Устройство автоматической регулировки усиления напряжения

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОЙ РЕГУЛИРОВКИ УСИЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ(71) Заявитель Белорусский Национальный технический университет(72) Авторы Сычик Василий Андреевич Уласюк Николай Николаевич Последний Роман Станиславович Кравченко Андрей Владимирович Насенников Евгений Евгеньевич Петрушкевич Юрий Вячеславович Хацкевич Павел Александрович(73) Патентообладатель Белорусский национальный технический университет(57) Устройство автоматической регулировки усиления напряжения, содержащее усилительный транзистор с резонансным контуром, включенным в цепь коллектора, и регулировочный транзистор, коллекторный переход которого соединен с резонансным контуром и через резистор подключен к источнику питания, и общую шину, отличающееся тем,что коллекторный переход регулировочного транзистора соединен с резонансным контуром через конденсатор, а база упомянутого транзистора соединена с общей шиной и подключена к источнику напряжения регулировки через конденсатор и дроссель соответственно, база усилительного транзистора соединена с общей шиной через резистивный делитель, средняя точка которого подключена через диод, включенный в прямом направлении, к эмиттеру регулировочного транзистора, подключенному к источнику входного напряжения сигнала и через конденсатор соединенному с базой усилительного транзистора, эмиттер которого подключен к источнику питания. 9578 1 2007.08.30 Изобретение относится к области радиоэлектронного приборостроения и может быть использовано в усилительных трактах радиоэлектронных приборов и аппаратов, многоканальных системах связи и т.д. В настоящее время известны устройства для автоматической регулировки усиления напряжения (АРУ) 1, в которых в качестве активных элементов используются транзисторы. Один из переходов такого транзистора является нелинейным импедансом, шунтирующим нагрузку усилительного каскада. Известны системы АРУ 2, нелинейные элементы которых служат регулируемым сопротивлением активного делителя напряжения сигнала, а также устройства АРУ, в которых переходы регулировочного транзистора шунтируют входное сопротивление усилительного каскада, а эмиттерный переход, включенный в цепь базового делителя усилительного транзистора, регулирует его рабочую точку 3. Указанные устройства АРУ обладают низкой эффективностью регулировки коэффи циента усиления по напряжению (глубина регулировкиопт 20 дБ ), что недостаточно при их использовании в приемных трактах радиолокационных станций и космических объектов, для которых диапазон регулируемых электрических сигналов превышает 100-120 дБ. Прототипом предлагаемого изобретения является устройство АРУ 4. Устройство содержит усилительный транзистор с резонансным контуром, включенным в цепь коллектора, регулировочный транзистор, коллектор которого соединен с резонансным контуром и подключен через резистор к источнику питания, а также общую шину (корпус). Это устройство также обладает низкой эффективностью регулировки коэффициента усиления по напряжению, поскольку коллекторный переход регулировочного транзистора не заходит в режим насыщения, в связи с чем его полный импеданс незначительно изменяется с изменением тока коллектора. Например, при изменении тока коллектора регулировочного транзистора в 3 раза его выходная проводимость изменяется в среднем только в 2 раза. В случае когда коэффициенты включения коллектора регулировочного Р 1 и усилительного Р 2 транзисторов 1 Р 20,5, а нагрузки Р 30,2, коэффициент усиления по напряжению такого усилителя в результате шунтирования контура уменьшается в 1,2 раза при возрастании коллекторного тока регулировочного транзистора в 3 раза. Следовательно, шунтирование контура выходным импедансом регулировочного транзистора будет малоэффективным. Задачей изобретения является повышение эффективности регулировки усиления. Поставленная задача достигается тем, что в устройстве автоматической регулировки усиления напряжения, содержащем усилительный транзистор с резонансным контуром,включенным в цепь коллектора, и регулировочный транзистор, коллекторный переход которого соединен с резонансным контуром и подключен резистором к источнику питания,и общую шину, коллекторный переход регулировочного транзистора соединен с резонансным контуром через конденсатор, а база упомянутого транзистора соединена с общей шиной и подключена к источнику напряжения регулировки через конденсатор и дроссель соответственно, база усилительного транзистора соединена с общей шиной через резистивный делитель, средняя точка которого подключена через диод, включенный в прямом направлении к эмиттеру регулировочного транзистора, подключенному к источнику входного напряжения сигнала и через конденсатор соединенному с базой усилительного транзистора, эмиттер которого подключен к источнику питания. На чертеже представлена электрическая схема устройства автоматической регулировки усиления напряжения. Устройство автоматической регулировки усиления напряжения состоит из регулировочного транзистора 1, например, типа, к базе которого, подключенной к общей шине конденсатором 2, через дроссель 3 подводится напряжение регулировки. Коллектор ре 2 9578 1 2007.08.30 гулировочного транзистора 1 подключен резистором 4 к источнику питания и конденсатором 5 к резонансному контуру 6, 7, включенному в цепь коллектора усилительного транзистора 8, например, типа, эмиттер которого подключен к источнику питания. База усилительного транзистора 8 подключена к общей шине через резистивный делитель 9, 10 и к эмиттеру регулировочного транзистора 1, к которому подведено напряжение сигнала через конденсатор 11. Диод 12 подключен катодом к эмиттеру регулировочного транзистора 1 и анодом к средней точке базового делителя 9, 10. В момент подачи на вход усилительного транзистора 8 напряжения сигнала, не превышающего оптимального значения, постоянная составляющая напряжения регулировки,снимаемая с детектора АРУ (на чертеже не показан), имеет такое значение, чтобы ток коллектора и эмиттера регулировочного транзистора 1 рег соответствовал оптимальным значениям, при которых коллекторный переход этого транзистора находится в нормальном режиме работы, характеризуемом высоким его сопротивлением (105 Ом). Ток эмиттера, протекая через диод 12 и резистор 10, создает на резисторе 10 падение напряжения, которое обуславливает, как явствует из зависимости 108 Б 8 требуемое значение тока коллектора усилительного транзистора 8, обеспечивающего оптимальное усиление каскада (К 2060). В (2)- напряжение источника питания, 10 падение напряжения на резисторе 10,- коэффициент усиления по току транзистора,включенного по схеме с общим эмиттером. Поскольку сопротивление коллекторного перехода регулировочного транзистора 1 высокое, то шунтирование резонансного контура 6,7 будет незначительным. Ток эмиттера регулировочного транзистора 1 выбран таким,чтобы сопротивление его эмиттерного перехода э было не ниже 3 кОм, поэтому шунтирование напряжения сигнала на входе усилительного транзистора 8 будет незначительным. С увеличением на входе усилителя напряжения сигнала происходит рост постоянной составляющей тока детектора (на чертеже не показан), что приводит к возрастанию его напряжения регулировки отрицательной полярности. В результате этого происходит повышение напряжения на переходе база-эмиттер регулировочного транзистора 1, приводящее, как следует из выражения (1), к возрастанию тока ок 1 и оэ 1, что обуславливает переход регулировочного транзистора 1 в режим насыщения, вызывая эффективное шунтирование резонансного контура 6, 7 за счет снижения сопротивления его коллекторного перехода в (2-5)102 раз. Увеличение тока эмиттера регулировочного транзистора 1 приводит, во-первых, к, что обуславснижению сопротивления его эмиттерного перехода, поскольку эОЭ ливает шунтирование напряжения сигнала на входе усилителя, во-вторых, к снижению,вследствие экспоненциальной зависимости тока диода 12 от напряжения при прямом его включении, внутреннего сопротивления упомянутого диода и дополнительному шунтированию напряжения сигнала на входе усилителя и, в-третьих, к более высокой скорости роста тока оэ 1, чем по указанной в формуле (1) зависимости, так как снижение внутреннего сопротивления диода 12 с ростом его тока приводит к уменьшению общей активной нагрузки в цепи эмиттера регулировочного транзистора 1. Это приводит к существенному повышению падения напряжения на резисторе 10 и, как следует из формулы (2), к снижению тока коллектора усилительного транзистора 8. Поскольку усилительный транзистор 8 работает в режиме, соответствующем крутому участку зависимости, то его крутизна, где- коэффициент передачи по току транзистора, значительно снижает 3 9578 1 2007.08.30 ся с уменьшением тока ок 8, то есть происходит эффективное снижение коэффициента усиления усилительного каскада по напряжению. Обеспечение высокой температурной стабильности усиления обусловлено тем, что с ростом обратного тока коллекторного перехода регулировочного транзистора 8 при повышении температуры, приводящего к увеличению его тока базы, падение напряжения на резисторе 10 возрастает, в результате чего происходит снижение управляемой составляющей базового тока упомянутого транзистора 8. Следовательно, глубина регулировки усиления напряжения, осуществляемая устройством автоматической регулировки усиления напряжения, определяется выражением опт 1234 ,где 1 - глубина регулировки усиления напряжения, обусловленная шунтированием резонансного контура 6, 7 усилительного каскада сопротивлением коллекторного перехода регулировочного транзистора 1 2 - глубина регулировки усиления напряжения, обусловленная шунтированием напряжения сигнала на входе усилителя сопротивлением эмиттерного перехода регулировочного транзистора 1 3 - глубина регулировки усиления напряжения, обусловленная снижением крутизны усилительного транзистора 8 путем уменьшения его коллекторного тока 4 - глубина регулировки усиления напряжения, обусловленная шунтированием напряжения сигнала на входе усилителя сопротивлением нелинейного делителя, состоящего из диода 12 и резистора 10 и включенного в цепь эмиттера регулировочного транзистора 1. Например, глубина регулировки коэффициента усиления предлагаемого усилителя, собранного на транзисторах типа Т 308 Б и 2 Т 312 Б,составляет не менее 48 дБ при изменении напряжения АРУ на 1 В, в то время как для прототипа глубина регулировки усиления составляет при изменении напряжения регулировки на 1,6 В не более 20 дБ. Таким образом, предлагаемое устройство автоматической регулировки усиления напряжения по сравнению с известными устройствами того же назначения обладает повышенной эффективностью регулировки усиления вследствие того, что регулирование усиления напряжения сигнала осуществляется одновременно путем шунтирования резонансного контура сопротивлением коллекторного перехода регулировочного транзистора,изменения крутизны усилительного транзистора и шунтирования напряжения сигнала на входе усилителя сопротивлением эмиттерного перехода регулировочного транзистора, а также изменением внутреннего сопротивления диода, представляющего верхнее плечо нелинейного делителя, в результате чего происходит повышение скорости изменения крутизны усилительного транзистора и дополнительное шунтирование напряжения сигнала. Глубина регулировки коэффициента усиления в предложенном устройстве на порядок выше, чем у ближайших аналогов. Источники информации 1. Патент Японии 44-12642, НКИ 98 (5), 1971. 2. А.с. СССР 261471, МПК Н 03 3/20, 1970. 3. Патент Великобритании 1276035, МПК Н 03 3/30, 1972. 4. Патент Японии 22-24042, НКИ 98(5), 1969. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4