Гибридный линейный усилитель мощности

В коротковолновых трансиверах передающий тракт обычно содержит мощный оконечный усилитель на электровакуумной радиолампе и предварительный усилитель на транзисторах. При этом, для согласования предварительного усилителя с оконечным, применяют резонансные цепи. Подобные же цепи включают и между предварительным усилителем и последним смесителем передающего тракта.

Такое построение передающего тракта трансивера нельзя считать оптимальным. Применение двух переключаемых резонансных контуров на входе и выходе предварительного усилителя усложняет устройство. Кроме того, включение коллектора мощного транзистора в цепь резонансного контура может принести к появлению нелиней ных искажений, обусловленных большой нелинейностью емкости коллекторного перехода транзистора.

На рисунке приведена схема гибридного усилителя мощности, в выходном каскаде которого используется каскодное соединение биполярного транзистора VT4, включенного по схеме с общим эмиттером, и лампы VL1, включенной по схеме с общей сеткой.

Схема

Такое построение не только позволило хорошо согласовать низкое выходное сопротивление мощного транзистора со входом лампы, но и обеспечило исключительную линейность амплитудно-частотной характеристики каскада.

Другим важным преимуществом является то, что в лампе оказались «заземленными» три электрода — первая и вторая сетки и лучеобразующие пластины. Проходная емкость лампы стала пренебрежимо малой, вследствие чего отпала необходимость в ее нейтрализации.

Для повышения входного сопротивления оконечного каскада на его входе включен эмиттерный повторитель на транзисторе VT3. Поскольку эмиттер этого транзистора непосредственно соединен с базой транзистора VТ4, то ток покоя выходного каскада можно регулировать подстроечным резистором R20, включенным в цепь базы VТ3.

Для повышения линейности и температурной стабильности усилителя каскодный каскад охвачен последовательной отрицательной обратной связью через два параллельно включенных резистора R23 и R25. При токе покоя 25 мА, анодном напряжении 600 В и мощности сигнала на входе эмиттерного повторителя 8...10 мВт усилитель отдает мощность не менее 130 Вт на всех КВ диапазонах. При этом постоянная составляющая анодного тока равна 330 мА. Интермо-дуляционные искажения третьего и пятого порядка при выходной мощности 140 Вт не превышают --37 дБ.

В усилителе предусмотрена защита транзистора VТ4 от пробоя при неисправностях лампы, а также во время переходных процессов при ее разогреве. Для этого коллектор транзистора VТ4 через диоды VD2, VD3 подключен к стабилитрону VD4 с напряжением стабилизации 50 В. При нормальной работе усилителя диоды VD2, VD3 закрыты, поскольку напряжение на коллекторе VT4 не превышает 35 В. Если по какой-либо причине мгновенное напряжение на коллекторе пре-высит 50 В, диоды VD2, VD3 откроются и он окажется зашунтирован-ным низким дифференциальным сопротивлением стабилитрона VD4.

Входное сопротивление каскодного каскада (со входа эмиттерного повторителя) практически активно, мало зависит от частоты и близко к 400 Ом. Чтобы получить выходную мощность 130 Вт, достаточно иметь на входе эмиттерного повторителя ВЧ сигнал напряжением 1,8 В. Такой уровень вполне может обеспечить смеситель на транзисторах. (Если в трансивере последний смеситель передающего тракта выполнен на диодах, то мощность ВЧ сигнала на выходе смесителя не превышает, как правило, 0,05...0,1 мВт).

Для повышения коэффициента усиления на входе эмиттерного повторителя включен двухкаскадный широкополосный усилитель на транзисторах VT1 и VТ2. Входное сопротивление усилителя около 200 Ом, что хорошо согласуется с выходным сопротивлением обычных диодных смесителей. Коэффициент усиления в интервале частот 1...30 МГц практически постоянен и равен 26 дБ. Для получения выходной мощности 130 Вт на вход предварительного усилителя достаточно подать сигнал мощностью 0,05 мВт, т. е. усилитель можно включить непосредственно на выходе диодного смесителя передающего тракта КВ трансивера.

Когда на входе нет РЧ сигнала, усилитель потребляет ток около 40 мА от источника напряжением +15В и 25 мА от источника +600 В. Поэтому выгодно в режиме приема усилитель «закрывать». Для этой цели к цепям питания баз трех транзисторов VT1-VT3 подключены выходы инверторов D1.1 -DD1.3. В режиме приема на их входы подают логическую 1. При этом потенциал на выходах инверторов ниже напряжения открывания кремниевых транзисторов, вследствие чего все каскады усилителя закрыты. В режиме передачи на входы инверторов подают низкий логический уровень. Потенциал на выходах элементов DD1.1- DD1.3 становится высоким, и усилитель открывается.

Эквивалентное сопротивление выходного каскада усилителя около 900 Ом. Расчетные значения реактивных элементов П-контура для согласования усилителя с антенной приведены в таблице.

Значение элементов П-контура

Рабочая частота, МГц Емкость первого конденсатора. пф Индуктивность, мкГн Емкость второго конденсатора, пф
Rн=50 Ом Rн=75 Ом Rн=50 Ом Rн=75 Ом Rн=50 Ом Rн=75 Ом
1.85
3,6
7.05
14.15
21,2
28,5
4033
2073
1058
527
352
262
3433
1764
901
449
300
223
2.8
1,4
0,73
0,36
0,24
0.18
2.8
1,4
0,73
0,36
0,24
0.18
13765
7074
3612
1800
1201
894
9177
4716
2408
1200
801
596

Паспортное значение допустимой мощности рассеивания на аноде лампы 6П45С равно 35 Вт. В данном усилителе при анодном токе 330 мА на аноде лампы рассеивается мощность около 70 Вт. Однако это не снижает заметно надежность лампы, поскольку мощность рассеивания достигает 70 Вт только на пиках огибающей SSB сигнала или во время телеграфных посылок. Средняя рассеиваемая мощность обычно не превышает допустимого значения.

Конструктивно лампа 6П45С и элементы согласующего П-контура размещены в экранированном отсеке, выводы из которого сделаны посредством проходных конденсаторов КТП. Для улучшения охлаждения лампы верхняя и нижняя крышки должны быть перфорированы. Следует отметить, что лампа лучше охлаждается при её горизон-тальном положении. Транзисторы VT1 и VT3 размещены в непосредственной близости к панели лампы и закрепле ны на шасси так, чтобы обеспечивался хороший теплоотвод. Остальные элементы усилителя могут быть размещены на печатных платах трансивера.

Дроссель L6 выполнен на цилиндрическом диэлектрическом каркасе диаметром 14 мм и содержит 270 витков провода ПЭВ 0,33, намотанных виток к витку.

Дроссель L7 содержит 3 витка провода ПЭВ 0,11 , размщенных на резисторе R21. При правильном монтаже усилитель не требует настройки, единственная необходимая регулировка это установка тока покоя выходного каскада подстроечным резистором R20.

 
 
Rambler''s Top100