Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ АМПЛИТУДОЙ МОЩНЫХ ПЕРИОДИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Изобретение относится к радиотехнике, в частности - к технике радиосвязи, и может быть использовано в качестве управляемого аттенюатора систем защиты передатчиков теле- и радиовещания от перегрузок по входу и от рассогласования по выходу.

Известно устройство управления амплитудой электрических сигналов, содержащее p-i-n-диод, включенный параллельно с нагрузкой [1, рис 6.2, а]. Недостатком такого устройства управления амплитудой электрических сигналов является малый диапазон регулируемых сигналов, ограниченный амплитудой, равной 1…2 В.

Известно также устройство управления амплитудой периодических сигналов, являющееся одновременно устройством защиты полосового усилителя мощности от перегрузок, содержащее цепь обратной связи, в состав которой входят направленный ответвитель (НО), выполненный в виде отрезка двух связанных линий, вход первой из которых нагружен на согласованную нагрузку НО, детектор, вход которого подключен к выходу первой линии НО, и блок управления, вход которого соединен с выходом детектора, вход второй линии НО подключен к выходу полосового усилителя мощности, а ее выход подключается к нагрузке полосового усилителя мощности, транзистор, база которого подключена к выходу блока управления, коллектор соединен с общим для полосового усилителя мощности и цепи обратной связи проводником, а эмиттер транзистора образует выход цепи обратной связи, подключаемый к входу полосового усилителя мощности [2].

Недостатком такого устройства управления амплитудой периодических сигналов является малый динамический диапазон сигналов на выходе устройства управления, ограниченный амплитудой выходных сигналов, равной 7…10 В, что обусловлено малыми предельно допустимыми напряжениями база-эмиттер современных транзисторов [3].

Наиболее близким к заявляемому объекту по максимальному числу существенных признаков является устройство управления амплитудой периодических сигналов, содержащее общий для всего устройства проводник, вход устройства, вход управляющего сигнала, выход устройства, первый электрический фильтр, вход которого соединен с входом устройства, второй электрический фильтр, выход которого соединен с выходом устройства, биполярный транзистор, эмиттер которого соединен с выходом первого и входом второго электрических фильтров, а коллектор - с общим для всего устройства проводником, и резистор, первый вывод которого соединен с базой биполярного транзистора, а второй вывод - с входом устройства для управляющего сигнала [4, рис.2].

Недостатком устройства-прототипа является малый динамический диапазон сигналов на выходе устройства управления амплитудой гармонических сигналов, ограниченный амплитудой выходных сигналов, равной 7…10 В, что обусловлено малыми предельно допустимыми напряжениями база-эмиттер современных транзисторов [3].

Задача, на достижение которой направлено предлагаемое решение, - создание устройства управления амплитудой мощных периодических сигналов, обеспечивающего высокий динамический диапазон сигналов на его выходе (до значений во много раз превышающих предельно допустимые напряжения база-эмиттер современных биполярных транзисторов).

Решение поставленной задачи достигается тем, что в устройство управления амплитудой периодических сигналов, содержащее общий для всего устройства проводник, вход устройства, вход управляющего сигнала, выход устройства, первый электрический фильтр, вход которого соединен с входом устройства, второй электрический фильтр, выход которого соединен с выходом устройства, биполярный транзистор, и резистор, первый вывод которого соединен с базой биполярного транзистора, введены первый конденсатор, первый вывод которого соединен с выходом первого электрического фильтра, а второй вывод - с коллектором биполярного транзистора, второй конденсатор, первый вывод которого соединен с входом второго электрического фильтра, а второй вывод - с коллектором биполярного транзистора, катушка индуктивности, первый вывод которой соединен с коллектором биполярного транзистора, а второй вывод - с входом управляющего сигнала, при этом эмиттер биполярного транзистора и второй вывод резистора соединены с общим для всего устройства проводником.

На фиг.1 и 2 представлены функциональная схема предложенного устройства управления амплитудой мощных периодических сигналов и принципиальная электрическая схема макета такого устройства.

Устройство управления амплитудой мощных периодических сигналов (фиг.1) содержит общий для всего устройства проводник, вход устройства, вход управляющего сигнала, выход устройства, первый электрический фильтр 1, вход которого соединен с входом устройства, второй электрический фильтр 2, выход которого соединен с выходом устройства, биполярный транзистор 3, резистор 4, первый вывод которого соединен с базой биполярного транзистора 3, первый конденсатор 5, первый вывод которого соединен с выходом первого электрического фильтра 1, а второй вывод - с коллектором биполярного транзистора 3, второй конденсатор 6, первый вывод которого соединен с входом второго электрического фильтра 2, а второй вывод - с коллектором биполярного транзистора 3, катушка индуктивности 7, первый вывод которой соединен с коллектором биполярного транзистора 3, а второй вывод - с входом управляющего сигнала, при этом эмиттер биполярного транзистора 3 и второй вывод резистора 4 соединены с общим для всего устройства проводником.

Предлагаемое устройство управления амплитудой мощных периодических сигналов работает следующим образом. На вход управляющего сигнала подается постоянное напряжение управления U_упр, закрывающее биполярный транзистор 3. В случае использования в качестве биполярного транзистора 3 n-p-n-транзистора, как показано на фиг.1, это напряжение имеет положительную полярность. При подаче на вход устройства мощного периодического сигнала, имеющего амплитуду меньше, чем значение постоянного напряжения управления, биполярный транзистор 3 остается закрытым. Входной сигнал беспрепятственно проходит на выход и поступает в нагрузку, подключаемую к выходу устройства. При подаче на вход устройства мощного периодического сигнала, имеющего амплитуду больше, чем значение постоянного напряжения управления, в определенный момент времени напряжение на коллекторе биполярного транзистора 3 становится меньше, чем напряжение на его эмиттере. Биполярный транзистор 3 открывается и входит в режим насыщения, глубина которого определяется номиналом резистора 4 (биполярный транзистор 3 оказывается в режиме инверсного включения [5]). В этом случае происходит отсечка части мощного периодического сигнала, и напряжение отсечки становится равным значению постоянного напряжения управления. Изменение значения постоянного напряжения управления приводит к изменению угла отсечки мощного периодического сигнала. Катушка индуктивности 7 используется для устранения шунтирующего действия выходного сопротивления генератора постоянного напряжения управления на работу устройства управления. При уменьшении постоянного напряжения управления до нуля амплитуда напряжения периодического сигнала на выходе устройства оказывается равной напряжению насыщения биполярного транзистора 3 при его инверсном включении.

Между обозначениями объектов, представленных на фиг.1 и 2, имеются следующие соответствия: фильтр 1 соответствует фильтру, образованному элементами C1, С2, L1, L2; фильтр 2 - фильтру, образованному элементами С5, С6, L4, L5; транзистор 3 - транзистору VT1; резистор 4 - резистору R1; конденсатор 5 - конденсатору С3; конденсатор 6 - конденсатору С4; катушка индуктивности 7 - катушке индуктивности L3.

Экспериментальное исследование макета устройства управления амплитудой мощных периодических сигналов, принципиальная электрическая схема которого приведена на фиг.2, проводилось при подаче на вход устройства периодического сигнала с частотой, равной 30 МГц. Амплитуда сигнала составляла 40 В, сопротивление нагрузки, подключаемой к выходу устройства, равнялось 50 Ом. Результаты исследований зависимости амплитуды выходного напряжения от величины напряжения управления приведены на фиг.3 (точками на фиг.3 обозначены экспериментальные данные). На фиг.4 приведены результаты исследований зависимости амплитуды выходного напряжения от величины напряжения управления для макета устройства управления, реализованного по схеме прототипа. Как видно из графика, приведенного на фиг.4, макет устройства управления, реализованного по схеме прототипа, не позволяет получить амплитуду выходного напряжения более 7,5 В, что обусловлено пробоем перехода база-эмиттер транзистора КТ939А, на основе которого был выполнен макет прототипа.

Технический эффект от использования предложенного устройства управления амплитудой мощных периодических сигналов по сравнению с устройством-прототипом состоит в расширении динамического диапазона сигналов на его выходе до значений, во много раз превышающих предельно допустимые напряжения база-эмиттер современных биполярных транзисторов.

Источники информации

1. Пикосекундная импульсная техника / В.Н.Ильюшенко, Б.И.Авдоченко, В.Ю.Баранов и др. / Под ред. В.Н.Ильюшенко. - М.: Энергоатомиздат, 1993. - 368 с.

2. Титов А.А., Ильюшенко В.Н. Устройство для защиты усилителя мощности от перегрузки // Патент РФ №2217861. - Опубл. 27.11.2003. Бюл.№33.

3. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. 12-е изд. Том I: пер. с нем. - М.: ДМК Пресс, 2008. - 832 с.

4. Титов А.А. Регулировка и модуляция амплитуды мощных сигналов // Электросвязь. - 2007. - №12. - С.46-48 - прототип.

5. Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. - М.: Энергия, 1977. - 672 с.