
Сверхширокополосные усилители мощности (СУМ) используются для увеличения выходной мощности генераторов стандартных сигналов, что необходимо при настройке полосовых усилителей мощности радиостанций, в оптоэлектронике, для построения систем линейной и нелинейной радиолокации, сверхширокополосных радиосистем.
В СУМ метрового диапазона традиционным является использование транзисторов в режиме класса А с фиксированной рабочей точкой. Однако в этом случае они используются по мощности на 55…65 , а их КПД при усилении изменяющихся по амплитуде сигналов составляет несколько процентов. Повышение выходной мощности и КПД рассматриваемых усилителей возможно благодаря использованию автоматической регулировки потребляемого тока (АРТ) . Однако известные схемные решения построения СУМ с АРТ сложны в настройке, что затрудняет их использование.
Для устранения данного недостатка вместо датчиков выходного тока и напряжения , применяемых в СУМ с АРТ, используется сверхширокополосный датчик падающей и отражённой волны, разработанный на основе датчика высокочастотного тока.
Сверхширокополосный датчик содержит детектор отражённой волны на диоде VD7, детектор падающей волны на диоде VD8, и широкополосный направленный ответвитель, состоящий из трансформаторов Т2, Т3 и резисторов R38 и R43.
Для ограничения области регулирования потребляемого тока заданным верхним пределом, в схему введен стабилитрон VD6, ограничивающий неконтролируемое уменьшение напряжения на эмиттере транзистора VT14.
Трансформаторы Т2 и Т3 выполнены на ферритовых кольцах ФМ20ВН-3 (типоразмер К20105). Первичными обмотками трансформаторов являются полосковые линии передачи, проходящие сквозь ферритовые кольца.
Вторичные обмотки трансформаторов выполнены в виде 6 витков изолированного медного провода диаметром 0,6 мм намотанного на кольца. Выбор указанного типоразмера ферритовых колец обусловлен требуемой мощностью сигнала проходящего через датчик. В рассматриваемом датчике, при мощности сигнала, превышающей 80 Вт, происходит перегрев ферритовых колец и изменение характеристик датчика. При мощности сигнала 40 Вт нагрев колец не превышает 45…50С.
Усилитель содержит четыре каскада усиления на транзисторах VT4, VT7, VT9, VT12, трансформатора импедансов Т1, сверхширокополосный датчик падающей и отражённой волны, схему управления током потребления на транзисторах VT8, VT10, VT14, схему автоматической регулировки усиления на транзисторе VT1.
Первые два каскада усиления работают в режиме с фиксированной рабочей точкой. Стабилизация токов покоя каскадов достигается благодаря применению схемы активной коллекторной термостабилизации, а сами токи покоя устанавливаются подбором номиналов резисторов R10 и R18.
Выходной и предоконечный каскады усилителя работают в режиме с автоматической регулировкой потребляемого тока. Начальные токи потребления транзисторов VT9, VT12 устанавливаются подбором нолминалов резисторов R23 и R29, а максимальные значения токов потребления каждого из каскадов устанавливаются подбором номиналов резисторов R33 и R34.
Предусмотрена защита усилителя от короткого замыкания нагрузки и от холостого хода. При изменении сопротивления нагрузки повышается КСВН, напряжение на выходе детектора отражённой волны растёт, открывается транзистор VT1, заземляя вывод 1 микросхемы DA1, тем самым понижая напряжение питания усилителя. При обрыве нагрузки или КЗ напряжение питания падает до 1…2 В.
Во всех каскадах усилителя использованы реактивные межкаскадные корректирующие цепи третьего порядка, где в качестве одного из элементов корректирующей цепи используется реактивная составляющая входного импеданса транзистора.
Оптимальное сопротивление нагрузки мощного транзистора, на которое он отдаёт максимальную мощность, составляет единицы Ом. Поэтому между выходным каскадом и нагрузкой усилителя включен трансформатор импедансов Т1 с коэффициентом трансформации 1:4, выполненный на длинных линиях с волновым сопротивлением 37 Ом и длиной 12 см.
В усилителе применена система охлаждения на транзисторах VT11,VT13, терморезисторе R26, резисторах R30, R32, R37 и конденсаторе С25. В схеме используется лавинный эффект, создаваемый резистором R32для постоянной частоты вращения вентилятора.
Дополнительная термозащита выполнена на транзисторе VT6, который закрывается при уменьшении сопротивления терморезистора R16. при этом увеличивается напряжение на диоде VD5. Это напряжение поступает на транзистор VT1 и открывает его, тем самым заземляя ножку 1 микросхемы DA1 и уменьшая напряжение питания.
При увеличении входного сигнала также происходит открывание транзистора VT1 и падение питающего напряжения.
В результате работы была разработана печатная плата, корпус и основание кассеты,