RU225515U1

RU225515U1 - Схема температурной компенсации смещения импульсного усилителя мощности

Info

Publication number: RU225515U1
Application number: RU2023130801U
Authority: RU
Inventors: Евгений Матвеевич Савченко; Алексей Александрович Мартынов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Центр инновационных разработок ВАО"
Filing date: 2023-11-27
Publication date: 2024-04-23

Abstract

Полезная модель относится электротехнике, в частности к устройствам защиты и температурной стабилизации работы импульсного СВЧ-усилителя мощности. Техническим результатом полезной модели является минимизация изменения электрических параметров усилителя мощности при изменении температуры теплоотвода под воздействием внешних факторов, а также при изменении параметров импульсного режима работы усилителя мощности. Технический результат полезной модели обеспечивается схемой температурной компенсации напряжения смещения импульсного усилителя мощности, при котором стабилизация рабочей точки усилителя осуществляется методом подстройки (компенсацией) напряжения затвора транзистора усилителя по сигналам обратной связи, поступающим от измерителя импульсного значения тока усилителя, от датчика температуры, а также от детектора мощности выходного СВЧ-сигнала, при этом отклик схемы температурной компенсации формируется в течение всего импульса модуляции. 1 ил.

Description

Полезная модель относится к устройствам защиты и температурной стабилизации работы импульсного СВЧ-усилителя мощности.

Известно техническое решение по реализации схемы смещения усилителя (Патент № US 8.319.560 B2, США, 2012 г.), которое устанавливает рабочую точку усилителя посредством управления напряжением затвора транзистора усилителя. Температурная компенсация смещения осуществляется по сигналу обратной связи измерителя тока стока транзистора усилителя. Реализация схемы измерения тока стока транзистора усилителя, представлена схемой на основе токового зеркала. Недостатком указанного технического решения является отсутствие возможности стабилизации тока стока транзистора усилителя, работающего в импульсном режиме, а именно в режиме модуляция стока.

Известно техническое решение по реализации схемы смещения усилителя (Патент № US 8.319.559 B2, США 2012 г.), устанавливающее рабочую точку усилителя посредством управления напряжением затвора усилителя, при котором в цепи питания встроен линейный стабилизатор. Недостатком такого решения является отсутствие возможности стабилизации тока усилителя, работающего в импульсном режиме.

Известно решение по реализации схемы смещения усилителя
(Патент № US 8.829.997 B1, США, 2014 г.), предназначенное для установки рабочей точки усилителя посредством управления затвора транзистора усилителя с использование направленного ответвителя на входе усилителя. При этом сигнал обратной связи формируется из величины мощности входного СВЧ-сигнала. Поскольку основу схему составляют детекторы на основе диодных сборок с пассивными фильтрами, то, как следствие, недостатком является снижение температурной стабильности схемы формирования смещения.

Известно решение по реализации схемы смещения усилителя
(Патент № US 10.038.404 B1, США, 2018 г.) для установки рабочей точки усилителя посредством управления напряжением затвора транзистора усилителя. Сигнал обратной связи формируется из значения тока стока транзистора усилителя. При этом температурная компенсация напряжения затвора осуществляется схемой контроллера, использующего цифровой метод вычисления выходного сигнала. Недостатком является сложность реализации такой схемы для импульсных усилителей из-за необходимости использования высокоскоростных цифровых элементов, а также отсутствие в схеме секвенсора, выполняющего процедуру безопасного включения-выключения нормально-открытых транзисторов усилителя.

Ближайшим техническим решением является реализация схемы смещения (Патент № US 9.325.281 B2, США 2016 г.), предназначенное для установки рабочей точки и температурной компенсации посредством управления напряжением затвора транзистора усилителя. При этом реализована схема защитных интервалов секвенсора на основе цифровых и цифро-аналоговых элементов. Недостатком указанного технического решения является отсутствие возможности реализации схемы температурной компенсации схемы смещения для усилителей, работающих в импульсном режиме.

Техническим результатом полезной модели является схема температурной компенсации напряжения смещения импульсного усилителя мощности, обеспечивающая решение задачи по минимизации изменения электрических параметров усилителя мощности при изменении температуры теплоотвода под воздействием внешних факторов, а также при изменении параметров импульсного режима работы усилителя мощности. Кроме того, схема позволяет обеспечить аварийную защиту по величине рассеиваемой мощности в течение каждого импульса модуляции.

Технический результат полезной модели обеспечивается схемой температурной компенсации напряжения смещения импульсного усилителя мощности, при котором стабилизация рабочей точки усилителя осуществляется методом подстройки (компенсацией) напряжения затвора транзистора усилителя по сигналам обратной связи, поступающим от измерителя импульсного значения тока усилителя, от датчика температуры, а также от детектора мощности выходного СВЧ-сигнала, при этом отклик схемы температурной компенсации формируется в течение всего импульса модуляции.

Полезная модель иллюстрируется фигурой 1, на которой представлены:

1 – модулятор импульсного СВЧ-усилителя (тип модуляции: по питанию);

2 – схема температурной компенсации напряжения смещения импульсного усилителя;

3 – стабилизаторы напряжения питания;

4 – дифференциальный усилитель измерительного шунта;

5 – измерительный шунт для определения импульсного тока потребления усилителя;

6 – генератор опорных напряжений;

7 – фильтр нижних частот;

8 – буферный усилитель;

9 – резистивный делитель установки порога превышения по току усилителя;

10 – компаратор превышения тока усилителя;

11 – компаратор порогового значения напряжения смещения усилителя;

12 – аналоговый сумматор сигналов;

13 – температурный датчик теплоотвода усилителя;

14 – импульсный СВЧ-усилитель;

15 – направленный ответвитель;

16 – измеритель мощности выходного сигнала на основе диодного детектора.

Решение задачи температурной компенсации транзистора усилителя, работающего в импульсном режиме, выполняется за счет контроля рассеиваемой мощности транзистора усилителя. Предпосылкой к этому является зависимость температуры полупроводникового кристалла транзистора усилителя от теплового сопротивления «переход-теплоотвод» и рассеиваемой мощности, а также аддитивной компоненты – температуры теплоотвода кристалла транзистора усилителя. В данной задаче допускается принять тепловое сопротивление постоянной компонентой в пределах рабочих мощностей усилителя. Температура теплоотвода является медленно меняющейся компонентой, а рассеиваемая мощность – высокочастотной компонентой. С этой целью, помимо сигнала датчика температуры теплоотвода транзистора усилителя, введены еще два сигнала обратной связи: импульсное значение тока стока транзистора усилителя и мощность выходного сигнала усилителя, позволяющих проводить измерение величины рассеиваемой мощности. Такое решение позволяет формировать отклик цепи компенсации в пределах длительности прямоугольного импульса модуляции напряжения стока транзистора усилителя, что является преимуществом относительно методов, использующих усредненные значения сигналов и не позволяющих учитывать эффект разогрева транзистора усилителя в течение импульса. Обработка сигналов обратной связи осуществляется аналоговой схемой, в основе которой заложены схемы на операционных усилителях. Применение аналоговых схем обработки сигналов обратной связи при решении данной задачи является оправданным относительно цифровых решений, а настройка сводится к расчету простых цепей обвязки.

Claims

Схема температурной компенсации напряжения смещения импульсного усилителя мощности, управляющая напряжением смещения транзистора усилителя по сигналу обратной связи от датчика температуры теплоотвода усилителя, отличающаяся тем, что дополнительно содержит измерительный шунт для определения импульсного тока потребления усилителя, подключенный через дифференциальный усилитель измерительного шунта, фильтр нижних частот и буферный усилитель к аналоговому сумматору сигналов, к которому также подключены датчик температуры теплоотвода усилителя и измеритель мощности выходного сигнала на основе диодного детектора, ко входу которого через направленный ответвитель подключен импульсный СВЧ-усилитель, при этом выход аналогового сумматора сигналов через компаратор порогового значения напряжения смещения усилителя подключен к управляющему входу усилителя.