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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Amplificateur de puissance à transistor de la station de radio de première catégorie. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Amplificateurs de puissance RF L'opinion répandue selon laquelle il est impossible ou très difficile de construire un amplificateur de puissance transistorisé à large bande pour une station de radio de première catégorie repousse la plupart des ondes courtes de cette entreprise. La tâche fixée par l'auteur était de montrer la possibilité de construire, de décrire le circuit et les méthodes de réglage d'un amplificateur de puissance à transistor très fiable fournissant une puissance de sortie d'au moins 150 W avec les transistors de sortie dans diverses conditions défavorables en utilisant l'exemple d'un fonctionnement et en fonctionnement amplificateur de puissance linéaire conditions, telles que : fonctionnement pour une charge non adaptée, rupture de câble ou court-circuit dans le système antenne-alimentation, erreurs de commutation des filtres de bande, surchauffe du radiateur de refroidissement du transistor de l'amplificateur, etc. Lors de la construction d'un amplificateur, la préférence a été donnée aux transistors bipolaires pour un certain nombre de raisons :
Les principales caractéristiques de l'amplificateur de puissance large bande : - plage de fréquences de fonctionnement - 1,8 ... 30,0 MHz ; Fig. 1. Schéma du circuit de l'amplificateur de puissance Le signal de l'émetteur-récepteur va à la liaison en forme de L de l'atténuateur à commande électronique du circuit de protection de l'amplificateur de puissance en cas de désadaptation avec la charge. L'atténuateur est construit sur de puissantes diodes pin VD5 et VD6. Le circuit de commande est monté sur les transistors VT1 - VT4, VT6. Une caractéristique de ce circuit est de maintenir une valeur constante du courant total traversant les diodes VD5 et VD6. Dans l'état de fonctionnement de l'amplificateur, le transistor VT2 du circuit de commande de l'atténuateur est ouvert et VT3 est fermé. Un courant d'environ 5 mA traverse la diode à broche ouverte VD120. La chute de tension aux bornes de la résistance R9 est la tension de blocage pour la deuxième diode à broche VD6. L'atténuation maximale de la puissance du signal radio dans le circuit série C5, VD5, C9 de l'atténuateur en forme de L est de 0 dB. S'il y a une discordance entre l'amplificateur de puissance et la charge, la tension générée par le réflectomètre est transmise à travers la diode VD15 du circuit "OU" à la base du transistor VT6 de l'amplificateur différentiel. Il y a une redistribution du courant traversant les diodes VD5 et VD6, à la suite de quoi la perte du signal radio le long du circuit C5, VD5, C9 augmente jusqu'à 30 dB. Le circuit parallèle C7, VD6, R8 et C10 de l'atténuateur en forme de L sert à stabiliser l'impédance d'entrée de l'amplificateur de puissance et garantit que la résistance de charge de l'émetteur-récepteur est constante. Ainsi, avec une diode à broche complètement ouverte VD6, la composante active de la résistance des circuits C7, VD6, R8 et C10 est de 50 ohms. Dans ce cas, la résistance R8 dissipe toute la puissance du signal à l'entrée de l'amplificateur. A l'aide de la résistance R1, la tension de commutation de seuil de l'atténuateur à commande électronique est ajustée. La LED H1 est un indicateur de l'inadéquation entre l'amplificateur de puissance et la charge. La lueur de la LED est pulsée. La fréquence de lueur est de 25 à 30 Hz, déterminée par la constante de temps de la décharge du condensateur C12 à travers la résistance R17 et la résistance d'entrée du transistor VT6. L'amplificateur de puissance push-pull est réalisé sur des transistors VT11 et VT12 de type KT957A. La tension de polarisation autonome de chaque transistor amplificateur de puissance est réglée à l'aide de deux stabilisateurs montés sur les transistors VT7, VT9 et VT8, VT10. La présence de sources autonomes de tension de polarisation initiale des transistors de sortie fonctionnant en mode B permet d'éliminer l'étalement des facteurs de gain des transistors et d'obtenir une caractéristique d'amplitude linéaire de l'amplificateur de puissance. Le réglage de la tension de polarisation initiale des transistors est réalisé par des résistances variables R18 et R19. Les stabilisateurs effectuent simultanément une stabilisation en température du courant de repos des transistors de sortie de l'amplificateur de puissance. Comme capteurs de température, on utilise les transistors VT7 et VT8 de type KT904A, placés à côté des transistors KT957A. Le transformateur d'équilibrage T1 avec un rapport de transformation de 4:1 fait correspondre l'entrée asymétrique de 50 ohms de l'amplificateur de puissance avec les résistances d'entrée des transistors VT11 et VT12, dont la composante active est de 1,3 ... 1,8 ohms. Le transformateur T2 alimente les circuits collecteurs des transistors VT11 et VT12, en équilibrant la forme de la tension sur les collecteurs des transistors afin de réduire le niveau d'harmoniques paires dans le circuit collecteur, ainsi qu'en créant une rétroaction négative dépendant de la fréquence. Le transformateur d'équilibrage T3 avec un rapport de transformation de 1:3 fournit une transition de la faible résistance de sortie des transistors à une sortie asymétrique avec une résistance de 50 ohms. Des circuits de correction R20, C20 et R21, C21 assurent une adaptation des impédances d'entrée de l'amplificateur et une diminution du gain aux basses fréquences. Le circuit formé par l'enroulement secondaire du transformateur T 1 et le condensateur C15 ; un circuit constitué des résistances R26 et R27 et d'un circuit formé par l'enroulement secondaire du transformateur T2 et le condensateur C27 ; de plus, le circuit formé par l'enroulement primaire du transformateur TK et le condensateur C36 fournit une augmentation de la caractéristique amplitude-fréquence de l'amplificateur aux hautes fréquences (20 - 30 MHz). Les circuits de correction de réponse en fréquence de l'amplificateur de puissance permettent d'obtenir une inégalité de gain de puissance inférieure à 2 dB dans la gamme de fréquence de 1,8 à 30 MHz. Les diodes VD11, VD13 et VD12, VD14 sont utilisées pour protéger les transistors VT11 et VT12 des surtensions dans le circuit collecteur. Le réflectomètre du circuit de protection de l'amplificateur de puissance comprend : un capteur d'ondes réfléchies réalisé sur un transformateur de courant T4, des condensateurs C43, C44 et un redresseur à base d'une diode VD17 ; Amplificateur DC sur les transistors VT13, VT14 et le circuit "OU" sur les diodes VD15 et VD16. La résistance variable R37 définit le seuil requis pour le fonctionnement du circuit de protection SWR. L'amplificateur différentiel de l'atténuateur à commande électronique est alimenté par une tension non stabilisée de +18 V. Les circuits de polarisation des transistors de sortie de l'amplificateur de puissance et l'UPT du réflectomètre sont alimentés par un régulateur de tension réalisé sur la puce DA1 et le régulateur transistor VT5. La consommation de courant maximale mais la valeur +12 V - pas plus de 0,5 A. La tension de sortie du stabilisateur est ajustée par la résistance R15. L'alimentation du circuit collecteur de l'amplificateur de puissance consiste en un redresseur double alternance, assemblé dans un circuit en pont sur les diodes VD7 ... VD10 et un stabilisateur de compensation sur les transistors VT15, VT16, VT17 et une puce DA2, qui a une protection contre les surintensités et K3. Pour obtenir un courant dans la charge jusqu'à 13 A, une connexion en parallèle de deux transistors de commande VT15 et VT16 de type 2T827A avec des résistances d'égalisation dans les circuits d'émetteur a été utilisée. La quantité de chute de tension à travers l'une de ces résistances sert de tension de commande pour le circuit de protection contre les surintensités. La tension de sortie du stabilisateur est ajustée par une résistance variable R38. La chute de tension aux bornes de la résistance R46 est utilisée pour contrôler le courant de l'amplificateur de puissance avec un microampèremètre RL1 avec une échelle ne dépassant pas 200 μA. La LED H2 est utilisée pour indiquer le mode de surcharge de l'amplificateur de puissance du circuit collecteur de l'amplificateur de puissance. La LED H2 sert au circuit amplificateur, alimentation. La LED H2 s'éteint si le courant de charge dépasse la valeur de seuil. Afin d'augmenter la fiabilité de l'amplificateur, des fusibles pour un courant de 12 A et 25 A sont respectivement inclus dans les circuits +0,5 V et +15 V. Pour filtrer les composantes harmoniques du signal radio à la sortie de l'amplificateur de puissance, des filtres passe-bas à six bandes du 5ème ordre (Fig.2) avec une caractéristique Chebyshep sont installés, ayant un coefficient de réflexion maximal dans la bande passante de 10% , ce qui correspond à SWR < 1,2 et perte de puissance - 0,2 dB. Résistances de charge d'entrée et de sortie 50 Ohm. Le tableau montre les valeurs des éléments filtrants et leurs fréquences de coupure (fcp).
Puissance réactive des condensateurs de filtrage - 200 VAr. Il est permis de connecter des condensateurs identiques en parallèle avec une valeur unitaire de puissance réactive plus petite, mais le total n'est pas inférieur à 200 VAr. Tableau 1
Ici : d - longueur d'enroulement. D - diamètre extérieur de la bobine Diamètre et type de fil PEV-2 1,2. Pour les gammes 1.8 ; Les bobines de 3.5 et 7,0 MHz sont à enroulement solide. Les résistances sont fixées avec de la colle BF2. L'amplificateur de puissance est monté sur deux circuits imprimés montés sur des radiateurs pour refroidir les transistors de l'amplificateur. Sur la première carte de circuit imprimé, l'amplificateur de puissance lui-même, un atténuateur en forme de L, un circuit de protection et des stabilisateurs de tension de polarisation sont assemblés. La carte de circuit imprimé est montée sur un radiateur sur lequel sont placés les transistors VT11, VT12, VT7, VT8 et les diodes pin VD5, VD6. Les dimensions du radiateur sont de 120x250x60 mm. La hauteur des nervures est de 45 mm, la distance entre elles est de 15 mm. Des stabilisateurs de tension +12 V et +25 V sont montés sur la deuxième carte de circuit imprimé. La carte de circuit imprimé, les transistors de régulation VT5, VT15, VT16, les diodes VD7 - VD10 et le microcircuit DA2 sont installés sur le deuxième radiateur de refroidissement de l'amplificateur de puissance. . Les dimensions de ce radiateur sont de 120x200x60 mm. La hauteur des nervures et la distance entre elles sont les mêmes que pour le premier radiateur. Des transistors de régulation et des diodes de redressement sont installés sur le radiateur sur des entretoises électriquement isolantes en aluminium avec un revêtement isolant oxydé à l'anode. Les radiateurs de refroidissement sont les éléments structurels de support de l'amplificateur de puissance. Ainsi, le premier radiateur avec transistors de sortie, connecteurs RF et IF de l'amplificateur de puissance est la paroi arrière du châssis, et le deuxième radiateur agit comme une paroi latérale. À l'intérieur du boîtier du châssis se trouvent des filtres de bande passe-bas avec un commutateur de plage de biscuits, des condensateurs électrolytiques C3 et C39 et un transformateur de puissance d'une puissance globale d'au moins 350 W (non représenté sur le schéma électrique). Les types d'éléments radio suivants sont utilisés dans l'amplificateur de puissance : résistances fixes C2 - 33N, MLT, C5-1 b MB ; résistances variables - SP3 ou SP5; condensateurs C5 - C10, C32, C34, C33, C35-KM-4, le reste - KM-5, KM-6 KT-3, K 10-17; condensateurs électrolytiques K50-6, K50-18 ; selfs L1, L2, L3, L4, L5, L10 - DM0,6 ou similaire. Les inducteurs L6 - L9 sont enroulés sur un noyau magnétique annulaire en matériau 1000 NM de taille K18x8x5 et contiennent 7 spires de fil PEL-2 0,8. Le transformateur T1 est composé de trois noyaux magnétiques fermés en forme de Sh collés de la marque M2000 HM, taille Sh5x5. L'enroulement primaire contient 4 tours de fil MPO 0,35, passés à l'intérieur de cadres rectangulaires en laiton soudés, étroitement insérés dans les fenêtres du circuit magnétique en forme de W. Des cadres rectangulaires, interconnectés d'un côté par un cavalier, forment une spire tridimensionnelle de l'enroulement secondaire du transformateur T1. Le transformateur T2 est réalisé sur un circuit magnétique en anneau de la marque 1000 NM, taille K32 x 20 x 6. Le transformateur contient 7 tours de torsion à partir de 8 fils de la marque PUL-2 0,8 avec un pas d'une torsion par centimètre. Quatre brins forment l'enroulement primaire, les quatre autres forment l'enroulement secondaire du transformateur. La bobine de connexion est réalisée avec du fil MPO 0,35, passé à travers le noyau magnétique. Le transformateur T3 est fabriqué de manière similaire au transformateur T1 à partir de quatre circuits magnétiques fermés en forme de W collés de la marque M2000 NM, taille Sh7x7. L'enroulement primaire du transformateur est une bobine de volume, le secondaire est constitué de trois spires de fil MPO 0,35, enfilées à l'intérieur de la bobine de volume. Le transformateur de courant T4 du capteur à ondes réfléchies est réalisé sur un circuit magnétique annulaire de marque M20V42, taille K20x10x5. L'enroulement primaire est un fil de montage passé dans le circuit magnétique, l'enroulement secondaire contient 20 spires de fil PELSHO 0,15. La configuration de l'amplificateur de puissance se fait dans l'ordre suivant. Tout d'abord, tous les appareils entrants sont configurés: stabilisateurs, réflectomètre, amplificateur différentiel et autres, puis un réglage complet de l'amplificateur dans son ensemble est effectué. Des instruments sont nécessaires pour le réglage: un avomètre, un oscilloscope avec une bande de fréquences de fonctionnement allant jusqu'à 50 MHz, un analyseur de spectre ou un récepteur de mesure avec une plage de fréquences allant jusqu'à 80 - 100 MHz, un compteur SWR, une charge non inductive résistance pour une puissance allant jusqu'à 100 - 200 W, un générateur de signaux standard G4- 118 ou un émetteur-récepteur toutes bandes avec une puissance de sortie d'au moins 20 watts. La mise en place d'un amplificateur de puissance commence par une vérification autonome du fonctionnement des redresseurs et des stabilisateurs de tension +12 V et +25 V. Les résistances variables R15 et R38 définissent les valeurs de tension requises par le circuit. Le régulateur de tension +12 V est testé en connectant une résistance de charge de 15 ohms à l'émetteur du transistor VT5, tandis que la variation de la tension de sortie du régulateur ne doit pas dépasser 0,1 V et l'ondulation de sortie ne doit pas dépasser 50 mV . La vérification du fonctionnement du stabilisateur de tension +25 V, la détermination du seuil de fonctionnement de la protection par courant est effectuée lorsqu'une résistance de charge de 1,5 - 4 Ohm est connectée. La charge est réalisée sous la forme d'une bobine avec des robinets en fil de nichrome d'un diamètre de 1 mm, enroulés sur un cadre en céramique avec un pas de 2 à 3 mm. Le test du stabilisateur est effectué en plaçant la charge décrite dans un bocal de trois litres d'eau froide. La valeur du courant est contrôlée par un ampèremètre avec une échelle d'au moins 15 A. Le stabilisateur doit fonctionner de manière stable à des courants de charge jusqu'à 13 A. La valeur de courant seuil à laquelle la tension de sortie du stabilisateur tombe à 2 ... 3 V ne doit pas dépasser 14 ... 14,5, XNUMX A. Le seuil de protection en courant (1e) peut être ajusté en sélectionnant les résistances R41 et R42. La valeur de Ia peut être déterminée par la formule Ia=1,4/R41=1,4/R42 La diminution de la tension de sortie du stabilisateur + 25V au courant de charge maximal ne doit pas dépasser 1 V et l'amplitude de l'ondulation ne doit pas dépasser 400 mV. En choisissant la valeur de la résistance R30, vous pouvez régler la température maximale de chauffage du cristal de la puce DA2 installée" sur un seul dissipateur de l'amplificateur de puissance. Lorsque la température du dissipateur est supérieure à +90°C, la protection thermique du La puce DA2 est activée, ramenant la tension à la sortie du stabilisateur à zéro. Les stabilisateurs de tension de polarisation sont réglés avec les bases des transistors de sortie VT11, VT12 désactivées. Pendant le processus de réglage, la possibilité d'ajuster la tension de sortie entre 0,5 ... 0,65 V est vérifiée à un courant de charge maximal allant jusqu'à 0,2 A. Le réglage des stabilisateurs est complété par le réglage de la valeur minimale de la tension de sortie. Le réglage du capteur d'onde réfléchie est traditionnel et a été décrit à plusieurs reprises dans la littérature. UPT sur les transistors VT13, VT14 fournit la formation d'une tension sur le collecteur VT13, égale à + (0-0,7) V en l'absence et + (10 - 11,5) V en présence d'une désadaptation de charge. La résistance R37 définit le seuil de fonctionnement du circuit de protection en fonction de la valeur SWR de charge supérieure à 3. Le fonctionnement de l'amplificateur différentiel, qui est le circuit de commande de l'atténuateur en L sur diodes pin, est vérifié lorsqu'une tension constante Uk, variant de 6 à 0V, est appliquée à l'entrée du circuit "OU" (prise XS12 ). À Uk \u0d 2 V, la tension sur le collecteur VT17 doit être de +3 V et sur le collecteur VT0 - 9 V. La chute de tension aux bornes de la résistance R10 doit être d'au moins 7 V. À Uk \u1d 2B, en ajustant la résistance R 3, les transistors de sortie VT1, VT2 sont commutés amplificateur différentiel et la lueur de la LED H3. L'intervalle de changement de Uk, auquel la commutation des transistors VT0,7 et VT1, ne doit pas dépasser 51 V. La vérification du bon fonctionnement de l'atténuateur à diodes broches est effectuée lorsque le signal RF du GSS ou de l'émetteur-récepteur est envoyé à l'entrée XS1 et que le signal RF est mesuré par un oscilloscope sur une résistance de charge d'une résistance de 0 ohms, qui est connecté à la place de l'enroulement primaire du transformateur TXNUMX. Avec Uk=XNUMX V, la tension RF aux bornes de la résistance de charge doit être la même qu'à l'entrée XS1 dans toute la gamme des fréquences de fonctionnement de l'amplificateur et la puissance du GSS ou de l'émetteur-récepteur ne dépasse pas 20 watts. Avec Uk = 10 V et toutes les autres conditions étant égales, la tension RF aux bornes de la résistance de charge doit être au moins 30 fois inférieure à celle de l'entrée XS1. Avant de configurer l'amplificateur de puissance, le circuit de rétroaction, composé de R26, C25, R27, C26 et la bobine de connexion sur le transformateur d'équilibrage T2, doit être ouvert. Le réglage de l'amplificateur de puissance doit être effectué avec une charge allumée en permanence avec une résistance de 50 ohms, qui peut être effectuée comme décrit dans [2]. Afin de protéger les transistors de forte puissance, il est recommandé d'installer un fusible 5A la première fois que vous allumez l'amplificateur de puissance. Le courant initial des transistors VT11, VT12 de l'amplificateur de puissance est d'abord fixé par la résistance R18 à une valeur de 150 ... 200 mA, puis par la résistance R19 le courant total du circuit collecteur de l'amplificateur est augmenté à 300 ... 400 mA. L'exactitude de l'activation de la boucle de communication est vérifiée pour la stabilité de l'amplificateur de puissance à l'excitation RF lorsqu'un signal d'une puissance ne dépassant pas 1 à 0,5 W est appliqué à l'entrée XS1,0. Lorsque l'amplificateur est excité, ce qui se traduit par une forte augmentation du courant de collecteur avec une augmentation régulière du signal d'entrée, les extrémités de la bobine de connexion du transformateur T2 sont inversées. Avec un réglage complexe de l'amplificateur, il est souhaitable d'utiliser le GSS G4-118 comme générateur de signal, dont la puissance de sortie maximale est de 3 W et la plage de fréquences de fonctionnement est de 0,1 ... 30 MHz. En appliquant un signal GSS modulé en amplitude avec une profondeur de modulation d'au moins 50% et une amplitude d'au plus 10 V à l'entrée de l'amplificateur de puissance, les résistances variables R18 et R 19 permettent d'obtenir une forme symétrique de l'enveloppe du signal observée sur l'écran d'un oscilloscope connecté à la charge. Lors de ce réglage, il est nécessaire de contrôler le courant initial du circuit collecteur de l'amplificateur de puissance, qui ne doit pas dépasser 300 ... 400 mA. Les condensateurs C15, C27 et C36 permettent d'augmenter la réponse en fréquence de l'amplificateur de puissance à des fréquences de 25 ... 30 MHz. Le contrôle du niveau de puissance des composantes harmoniques du signal de sortie de l'amplificateur, de la présence de modulation parasite haute fréquence ou basse fréquence est réalisé à l'aide d'un analyseur de spectre ou d'un récepteur de mesure. Si une modulation parasite se produit dans l'amplificateur, il est nécessaire d'augmenter les condensateurs de blocage dans les circuits de collecteur et de base des transistors de sortie VT11 et VT12. La vérification finale du fonctionnement de l'amplificateur de puissance est effectuée avec l'émetteur-récepteur connecté à l'entrée PA, lors de la mesure de la tension à la charge sur toutes les bandes amateur. Étant donné que la puissance de sortie de l'amplificateur dans ce cas atteindra 200 W et que les tests peuvent être longs, un flux d'air forcé vers le radiateur de l'amplificateur de puissance est nécessaire, ce qui est obligatoire pour un fonctionnement à long terme. Le réglage préliminaire du système de protection de l'amplificateur est effectué en ajustant la résistance R37 jusqu'à ce que la LED H1 s'allume à un niveau de puissance de sortie ne dépassant pas 30 - 40 W et une résistance de charge de l'amplificateur de 200 Ohms (SWR-4). En déconnectant la charge ou en la fermant, le fonctionnement du système de protection de l'amplificateur est vérifié. Avec le bon fonctionnement du système de protection, son réglage final est effectué à la puissance nominale de l'amplificateur. Il est à noter qu'en réduisant la puissance de sortie de l'amplificateur, il est possible d'atteindre son fonctionnement normal pour une charge fortement désadaptée. La mesure des principaux paramètres d'un amplificateur de puissance accordé est effectuée avec les filtres passe-bande inclus, dont le réglage consiste à vérifier la conformité des fréquences de coupure avec les valeurs indiquées dans le tableau 1. littérature 1. Zavrazhnov Yu. et al.Puissants transistors haute fréquence. - M. : Radio et communication, 1985. Auteur : V. Usov, Novossibirsk ; Publication : N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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