - 100 MHz, un medidor de ROE, una carga no inductiva resistencia para potencia de hasta 100 - 200 W, un generador de señal estándar G4-118 o un transceptor de todas las bandas con una potencia de salida de al menos 20 vatios. El establecimiento de un amplificador de potencia comienza con una verificación autónoma del funcionamiento de los rectificadores y estabilizadores de voltaje +12 V y +25 V. Las resistencias variables R15 y R38 establecen los valores de voltaje requeridos por el circuito. El regulador de voltaje de +12 V se prueba conectando una resistencia de carga de 15 ohmios al emisor del transistor VT5, mientras que el cambio en el voltaje de salida del regulador no debe ser superior a 0,1 V y la ondulación de salida no debe exceder los 50 mV . Al verificar el funcionamiento del regulador de voltaje de +25 V, la determinación del umbral de protección actual se lleva a cabo cuando se conecta una resistencia de carga de 1,5 - 4 Ohm. La carga se lleva a cabo en forma de bobina con grifos hechos de alambre de nicromo con un diámetro de 1 mm, enrollado en un marco de cerámica con un paso de 2 a 3 mm. La prueba del estabilizador se lleva a cabo colocando la carga descrita en una jarra de agua fría de tres litros. El valor actual está controlado por un amperímetro con una escala de al menos 15 A. El estabilizador debe funcionar de manera estable a corrientes de carga de hasta 13 A. El valor de corriente umbral en el que el voltaje de salida del estabilizador cae a 2 ... 3 V no debe ser más de 14 ... 14,5, XNUMX A. El umbral de protección de corriente (1e) se puede ajustar seleccionando las resistencias R41 y R42. El valor de Ia se puede determinar mediante la fórmula Ia=1,4/R41=1,4/R42 La disminución en el voltaje de salida del estabilizador + 25 V a la corriente de carga máxima no debe ser superior a 1 V, y la magnitud de la ondulación no debe ser superior a 400 mV. Al elegir el valor de la resistencia R30, puede establecer la temperatura máxima para calentar el cristal del chip DA2 instalado "en un solo disipador de calor del amplificador de potencia. Cuando la temperatura del disipador de calor es superior a + 90 ° C, la protección térmica del Se activa el chip DA2, bajando el voltaje en la salida del estabilizador a cero. El ajuste de los estabilizadores de voltaje de polarización se realiza con las bases de los transistores de salida VT11, VT12 deshabilitados. Durante el proceso de ajuste, se comprueba la posibilidad de ajustar el voltaje de salida dentro de 0,5 ... 0,65 V a una corriente de carga máxima de hasta 0,2 A. El ajuste de los estabilizadores se completa ajustando el valor mínimo de la tensión de salida. El ajuste del sensor de onda reflejada es tradicional y se ha descrito repetidamente en la literatura. UPT en los transistores VT13, VT14 proporciona la formación de un voltaje en el colector VT13, igual a + (0-0,7) V en ausencia y + (10 - 11,5) V en presencia de un desajuste de carga. La resistencia R37 establece el umbral para la operación del circuito de protección de acuerdo con el valor SWR de carga de más de 3. El funcionamiento del amplificador diferencial, que es el circuito de control del atenuador en forma de L en diodos pin, se verifica cuando se aplica un voltaje constante Uk, que varía de 6 a 0V, a la entrada del circuito "OR" (zócalo XS12 ). En Uk \u0d 2 V, el voltaje en el colector VT17 debe ser de +3 V, y en el colector VT0 - 9 V. La caída de voltaje en la resistencia R10 debe ser de al menos 7 V. En Uk \u1d 2B, ajustando la resistencia R 3, los transistores de salida VT1, VT2 son amplificador diferencial conmutado y el brillo del LED H3. El intervalo para cambiar Uk, en el que la conmutación de los transistores VT0,7 y VT1, no debe ser superior a 51 V. La verificación del correcto funcionamiento del atenuador de diodo pin se lleva a cabo cuando la señal de RF del GSS o transceptor se envía a la entrada XS1 y la señal de RF se mide con un osciloscopio en una resistencia de carga con una resistencia de 0 ohmios, que es encendido en lugar del devanado primario del transformador TXNUMX. Con Uk=XNUMX V, el voltaje de RF a través de la resistencia de carga debe ser el mismo que en la entrada XS1 en todo el rango de frecuencia de funcionamiento del amplificador y la potencia del GSS o transceptor no supera los 20 vatios. Con Uk=10 V y todas las demás condiciones en igualdad de condiciones, el voltaje de RF a través de la resistencia de carga debe ser 30 o más veces menor que en la entrada XS1. Antes de configurar el amplificador de potencia, el circuito de retroalimentación, que consta de R26, C25, R27, C26 y la bobina de conexión en el transformador de equilibrio T2, debe estar abierto. La sintonización del amplificador de potencia debe realizarse con una carga permanentemente encendida con una resistencia de 50 ohmios, que se puede realizar como se describe en [2]. Para proteger los transistores de alta potencia, se recomienda instalar un fusible de 5A la primera vez que enciende el amplificador de potencia. La corriente inicial de los transistores VT11, VT12 del amplificador de potencia se establece primero mediante la resistencia R18 a un valor de 150 ... 200 mA, luego mediante la resistencia R19, la corriente total del circuito colector del amplificador aumenta a 300 ... 400mA La corrección del bucle de conexión se verifica para la estabilidad del amplificador de potencia a la excitación de RF cuando se aplica una señal con una potencia de no más de 1 - 0,5 W a la entrada XS1,0. Cuando el amplificador está excitado, lo que se manifiesta en un fuerte aumento en la corriente del colector con un aumento suave en la señal de entrada, los extremos de la bobina de conexión del transformador T2 se invierten. Con la sintonización compleja del amplificador, es deseable utilizar el GSS G4-118 como generador de señal, cuya potencia de salida máxima es de 3 W y el rango de frecuencia de funcionamiento es de 0,1 ... 30 MHz. Aplicando una señal GSS modulada en amplitud a la entrada del amplificador de potencia con una profundidad de modulación de al menos el 50 % y una amplitud de no más de 10 V, las resistencias variables R18 y R 19 logran una forma simétrica de la envolvente de la señal que se observa en el pantalla de un osciloscopio conectado a la carga. Durante este ajuste, es necesario controlar la corriente inicial del circuito colector del amplificador de potencia, que no debe exceder los 300 ... 400 mA. Los condensadores C15, C27 y C36 logran un aumento en la respuesta de frecuencia del amplificador de potencia a frecuencias de 25 ... 30 MHz. El control del nivel de potencia de los componentes armónicos de la señal de salida del amplificador, la presencia de modulación parásita de alta o baja frecuencia se realiza mediante un analizador de espectro o un receptor de medición. Si se produce una modulación parásita en el amplificador, es necesario aumentar los condensadores de bloqueo en los circuitos colector y base de los transistores de salida VT11 y VT12. La verificación final del funcionamiento del amplificador de potencia se realiza junto con el transceptor conectado a la entrada RA, al medir el voltaje en la carga en todas las bandas de aficionados. Dado que la potencia de salida del amplificador en este caso alcanzará los 200 W, y las pruebas pueden ser largas, se requiere un flujo de aire forzado al radiador del amplificador de potencia, que es obligatorio para el funcionamiento a largo plazo. El ajuste preliminar del sistema de protección del amplificador se lleva a cabo ajustando la resistencia R37 hasta que el LED H1 brille a un nivel de potencia de salida de no más de 30 - 40 W y una resistencia de carga del amplificador de 200 ohmios (SWR-4). Al desconectar la carga o cerrarla se comprueba el funcionamiento del sistema de protección del amplificador. Con el correcto funcionamiento del sistema de protección, su ajuste fino final se realiza a la potencia nominal del amplificador. Cabe señalar que al reducir la potencia de salida del amplificador, es posible lograr su funcionamiento normal para una carga fuertemente desadaptada. La medición de los parámetros principales de un amplificador de potencia sintonizado se lleva a cabo con los filtros de banda de paso bajo incluidos, cuyo ajuste consiste en verificar el cumplimiento de las frecuencias de corte con los valores dados en la Tabla 1. Literatura 1. Zavrazhnov Yu. et al. Potentes transistores de alta frecuencia. - M.: Radio y comunicación, 1985. Autor: V. Usov, Novosibirsk; Publicación: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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