Ремонт принтеров, сканнеров, факсов и остальной офисной техники


назад Оглавление вперед




[23]

автоподстройки частоты (ФАПЧ) мощный автогенератор. Здесь входной сигнал и сигнал от автогенератора через усилители-ограничители 1, 2 поступают на фазовый детектор 3. Выходной сигнал фазового детектора воздействует на управляемый автогенератор 6 через два канала, устанавливая частоту его колебаний равной частоте входного сигнала. Первый из двух каналов содержит устройство коммутации-блокирования 4 и устройство поиска частоты 5, а второй - фильтр нижних частот 7 (ФНЧ). На выход всего тракта сигнал от автогенератора подается через развязывающее устройство 8.

На рис. 5.11 показана принципиальная схема обоих каналов кольца ФАПЧ и автогенератора для усилителя мощности диапазона 30 - 80 МГц. Здесь интегратор на транзисторах VT1, VT2 и эмиттерный повторитель на транзисторе VT4 представляют устройство поиска частоты; ключ на транзисторе VT3 и триггер на транзисторах У1 и У2 - часть устройства коммутации-блокирования; C2L2C3L3C4 - ФНЧ; варикапы VD2, VD3 и VD4, VD6 - управляющие элементы автогенератора, собранного на транзисторе VT5.

Рис. 5.10. Структурная схема усилителя на основе мощного автогенератора

Работает устройство ФАПЧ следующим образом. При включении питания начинается зарядка конденсатора С5, в результате чего напряжение на коллекторах транзисторов VT1 и VT2 возрастает. Изменение этого напряжения через эмиттерный повторитель VT4 и дроссель передается на варикапы VD4, VD6 и, изменяя их емкость, меняет частоту колебаний автогенератора. В момент совпадения частот генерируемого и входного сигналов на выходе фазового детектора появляется постоянное напряжение, которое, воздействуя на интегратор через цепь R1C1L1R2VD1, переводит его в режим усиления постоянного тока. В результате изменение частоты колебаний автогенератора прекращается. В этот момент в работу вступает второй канал, по которому напряжение от фазового детектора через ФНЧ подается на вторую пару варикапов VD2, VD3. В результате осуществляется непрерывная автоподстройка частоты генерируемого сигнала по частоте входного сигнала, обеспечивающая такую же частотную модуляцию колебаний автогенератора, как и у входного сигнала. Если по какой-либо причине синхронизация колебаний не наступила, то по достижении выходным напряжением эмиттерного повторителя значения напряжения стабилизации стабилитрона VD5 в работу вступают триггер У1, У2 и ключ VT3, разряжающий конденсатор С5. По возвращении триггера и ключа в исходное состояние (после разрядки конденсатора С5) процесс поиска частоты повторяется. Обычно синхронизация колебаний наступает на первом периоде поиска, занимающем по времени несколько миллисекунд.

Таким образом, в устройстве ФАПЧ с мощным автогенератором частота генерируемого сигнала совпадает с частотой входного сигнала, а его амплитуда значительно больше амплитуды входного сигнала, то есть в рассматриваемом устройстве происходит усиление частотно-модулированного сигнала. Однако от обычного усилителя оно отличается тем, что, усиливая полезный сигнал, одновременно отфильтровывает его от нежелательных колебаний. Действительно, согласно рис. 5.10 нежелательные колебания со входа попадают на выход устройства только через систему ФАПЧ, и, следовательно, занимаемая ими полоса частот вблизи частоты полезного сигнала определяется шириной полосы частот наиболее быстродействующего, а значит, и более широкополосного второго канала. Поэтому при ограничении полосы пропускания ФНЧ частотами 0,5 - 1 МГц, что необходимо для получения требуемого быстродействия, этими же частотами оказывается ограничена и та отстройка в ту или иную сторону от частоты полезного сигнала, начиная с которой ослабляются все посторонние колебания во входном сигнале, т. е. построенный на основе мощного автогенератора с ФАПЧ усилитель эквивалентен узкополосному электронно-перестраиваемому усилителю мощности с высокой селективностью.


Шум, являющийся одним из видов нежелательных колебаний, также должен ослабляться при прохождении через такой усилитель. Однако это происходит лишь при условии, что уровень собственного шума автогенератора ниже уровня шума во входном сигнале. В связи с этим далеко не безразлично, на каком транзисторе должен строиться и при каком уровне сигнала должен работать автогенератор. Из трех основных составляющих шума: тепловой, дробовой и полупроводниковой [57] - в диапазоне частот до 100 МГц в биполярных транзисторах преобладает дробовая, мощность которой пропорциональна току, а в полевых - тепловая, не зависящая от режима работы прибора. Отсюда следует, что с ростом мощности генерируемого сигнала (пропорциональной квадрату тока) отношение сигнал/шум улучшается быстрее в полевых, чем в биполярных, транзисторах. Однако, как показали испытания, не все полевые транзисторы обладают указанным преимуществом, а только их часть - приборы с горизонтальным каналом. В частности, при использовании одного из таких транзисторов в усилителе, построенном по рассмотренной схеме, при мощности выходного сигнала 2,5 Вт в диапазоне частот 30 - 80 МГц был получен уровень шума - 156 дБ в полосе 20 кГц при отстройках от частоты сигнала на 2% и более [73].

Если требуется больший уровень сигнала, то он может быть получен с помощью дополнительного усилителя, который, чтобы не ухудшать заметно отношение сигнал/шум, также должен выполняться на полевых транзисторах с горизонтальным каналом. Так, при использовании описанного управляемого автогенератора с дополнительным двухкаскадным усилителем [59] был обеспечен уровень шума - 150 дБ при выходной мощности 50 Вт в диапазоне частот 30 - 80 МГц при общем КПД 27 - 34%. Близкие характеристики были получены и в более высокочастотном усилителе с выходной мощностью 10 Вт, построенном по аналогичной схеме [66]. Эти усилители, как видно, уступают усилителям прямого покаскадного наращивания мощности по энергетическим и массогабаритным характеристикам. Применяя в них вместо полевых биполярные транзисторы, можно несколько улучшить КПД (ухудшая при этом шумовые характеристики), но в целом устранить отмеченные недостатки нельзя, поскольку их главная причина заключается в относительно большом потреблении энергии и громоздкости системы ФАПЧ с двумя каналами управления.

Более удачно с рассматриваемой точки зрения построение усилителя на основе автогенератора с однока-нальной ФАПЧ [74]. Канал поиска (см. рис. 5.10) здесь исключен, и управление частотой автогенератора осуществляется только по каналу слежения через ФНЧ. Непременным условием надежной работы такой системы является установка частоты неуправляемого автогенератора в диапазон частот, более узкий, чем полоса частот канала ФАПЧ. При этом следует учитывать, что воздействие различных дестабилизирующих факторов (изменение напряжения питания, температуры окружающей среды; реакция нагрузки; переходные процессы в момент включения и т. п.) приводят к большому уходу частоты автогенератора, что, в свою очередь, требует более широкой полосы частот канала ФАПЧ. В то же время при более широкой полосе уменьшаются достоинства рассматриваемого принципа построения усилителя в отношении фильтрации нежелательных колебаний, в том числе и шума. Однако, где это приемлемо, усилитель на основе автогенератора с одноканаль-ной ФАПЧ дает выигрыш по энергетическим, массгаба-ритным и стоимостным характеристикам в сравнении с усилителем прямого покаскадного усиления. Например, усилитель, приведенный на рис. 5.12, при выходной мощности 10 Вт в диапазоне частот 151 - 156 МГц и с чувствительностью 1 В на сопротивлении 50 Ом


характеризуется КПД 50% и вдвое меньшими объемом электронной части и стоимостью комплектующих изделий, чем усилитель прямого покаскадного усиления с такими же выходной мощностью, чувствительностью и КПД 43% [72].

Рис. 5.12. Схема усилителя с выходной мощностью 10 Вт для диапазона частот 151 - 156 МГц на основе мощного автогенератора

Основные узлы этого усилителя - автогенератор на 12 Вт, фазовый детектор на полевом транзисторе, цепь повышенного напряжения (VD6, С8, R6, VD7 на рис. 5.12), необходимого для управления варикапами автогенератора, и циркулятор W, резко ослабляющий влияние изменения нагрузки и наводимых в антенне радиопередатчика посторонних сигналов на работу автогенератора.

В заключение отметим, что усилитель на основе мощного управляемого автогенератора может быть использован не только для усиления частотно-модулированных, но и амплитудно-модулированных, в частности однополосных, сигналов. Особенно полезным представляется его применение в усилителях, построенных по методу раздельного усиления. Такие усилители, как отмечалось, отличаются высоким КПД, обеспечивая примерно такую же линейность усиления, как и обычные линейные усилители, работающие в недонапряженном режиме. Как известно, линейность усиления может быть повышена введением отрицательной обратной связи. Однако в данном случае обратную связь необходимо разделить на отрицательные обратные связи по амплитуде и по фазе, причем обратную связь по амплитуде ввести в канал усиления амплитудно-модулирован-ной, а обратную связь по фазе - в канал усиления частотно-модулированной составляющей однополосного сигнала. Если введение обратной связи по амплитуде обычно не вызывает затруднений, то реализация ее по фазе в широкополосных усилителях является довольно сложной задачей. Решить ее можно с применением усилителя на основе мощного управляемого автогенератора: он вводится в канал усиления частотно-модулированной составляющей сигнала и позволяет управлять фазой сигнала в широком диапазоне частот. Используя, таким образом, отрицательные обратные связи как по амплитуде, так и по фазе усиливаемого сигнала, можно добиться высокой линейности усиления, сохранив присущий методу раздельного усиления высокий КПД. При этом сохраняется и такое положительное качество усилителя на основе мощного управляемого автогенератора, как высокая степень фильтрации присутствующих во входном сигнале нежелательных колебаний. В [75], например, сообщается о построении такого усилителя (правда, с маломощным автогенератором и дополнительными каскадами усиления) с выходной мощностью около 100 Вт с КПД 55% в диапазоне частот 1 - 30 МГц при уровне комбинационных колебаний третьего порядка не хуже - 58 дБ.

5.4. АВТОМАТИКА И УПРАВЛЕНИЕ В УСИЛИТЕЛЯХ МОЩНОСТИ

Важной составной частью усилителя мощности являются цепи автоматики и управления. Их функции заключаются в стабилизации уровня выходного сигнала, защите транзисторов выходного каскада при нарушении нормальных условий эксплуатации, обеспечении возможности контроля основных характеристик и индикации работоспособности усилителя, а также во включении, переключении на пониженную мощность и выключении усилителя, коммутации фильтров и т. п. [74].

Две первые функции осуществляются путем изменения уровня сигнала по команде устанавливаемых в различных местах датчиков. Одним из таких датчиков является датчик согласования с нагрузкой. Обычно он устанавливается на выходе фильтра и дает информацию об отклонении нагрузки усилителя от установленного значения. С помощью этого же датчика устанавливается требуемый уровень сигнала ири работе на согласованную нагрузку. Электрическая схема датчика, примененного в усилителе с выходной мощностью 80 Вт диапазона 2 - 30 МГц, показана на рис. 5.13. Здесь информация о падающем и отраженном сигналах, получаемая посредством трансформатора тока Т1, конденсаторов С2 и С4, выпрямителей на диодах VDI и VD2, через усилитель У1 и диод VD3 поступает на усилитель постоянного тока цепи автоматической регулировки



[стр.Начало] [стр.1] [стр.2] [стр.3] [стр.4] [стр.5] [стр.6] [стр.7] [стр.8] [стр.9] [стр.10] [стр.11] [стр.12] [стр.13] [стр.14] [стр.15] [стр.16] [стр.17] [стр.18] [стр.19] [стр.20] [стр.21] [стр.22] [стр.23] [стр.24] [стр.25] [стр.26]