放大原理（精选八篇）
放大原理 篇1
关键词：场效应晶体管,增益,低频跨导
随着电子技术的发展, 电子电路的集成化程度越来越高, 常用电子设备除电源电路以外, 找到单个晶体管和FET等单个放大器已经很困难了, 但对于电子初学者和大中专学生来说, 学习和设计电路仍然要从简单电路开始。通过查找资料发现, 由双极型三极管组成的放大电路的设计原理的内容比较多, 而由场效应晶体管组成的放大电路的设计原理的内容却很难找到, 以下内容作者凭学习心得主要就单个场效应晶体管组成的简单放大电路的设计原理过程作简要阐述, 希望给电子初学者在理解场效应晶体管工作原理方面有所帮助。
场效应晶体管简称场效应管, 是利用改变电场来控制固体材料导电能力的有源器件, 它是在六十年代平面工艺逐渐成熟后发展起来的。这种器件不仅兼有一般半导体三极管体积小, 重量轻, 耗电省, 寿命长等特点, 而且还有输入阻抗高, 噪声低, 热稳定性好, 抗辐射能力强和制造工艺简单等优点, 因而大大地扩展了它的应用范围。
由于场效应管的种类繁多, 不同场合下场效应管的用法也不同。本文主要讨论的是以N沟道增强型场效应管为例, 由工作状态入手, 分析共源极小信号放大电路的设计原理和过程。
1场效应管的工作状态分类
根据N沟道增强型场效应管的工作原理可知, 场效应管在不同的电压偏置下所呈现的工作状态是不同的, 简述如下:
(1) 当0<VGS<VT: (VGS为栅极与源极之间的电压, VT为场效应管开启电压)
漏源间不存在载流子的通道, 场效应管不导通, 管子处于截止状态, 即管子工作在截止区。
(2) 当VGS>VT时:1) 0<VDS<VGS-VT, (VDS为漏极与源极之间的电压) 场效应管在电场作用下产生导电沟道, 此时由于漏源电压VDS较小, 它对沟道的影响不大, 只要VGS一定, 沟道电阻几乎也是一定的, 所以漏极电流ID随VDS近似呈线性变化。对于不同的电压偏置, 只要VDS一定, VGS值越大, 沟道内自由电子越多, 沟道电阻越小, ID越大, 场效应管在这一工作区称为工作在可变电阻区;2) VDS>VGS-VT, 场效应管沟道出现夹断, 由于预夹断区呈现高阻, 而未夹断沟道部分为低阻, 因此, VDS增加的部分基本上降落在该夹断区内, 而沟道中的电场力基本不变, 漂移电流基本不变, 所以, 从漏端沟道出现预夹断点开始, ID基本不随VDS增加而变化, 场效应管在这一工作区称为工作在饱和区或放大区;3) VDS继续增大, 当VDS达到一定值, 场效应管将出现击穿现象。输出特性曲线和转移特性曲线如图1图2所示。
图1是N沟道增强型场效应管的输出特性曲线, 它是场效应管输出端电流与输出电压关系的一族曲线, 整个工作区分成了可变电阻区、饱和区、截止区和击穿区几部分。转移特性曲线如图2所示, 它是输出电流与输入电压的关系曲线, 图中, 由于当场效应管作放大器使用时, 场效应管工作在饱和区 (恒流区) , 此时ID几乎不随VDS而变化, 即不同的VDS所对应的转移特性曲线几乎是重合的, 所以可用VDS大于某一数值 (VDS>VGS-VT) 后的一条转移特性曲线代替饱和区的所有转移特性曲线。
实验表明, 当VGS>VT, VDS>VGS-VT时, 即在饱和区 (放大区) 内, ID随VGS的增加近似按平方律上升, 工程上常用近似方程逼近, 因而有:
大家知道, 要设计一个由场效应管为核心器件的小信号放大电路, 就必须先保证场效应管工作在放大区, 然后在静态工作点的基础上叠加交流小信号, 把小信号进行放大。图3给出了一个由N沟道增强型场效应管构成的最简单电压偏置电路, 其中栅源两极加上直流电压VGS, 电源通过漏极电阻RD给场效应管提供能量, 输出电压为V0, 也即VDS。现在假定输入端电压满足条件VGS>VT, 那么不难得到输出电压V0=VDD-ID*RD。 (图3图4)
2场效应管主要参数设定过程
场效应管主要参数设定并不是一件容易的事, 原因是电路参数的设定应该满足许多要求, 常见的设计要求包括: (1) 放大电路的增益要求; (2) 放大电路放大的小信号是否满足失真要求; (3) 放大电路信号的输入输出范围是否满足要求等等。
根据场效应管的输出特性曲线和转移特性曲线我们还可以得到如图4所示的输入输出电压关系曲线, 其中曲线ab段满足条件VGS<VT, 此时场效应管处于截止状态, 输出端的输出电压VDS等于电源电压VDD基本保持不变;曲线bc段满足条件VGS>VT, VDS>VGS-VT, 曲线向下弯折, 电路输出端根据KVL定理, 输出电压VDS满足方程VDS=VDD-ID*RD的关系, VDS随着VGS的增大迅速变小, 场效应管逐步进入饱和区也即放大区;曲线cd段满足条件VGS>VT, 0<VDS<VGS-VT, 为场效应管的可变电阻区。图中需要说明的是虚线一为方程VDS=VGS所在的直线, 沿横坐标把它向右移动VT个单位就得到虚线二, 即方程VDS=VGS-VT所在的直线, 虚线二的上方区域就满足不等式VDS>VGS-VT的条件, c点是曲线方程VDS=VDD-ID*RD与直线方程VDS=VGS-VT的交点, 可见, c点对应的横坐标VM就是设置静态工作点时输入端偏置直流电压VGS的上限, 这样就找到了输入端偏置直流电压的范围VT<VGS<VM, 下面是计算VM的过程。
这是一个关于VGS的一元二次方程的解, 解得的结果中包含的数值量有电源电压VDD, 漏极负载电阻RD, 开启电压VT以及特定电流ID0的值, 放大电路设计时, 开启电压VT和特定电流ID0由选定的场效应管通过查阅可得, 电源电压VDD受到系统条件的限制通常为一个确定的已知值, 也就是说方程中VGS的大小最终求得取决于漏极负载电阻RD的选定。到此, 我们得到了输入端直流偏置电压VGS的上限。在实际电路中, 常采样自偏法或分压法对场效应管进行直流偏置来满足设计要求, 只要偏置电压VGS范围确定, 是容易实现的。
当我们知道了场效应管输入端直流偏置电压VGS的范围后, 由于放大电路的增益计算设计也与漏极负载电阻RD的值有关, 所以还不能马上确定漏极负载电阻RD的值。下面是场效应管小信号放大电路的增益计算的推导, 推导的方法有两种:
方法一:假设场效应管输入端输入电压为vI=VI+vi=VGS+vi, 式中v I是输入端的直流偏置电压VGS与交流小信号电压vi的叠加, 则输出端输出电压满足vo=Vo+vO=VDD-iD*RD, 式中vo是输出端放大的直流电压Vo与放大的交流小信号电压vo的叠加, iD是通过漏极电阻的静态直流电流ID与交流小电流id的叠加。
方法二:根据场效应管小信号放大电路输出端输出方程, 结合输入输出电压关系曲线, 在已知场效应管在静态工作点上存在小信号扰动的情况下, 工程上认为, 静态工作点附近输入输出电压关系曲线可以线性化处理, 考虑到电压与电流之间的微变关系, 输出信号的增量可通过对方程在VGS处求导所得:
可见, 场效应管低频小信号放大电路的电压增益与漏极负载电阻RD也有关系, 并且与它成正比。如果单考虑放大电路的电压增益, 增大漏极负载电阻将有利于交流小信号电压的放大, 但是考虑到输入端输入信号的电压范围, 由于输入端的直流偏置电压与交流小信号电压的叠加范围 (VT<VGS+Vi<VM) 随着漏极负载电阻的增大而变窄 (VM随着漏极负载电阻的增大而减小) , 过窄的输入范围将使场效应管的工作状态很容易滑入截止区或可变电阻区, 直接导致输出的放大信号产生较大的失真, 这是不容许的, 所以, 在选择漏极负载电阻RD的值时应该采取折中方案, 达到既能满足放大电路的电压增益的要求, 也能满足输入端电压信号输入范围的要求。
另外我们找到了低频跨导的来源gm=-2ID0*VT-2* (VGS-VT) , 实验显示, 合理设定静态工作点对场效应管放大电路的正常工作将产生重要影响, 与双极型晶体管组成的电压放大电路不同, 双极型晶体管的电流放大系数β值基本上不随静态工作点的变化而产生变化, 当三极管正常工作时, 电压增益也不会受静态工作点的变化产生影响, 而场效应管的低频跨导与输入端直流偏置电压VGS有关, 低频跨导将随静态工作点的变化而产生变化, 那么即使场效应管在正常工作时, 电压增益也会受静态工作点的变化而产生较大影响, 这一点值得大家关注的。至于其它类型的场效应管构成的低频小信号放大电路, 大家可以采用同样的方法进行分析计算并加以讨论。
参考文献
[1]康华光.模拟电子技术基础[M].高等教育出版社.
[2]谢沅清.电子电路基础[M].人民邮电出版社.
放大原理 篇2
123456DDRc10VCC2Cc0.01uFRa10VCC1CC3470uFC1VEE11uF1R12M362OP074AR18R610KR8100KC55nFVCC1VCC2C8CC1470uFJ1C321POWERCC2470uFVCCGNDVEEJ2Ca0.01uF123INPUTv1GNDv275nFR1351KVCC2AR3CAR526318OP07voGNDJ312OUTPUTVCC1R447KC32R34.7K30nF31C477AR46C78OP0731uFR1011M8OP0726R112.2KCb0.01uF4Rb10VEE1Rd10VEE2CC4470uFCd0.01uFVEE1VEE230nFR547KVCC15nF4VEE2C6R122.2K7AR22C231uF1R22M8OP07610K91K20KB4TAPR7R91Rp1TOPBOT3247VEE1BATitleASizeBDate:File:12345NumberRevision8-Jun-2007 K:小信号放大器lab12-ryd.ddbSheet of Drawn By:6 器件封装（footprint）：
电阻R：AXIAL0.4 普通电容C：RAD0.2 运放OP07：DIP8 电解电容：RB.2/.4 三脚插座CON3：MT6CON3V 滑动变阻器Rp：VR5
原理图（*.Sch）中需要的器件库文件：Miscellaneous Devices.lib
多载波放大器试验工作原理与案例 篇3
[关键词] 多载波放大器 系统组成 工作原理 试点情况
一、简介
多载波放大器是近年来新推出的设备,下行输出功率为150W(GSM)或120W(WCDMA),上行配备低噪放大器,增益可调(0-15dB)。它适合在地形平坦的区域改善广覆盖问题,例如平原、近海;或者在房屋较密集的区域改善深度覆盖问题,例如集镇、城中村。多载波放大器的示意图如下(注:多载波放大器可采用馈线耦合、光纤拉远、直接耦合的方式使用):
图2多载波放大器系统结构图
二、系统组成及工作原理
多载波放大器主要由断电旁通器、双工器、合路器、功放(下行)、低噪放大器(上行)5大部分组成,主要特点是:内部集成低噪放大器(LNA),放大上行信号,达到双向放大的效果。室外型的多载波放大器可安装在塔顶/楼顶,可以补偿馈线损耗。由于多载波放大器从馈线取信号,所以能同时放大一个小区的所有载波信号,且小区扩容载波时多载波放大器不需扩容模块设备(图2)。
上行工作过程:来自移动台的上行无线信号通过天线接收经过多载波放大器内置的高增益低噪放大后,经过双工器将信号送到基站接收端口。
下行工作过程:基站输出的信号直接送到MCPA放大,放大后的大功率信号再经过发射天线发射至所需的电波覆盖区域供移动台接收。
控制单元工作过程:当设备一旦出现故障时,控制单元会立即启动旁路系统,使设备退出服务,同时恢复基站原有射频通道,维持基站正常工作。
在同等的网络质量要求下,多载波放大器能提高基站的上下行增益,增大基站覆盖半径。
三、珠海试点情况
珠海金湾区有一个偏远村庄,由于村庄的房屋比较密,GSM信号较弱,经常被村民投诉。本次试点采用新型的多载波放大器,将其安装在约40米高的塔顶平台上面,减少馈线的损耗,提高基站的上下行增益。
随后做了细致的DT和CQT测试工作(手机锁定基站的BCCH频点),测试对比结果如下:
(1)在DT测试中,RxLevel(下行信号强度)有明显提升。从工作中结出,手机平均接收电平由-72.05 dBm提升到-59.99dBm,大于-75dBm的采样点由57.13%提高到89.52%。
(2)在DT测试中,RxQual(下行信号质量)有明显提升。从工作中结出,通话质量由平均1.32级提高到平均0.46级,其中最好通话点(0级)占比由关闭BMB时的68.76%提高到打开BMB时87.88%。
(3)在DT测试中,TxPower(上行信号强度,间接反映上行信号质量)有明显改善。从工作中结出,手机的平均发射功率从9.02级变为11.81级,即手机平均发射功率大约从25dBm降至19dBm,降低了6dB。这个结果也符合理论计算值。
(4)在CQT测试中,RxLevel(下行信号强度)有明显提升。从工作中结出,手机平均接收电平由-85.67dBm提升到-76.37dBm。
(5)在CQT测试中,RxQual(下行信号质量)有明显提升。从工作中结出,通话质量由平均1.43级提高到平均0.67级。
(6)在CQT测试中,TxPower(上行信号强度,间接反映上行信号质量)有明显改善。从工作中结出,手机的平均发射功率从6.4级变为7.51级,即手机平均发射功率大约降低了2.2dB。
(7)话务统计对比:对该基站作GSM多载波放大器开通前与开通后性能指标比较分析,开通前与开通后一周的忙时平均值列于下表10。从工作中结出,开通后话务量增加了2 ERL左右,其它各项性能指标变化不大。
四、结论
从系统组成及工作原理看,多载波放大器同时具有上行和下行的放大功能。加上采用全双工和分集接收技术,所覆盖的上行区域和下行区域基本一致(上下行链路平衡),提高了网络的通话质量。需要注意的是:多载波放大器需要安装在塔顶、楼顶等最靠近天线的位置上时才能取得最佳效果。
多载波放大器和原来的单载波放大器相比,主要区别是功放的带宽不同:多载波放大器可在整个GSM频段上放大信号,而原来的单载波放大器只能在某一个GSM频点上放大信号。因此在现网基站上使用时,由于一个单载波放大器只支持放大一个载波,若需放大二个载波时,则需要增加合路器(损耗约3.5dB),若放大四个载波时,则需要增加两级合路器(损耗约7dB),信号衰减过大;基站扩容载波后需要相应扩容单载波放大器(或增加模块),施工比较复杂、成本有所提高。此外,厂家还提出多载波放大器采用了线性功放、预失真补偿处理、前馈式处理等新技术,但新款的单载波放大器也可以采用这些新技术,不是两者的主要区别。
从珠海试点情况看:加装了多载波放大器之后,基站上行、下行信号的强度和质量均有比较明显的改善,其中上行约有2～6dB的提高,下行约有9～12dB的提高。由于覆盖范围增大,话务量提升了约2 ERL,其它性能指标变化不大。
若网络质量要求不变,多载波放大器能增大基站覆盖半径,从而减少新建站的数量,节约基站设备及配套设备的投资,提高投资效益。
若基站覆盖半径不变,多载波放大器能改善边缘地带的覆盖效果,提高接通率、降低掉话率,提供更好的通话质量。
从应用角度看,鉴于上述作用,多载波放大器可用于对基站容量要求不高,但急需扩大基站覆盖面积、加强网络覆盖效果的以下几种场合:
(1)新建基站难以租赁、选点的场景。例如硬骨头站点附近的现网基站,例如覆盖近海区域的现网基站。
(2)施工周期要求短,来不及建设新基站或传输引电不能到位的场景。例如在新建开发区附近的现网基站。
(3)有深度覆盖要求的场景。例如覆盖城中村、密集乡镇的现网基站。
放大原理 篇4
关键词：热脉冲,差动放大,数字电位器
0 引言
利用热脉冲技术测量植物蒸腾速率是通过瞬时加热植物的茎或秆内部的液流, 测量被加热的液流运动速率, 从而确定植物的蒸腾速率[1]。此类传感器由温差检测器[2]和数据采集器组成, 而温差检测器由微型热敏电阻制成。但是热敏电阻受制造工艺的限制, 阻值及温度敏感系数很难做到完全一致, 最大偏差高达4℃左右。热脉冲信号发出后, 最不利情况下温差峰值仅为0.3℃, 此时引起的热敏电阻阻值变化很小, 进而引起的电桥输出变化也很小, 这些使得确定热脉冲信号在树木茎枝体中传播过程的温差峰值时间十分困难[3]。为了克服上述问题, 提出了基于差动放大原理的热脉冲检测及信号处理方法, 该方法可以提高检测精度并降低对后续采集设备的要求。
1硬件电路
采用仪表放大器AD623[4]对信号进行初级差分放大后, 通过低功耗的PIC16F73单片机[5]的AD转换模块, 对初级放大后的模拟信号进行滤波处理, 经数字电位器X9241[6]转换输出, 将该输出信号与初级放大后的信号构成一对差分信号, 对其进行二级放大。
1.1 应用电路设计
AD623采用5V的单电源供电, 由于输入端是差动输入, REF端需接1.2V的高精度基准, 以便于单片机的AD转换程序设计。单片机部分采用美国Microchip公司的PIC系列单片机, 5V电压既作为单片机的电源, 又作为AD转换的基准电压, 使用RB6和RB7口模拟IIC时序与数字电位器X9241进行通信。为了使单片机的AD转换和数字电位器的DA转换具有相同的最低有效位 (LSB) [7], 数字电位器的VH0采用1.25V电压。基本的应用电路, 如图1所示。
1.2电路设计关键
该电路设计的关键是PIC16F73单片机与数字电位器X9241间的可靠通信。通过IIC总线, 将单片机中经由AD转换后的数字信号传送给数字电位器, 通过控制数字电位器的电阻即可转换成模拟信号输出, 该模拟电压在1个信号采集周期中保持不变, 数字电位器的线性特性可以方便地应用于放大电路的反馈网络中。
2 软件编程
2.1 X9241的写操作时序
将PIC16F73单片机中滤波好的数字信号经由IIC总线接口, 写入到数字电位器X9241中。该芯片上集成了4个电位器, 每个电位器的滑动端有64个离散的调节节点, 并有1个滑动端控制寄存器 (WCR) 。通过程序写入相应数据操作WCR即可改变电位器滑动端位置, 从而达到控制输出电压的目的。需要特别强调的是虽然X9241具有IIC总线接口, 但是由于它特殊的三字节指令结构, 而普通的IIC硬件一般都是双字节格式, 所以本文中采用PIC16F73单片机软件模拟IIC总线时序的方法实现数据通信。
X9241的三字节指令格式, 如图2所示。
第一字节的前4位是设备类型标识, 固定值为0101;后4位是X9241的地址, 取决于芯片上 A3-A0引脚的高低电平。第二字节是指令字节, 主要控制电位器的读写方式和选择指定电位器。第三字节用来传送8位数据段。其中, CM是级联控制位, DW是滑动端使能控制位。
2.2 编程要点
在实验过程中, 采用PIC16F73单片机, 编程环境为MPLAB IDE7.51。在模拟IIC时序时, 注意以SCL为高电平期间, SDA出现下降沿为起始标志, 出现上升沿为结束标志。当SCL为低电平期间传送一位数据, 待SCL置高, 表示一位传送完毕。
1) 单片机IIC接口初始化:
SDA EQU 7 ;RB7与X9241的SDA相连
SCL EQU 6 ;RB6与X9241的SCL相连
ADDSS EQU 21H ;自定义数据寄存器
COU EQU 22H ;自定义位传送寄存器
2) 写入一个字节程序:
BCF PORTB, SCL ;SCL为低 RLF ADDSS, 1 ;左移送入W, 最高位送入进位C
3) 应答程序:
GOTO$-1;若SDA为0, 接着执行下一字节的传送。
3 应用实例
在研制植物蒸腾速率测定仪的过程中, 采用了基于差动放大原理的信号测量系统设计方案, 并将该部分电路作为测定仪的主体放大电路。传感器中的温差检测器经由以上放大电路的处理后, 可以准确采集到热脉冲到达时的峰值电压, 通过到达时间即可推算出树木蒸腾速率。经放大后的信号, 如图3所示。
4 结束语
利用热脉冲技术测量植物蒸腾速率具有广泛的应用前景。本文的基于差动放大原理的信号检测及处理方法可以准确采集到热脉冲到达时的峰值电压时间, 并且降低了对后续采集电路分辨率和精度的要求, 减少了仪器的成本, 并在实际产品应用中取得了令人满意的经济效益。
参考文献
[1]Huber B.Beobachtung and messung pflanzlicher saftstrome[J].Berichte der Deutsch Botanishcen Gessellschaft, 1932, 50:89-109.
[2]Granier A.Evaluation of transpiration in a Douglas-fir stand by means of sap flow measurement[J].Tree Physiology, 1987 (3) :309-320.
[3]张君, 赵杰.仪表放大器AD623的性能与应用[J].仪表技术, 2002 (5) :45-46.
[4]梁三林, 马孝义.基于微控器的植株杆径变差测量系统设计[J].微计算机信息, 2007 (3-2) :130-131.
[5]张明峰.PIC单片机入门与实战[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2004.
[6]沙占有.数字电位器设计原理与应用[M].北京:机械工业出版社, 2004.
放大原理 篇5
一、AV152射频放大器的工作原理
AV152射频放大器是为VHF波段电视信号功率放大而设计的,该放大器采用固态MOSFET工艺而获得高可靠性、高效率和线性范围宽等优越性能。它作为一个宽带放大器工作在整个VHF频段上,使得在变更发射频道时无需调整放大器,而图像放大器和伴音放大器由于采用同一品种,可以互换使用(见图一)。
AV152最大输出功率为1.6KW,功率增益为40dB。来自激励器的射频信号自RF IN输入,送到A1(RF CON-TROL)受控放大;A1输出的射频信号送到预激励级A2放大,预激励级A2采用与放大级相同的MOSFET;预激励级A2输出的射频信号经采用IN LINE SPLITTER技术的功率分配电路,分成四路信号分别送到放大级A3-A6放大;放大级A3-A6的输出信号经采用IN LINE COMBINE技术的功率合成电路合成后由RF OUT输出。功率合成电路中也包括吸收电阻,这是为了在末级局部失效下,保持良好的匹配和高隔离度。直流软启动电路对开机接通和断开时所产生的输入峰值电流进行限定,并支持模块热插拔。DC/DC电源将未稳压的140V直流电压转换成30V的稳定直流电压供给功放管。控制板2集中了来自AV152上安装的各个传感器的参数信号,并将工作状态在显示板上显示。
二、AV152射频放大器的主要单元分析
1、激励级(RF CONTROL)
激励级将激励器送来的信号先经过增益和相位调节等处理,然后再送到后面的功放单元进行放大。
增益调节是通过改变变阻二极管的偏置电压,从而改变变阻二极管的阻值实现的;相位调节电路由环形器、变容二极管、电容等组成,通过改变变容二极管的偏置电压,改变其等效电容实现相位的调节;调节射频信号的增益和相位可获得良好匹配从而减少功率损耗。RF关闭是通过放大管偏置电压来实现,当MOS管T1的栅极电压小于其导通电压时,T1不工作,无射频信号输出,实现了保护功放模块的目的。
Ⅰ波段的功放模块AI152和Ⅲ波段的功放模块AV152略有不同,Ⅲ波段的功放模块AV152在激励级后加了一级A2放大,再送到四分配器,而Ⅰ波段的功放模块则是从激励级直接送到四分配器。
激励级除了增益控制、相位控制、偏置电压(RF关闭控制信号)三个控制信号外,还有输入功率检测IN PWR MEA-SURES和输出功率检测PREDRIVER PWR MEASURES两个取样信号,A2的输出功率检测在分配单元取样。
2、控制板2(CONTROL BOARD)
控制板2集中了来自AV152上安装的各个传感器的参数信号,根据这些参数去控制RF射频电路及电源电路的工作,并将工作状态在显示板上显示。
(1)功率告警电路
A1~A10的告警,由比较器和二极管等元件组成。当输入功率PWR-IN正常,A1无输出时,比较器输出高电平告警信号;当A1正常,而A2无输出时,A2告警;当A2输出功率正常,而A3~A6无输出时告警。功率告警都是将输出功率取样和输入功率取样进行比较,以产生告警信号,输入功率降低时,比较门限电压也降低,因此,即使激励调很小时,只要功率模块工作正常,不会因输出功率低而告警。
(2)温度、电流、反射告警及封锁控制电路(见图二)
温度告警电路由IC10B、IC12A等元件组成,IC10B为温度取样信号放大,IC12A为比较器,当温度过高时比较器输出高电平告警信号。
电流告警电路由IC9B、IC2B、IC15B等元件组成。IC9B为电压比较器,当电流过大时产生告警信号;IC2B为电压跟随放大,当电流偏大时IC2B的输出送到偏置电压控制电路,控制偏置电压的大小,使放大器的工作电流降到正常范围。
反射功率过大告警电路由IC3B、IC14B、D20等元件组成。其原理和电流告警电路相似。
当模块的温度过高、电流和反射功率过大告警累计超过9次时,产生封锁控制信号。这部分电路由IC13B、IC16、IC14D等元件组成,其中IC16为计数器。
(3)电源告警电路(见图二)
电源告警电路是在过压OV、过流OC、电压太低UV、温度过高OT、输入电压VIN不正常时送出告警信号。告警电路由IC2A、D37、IC15F、D3~D6、D42、IC13A等元件组成。当使能信号ENABLE为高电平时,经D37使IC2A-2脚为高电平,VIN不告警;当使能信号ENABLE正常为低电平时,而输入电压不正常时才告警。VIN不正常时,经D42使IC13A-2脚为低电平,则OV、OC、UV、OT告警不起作用。
(4)总告警电路及使能控制(见图三)
如果不平衡功率过大告警、过激励告警、模块功率告警、模块电源输入电压告警、电源告警、温度告警、电流告警、反射功率告警其中一个或一个以上告警发生时,T9导通,AL-IND为低电平,则面板总告警指示灯亮。
送到模块的ENABLE信号用来控制模块的开关电源。当温度、电流、反射无告警时,T3截止,T1导通,+EN输出+12V,使能信号ENABLE为低电平时,-EN为低电平,这样模块电源正常工作,送正常电压供给模块。当温度、电流、反射有告警时,T3导通,T1截止,+EN无+12V输出,则开关电源不工作而保护模块。
(5)偏置电压及AGC电压控制电路
偏置电压控制电路当温度、电流、反射告警时,T6饱和导通,将送往RF控制单元的偏置电压VBIAS拉至-5V,使激励级不工作无输出以保护模块;当温度、电流、反射偏大时,T8导通,使偏置电压VBIAS降低,激励级输出功率变小,这样模块的温度、电流、反射就会降至正常范围。
AGC电压可通过模块显示板内的电位器调节。同时,当温度太高或反射功率太大时,将通过调节AGC电压,使激励级减小或关闭激励,从而保护模块不损坏。
3、显示板(DISPLAY)
显示板采用LED显示放大器的工作状态,还提供放大器工作状态的测试点。
(1)告警指示灯
(2)测试点参数
三、AV152射频放大器的检修维护
1、故障检修实例2
(1)1.5KW放大器输出功率偏低且无报警
将发射机输出调到正常值的50%,将所检查模块对应的电源开关关闭,打开模块上盖以及RF CONTROL的屏蔽盖。检查发现RF输入检测电压正常,T1管的静态工作点电压200m V左右正常。在测量RF CONTROL电路中交流通路隔直电容电压时发现此电压过低,此电压正常值为4.3V,加电后升到6.25V。如果此电压值过低,将造成整个放大单元输出偏低。检查发现稳压二极管D3的稳压值低,更换稳压二极管D3故障排除。
(2)A5告警,1.5KW放大器输出功率下降
将发射机输出调到正常值的50%,将所检查模块对应的电源开关关闭,打开A5放大单元的屏蔽盖。测输入电压是30V正常;测静态工作点电压在50m V左右,表明有一个MOS管坏;再测取样电阻两端电压不等于10m V,调电位器无变化而且栅极电压超过4V,表明该MOS管坏,更换后故障排除。
2、AV152射频放大器的日常维护
由于AV152射频放大器工作在高电压大电流状态下,故障率较高,本人在日常维护中发现要注意以下几点:
(1)在日常维护中要定期测量、记录功放模块的工作参数,并将数据与功放模块以前的数据相对比,和工作中的其他功放模块数据相对比,一有异常及时排除。
(2)定期清洁机房卫生,保持机房温度;定期清洁功放模块卫生,保持散热风路通畅都有利于提高功放管的使用寿命。
(3)在更换MOS管时,要注意先拆下旧管再加电检查电路板各管脚电压,在正常范围内才能更换新管,否则将烧毁新MOS管。
另外由于MOS管栅源极间电容很小,在使用时要注意防止静电。
(4)在检修功放模块时,将Q9接头的50欧负载接到模块于连接电缆旁的射频输入端,以防止空中的射频干扰。
摘要：功率放大器由于工作在高电压大电流状态,是发射机的故障高发地带。本文就功放模块AV152的工作原理以及其中的主要单元电路进行分析,并结合实例总结日常维护的方法。
关键词：偏置电压,告警取样,封锁控制,使能控制
参考文献
放大原理 篇6
TSW2500 短波发射机上广泛使用的宽放是COM500B-1 型500W宽频带放大器, 是专为大功率广播发射台设计的全固态功率放大器。该设备采用大功率MOSFET场效应管, 应用宽带功率放大、功率分配合成等技术。具有高增益、高稳定性、高可靠性等特点, 设备在5.9MHz~22MHz不需要调谐, 可与后级宽带网络直接匹配。同时它还具备模块正向功率、反向功率、电流、温度保护功能;整机输出开路、短路保护功能。
2 宽放的结构及原理
500W宽频带放大器由300W放大器、500W控制板、前置放大器、二合成器、功率取样器、500W显示板等组成。射频激励信号经过增益调整电路后, 送往前置放大器, 对射频激励信号进行初步放大, 再经二分配器分别送往两路300W功放模块放大, 二合成器将两路信号合成为500W信号输出。 (图1)
2.1 300W放大器
300W功率功放器由推动和末级放大两级组成。输入信号经推动级放大后, 送末级推挽放大器放大到300W功率信号输出。功率取样器用于检测放大板的输出正向、反向功率, 送控制板用于过功率保护。
2.2 500W控制板
功放控制板包括两部分:功放控制电路和增益调整电路。控制电路主要由单片机、电源模块、风机控制电路、故障检测电路、栅压控制电路等组成, 可实时监控功放的工作状态, 完成功放的检测和保护。
控制板可检测出的故障有:整机的过正向功率、过反向功率的故障, 300W放大器的过流、过温、过正向功率、过反向功率故障。当300W放大器出现故障时, 控制板将关闭相应模块的栅压, 并将故障送前面板显示。当整机的正向功率或反向功率过大时, 控制板控制功率调整电路按一定的时间间隔和梯度衰减信号, 直到功放的正向功率或反向功率满足要求。如果整机的正向功率或反向功率超出功放承受的门限且软件也没有及时衰减, 控制板的硬件电路将切断功放的电子开关, 且切断模块工作的栅压。当500W功放出现故障时, 前面板的告警灯亮, 蜂鸣器响, 提醒工作人员注意。
增益调整电路由衰减网络、增益调整器、电子开关等电路等组成。增益的大小受控制电路送来的增益控制电压控制。
2.3 前置放大器
前置放大器由前置放大和2 分配组成。前置放大部份主要由功率放大管及其外围电路构成, 用于对激励信号的初步放大。
二分配部份用于将一路射频信号, 同相分成二路输出, 分别送给二个功放模块放大。输入信号先经1:2 阻抗变换器将阻抗变为25Ω, 然后经2 路分配器同相分成2 路阻抗为50Ω 的信号输出。
2.4 二合成器
二合成器完成二路300W放大器输出功率的合成。合成器由传输线变压器, 平衡电阻、散热器构成。
2.5 功率取样器
功率取样器接在二合成器的输出端。用于检测功放输出端的正向、反向功率大小, 供功率控制和驻波比保护。
3 面板说明
前面板主要由数码管、告警灯、蜂鸣器、电源开关等组成。数码管主要显示500W功放工作时的正向功率、驻波比值。
当500W功放出现故障时, 相应告警灯亮, 蜂鸣器响, 表示故障为当前频率故障。当只有告警灯亮, 蜂鸣器不响时, 表示此故障为工作过程中曾经出现过的故障, 不是当前频率故障。重新上电, 将清除告警。
后面板主要由电源插座 (MS3102B22-22P) 、射频输入插座 (BNC) 、射频输出插座 (N) 、进风口等组成。
4 故障分析和排除
当500W功放出现故障且射频输入信号保持时, 蜂鸣器应该响, 前面板相应告警灯应该亮。当输入信号关断时, 蜂鸣器将停止响, 但是只要电源不关断, 前面板的告警灯将一直保留亮。在关闭前面板电源开关前应该记下告警灯的类型, 以便于故障分析和排除。500W功放常见故障如下:
4.1 前面板数码管没显示或前面板告警灯全亮
故障原因:a.控制板到显示板的连接线松脱或断线;b.显示板集成电路MAX7219 损坏。
故障排除:a. 检查连接线, 并恢复正常;b. 更换集成电路MAX7219。
4.2 功放上电后蜂鸣器响但并没有告警灯亮
故障原因: 控制板到显示板的连接线是否松脱或显示板电路SA555D损坏。
故障排除: 连接线松脱则重新焊接;SA555D损坏更换电路。
4.3上电显示正常但是加信号无功率
故障原因:a.控制板的射频线是否没接触好;b.控制板与放大板的控制线是否没有连接好;c.控制板集成电路是否有损坏。
故障排除: 如果连接线没有接好则重新焊接并保证连线牢靠, 如果控制板集成电路有损坏更换器件。
4.4 加信号有功率, 但是功率小于170W, 且驻波比显示为———。
故障原因:a.500W功放的后级负载驻波比是否较大;b.500W功放内部取样到输出射频线是否开路。
故障排除: 更换500W功放与后级负载之间的射频连线或调整后级负载驻波比或打开500W功放是否射频线没有连接好。
5 维修
放大原理 篇7
孔类加工, 包括深小孔加工, 型孔加工, 是电解加工的一个典型应用领域。对于用难加工的材料, 如高温耐热, 高强度镍基合金, 钴基合金制成的空心冷却涡轮叶片和导向器叶片, 其上有许多小孔, 特别是深小孔和呈多向不同角度分布的小孔, 用普通机械钻削方法加工特别困难, 甚至不能加工, 而用电火花, 激光加工又有表面再铸层问题, 且孔深也不能太大, 而采用电解方法, 其加工效率, 加工质量都显著提高, 随着新型航空发动机涡轮工作温度增高的需要, 零件材料性能不断提高, 同时采用大量各种规格冷却孔的设计, 故电解加工小孔在航空发动机制造工程中发挥着独特的作用。
1.1 电解打孔加工原理
电解打孔加工的原理如图1.1所示
金属工件 (叶片) 接直流加工电源的正极, 扁孔电极接直流加工电源的负极, 在工件与电极间加12V-18V的直流电压, 电极与叶片间保持0.1mm-0.3mm的间隙, 高压的电解液通过中间的电极流过电极与叶片的间隙, 在电场的作用下, 进行化学反应。接正极的叶片溶解, 电解液不断冲走叶片析出的金属微粒, 电极上端的伺服进给系统驱动电极以相应的速度向下移动, 使电极与叶片之间始终保持一个恒定的间隙, 经过一定时间的加工, 便可在叶片上打出合格的扁孔。
1.2 电解打孔加工的几个重要工艺问题
1.2.1 恒参数控制策略
为了得到较高的孔径精度, 保证在孔深全长上孔径尺寸一致, 深小孔电解加工常采用恒参数控制策略, 即在整个加工过程中控制加工电压, 送进速度, 电解液温度和输液压力保持为某一常数, 通常加工电压在12 V-18V, 进给速度在1-5mm/min, 电解液温度在25℃--38℃范围内, 确定数值主要取决于工件材料的电解加工性能。电解液压力根据加工深度在0.5-1.5MPA范围内控制为某一常压, 加工孔深越大, 供液压力越高。
1.2.2 监控加工电流, 判断并控制加工过程
当实行恒参数控制策略时, 加工全过程中, 加工电流也应恒定不变。在深小孔电解加工中, 必须注意观察加工电流以判断加工过程是否正常, 如果加工电流突然变大或变小均说明加工过程异常, 当电流变化超过设定的保护值时, 保护电路应快速动作, 以保护工件电极及设备的安全。
1.2.3 电解打孔加工应一次完成
电解打孔加工一般都应该在一次行程中完成, 因为如果中途停顿, 继续加工时在停顿处孔径会扩大, 容易造成废品。所以要求机床加工程序控制系统与伺服进给系统的运行要十分稳定。
1.3 DJL-25立式电解打孔机床打扁孔加工的工作过程
DJL-25立式电解打孔机床就是专用于航空发动机压气机叶片电解打扁孔加工的设备。
一般涡轮叶片与压气机叶片形状复杂, 其叶身截面由叶根向叶尖收缩且相互扭转, 要在叶片尖部至根部打一个长约300mm, 截面面积为40mm2, 且表面精度不小于0.5mm的扁孔, 若采用普通的机械加工方法非常困难。以前曾采用过电火花加工等方法, 但效率很低, 满足不了生产需要。而采用电解打孔加工则具有加工速度快、精度较高、易于大批量生产等优点, 所以就成为航空发动机叶片打扁孔加工的一种重要工艺手段。
根据电解打孔加工工艺的基本要求并结合加工现场的实际情况, 制定了以下的叶片扁孔加工工艺规程:在加工开始时, 由于电极与叶片有较大的间隙, 所以加工电流很小。随着电极逐渐深入孔中, 电极与叶片之间的间隙不断减小, 工作电流也逐渐上升。此时加工进给速度以低速恒速进给, 使加工电流达到100A左右。当加工至叶片1/3处时, 进给速度即换为中速恒速进给, 加工电流略提高, 为103A左右。当加工至2/3处时, 进给速度即转换为高速进给, 此时加工电流提高为105A左右恒定不变, 保持加工进给速度与叶片溶解速度一致, 即保持加工间隙始终恒定。当加工至叶片根部, 扁孔打通时, 加工电流逐渐降低。当加工电流小于30A时, 电流反馈系统工作, 加工进给停止, 电解液泵停止运转, 电极自动返回原点。等待下一次加工。至此DJL-25立式电解打孔机床打扁孔加工过程全部结束, 其具体加工过程如图1.2所示
由图1.2所示的电解打孔加工过程可知, 在加工过程中, 机床的伺服驱动系统与加工程序控制系统能否稳定地运行是保证电解打孔加工能否顺利完成的关键。
2 DJL-25立式电解打孔机床电气系统的组成简介
2.1 DJL-25电解打孔机床电气系统工作原理方框图
2.2 机床电气系统的组成
根据机床电气系统工作原理方框图可知, 本机床电气部分主要由三部分组成:
(1) 加工程序控制系统; (2) 伺服驱动系统; (3) 保护系统。
3 DJL-25立式电解打孔机床加工程序控制系统 (PLC控制) 及伺服控制系统的工作原理分析。
根据航空发动机叶片电解打孔加工工艺的要求, 在整个加工过程中要分成三个阶段进行。即低速、中速、高速三个阶段加工。虽然加工电流的差别很小, 只有2A-3A, 也就是电极与工件之间的加工间隙变化量及其细微, 但这是在生产实践过程中经过多次试验摸索总结出来的最佳加工工艺。未采用PLC及伺服控制的老式电解机床叶片打孔加工要靠操作者根据加工的位移量, 电流变化量, 加工时间, 加工区电解液排出情况, 凭借经验去手动进行参数的调整, 工件的加工精度无法获得保证, 所以这也是造成加工合格率很低的一个重要原因, 而采用PLC及伺服控制的机床加工能够进行自动控制, 消除了靠操作者手动调整所造成的许多不确定的因素。
3.1 加工程序控制系统 (PLC控制) 及伺服控制系统工作原理的具体分析
根据电解打孔加工工艺的要求不同种类及不同材料的叶片加工电流、加工时间等技术参数各不相同, 本论文所举案例为采用镍基合金材料的航空发动机压气机叶片加工方法及技术参数。
3.1.1 自动加工
首先应通过PLC控制进行加工状态的选择, 本机床有"自动加工"与"手动加工"两种状态可供选择。手动状态用于机床的调整和叶片特殊情况下的加工。一般叶片打孔加工选择"自动加工"状态, 即将选择开关置于"自动"档位, 然后按下"复位"按钮。此时PLC使力矩电机与测速电机主电路接通。伺服放大器得到一个负电平的控制信号输入, 力矩电机反转, 带动动力头快速上行。当返回至原点时, 微动开关SQ1压合, PLC控制力矩电机停止运转。同时准备指示灯PL1亮, 此时加工准备工作已就绪。
按下自动启动按钮后首先多级电解液泵启动, 当高压的电解液经加工电极喷射到加工区, 延时5秒后, 整流器得到一个控制信号开始启动, 在加工电极与工件间加上一个12V-18V的直流加工电压。同时伺服放大器得到一个稳定的已调整好的正电平控制信号, 力矩电机开始恒速向下进给, 进行低速加工。此时加工电流约为100A左右恒定不变。加工20min后, 伺服放大器得到一个中速控制信号, 力矩机以中速向下进给加工。此时加工电流约为103A左右恒定不变。当中速加工20min后, 伺服放大器得到一个高速加工控制信号, 力矩电机开始以高速向下进给加工。此时加工电流约为105A, 恒定不变。当加工至叶片打通时, 加工电流快速下降, 从105A下降至30A时电流控制继电器动作, 将自动加工控制电路、电解液泵, 整流器, 及低、中、高加工电路同时切断。力矩电机停止运转, 叶片打孔加工结束。
3.1.2 手动加工
当有孔深小于100mm的工件需要加工时, 可以采用手动加工的方式来完成。首先, 调整好电极与工件的加工间隙, 然后将加工状态选择开关拨到"手动加工"档位。按下电解液泵控制按钮SB4, 首先将电解液泵启动。当确认高压的电解液经加工电极喷射到加工区后按下整流器控制按钮SB5, 整流器启动。在加工电极与工件间加上一个12V-18V的直流加工电压。此时按下手动下行按钮SB7, 力矩电机得电工作, 驱动动力头向下进给加工。
当孔打穿时, 加工电流降至30A以下, 电流控制继电器动作, 切断电解液泵、整流器及低速下行加工控制线路, 手动加工结束。与自动加工不同的是, 手动加工结束后动力头需按下手动上行按钮SB6才能返回原点。在加工与操作过程中如需停止, 按下手动停止按钮SB8即可。结论
DJL-25立式电解打孔机床的电气系统经过改造后运行至今, 工作状况非常稳定, 从未发生过因加工程序紊乱及飞车短路而烧伤叶片和电极的现象。叶片的加工合格率也由过去的50%提高到80%--90%以上, 为成本节约与生产进度的保证做出了很大的贡献。
通过亲自动手对DJL-25型立式电解打孔机床电气系统进行改造, 使我的理论知识与实际动手能力也得到大幅度的提高。在对机床电气系统进行设计、安装与调试过程中, 我查阅了大量的相关专业书籍, 对于电解加工的原理, 伺服系统的工作过程与PLC的应用, 有了更深刻的理解, 所学到的新知识, 将会在今后的工作中, 发挥更大、更长久的作用。
参考文献
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放大原理 篇8
DF100A型100KW短波发射机高频放大部分由三级组成, 其中第一级使用的是宽频带放大器, 其带宽是0.3～40MHZ, 采用强制风冷进行冷却。主要技术指标如下:
1、频率范围:0.3～40MHZ 2、输出功率:37dB 3、工作状态:甲乙类线性 4、推动电平:2mW 5、输入/输出阻抗:50欧姆 6、输入驻波比:2 7、电源电压:28v
二宽带放大器的工作原理及主要构成元件介绍
高频激励信号经由R4、R5、C2、C3组成的阻容耦合网络送至高频小功率管Q1的基极, R6、可变电阻R1组成Q1的基极偏置电路, Q1管的静态工作点通过可变电阻R1设置。设置成甲类工作状态, 无失真, 但是散热量大。R7、C5组成Q1管电压串联负反馈电路, 用以展宽通频带, 改善宽放的高频特性;T1、T2分别为9:1、16:1阻抗变换器, 其作用是使Q1的高输出阻抗与Q2的低输入阻抗相匹配, 经过Q1放大后的高频激励信号经9:1阻抗变换器T1、耦合电容C4和由R8、C6、R9、R10、R11组成的桥T型10dB衰减器, 再经16:1阻抗变换器T2及C8耦合电容送至高频中功率场效应管Q2。送来的信号加至Q2的控制极, 可变电阻R2、R12分压电路为Q2提供适合的栅极控制电压, 静态工作点通过R2设置。R13是Q2管的限流电阻, L1C9C10组成RC去耦滤波器, T3C11R14R15组成电压并联负反馈电路, 用以扩展通频带, 改善宽放的高频特性, L3是高频阻流圈。T5是4:1阻抗变换器, 同时也是一个功率分配器件, 它将Q2放大并由C12耦合输出的高频激励信号反相, 并均等分配给高频放大功率场效应管Q3的两个控制极。它的静态工作点通过可变电阻R3设置, R19、R20、C16、R16、R17、C15构成两套电压并联负反馈电路, 用以展宽通频带, 改善宽放的高频特性。高频阻流圈T6和电容C22、C24～C28用于供电线路的高频滤波。三端稳压集成电路VR1及外围电路组成稳压电路, 输出恒定的12v直流电压。经Q3乙类放大器放大后的高频激励信号送至由T7、C29C30C31组成的功率合成网络将Q3功放对管的输出功率相加, 并经阻抗变换器T7耦合输出至高前级放大器。
三修复宽带放大器
(一) 修复所需要的仪器有:
1.射频激励源:
频率合成器。宽放需要一个射频信号输入。我们机房使用的有频率合成器, 使用也不会造成对频率合成器的损坏。通过50欧姆的射频电缆连接到宽放的输入端。加激励前要先将输出电平降至最小, 慢慢增加激励。输入电平不能超过2mW, 即0.316v。
2.示波器:
主要用于观察几个管子的输入输出波形, 以鉴别管子的放大性能的好坏。是机房常用仪器。
3.宽放电源:
宽放在机器上是由1PS7输出的28伏供电。我们利用机房现有的直流电源提供28伏。
4.负载电阻:
宽放输出接有阻抗为50欧姆电阻, 带功率显示的电阻最好, 由于机房没有那种电阻, 就采用一般电阻。虽然不能显示功率但是完全可以实现修复宽放的功能。并采取外用风机冷却。
(二) 测试接线图
(三) 修复步骤
核心元器件就是三个功放管。其它电阻电容有的是给三个功放管设置合适的静态工作点和工作状态, 有的起阻抗变换作用。Q1为2N3866为NPN型高频小功率晶体管, 工作在甲类。价格在几块钱左右, 更换简单方便。Q2管有好几种管型适合使用, 进口宽放使用的型号大多是BLWB4, 常用的还有MRF136, VBH25-28F型号, 工作在甲类。Q3管适用型号有MRF141G, BLF248, 为大功率N沟道绝缘栅场效应管。工作于乙类放大, 并联推挽方式输出。
连接好电路后, 首先用示波器观察宽放输入的波形, 并观察输入电平值, 使之不要超过宽放限定值。第一个观察点就是Q1管的输出, 看是不是被放大了, 如果没有或者没有放大, 那就是Q1管随坏后者基本工作点没有调整好, 则更换管子或者调整电阻R1调整好工作点。第二个观察点就是Q2的输入点, 如果没有波形那就是阻抗变换器件有损坏, 可以逐步查看出损坏的电阻和电容。一般这些东西不会坏。第三个就观察点就是Q2的输出点, 看是不是被放大, 如果没有或者没有放大, 那就是Q2管子损坏或者基本工作点没有调整好, 则更换管子或者调整电阻R2调整好工作点。第四个观察点就是Q3的两个输入点观察是不是存在或者存在了是不是一样, 不存在或者不一样那就是T5阻抗变换器坏了。第五个观察点就是输出点, 查看有没有放大的输出, 没有或者没有被放大, 那就是管子损坏或者静态工作点没有调整好, 则更换管子或者调整R3调整好工作点。通过以上几个测试点的观察, 基本上就可以检查出故障所在。按照以上步骤处理即可。
(四) 注意事项
1.用这些器件修复宽放不会造成器件的损坏。但是要注意保护宽放, 首先要确保接地良好, 宽放、频综、示波器、电源等都要可靠接地。
2.激励加之前要慢慢增大, 电压不可超过0.316v, 否则容易击穿宽放的几个放大管。
3.更换MOS场效应管时要格外注意, 因为很容易被静电击穿。焊接用的电烙铁要接地良好。
四结束语