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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Amplificador de potência do transistor da estação de rádio da primeira categoria. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / amplificadores de potência RF A opinião generalizada de que é impossível ou muito difícil construir um amplificador de potência transistorizado de banda larga para uma estação de rádio de primeira categoria repele a maioria das ondas curtas deste empreendimento. A tarefa proposta pelo autor foi mostrar a possibilidade de construção, descrição do circuito e métodos de ajuste para um amplificador de potência a transistor altamente confiável fornecendo uma potência de saída de pelo menos 150 W com os transistores de saída em várias condições desfavoráveis usando o exemplo de um e em condições de operação do amplificador de potência linear, tais como: operação para uma carga inigualável, ruptura de cabo ou curto-circuito no sistema de alimentação da antena, erros de comutação de filtros de banda, superaquecimento do radiador de resfriamento do transistor do amplificador, e muito mais. Ao construir um amplificador, foi dada preferência aos transistores bipolares por vários motivos:
As principais características do amplificador de potência de banda larga: - faixa de frequência de operação - 1,8 ... 30,0 MHz; Figura 1. Diagrama de circuito do amplificador de potência O sinal do transceptor vai para o link em forma de L do atenuador controlado eletronicamente do circuito de proteção do amplificador de potência em caso de incompatibilidade com a carga. O atenuador é construído em poderosos diodos de pinos VD5 e VD6. O circuito de controle é montado nos transistores VT1 - VT4, VT6. Uma característica deste circuito é manter um valor constante da corrente total que flui através dos diodos VD5 e VD6. No estado de trabalho do amplificador, o transistor VT2 do circuito de controle do atenuador está aberto e o VT3 está fechado. Uma corrente de cerca de 5 mA flui através do diodo de pino aberto VD120. A queda de tensão no resistor R9 é a tensão de bloqueio para o diodo do segundo pino VD6. A atenuação máxima da potência do sinal de rádio no circuito série C5, VD5, C9 do atenuador em forma de L é de 0dB. Se houver uma incompatibilidade entre o amplificador de potência e a carga, a tensão gerada pelo refletômetro é alimentada através do diodo VD15 do circuito "OR" até a base do transistor VT6 do amplificador diferencial. Há uma redistribuição da corrente que flui através dos diodos VD5 e VD6, como resultado da perda do sinal de rádio ao longo do circuito C5, VD5, C9 aumenta até 30 dB. O circuito paralelo C7, VD6, R8 e C10 do atenuador em forma de L serve para estabilizar a impedância de entrada do amplificador de potência e garante que a resistência de carga do transceptor seja constante. Assim, com um diodo de pino totalmente aberto VD6, o componente ativo da resistência do circuito C7, VD6, R8 e C10 é de 50 ohms. Neste caso, o resistor R8 dissipa toda a potência do sinal na entrada do amplificador. Com a ajuda do resistor R1, a tensão de comutação de limiar do atenuador controlado eletronicamente é ajustada. O LED H1 é um indicador da incompatibilidade entre o amplificador de potência e a carga. O brilho do LED é pulsado. A frequência de brilho é de 25 - 30 Hz, determinada pela constante de tempo da descarga do capacitor C12 através do resistor R17 e pela resistência de entrada do transistor VT6. O amplificador de potência push-pull é feito nos transistores VT11 e VT12 do tipo KT957A. A tensão de polarização autônoma de cada transistor do amplificador de potência é definida usando dois estabilizadores montados nos transistores VT7, VT9 e VT8, VT10. A presença de fontes autônomas da tensão de polarização inicial dos transistores de saída operando no modo B permite eliminar a dispersão nos fatores de ganho dos transistores e obter uma amplitude linear característica do amplificador de potência. O ajuste da tensão de polarização inicial dos transistores é realizado pelos resistores variáveis R18 e R19. Os estabilizadores realizam simultaneamente a estabilização da temperatura da corrente quiescente dos transistores de saída do amplificador de potência. Como sensores de temperatura, são utilizados os transistores VT7 e VT8 do tipo KT904A, colocados próximos aos transistores KT957A. O transformador de balanceamento T1 com uma relação de transformação de 4:1 combina a entrada desbalanceada de 50 ohms do amplificador de potência com as resistências de entrada dos transistores VT11 e VT12, cujo componente ativo é 1,3 ... 1,8 ohms. O transformador T2 fornece energia aos circuitos coletores dos transistores VT11 e VT12, equilibrando a forma da tensão nos coletores dos transistores para reduzir o nível de harmônicos pares no circuito coletor, além de criar uma realimentação negativa dependente da frequência. O transformador de balanceamento T3 com uma relação de transformação de 1:3 fornece uma transição da baixa resistência de saída dos transistores para uma saída de extremidade única com uma resistência de 50 ohms. Os circuitos de correção R20, C20 e R21, C21 proporcionam o casamento das impedâncias de entrada do amplificador e uma diminuição do ganho em baixas frequências. O circuito formado pelo enrolamento secundário do transformador T1 e capacitor C15; um circuito composto por resistores R26 e R27 e um circuito formado pelo enrolamento secundário do transformador T2 e capacitor C27; também, o circuito formado pelo enrolamento primário do transformador TZ e capacitor C36 proporcionam um aumento na característica amplitude-frequência do amplificador em altas frequências (20 - 30 MHz). Os circuitos de correção da resposta de frequência do amplificador de potência permitem obter uma desigualdade de ganho de potência inferior a 2 dB na faixa de frequência de 1,8 a 30 MHz. Os diodos VD11, VD13 e VD12, VD14 são usados para proteger os transistores VT11 e VT12 de sobretensão no circuito coletor. O refletômetro do circuito de proteção do amplificador de potência inclui: um sensor de onda refletida feito em um transformador de corrente T4, capacitores C43, C44 e um retificador baseado em um diodo VD17; Amplificador DC nos transistores VT13, VT14 e o circuito "OR" nos diodos VD15 e VD16. O resistor variável R37 define o limite necessário para a operação do circuito de proteção SWR. O amplificador diferencial do atenuador controlado eletronicamente é alimentado por uma tensão não estabilizada de +18 V. Os circuitos de polarização dos transistores de saída do amplificador de potência e o UPT do refletômetro são alimentados por um regulador de tensão feito no chip DA1 e o regulador transistor VT5. O consumo máximo de corrente, mas valor +12 V - não mais que 0,5 A. A tensão de saída do estabilizador é ajustada pelo resistor R15. A fonte de alimentação do circuito coletor do amplificador de potência consiste em um retificador de onda completa, montado em um circuito em ponte nos diodos VD7 ... VD10 e um estabilizador de compensação nos transistores VT15, VT16, VT17 e um chip DA2, que possui proteção contra sobrecorrente e K3. Para obter uma corrente na carga de até 13 A, foi utilizada uma conexão paralela de dois transistores de controle VT15 e VT16 do tipo 2T827A com resistências equalizadoras nos circuitos emissores. A quantidade de queda de tensão em um desses resistores serve como tensão de controle para o circuito de proteção contra sobrecorrente. A tensão de saída do estabilizador é ajustada por um resistor variável R38. A queda de tensão no resistor R46 é usada para controlar a corrente do amplificador de potência com um microamperímetro RL1 com uma escala não superior a 200 μA. O LED H2 é usado para indicar o modo de sobrecarga do amplificador de potência do circuito coletor do amplificador de potência. O LED H2 serve para o circuito amplificador, potência. O LED H2 apaga se a corrente de carga exceder o valor limite. Para aumentar a confiabilidade do amplificador, fusíveis para uma corrente de 12 A e 25 A estão incluídos nos circuitos de +0,5 V e +15 V, respectivamente. Para filtrar os componentes harmônicos do sinal de rádio na saída do amplificador de potência, são instalados filtros passa-baixa de seis bandas de 5ª ordem (Fig. 2) com característica Chebyshep, com coeficiente de reflexão máximo na banda passante de 10% , que corresponde a ROE < 1,2 e perda de potência - 0,2 dB. Resistências de carga de entrada e saída 50 Ohm. A tabela mostra os valores dos elementos filtrantes e suas frequências de corte (fcp).
Potência reativa dos capacitores de filtro - 200 VAr. É permitido conectar capacitores idênticos em paralelo com um valor unitário menor de potência reativa, mas o total não é inferior a 200 VAr. Tabela 1
Aqui: d - comprimento do enrolamento. D - diâmetro externo da bobina Diâmetro e tipo de fio PEV-2 1,2. Para intervalos 1.8; As bobinas de 3.5 e 7,0 MHz são bobinas sólidas. As bobinas são fixadas com cola BF2. O amplificador de potência é montado em duas placas de circuito impresso montadas em radiadores para resfriar os transistores do amplificador. Na primeira placa de circuito impresso, são montados o próprio amplificador de potência, um atenuador em forma de L, um circuito de proteção e estabilizadores de tensão de polarização. A placa de circuito impresso é montada em um radiador, no qual são colocados os transistores VT11, VT12, VT7, VT8 e os diodos de pinos VD5, VD6. As dimensões do radiador são 120x250x60 mm. A altura das nervuras é de 45 mm, a distância entre elas é de 15 mm. Os estabilizadores de tensão de +12 V e +25 V são montados na segunda placa de circuito impresso. A placa de circuito impresso, transistores reguladores VT5, VT15, VT16, diodos VD7 - VD10 e o microcircuito DA2 são instalados no segundo radiador de resfriamento do amplificador de potência . As dimensões deste radiador são 120x200x60 mm. A altura das nervuras e a distância entre elas são as mesmas do primeiro radiador. Transistores reguladores e diodos retificadores são instalados no radiador em espaçadores eletricamente isolantes feitos de alumínio com um revestimento isolante oxidado a ânodo. Os radiadores de resfriamento são os elementos estruturais de suporte do amplificador de potência. Assim, o primeiro radiador com transistores de saída, conectores RF e IF do amplificador de potência é a parede traseira do chassi, e o segundo radiador atua como uma parede lateral. Dentro da carcaça do chassi há filtros de banda passa-baixa com chave de faixa biscuit, capacitores eletrolíticos C3 e C39 e um transformador de potência com potência total de pelo menos 350 W (não mostrado no diagrama elétrico). Os seguintes tipos de elementos de rádio são usados no amplificador de potência: resistores fixos C2 - 33N, MLT, C5-1 b MB; resistores variáveis - SP3 ou SP5; condensadores C5 - C10, C32, C34, C33, C35-KM-4, o resto - KM-5, KM-6 KT-3, K 10-17; capacitores eletrolíticos K50-6, K50-18; estrangula L1, L2, L3, L4, L5, L10 - DM0,6 ou similar. Os indutores L6 - L9 são enrolados em um circuito magnético anular feito de material de 1000 NM de tamanho K18x8x5 e contém 7 voltas de fio PEL-2 0,8. O transformador T1 é composto por três núcleos magnéticos fechados colados em forma de Sh da marca M2000 HM, tamanho Sh5x5. O enrolamento primário contém 4 espiras de fio MPO 0,35, passadas dentro de armações retangulares de latão brasado, firmemente inseridas nas janelas do circuito magnético em forma de W. Quadros retangulares, interligados de um lado por um jumper, formam uma volta tridimensional do enrolamento secundário do transformador T1. O transformador T2 é feito em um circuito magnético de anel da marca 1000 NM, tamanho K32 x 20 x 6. O transformador contém 7 voltas de torção de 8 fios da marca PUL-2 0,8 com passo de uma torção por centímetro. Quatro fios formam o enrolamento primário, os outros quatro formam o enrolamento secundário do transformador. A bobina de ligação é feita com fio MPO 0,35, passado pelo circuito magnético. O transformador T3 é feito de forma semelhante ao transformador T1 a partir de quatro circuitos magnéticos fechados em forma de W colados da marca M2000 NM, tamanho Sh7x7. O enrolamento primário do transformador é uma bobina de volume, o secundário é feito de três voltas de fio MPO 0,35, rosqueadas dentro da bobina de volume. O transformador de corrente T4 do sensor de onda refletida é feito em um circuito magnético anular da marca M20V42, tamanho K20x10x5. O enrolamento primário é um fio de montagem passado pelo circuito magnético, o enrolamento secundário contém 20 voltas de fio PELSHO 0,15. A configuração do amplificador de potência é feita na seguinte ordem. Primeiro, todos os dispositivos de entrada são configurados: estabilizadores, refletômetro, amplificador diferencial e outros, depois é realizado um ajuste abrangente do amplificador como um todo. São necessários instrumentos para sintonia: um avômetro, um osciloscópio com faixa de frequência de operação de até 50 MHz, um analisador de espectro ou um receptor de medição com faixa de frequência de até 80 - 100 MHz, um medidor de ROE, uma carga não indutiva resistor para potência de até 100 - 200 W, um gerador de sinais padrão G4-118 ou transceptor all-band com pelo menos 20 watts de potência de saída. O estabelecimento de um amplificador de potência começa com uma verificação autônoma do funcionamento dos retificadores e estabilizadores de tensão +12 V e +25 V. Os resistores variáveis R15 e R38 definem os valores de tensão exigidos pelo circuito. O regulador de tensão de +12 V é testado conectando uma resistência de carga de 15 ohm ao emissor do transistor VT5, enquanto a mudança na tensão de saída do regulador não deve ser superior a 0,1 V e a ondulação de saída não deve exceder 50 mV . Verificando o funcionamento do estabilizador de tensão de +25 V, a determinação do limite de proteção de corrente é realizada quando uma resistência de carga de 1,5 - 4 Ohm está conectada. A carga é realizada na forma de uma bobina com torneiras de fio de nicromo com diâmetro de 1 mm, enroladas em uma estrutura de cerâmica com um degrau de 2 a 3 mm. O teste do estabilizador é realizado colocando a carga descrita em uma jarra de três litros de água fria. O valor da corrente é controlado por um amperímetro com escala de pelo menos 15 A. O estabilizador deve funcionar de forma estável em correntes de carga de até 13 A. O valor limite da corrente em que a tensão de saída do estabilizador cai para 2 ... 3 V não deve ser superior a 14 ... 14,5, XNUMX A. O limite de proteção de corrente (1e) pode ser ajustado selecionando os resistores R41 e R42. O valor de Ia pode ser determinado pela fórmula Ia=1,4/R41=1,4/R42 A diminuição da tensão de saída do estabilizador + 25V na corrente de carga máxima não deve ser superior a 1 V e a magnitude da ondulação não deve ser superior a 400mV. Ao escolher o valor do resistor R30, você pode definir a temperatura máxima para aquecer o cristal do chip DA2 instalado "em um único dissipador de calor do amplificador de potência. Em uma temperatura do dissipador de calor acima de + 90 ° C, a proteção térmica do DA2 chip é ativado, diminuindo a tensão na saída do estabilizador para zero. Os estabilizadores de tensão de polarização são ajustados com as bases dos transistores de saída VT11, VT12 desabilitadas. Durante o processo de ajuste, a possibilidade de ajustar a tensão de saída dentro de 0,5 ... 0,65 V é verificada com uma corrente de carga máxima de até 0,2 A. O ajuste dos estabilizadores é concluído definindo o valor mínimo da tensão de saída. O ajuste do sensor de onda refletida é tradicional e tem sido descrito repetidamente na literatura. UPT nos transistores VT13, VT14 fornece a formação de uma tensão no coletor VT13, igual a + (0-0,7) V na ausência e + (10 - 11,5) V na presença de uma incompatibilidade de carga. O resistor R37 define o limite para a operação do circuito de proteção de acordo com o valor de ROE de carga superior a 3. O funcionamento do amplificador diferencial, que é o circuito de controle do atenuador em forma de L nos diodos de pinos, é verificado quando uma tensão constante Uk, variando de 6 a 0V, é aplicada à entrada do circuito "OR" (soquete XS12 ). Em Uk \u0d 2 V, a tensão no coletor VT17 deve ser +3 V e no coletor VT0 - 9 V. A queda de tensão no resistor R10 deve ser de pelo menos 7 V. Em Uk \u1d 2B, ajustando o resistor R 3, os transistores de saída VT1, VT2 são amplificadores diferenciais comutados e o brilho do LED H3. O intervalo para mudar Uk, no qual a comutação dos transistores VT0,7 e VT1, não deve ser superior a 51V. A verificação do correto funcionamento do atenuador pino-diodo é realizada quando o sinal RF do GSS ou transceptor é enviado para a entrada XS1 e o sinal RF é medido por um osciloscópio em um resistor de carga com resistência de 0 ohms, que é conectado em vez do enrolamento primário do transformador TXNUMX. Com Uk = XNUMX V, a tensão de RF no resistor de carga deve ser a mesma que na entrada XS1 em toda a faixa de frequências de operação do amplificador e a potência do GSS ou transceptor não é superior a 20 watts. Com Uk=10 V e todas as outras condições iguais, a tensão de RF no resistor de carga deve ser 30 ou mais vezes menor do que na entrada XS1. Antes de configurar o amplificador de potência, o circuito de feedback, composto por R26, C25, R27, C26 e a bobina de conexão no transformador de balanceamento T2, deve estar aberto. A sintonia do amplificador de potência deve ser realizada com uma carga permanentemente ligada com resistência de 50 ohms, que pode ser realizada conforme descrito em [2]. Para proteger transistores de alta potência, é recomendável instalar um fusível de 5A na primeira vez que você ligar o amplificador de potência. A corrente inicial dos transistores VT11, VT12 do amplificador de potência é definida primeiro pelo resistor R18 para um valor de 150 ... 200 mA, depois pelo resistor R19 a corrente total do circuito coletor do amplificador é aumentada para 300 ... 400mA. A correção da ativação do loop de comunicação é verificada quanto à estabilidade do amplificador de potência à excitação de RF quando um sinal com potência não superior a 1 - 0,5 W é aplicado à entrada XS1,0. Quando o amplificador é excitado, o que se manifesta em um aumento acentuado na corrente do coletor com um aumento suave no sinal de entrada, as extremidades da bobina de conexão do transformador T2 são invertidas. Com o ajuste complexo do amplificador, é desejável usar o GSS G4-118 como gerador de sinal, cuja potência máxima de saída é de 3 W e a faixa de frequência de operação é de 0,1 ... 30 MHz. Ao aplicar um sinal GSS modulado em amplitude com uma profundidade de modulação de pelo menos 50% e uma amplitude não superior a 10 V à entrada do amplificador de potência, os resistores variáveis R18 e R19 atingem uma forma simétrica do envelope de sinal observado em a tela de um osciloscópio conectado à carga. Durante este ajuste, é necessário controlar a corrente inicial do circuito coletor do amplificador de potência, que não deve ultrapassar 300 ... 400 mA. Os capacitores C15, C27 e C36 alcançam um aumento na resposta de frequência do amplificador de potência em frequências de 25 ... 30 MHz. O controle do nível de potência dos componentes harmônicos do sinal de saída do amplificador, a presença de modulação parasita de alta ou baixa frequência é realizado usando um analisador de espectro ou um receptor de medição. Se ocorrer modulação parasita no amplificador, é necessário aumentar os valores dos capacitores de bloqueio nos circuitos coletor e base dos transistores de saída VT11 e VT12. A verificação final do funcionamento do amplificador de potência é realizada em conjunto com o transceptor conectado à entrada PA, ao medir a tensão na carga em todas as bandas de amador. Como a potência de saída do amplificador nesse caso atingirá 200 W e os testes podem ser longos, é necessário fluxo de ar forçado para o radiador do amplificador de potência, o que é obrigatório para operação a longo prazo. O ajuste preliminar do sistema de proteção do amplificador é realizado ajustando o resistor R37 até que o LED H1 acenda em um nível de potência de saída não superior a 30 - 40 W e uma resistência de carga do amplificador de 200 Ohms (SWR-4). Ao desconectar a carga ou fechá-la, verifica-se o funcionamento do sistema de proteção do amplificador. Com o correto funcionamento do sistema de proteção, seu ajuste final é realizado na potência nominal do amplificador. Deve-se notar que, reduzindo a potência de saída do amplificador, é possível atingir sua operação normal para uma carga fortemente incompatível. A medição dos principais parâmetros de um amplificador de potência sintonizado é realizada com os filtros de banda passa-baixa incluídos, cuja configuração consiste em verificar a conformidade das frequências de corte com os valores fornecidos na Tabela 1. Literatura 1. Zavrazhnov Yu e outros Transistores de alta frequência poderosos. - M.: Rádio e comunicação, 1985. Autor: V. Usov, Novosibirsk; Publicação: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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