КАБЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ Российский патент 1994 года по МПК H02H7/20 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в предварительных усилителях/ нагруженных на согласованный радиочастотный коаксиальный кабель/ выходной сигнал которых и напряжение питания к которым могут проходить как по одним и тем же проводам/ так и по отдельным изолированным друг от друга проводам.

Известны кабельные усилители/ содержащие последовательно соединенные усилительный каскад на транзисторах/ радиочастотный коаксиальный кабель согласованной нагрузкой и источник электропитания. В этих усилителях нагрузка помещена на конце кабеля/ а ток от источника электропитания проходит через нагрузочный резистор по внутреннему проводнику коаксиального кабеля и непосредственно на усилительный каскад/ т.е. выходной сигнал которых и напряжение питания к которым проходят по одним и тем же проводам.

Недостатками известного кабельного усилителя являются невозможность обеспечить прохождение напряжения питания по отдельному проводу/ изолированному по постоянному току от внутреннего проводника коаксиального кабеля и отсутствие защиты от переполюсовки источника электропитания.

Первый недостаток ограничивает область применения усилителя/ так как он не может быть использован в радиотехнических устройствах/ у которых один вывод нагрузки заземляется/ и/ кроме того/ он создает ряд неудобств в эксплуатации/ так/ например/ к нему нельзя подключить селективный вольтметр с низкоомным входным сопротивлением/ которое заземляет при измерении нагрузочный резистор. Второй недостаток снижает его надежность/ особенно при проведении монтажно-регулировочных и профилактических работ в процессе эксплуатации радиотехнической аппаратуры. При ошибочном подключении другого полюса источника электропитания или при отключенном источнике питания от случайного прикосновения предметов с наведенным электростатическим напряжением приводит к выходу из строя маломощных транзисторов и соответственно усилительного каскада в целом.

Цель изобретения - повышение надежности работы устройства и расширение области применения его путем обеспечения возможности прохождения выходного сигнала и напряжения питания как по одному и тому же проводу/ так и по отдельным изолированным друг от друга проводам с одновременной защитой от переполюсовки источника электропитания.

Это достигается тем/ что в кабельный усилитель/ содержащий транзисторный усилитель/ последовательно соединенные радиочастотный коаксиальный кабель с согласованной нагрузкой и источник электропитания/ введены диодная матрица из трех диодов/ выводы одной полярности которых объединены и подключены к выходу транзисторного усилителя/ а другие выводы соответственно первого диода - к общей шине/ второго - к внутреннему проводнику радиочастотного коаксиального кабеля/ а третьего - через токозадающий резистор к второму выводу электропитания/ два резистора смещения/ одни выводы которых подключены к общей шине/ а другие соответственно первого резистора смещения - к внутреннему проводнику радиочастотного коаксиального кабеля и через конденсатор к выходу транзисторного усилителя/ а второго - к точке соединения третьего диода и токозадающего резистора.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого кабельного усилителя.

Кабельный усилитель содержит транзисторный усилитель 1/ последовательно соединенные радиочастотный коаксиальный кабель 2 с согласованной нагрузкой 3 и источник электропитания. Одновременно он содержит диодную матрицу 4 из трех диодов 5-7/ выводы одной полярности которых объединены и подключены к выходу усилителя 1/ а другие выводы соответственно первого диода 5 - к общей шине/ второго диода 6 - к внутреннему проводнику кабеля 2/ а третьего диода 7 - через токозадающий резистор 8 к второму выводу электропитания/ два резистора 9 и 10 смещения/ одни выводы которых подключены к общей шине/ а другие соответственно первого резистора 9 смещения - к внутреннему проводнику радиочастотного коаксиального кабеля и через конденсатор 11 к выходу транзисторного усилителя/ а второго резистора 10 - к точке соединения третьего диода 7 и токозадающего резистора 8.

Усилитель работает следующим образом.

При подключении источника электропитания к точке а напряжение питания проходит через нагрузку 3/ внутренний проводник кабеля 2 и через диод 6 в прямом включении на выход усилителя 1. По этой же линии проходит и выходной сигнал/ включая конденсатор 11/ шунтирующий диод 6. В этом случае выходной сигнал и напряжение питания проходит по одним и тем же проводам/ а именно по внутреннему проводнику кабеля 2 и нагрузочному резистору 3. Диоды 5 и 7 находятся в обратном включении и имеют значения порядка десятки-сотни мегаом/ причем такое значение сопротивления диода 7 обеспечивается благодаря включению второго резистора 10 смещения. Поэтому выходной сигнал через диоды 5 и 7 не проходит при такой подаче электропитания.

При подключении источника электропитания к точке 6 напряжение питания проходит через токозадающий резистор 8/ номинальное сопротивление которого выбирается таким/ чтобы обеспечить по постоянному току нормальную работу транзисторного усилителя (оно обычно равняется нагрузочному резистору 3)/ далее через третий 7 и на вход транзисторного усилителя 1. Выходной сигнал в этом случае проходит в нагрузку 3 соответственно через конденсатор 11 и внутренний проводник кабеля 2. Диоды 5 и 6 включены в обратном смещении/ что обеспечивают высокоомные указанные значения сопротивлений/ причем такое значение сопротивления диода 6 обеспечивается благодаря включению первого резистора 9 смещения. Это позволяет изолировать внутренний проводник радиочастотного коаксиального кабеля от прохождения по нему напряжения питания.

При случайной подаче напряжения питания обратной полярности по отношению к заданному диод 6 (или диод 7) находится в обратном включении/ а диод 5 - в прямом. В этих условиях транзисторный усилитель 1 шунтируется по выходу малым сопротивлением диода 5 в прямом включении/ а диод 6 (или диод 7) имеет высокоомное значение и соответственно проводит пренебрежимо малый ток. Такие включения диодов 5-7 при переполюсовке источника питания обеспечивают полную защиту транзисторов/ входящих в транзисторный усилитель 1.

Для нормальной работы кабельного усилителя 1 необходимо предусмотреть согласование радиочастотного тракта. Для этого необходимо резисторы 9 и 10 выбирать из условия
r_обр.D≥ 10R_9,10≥ 10³R₃ где r_обр.D-значение сопротивления диодов 6 или 7 в обратном включении;
R_9,10- значение сопротивления резисторов 9 или 10 смещения;
R₃- значение сопротивления нагрузочного резистора/
которое равно волновому сопротивлению кабеля 2.

На практике это условие легко выполняется/ так как значения R₃ составляют десятки Ом/ а r_обр.D- десятки МОм.

Технико-экономическая эффективность/ предлагаемого кабельного усилителя по сравнению с базовым/ в качестве которого принят прототип/ заключается в том/ что введение в схему кабельного усилителя диодной матрицы из трех диодов/ трех резисторов и конденсатора позволяет обеспечить возможность прохождения выходного сигнала и напряжения питания как по одному и тому же проводу/ так и по отдельным изолированным друг от друга проводам/ что расширяет сферу его применения и одновременно обеспечивает защиту транзисторного усилителя от переполюсовки источника электропитания и этим повышает надежность устройства при эксплуатации.

Использование изобретения позволит разрабатывать высоконадежные и универсальные кабельные усилители/ а введенные в схему элементы легко реализуются в микроэлектронном исполнении.

Сущность изобретения: расширение области применения и повышения надежности достигается благодаря введению в кабельный усилитель диодной матрицы 4 из трех диодов 5, 6 и 7, выводы одной полярности которых объединены и подключены к выходу транзисторного усилителя 1, а другие выводы соответственно первого диода 5 - к общей шине, второго диода 6 - к внутреннему проводнику радиочастотного коаксиального кабеля 2, а третьего диода 7 - через токозадающий резистор 8 к второму выводу электропитания, два резистора 9 и 10 смешения, одни выводы которых подключены к общей шине, а другие соответственно первого резистора 9 смещены к внутреннему проводнику кабеля 2 и через конденсатор 11 к выходу усилителя 1, а второго резистора 10 - к точке соединения третьего диода 7 и токозадающего резистора 8. 1 ил.

КАБЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ, содержащий транзисторный усилитель, последовательно соединенные радиочастотный коаксиальный кабель с согласованной нагрузкой и источник электропитания, отличающийся тем, что в него введены диодная матрица из трех диодов, выводы одной полярности которых объединены и подключены к выходу транзисторного усилителя, а другие выводы соответственно первого диода - к общей шине, второго - к внутреннему проводнику радиочастотного коаксиального кабеля, а третьего - через токозадающий резистор к выводу источника электропитания, два резистора смещения, одни выводы которых подключены к общей шине, а вторые соответственно первого резистора смещения - к внутреннему проводнику радиочастотного коаксиального кабеля и через конденсатор к выходу транзисторного усилителя, а второго - к точке соединения третьего диода и токозадающего резистора, причем
r_обр.д ≥ 10R_см ≥ 10³R_н,
где r_обр.д - значение сопротивления диодов в обратном включении;
R_см - значение сопротивления резисторов смещения;
R_н - значение сопротивления нагрузки, которое равно волновому сопротивлению радиочастотного коаксиального кабеля.