устройство автоматического регулирования мощности транзисторного радиопередатчика

Формула изобретения

Устройство автоматического регулирования мощности транзисторного радиопередатчика, содержащее последовательно соединенные усилитель мощности, блок согласования с нагрузкой в виде антенны, датчик выходной мощности, соединенный с вторым входом второго блока сравнения и первым входом первого блока сравнения, выход первого блока сравнения через аналоговый ключ соединен с первым входом сумматора, выход которого соединен с входом регулируемого стабилизатора напряжения, пороговый элемент, управляющий вход аналогового ключа соединен с выходом второго блока сравнения, причем второй вход сумматора соединен с первым выходом регулируемого источника опорного напряжения, второй выход которого соединен со вторым входом первого блока сравнения, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены датчик тока и третий блок сравнения и выход регулируемого стабилизатора напряжения подключен к усилителю мощности через датчик тока, выход датчика тока подключен к первому входу третьего блока сравнения, выход которого через пороговый элемент соединен с входом регулируемого стабилизатора напряжения, а к второму входу третьего блока сравнения подключен третий выход регулируемого источника опорного напряжения, четвертый выход которого соединен с первым входом второго блока сравнения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к устройствам автоматического регулирования мощности транзисторного радиопередатчика с защитой от перегрузок.

Известны транзисторные радиопередатчики [1], содержащие усилитель мощности, устройство согласования, состоящее из фильтра нижних частот для подавления нежелательных гармоник и последовательной регулируемой реактивности, и нагрузку в виде антенны.

В начале настройки такого радиопередатчика фильтр нижних частот оказывается нагруженным на реактивный входной импеданс устройства согласования, и в полосе пропускания фильтра нижних частот появляются частоты, при которых его входное сопротивление может иметь значение, близкое нулю. При наличии такой частоты на входе усилителя мощности его выход оказывается нагруженным на это малое сопротивление, что приводит к перегрузкам по току выходных транзисторов усилителя мощности и последующему выходу из строя радиопередатчика.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является устройство автоматического регулирования мощности транзисторного радиопередатчика, содержащее последовательно соединенные усилитель мощности, блок согласования и нагрузку в виде антенны, датчик выходной мощности, соединенный с вторым входом второго блока сравнения и первым входом первого блока сравнения, выход которого соединен с входом аналогового ключа, выход аналогового ключа соединен с первым входом сумматора, а вход управления аналогового ключа соединен с выходом второго блока сравнения. Датчик мощности усилителя мощности соединен с первым входом второго блока сравнения, выход которого через пороговый элемент соединен с первым входом сумматора. Выход сумматора через регулируемый стабилизатор напряжения подключен к управляющему входу транзисторного радиопередатчика, к соответствующим контрольным выходам которого подключены входы датчика выходной мощности и датчика мощности усилителя мощности. Второй вход сумматора соединен с первым выходом источника опорного напряжения, второй выход которого соединен с вторым входом первого блока сравнения [2].

Однако известное устройство автоматического регулирования мощности транзисторного радиопередатчика не обеспечивает надежную работу радиопередатчика в процессе настройки при значительном уменьшении сопротивления нагрузки усилителя мощности на определенных частотах.

Техническим результатом предлагаемого устройства является разделение функций автоматического регулирования выходной мощности и функции защиты транзисторов усилителя мощности, позволяющее сохранить возможность регулирования выходной мощности, но ограничить максимальный ток выходных транзисторов и тем самым повысить надежность работы транзисторного радиопередатчика.

Технический результат достигается тем, что в устройстве автоматического регулирования мощности транзисторного радиопередатчика, содержащем последовательно соединенные усилитель мощности, блок согласования с нагрузкой в виде антенны, датчик выходной мощности, соединенный с первым входом первого блока сравнения и вторым входом второго блока сравнения, выход первого блока сравнения через аналоговый ключ соединен с первым входом сумматора, выход которого соединен с входом регулируемого стабилизатора напряжения питания усилителя мощности и пороговым элементом, выход регулируемого стабилизатора напряжения через датчик тока соединен с усилителем мощности передатчика, выход датчика тока подключен к первому входу третьего блока сравнения, выход которого через пороговый элемент соединен с входом регулируемого стабилизатора напряжения, а управляющий вход аналогового ключа соединен с выходом второго блока сравнения, причем второй вход сумматора соединен с первым выходом регулируемого источника опорного напряжения, второй выход которого соединен со вторым входом первого блока сравнения, а второй вход третьего блока сравнения соединен с третьим входом регулируемого источника опорного напряжения, четвертый выход которого соединен с первым входом второго блока сравнения.

Новым, не обнаруженным в патентной и научно-технической литературе, является то, что в устройство автоматического регулирования мощности транзисторного радиопередатчика введены датчик тока и третий блок сравнения, причем датчик тока установлен между выходом регулируемого стабилизатора напряжения и управляющим входом транзисторного радиопередатчика, выход датчика тока подключен к первому входу третьего блока сравнения, второй вход которого соединен с третьим выходом источника опорного напряжения, а выход третьего блока сравнения через пороговый элемент соединен с входом регулируемого стабилизатора напряжения, причем первый вход второго блока сравнения соединен с четвертым выходом источника опорного напряжения.

Введение цепи между входом второго блока сравнения и выходом источника опорного напряжения позволяет при работе усилителя мощности на несогласованную нагрузку, когда напряжение с выхода датчика выходной мощности мало или равно нулю, отрицательным потенциалом с выхода второго блока сравнения отключить аналоговый ключ, разорвав тем самым основную цепь регулирования мощности передатчика.

Введение датчика тока между выходом регулируемого стабилизатора напряжения и управляющим входом транзисторного радиопередатчика и подключение выхода датчика тока к первому входу третьего блока сравнения, на второй вход которого подается опорное напряжение с источника опорного напряжения, а выход третьего блока сравнения соединен через пороговый элемент с входом регулируемого стабилизатора напряжения, позволяют при работе усилителя мощности на несогласованную нагрузку защитить транзисторы усилителя мощности от перегрузок путем перехода регулируемого стабилизатора напряжения в режим стабилизации по выходному току на уровне, безопасном для транзисторов усилителя мощности, т.е. образуется цепь отрицательной обратной связи по току потребления усилителя мощности: усилитель мощности - датчик тока - второй блок сравнения - пороговый элемент - вход регулируемого стабилизатора напряжения - выход регулируемого стабилизатора.

На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства автоматического регулирования мощности транзисторного радиопередатчика.

Устройство содержит транзисторный радиопередатчик 1, датчик 2 выходной мощности, первый блок сравнения, выполненный на операционном усилителе 3 с регулируемым коэффициентом усиления, аналоговый ключ 4, сумматор, выполненный на операционном усилителе 5, регулируемый стабилизатор напряжения 6 с датчиком 7 тока на выходе, второй блок сравнения, выполненный на операционном усилителе 8, третий блок сравнения, выполненный на операционном усилителе 9, пороговый элемент 10, регулируемый источник 11 опорного напряжения, при этом транзисторный радиопередатчик 1 содержит усилитель 12 мощности и блок 13 согласования, а также нагрузку, выполненную в виде антенны 14.

В устройстве датчик 2 выходной мощности соединен с первым входом блока сравнения 3 и вторым входом второго блока сравнения 8, выход которого соединен с входом управления аналогового ключа 4, а выход первого блока сравнения 3 соединен с входом аналогового ключа 4, выход которого соединен с первым входом сумматора 5, выход сумматора 5 соединен с входом регулируемого стабилизатора напряжения 6, выход которого через датчик 7 тока подключен к управляющему входу транзисторного радиопередатчика 1, к выходу которого подключен вход датчика 2 выходной мощности. Второй вход сумматора 5 соединен с первым выходом источника опорного напряжения 11, второй выход которого соединен с вторым входом первого блока сравнения 3, третий выход источника опорного напряжения соединен со вторым входом третьего блока сравнения 9, первый вход которого соединен с выходом датчика 7 тока, а выход третьего блока сравнения 9 через пороговый элемент 10 соединен с входом регулируемого стабилизатора напряжения 6. Четвертый выход источника опорного напряжения 11 соединен с первым входом второго блока сравнения 8.

Устройство автоматического регулирования мощности транзисторного радиопередатчика работает следующим образом.

Уровень выходной мощности радиопередатчика устанавливается путем подачи напряжения на второй вход сумматора 5 через переключатель и соответствующий резистивный делитель с источника опорного напряжения 11, которое с выхода сумматора 5 устанавливает выходное напряжение регулируемого стабилизатора напряжения 6, определяющее необходимый уровень мощности.

При работе усилителя 12 мощности на согласованную антенну 14 напряжение с датчика 2 выходной мощности, поступающее на второй вход второго блока сравнения 8, становится больше напряжения, поступающего на его первый вход с четвертого выхода регулируемого источника 11, и положительный потенциал с выхода второго блока сравнения 8 включает аналоговый ключ 4, и замыкается цепь регулирования мощности радиопередатчика 1.

В настроенном радиопередатчике положительное напряжение с датчика 2 выходной мощности поступает на первый вход первого блока сравнения 3 и компенсирует на его выходе положительное напряжение, поступающее на второй вход от второго выхода регулируемого источника опорного напряжения 11.

С изменением выходной мощности в антенне 14 пропорционально изменяется величина напряжения с датчика 2 выходной мощности, поступающего на вход первого блока сравнения 3, на выходе которого появляется напряжение, отличное от нуля, отрицательной полярности, если произошло увеличение выходной мощности, и положительной полярности, если мощность уменьшилась. Это напряжение поступает через замкнутый аналоговый ключ 4 на первый вход сумматора 5 и на его выходе складывается с постоянным напряжением от регулируемого источника 11 опорного напряжения, соответственно увеличивая его при увеличении выходной мощности или уменьшая при уменьшении мощности. Выходное напряжение с выхода сумматора 5 поступает на вход регулируемого стабилизатора напряжения 6, с выхода которого через датчик 7 тока поступает в качестве питающего напряжения на усилитель мощности транзисторного радиопередатчика и вызывает такое изменение уровня его выходной мощности, которое компенсирует первоначальное изменение уровня выходной мощности радиопередатчика.

Для каждого уровня стабилизируемой мощности, устанавливаемого регулируемым источником 11 опорного напряжения посредством переключателя и соответствующих резистивных делителей напряжения, на вторых входах первого блока сравнения 3 и сумматора 5 посредством того же переключателя, коммутирующего соответствующие резисторы, подключенные к первому входу первого блока сравнения 3, устанавливается свой коэффициент усиления первого блока сравнения 3, что позволяет получить одинаковую стабильность для всех устанавливаемых уровней мощности.

При изменении напряжения первичного источника питания регулируемый стабилизатор напряжения компенсирует это изменение, поддерживая постоянным напряжение питания усилителя мощности, заданное цепью автоматического регулирования выходной мощности.

Защита транзисторов усилителя 12 мощности от перегрузок в устройстве осуществляется следующим образом.

При настройке радиопередатчика его усилитель мощности в начальный момент оказывается нагруженным на несогласованную нагрузку, а на некоторых частотах входной импеданс блока согласования в этом случае оказывается близким к нулю, что вызывает резкое увеличение тока через транзисторы усилителя мощности, а следовательно, и тока с выхода регулируемого стабилизатора напряжения 6, на выходе которого установлен датчик тока 7. Напряжение с датчика тока поступает на первый вход блока сравнения 9, на второй вход которого поступает опорное напряжение с выхода регулируемого источника 11 опорного напряжения. Как только ток через транзисторы усилителя мощности превысит заданное по условиям эксплуатации значение, напряжение с датчика тока, поступающее на вход блока сравнения 9, превысит опорное напряжение и на выходе блока сравнения появляется отрицательный потенциал, при котором открывается диод порогового элемента 10, выход блока сравнения 9 подключается к входу регулируемого стабилизатора напряжения 6 и замыкается цепь отрицательной обратной связи по выходному току, что обеспечивает режим стабилизации выходного тока регулируемого стабилизатора напряжения (т.е. тока через транзисторы усилителя мощности) на уровне, который задан опорным напряжением с выхода регулируемого источника опорного напряжения 11, поступающим на вход третьего блока сравнения 9. Таким образом выходные транзисторы усилителя мощности защищаются от перегрузок и сохраняется работоспособность радиопередатчика.

Литература

1. Проектирование радиопередающих устройств. Учебное пособие для вузов под ред. Шахдильдяна В.В. М., Радио и связь, 1993, с. 363, рис. 6.2, с. 175, рис. 3.1.

2. RU, патент, 2119249, C1, кл. 6 H 03 L 5/02, 1998 (прототип).