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无线电电子与电气工程百科全书 第一类广播电台晶体管功率放大器。 无线电电子电气工程百科全书
人们普遍认为，为第一类无线电台建造宽带晶体管功率放大器是不可能或非常困难的，这使大多数短波人士远离这项事业。 作者设定的任务是展示构建、描述电路和设置方法的可能性，用于提供至少 150 W 输出功率的高可靠性晶体管功率放大器，输出晶体管在各种不利条件下使用操作示例以及线性功率放大器运行中的各种情况，例如：负载不匹配、天馈系统中的电缆断裂或短路、带状滤波器的切换错误、放大器晶体管冷却散热器过热等。 在构建放大器时，出于多种原因，首选双极晶体管：
宽带功放的主要特点： - 工作频率范围 - 1,8 ... 30,0 MHz； 在与负载不匹配的情况下，来自收发器的信号进入功率放大器保护电路的电控衰减器的 L 形链路。 衰减器建立在强大的 pin 二极管 VD5 和 VD6 之上。 控制电路组装在晶体管VT1-VT4、VT6上。 该电路的一个特点是保持流过二极管 VD5 和 VD6 的总电流值恒定。 在放大器工作状态下，衰减器控制电路的晶体管VT2断开，VT3闭合。 大约5mA的电流流过开路引脚二极管VD120。 电阻器R9两端的电压降是第二pin二极管VD6的阻断电压。 L型衰减器串联电路C5、VD5、C9对无线电信号功率的最大衰减为0dB。 如果功率放大器和负载不匹配，反射计产生的电压通过“或”电路的二极管VD15馈送到差分放大器的晶体管VT6的基极。 流经二极管 VD5 和 VD6 的电流重新分配，因此沿电路 C5、VD5、C9 的无线电信号损失增加至 30 dB。 L型衰减器的并联电路C7、VD6、R8和C10起到稳定功放输入阻抗的作用，保证收发器的负载电阻恒定。 因此，使用完全开路的 pin 二极管 VD6，电路 C7、VD6、R8 和 C10 的电阻的有源分量为 50 欧姆。 在这种情况下，电阻器 R8 会消耗放大器输入端的所有信号功率。 在电阻R1的帮助下，调节电控衰减器的阈值开关电压。 H1 LED 是功率放大器和负载不匹配的指示器。 LED 的发光是脉冲的。 辉光频率为 25 - 30 Hz，由电容器 C12 通过电阻器 R17 放电的时间常数和晶体管 VT6 的输入电阻决定。 推挽式功率放大器是在KT11A型晶体管VT12和VT957上制作的。 使用组装在晶体管 VT7、VT9 和 VT8、VT10 上的两个稳压器来设置每个功率放大器晶体管的自主偏置电压。 在模式B中操作的输出晶体管的初始偏置电压的自主源的存在使得可以消除晶体管的增益因子的扩展并获得功率放大器的线性幅度特性。 晶体管初始偏置电压的调节是通过可变电阻R18和R19来实现的。 稳定器同时对功率放大器的输出晶体管的静态电流进行温度稳定。 作为温度传感器，使用 KT7A 型晶体管 VT8 和 VT904，放置在 KT957A 晶体管旁边。 变比为 1:4 的平衡变压器 T1 将功率放大器的不平衡 50 欧姆输入与晶体管 VT11 和 VT12 的输入电阻相匹配，其有源分量为 1,3 ... 1,8 欧姆。 变压器 T2 为晶体管 VT11 和 VT12 的集电极电路供电，平衡晶体管集电极上的电压波形，以降低集电极电路中的偶次谐波水平，并产生与频率相关的负反馈。 变比为 3:1 的平衡变压器 T3 提供了从晶体管的低输出电阻到电阻为 50 欧姆的单端输出的转换。 校正电路 R20、C20 和 R21、C21 提供放大器输入阻抗的匹配和低频增益的降低。 由变压器T1的次级绕组和电容器C15组成的电路； 由电阻R26、R27和变压器T2的次级绕组和电容C27组成的电路； 此外，由变压器 TK 的初级绕组和电容器 C36 形成的电路提高了放大器在高频（20 - 30 MHz）下的幅频特性。 功率放大器的频率响应校正电路可以在2到1,8MHz的频率范围内获得小于30dB的功率增益不均匀性。 二极管 VD11、VD13 和 VD12、VD14 用于保护晶体管 VT11 和 VT12 免受集电极电路中的过压。 功放保护电路的反射计包括：由电流互感器T4、电容器C43、C44和基于VD17二极管的整流器制成的反射波传感器。 直流放大器由晶体管VT13、VT14和二极管VD15、VD16组成“或”电路。 可变电阻器R37设置SWR保护电路操作所需的阈值。 电控衰减器的差分放大器由+18V的不稳定电压供电。功率放大器的输出晶体管和反射计的UPT的偏置电路由DA1芯片上制作的稳压器和调节器供电。晶体管VT5。 最大电流消耗但值+12V - 不超过0,5A。稳定器的输出电压由电阻R15调节。 功放集电极电路的电源由二极管VD7...VD10上按桥式电路组装的全波整流器和晶体管VT15、VT16、VT17上的补偿稳压器和具有保护功能的DA2芯片组成。针对过流和K3。 为了在负载中获得高达 13 A 的电流，使用了两个 15T16A 型调节晶体管 VT2 和 VT827 的并联连接，发射极电路中具有均衡电阻。 这些电阻器之一上的电压降量用作过流保护电路的控制电压。 稳压器的输出电压由可变电阻R38调节。 电阻R46两端的压降用RL1微安表控制功放的电流，量程不超过200μA。 LED H2 用于指示功放集电极电路功放的过载模式。 LED H2 为放大电路供电。 如果负载电流超过阈值，LED H2 熄灭。 为了提高放大器的可靠性，在 +12 V 和 +25 V 电路中分别包含 0,5 A 和 15 A 电流的保险丝。 为了在功率放大器的输出端滤除无线电信号的谐波分量，安装了六个具有切比雪普特性的 5 阶低通滤波器（图 2），通带内的最大反射系数为 10% ，对应于 SWR < 1,2 和功率损耗 - 0,2 .50 dB。 输入和输出负载电阻 XNUMX 欧姆。 该表显示了滤波器元素的值及其截止频率（fcp）。
滤波电容器的无功功率 - 200 VAr。 允许将相同的电容器并联，无功功率的单位值较小，但总量不小于 200 VAr。 表1
式中：d——绕组长度。 D——线圈外径 电线 PEV-2 的直径和类型 1,2。 对于范围 1.8； 3.5 和 7,0 MHz 线圈是实心缠绕的。 线圈用BF2胶固定。 功率放大器组装在两个安装在散热器上的印刷电路板上，用于冷却放大器的晶体管。 在第一块印刷电路板上，组装了功率放大器本身、L形衰减器、保护电路和偏置电压稳定器。 印刷电路板安装在散热器上，其上放置晶体管VT11、VT12、VT7、VT8和pin二极管VD5、VD6。 散热器的尺寸为 120x250x60 毫米。 肋的高度为45mm，它们之间的距离为15mm。 +12V和+25V稳压器安装在第二块印刷电路板上，印刷电路板，调节晶体管VT5，VT15，VT16，二极管VD7-VD10和DA2微电路安装在功率放大器的第二个冷却散热器上. 该散热器的尺寸为 120x200x60 毫米。 肋的高度和它们之间的距离与第一个散热器相同。 调节晶体管和整流二极管安装在散热器上的电绝缘垫片上，该垫片由铝制成，并带有阳极氧化绝缘涂层。 散热片是功放的支撑结构元件。 因此，带有输出晶体管、功率放大器的射频和中频连接器的第一个辐射器是机箱的后壁，第二个辐射器充当侧壁。 机箱内部有带饼干范围开关的低通带滤波器、电解电容器 C3 和 C39 以及总功率至少为 350 W 的电源变压器（电气图中未显示）。 功率放大器中使用了以下类型的无线电元件：固定电阻器 C2-33N、MLT、C5-1 b MB； 可变电阻器 - SP3 或 SP5； 电容器 C5 - C10、C32、C34、C33、C35-KM-4，其余 - KM-5、KM-6 KT-3、K 10-17； 电解电容器K50-6、K50-18； 扼流圈 L1、L2、L3、L4、L5、L10 - DM0,6 或类似产品。 电感器 L6 - L9 绕在一个由 1000 NM 材料制成的尺寸为 K18x8x5 的环形磁芯上，并包含 7 匝 PEL-2 0,8 线。 变压器 T1 由三个 M2000 HM 品牌的胶合 Sh 形闭合磁芯制成，尺寸为 Sh5x5。 初级绕组包含 4 匝 MPO 0,35 线，穿过焊接黄铜矩形框架，紧紧插入 W 形磁路的窗口。 矩形框架在一侧通过跳线互连，形成变压器 T1 次级绕组的三维匝。 变压器 T2 由 1000 NM 品牌的环形磁路制成，尺寸为 K32 x 20 x 6。变压器包含 7 匝绞合，由 8 根 PUL-2 0,8 品牌的电线组成，螺距为每厘米一捻。 四股线形成初级绕组，其他四股线形成变压器的次级绕组。 连接线圈由 MPO 0,35 线制成，通过磁路。 变压器 T3 与变压器 T1 类似，由四个 M2000 NM 品牌的胶合 W 形闭合磁路制成，尺寸为 Sh7x7。 变压器的初级绕组是一个体积线圈，次级是由三匝 MPO 0,35 线制成，穿在体积线圈内。 反射波传感器的电流互感器 T4 制作在 M20V42 品牌的环形磁路上，尺寸为 K20x10x5。 初级绕组是穿过磁路的安装线，次级绕组包含 20 匝 PELSHO 0,15 线。 按以下顺序设置功率放大器。 首先配置所有输入设备：稳定器，反射计，差分放大器等，然后对放大器进行整体综合调整。 调谐所需仪器：万用表、工作频带高达 50 MHz 的示波器、频谱分析仪或频率范围高达 80 - 100 MHz 的测量接收机、SWR 表、无感负载功率高达 100 - 200 W 的电阻器、标准信号发生器 G4-118 或具有至少 20 瓦输出功率的全频段收发器。 功率放大器的建立始于对整流器和稳压器 +12 V 和 +25 V 的操作的自主检查。 可变电阻R15和R38设定电路所需的电压值。 +12V稳压器通过在VT15三极管的发射极接一个5欧负载电阻进行测试，稳压器输出电压变化不超过0,1V，输出纹波不超过50mV . 检查稳压器 +25 V 的运行情况，在连接 1,5 - 4 Ohm 的负载电阻时确定通过电流运行保护的阈值。 负载以带有直径为 1 mm 的镍铬合金丝制成的线圈的形式进行，并以 2 - 3 mm 的步长缠绕在陶瓷框架上。 稳定剂的测试是通过将所述负载置于三升冷水罐中进行的。 电流值由刻度至少为 15 A 的电流表控制。稳定器必须在高达 13 A 的负载电流下稳定运行。稳定器的输出电压降至 2 ... 3 V 时的阈值电流值不得超过 14 ... 14,5, XNUMX A。 电流保护阈值 (1e) 可通过选择电阻器 R41 和 R42 进行调整。 Ia的值可以由公式确定 Ia=1,4/R41=1,4/R42 最大负载电流下稳压器+25V的输出电压下降幅度不超过1V，纹波幅度不超过400mV。 通过选择电阻R30的阻值，可以设置功放单个散热片上安装“DA2芯片”的晶振加热的最高温度。当散热片温度高于+90℃时，散热片的热保护DA2 芯片被触发，稳压器输出端的电压降为零。 偏置电压稳定器在输出晶体管 VT11、VT12 的基极禁用的情况下进行调整。 在调谐过程中，在最高 0,5 A 的最大负载电流下检查输出电压在 0,65 ... 0,2 V 范围内调整的可能性。 通过设置输出电压的最小值来完成稳压器的调整。 反射波传感器的调整是传统的，在文献中已经多次描述。 晶体管 VT13、VT14 上的 UPT 在 VT13 集电极上形成电压，在不匹配时等于 + (0-0,7) V，在存在负载不匹配时等于 + (10 - 11,5) V。 电阻 R37 根据负载 SWR 值大于 3 设置保护电路工作的阈值。 差分放大器的操作是在 pin 二极管上的 L 形衰减器的控制电路，当恒定电压 Uk（从 6 到 0V 变化）施加到“或”电路的输入端（插座 XS12 ）。 在 Uk \u0d 2 V 时，VT17 集电极上的电压应为 +3 V，VT0 集电极上的电压应为 - 9 V。电阻器 R10 上的电压降必须至少为 7 V。在 Uk \u1d 2B 时，通过调整电阻R 3 、输出晶体管VT1 、VT2 分别为开关差动放大器和发光二极管H3 的发光。 晶体管VT0,7和VT1的开关Uk的变化间隔不应超过51V。 当 GSS 或收发器的射频信号被发送到 XS1 输入端，并通过示波器在电阻为 0 欧姆的负载电阻上测量射频信号时，检查 pin 二极管衰减器的正确操作，即接通，而不是变压器 TXNUMX 的初级绕组。 Uk=XNUMX V 时，负载电阻两端的射频电压必须与输入端相同 XS1 在放大器的整个工作频率范围内和 GSS 或收发器的功率不超过 20 瓦。 在 Uk=10 V 且所有其他条件相同的情况下，负载电阻上的 RF 电压应比 XS30 输入端低 1 倍或更多。 在设置功放之前，必须断开由 R26、C25、R27、C26 和平衡变压器 T2 上的连接线圈组成的反馈电路。 功率放大器的调谐应在具有 50 欧姆电阻的永久接通负载下进行，这可以按照 [2] 中的描述进行。 为了保护大功率三极管，建议在第一次打开功放时安装一个5A的保险丝。 功率放大器的晶体管 VT11、VT12 的初始电流首先由电阻器 R18 设置为 150 ... 200 mA 的值，然后通过电阻器 R19 将放大器集电极电路的总电流增加到 300 ... 400毫安。 当功率不超过 1 - 0,5 W 的信号施加到 XS1,0 输入时，检查连接回路的正确性，以检查功率放大器对射频激励的稳定性。 当放大器被激励时，这表现为集电极电流急剧增加，输入信号平滑增加，变压器T2的连接线圈的两端反转。 由于放大器的复杂调谐，最好使用 GSS G4-118 作为信号发生器，其最大输出功率为 3 W，工作频率范围为 0,1 ... 30 MHz。 通过将幅度调制的 GSS 信号施加到功率放大器的输入，调制深度至少为 50%，幅度不超过 10 V，可变电阻器 R18 和 R 19 实现了在上观察到的信号包络的对称形状连接到负载的示波器屏幕。 在此调整过程中，需要控制功放集电极电路的初始电流，不要超过300 ... 400 mA。 电容器 C15、C27 和 C36 可提高功率放大器在 25 ... 30 MHz 频率下的频率响应。 使用频谱分析仪或测量接收机来控制放大器输出信号的谐波分量的功率电平，高频或低频寄生调制的存在。 如果放大器中出现寄生调制，则需要增加输出晶体管VT11和VT12的集电极和基极电路中的隔直电容。 在测量所有业余频段的负载电压时，与连接到 PA 输入的收发器一起执行功率放大器操作的最终测试。 由于这种情况下功放的输出功率会达到200W，而且测试时间会比较长，所以需要对功放的散热器进行强制气流，这是长期运行的强制要求。 放大器保护系统的初步调整是通过调节电阻器 R37 直到 LED H1 在不超过 30 - 40 W 的输出功率水平和 200 欧姆 (SWR-4) 的放大器负载电阻下发光。 通过断开负载或关闭负载，可以检查放大器保护系统的运行情况。 随着保护系统的正确运行，其最终微调是在放大器的额定功率下进行的。 需要注意的是，通过降低放大器的输出功率，可以实现对严重失配负载的正常工作。 调谐功率放大器的主要参数的测量是使用随附的低通带滤波器进行的，其设置包括检查截止频率是否符合表 1 中给出的值。 文学 1. Zavrazhnov Yu. et al. 强大的高频晶体管。 - M.：无线电和通信，1985 年。 作者：V. Usov，新西伯利亚； 出版物：N. Bolshakov，rf.atnn.ru
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