Предварительный усилитель мощности коротковолнового передатчика мощностью 40 Вт

Аппаратура связи находит широкое применение. Усовершенствование конструкции и повышение ее эффективности является важной задачей на данном этапе развития радиоэлектронной аппаратуры.

В составе стационарных радиопередающих комплексов используются усилители мощности, которые обеспечивают необходимое усиление радиочастотного сигнала до необходимого уровня мощности. Современные усилители имеют сложную конструкцию. Предварительный усилитель имеет каскады непосредственного усиления сигнала. Для получения более высокой мощности нужно предусмотреть сложение сигналов.

Современный усилитель должен включать в себя автоматизированные системы управления и контроля, которые обеспечивают защиту схемы усилителя от перенапряжения, перегрева и разбаланса. Управление работой усилителя может осуществляться с помощью сигналов от блока управления и контроля, обслуживающего весь радиопередающий комплекс либо сам усилитель.

Для предохранения элементов усилителя от перегрева в конструкции блока следует предусмотреть использование радиаторов, системы воздушного охлаждения, либо современные системы охлаждения, например, тепловые трубы.

Темой курсового проекта является разработка предварительного усилителя мощности, работающего в коротковолновом диапазоне и имеющего минимальную выходную мощность 40 Вт. В задание на курсовой проект входят технические характеристики предварительного усилителя мощности, а также условия эксплуатации, при которых необходимо обеспечить бесперебойную работу усилителя.

1.Исходные данные и их анализ

1.1 Проектируемый блок составная часть системы высшего уровня

Проектируемый блок входит в состав блока усилителя мощности коротковолнового, автоматизированного, дистанционно управляемого радиопередающего устройства мощностью 1 кВт. Диапазон частот 1,5…29,999 МГц, с дискретной сеткой частот 10 Гц, номинальная выходная мощность 1000±200 Вт, на эквивалентной нагрузке 75 Ом, питание осуществляется от трехфазного тока: () В, масса 265 кг, габаритные размеры 371´90,5´161.

1.2 Развернутое техническое задание

Темой данного курсового проекта является предварительный усилитель мощности коротковолнового передатчика мощностью 40 Вт. Он предназначен для линейного широкополосного усиления высокочастотного сигнала возбудителя до уровня мощностью порядка 40 Вт.

Технические данные объекта должны соответствовать следующим значениям:

— диапазон частот – 1,5 — 30 МГц;

— входное сопротивление – 75 Ом;

— КСВ на входе усилителя – не более 1,1;

— номинальное сопротивление нагрузки – не менее 40 Вт;

— номинальное напряжение входного сигнала – (3±0,3) В;

— КПД при номинальной входной мощности в режиме несущей – 30%;

— коэффициент нелинейных комбинационных искажений при выходной мощности в пике огибающей (45±5) Вт – не более –33дБ;

уровень внеполосных гармонических составляющих – не более –20 дБ.

Предварительный усилитель мощности должен удовлетворять требованиям, предъявляемым к аппаратуре, устанавливаемой на подвижных и стационарных объектах и работающих в непрерывном режиме в условиях эксплуатации соответствующих группе 1.6 по ГОСТ20.39.304 – 76 климатического исполнения УХЛ с изменением требований по синусоидальной вибрации, предельному атмосферному давлению, пониженной температуры среды до требований технических условий на передатчики. Ввиду отсутствия акустически чувствительных элементов, требования по воздействию акустического шума не предъявляются. Работоспособность при пониженном атмосферном давлении гарантируется применением элементной базы и конструкцией.

1.3 Описание и анализ электрической принципиальной схемы

Первый ВЧ каскад выполнен по двухтактной схеме с общим истоком на транзисторах VT 1, VT2, работающих в классе А и имеющих низкий уровень шумов. Резисторы R11…R14 предназначены для создания неглубокой (порядка 20%) отрицательной обратной связи (ООС) по постоянному и переменному току. Трансформатор ТДЛ WT1осуществляет переход от несимметричного входа ПУ к симметричному входу двухтактного каскада. Для компенсации емкостей составляющей входного сопротивления полевых транзисторов применены корректирующие фазовые контуры на элементах C3, C6, R3, L1 (C4, C7, R4, L2) подборные конденсаторы C11, C13, C14 предназначены для дополнения входных емкостей транзисторов до значений, определяемых волновым сопротивлением контура. Для компенсации индуктивностей выводов резисторов R3, R4 и лучшего согласования по входу параллельно резисторам R3, R4 включены конденсаторы С2, С5. Для обеспечения регулировки коэффициента усиления первого каскада смещение на затворах транзисторов VT1, VT2 подается с платы управления КВ А1. Балансировка режима транзисторов по постоянному току осуществляется с помощью резисторов R7, R9. С целью исключения выхода из строя транзисторов VT1, VT9 при обрыве или замыкании цепи «СМЕЩЕНИЕ 1», на резисторы R7, R9 подается отрицательное напряжение минус 15 В.

Питание стоковых цепей осуществляется через дроссели L3, L4 от эмиттерного повторителя, выполненного на транзисторе VT3, на базу которого подается напряжение со стабилизатора напряжения, выполненного на стабилитроне VD7 транзисторе VT3, расположенных в плате управления КВ. связь между первым и вторым каскадом ПУ осуществляется посредством симметрирующего трансформатора VT2.

Второй каскад ПУ выполнен на транзисторах VT4,VT5 типа 2П909А, работающих в классе А. В цепях стабилизации режима и снижения избыточного усиления, в истоки транзисторов включены резисторы обратной связи R26…R33. Согласование со входом второго каскада осуществляется с помощью элементов L5, R19, L26, R20, образующих с конденсатором С_зи низкочастотный фильтр. Для коррекции АЧХ каскада на высоких частотах, введена ООС по напряжению с помощью элементов R24, C24, R25, C25. Напряжение смещения на затворы транзисторов подается с платы управления КВ и в небольших пределах (10 – 15)% изменяет коэффициент усиления второго каскада. Корректирующая цепь R36**, C27 формирует необходимый уровень и наклон АЧХ ПУ. Трансформатор WT3 выполняет функцию подавления четных гармоник.

Оконечный каскад ПУ выполнен на транзисторах VT8, VT9 типа 2Т9111Б, работающих в режиме В. для согласования низкого входного импеданса этих транзисторов с выходным сопротивлением второго каскада усилителя, применен трансформатор WT4 типа «ДЛИННАЯ ЛИНИЯ» с коэффициентом трансформации по напряжению 3:1. Входная цепь каскада выполнена по схеме последовательного возбуждения. Для компенсации снижения модуля коэффициента усиления по току транзисторов VT8, VT9 с увеличением частоты используется корректирующее звено, состоящее из конденсаторов C28, C29 (C30, C31) и параллельно подключенного резистора R37 (R38). Снижение неравномерности АЧХ осуществляется с помощью ООС, образованной обмоткой, состоящей из одного витка на трансформаторе WT5 и резисторами R42, R45.

Режим транзисторов VT8, VT9 по постоянному току определяется напряжением смещения, поступающим через резисторы R43, R44 и развязывающие дроссели L7, L8 на базы транзисторов от устройства термостабилизации А2. Трансформатор WT5 предназначен для подавления четных гармонических составляющих коллекторного тока.

Для перехода от симметричного выхода двухтактной схемы к несимметричному выходу ПУ и согласования с нагрузкой, используется трансформатор Т ДЛ WT6 с коэффициентом трансформации по напряжению 1:2.

На выходе трансформатора WT6 включены разделительные конденсаторы C39, C40 и конденсатор C41*, корректирующие уровень выходного напряжения ПУ на верхних частотах.

Выходное напряжение ПУ детектируется детектором, выполненным на элементах VD3, VD4, C37, C38, R46 – R48. Продетектированное напряжение поступает на контрольный разъем Х3.

На контакты этого разъема с целью контроля выведены напряжения питания смещения полевых транзисторов, продетектированное входное напряжение U_вх и продетектированное напряжение с сеток ламп БУМ U_вых, а также цепь управления и запирания ПУ.

1.4 Патентный поиск и аналоги блока

Основной задачей настоящего патентного поиска является изыскание инженерно-технических решений по созданию перспективного предварительного усилителя мощности, обладающего лучшими техническими и конструктивными характеристиками.

В последние годы в нашей стране и за рубежом разработан ряд широкополосных усилителей мощности. Функциональное построение всех усилителей мощности определяется элементной базой, конкретными требованиями к качественным характеристикам и методам усиления.

Основные характеристики наиболее типичных усилителей приведены в таблице1.

На основании данных таблицы 1 и проведенного анализа имеющихся материалов по зарубежным усилителям мощности и сравнении их характеристик с характеристиками отечественных изделий можно сделать следующие выводы.

Отечественные усилители мощности не уступают зарубежным аналогам по ряду основных параметров: диапазон рабочих частот, каналам излучения, стабильности частот, уровню подавления высших гармонических составляющих, уровню шума в рабочей полосе, надежности. Вместе с тем отечественные усилители существенно уступают западным аналогам по массе и КПД. В настоящей курсовом проекте разрабатывается усилитель мощности с высокими техническими характеристиками.

Таблица 1. Параметры аналогов блока