Banc de testare a tensiunii amplificatorului de putere RF FMUSER pentru testarea amplificatorului de putere (PA) al transmițătorului AM și a amplificatorului tampon

Testarea plăcii amplificatorului de putere RF | Soluție de punere în funcțiune AM de la FMUSER

 

Amplificatoarele de putere RF și amplificatoarele tampon sunt cele mai importante părți ale transmițătoarelor AM și joacă întotdeauna un rol cheie în proiectarea timpurie, livrarea și post-întreținere.

 

Aceste componente de bază permit transmiterea corectă a semnalelor RF. În funcție de nivelul de putere și puterea cerută de receptor pentru a identifica și decoda semnalul, orice deteriorare poate lăsa transmițătoarele de transmisie cu distorsiuni ale semnalului, consum redus de energie și multe altele.

 

 

Pentru revizuirea și întreținerea ulterioară a componentelor de bază ale emițătoarelor de difuzare, unele echipamente de testare importante sunt esențiale. Soluția de măsurare RF de la FMUSER vă ajută să vă verificați designul prin performanțe de măsurare RF de neegalat.

 

Abordare

 

Este folosit în principal pentru testare atunci când placa amplificatorului de putere și placa amplificatorului tampon a emițătorului AM nu pot fi confirmate după reparație.

 

 

DESCRIERE

 

• Sursa de alimentare a bancului de testare este AC220V, iar panoul are un comutator de alimentare. -5v, 40v și 30v generate intern sunt furnizate de sursa de alimentare comutată încorporată.
• Există interfețe de testare a ieșirii tampon Q9 în partea superioară a bancului de testare: J1 și J2, interfețe de testare a ieșirii amplificatorului de putere Q9: J1 și J2 și indicator de tensiune a amplificatorului de putere (59C23). J1 și J2 sunt conectate la osciloscopul dublu integrat.
• Partea stângă a părții inferioare a bancului de testare este poziția de testare a amplificarii tampon, iar partea dreaptă este testul plăcii amplificatorului de putere.

 

Instrucțiuni

 

• J1: Testați comutatorul de alimentare
• S1: Comutator selector de testare a plăcii de amplificare și de testare a plăcii tampon
• S3/S4: Placa amplificatorului de putere testează selectarea pornirii sau opririi semnalului de pornire la stânga și la dreapta.

 

Amplificator de putere RF: ce este și cum funcționează?

 

În domeniul radio, un amplificator de putere RF (RF PA) sau un amplificator de putere cu frecvență radio este un dispozitiv electronic comun folosit pentru a amplifica și a ieși conținutul de intrare, care este adesea exprimat ca tensiune sau putere, în timp ce funcția amplificatorului de putere RF este de a crește lucrurile pe care le „absoarbe” la un anumit nivel și „le exportă în lumea exterioară”.

 

Cum functioneaza?

 

De obicei, amplificatorul de putere RF este încorporat în transmițător sub forma unei plăci de circuite. Desigur, amplificatorul de putere RF poate fi, de asemenea, un dispozitiv separat conectat la ieșirea transmițătorului de ieșire de putere redusă printr-un cablu coaxial. Din cauza spațiului limitat, dacă sunteți interesat, bine ați lăsat un comentariu și îl voi actualiza cândva pe viitor :).

 

Semnificația amplificatorului de putere RF este de a obține o putere de ieșire RF suficient de mare. Acest lucru se datorează faptului că, în primul rând, în circuitul front-end al transmițătorului, după ce semnalul audio este introdus de la dispozitivul sursă audio prin linia de date, acesta va fi convertit într-un semnal RF foarte slab prin modulare, dar acestea slabe semnalele nu sunt suficiente pentru a satisface acoperirea difuzării pe scară largă. Prin urmare, aceste semnale modulate RF trec printr-o serie de amplificare (etapa tampon, etapa intermediară de amplificare, etapa finală de amplificare a puterii) prin amplificatorul de putere RF până când este amplificată la putere suficientă și apoi trecută prin rețeaua de potrivire. În cele din urmă, poate fi alimentat la antenă și radiat.

 

Pentru funcționarea receptorului, emițătorul-receptor sau unitatea emițător-receptor poate avea un comutator intern sau extern de transmisie/recepție (T/R). Sarcina comutatorului T/R este de a comuta antena la transmițător sau receptor, după cum este necesar.

 

Care este structura de bază a unui amplificator de putere RF?

 

Principalii indicatori tehnici ai amplificatoarelor de putere RF sunt puterea de ieșire și eficiența. Modul de îmbunătățire a puterii de ieșire și a eficienței este nucleul obiectivelor de proiectare ale amplificatoarelor de putere RF.

 

Amplificatorul de putere RF are o frecvență de operare specificată, iar frecvența de operare selectată trebuie să fie în intervalul său de frecvență. Pentru o frecvență de funcționare de 150 megaherți (MHz), ar fi potrivit un amplificator de putere RF în intervalul de la 145 la 155 MHz. Un amplificator de putere RF cu un interval de frecvență de la 165 la 175 MHz nu va putea funcționa la 150 MHz.

 

De obicei, în amplificatorul de putere RF, frecvența fundamentală sau o anumită armonică poate fi selectată de circuitul rezonant LC pentru a obține o amplificare fără distorsiuni. În plus, componentele armonice din ieșire ar trebui să fie cât mai mici posibil pentru a evita interferența cu alte canale.

 

Circuitele amplificatoare de putere RF pot folosi tranzistori sau circuite integrate pentru a genera amplificare. În proiectarea amplificatorului de putere RF, scopul este de a avea o amplificare suficientă pentru a produce puterea de ieșire dorită, permițând în același timp o nepotrivire temporară și mică între transmițător și alimentatorul de antenă și antena în sine. Impedanța alimentatorului de antenă și a antenei în sine este de obicei de 50 ohmi.

 

În mod ideal, combinația antenă și linie de alimentare va prezenta o impedanță pur rezistivă la frecvența de operare.

De ce este necesar un amplificator de putere RF?

 

Ca parte principală a sistemului de transmisie, importanța amplificatorului de putere RF este evidentă. Știm cu toții că un emițător de transmisie profesional include adesea următoarele părți:

 

1. Carcasă rigidă: de obicei realizată din aliaj de aluminiu, cu atât prețul este mai mare.
2. Placă de intrare audio: utilizată în principal pentru a obține semnal de intrare de la sursa audio și pentru a conecta transmițătorul și sursa audio printr-un cablu audio (cum ar fi XLR, 3.45MM etc.). Placa de intrare audio este de obicei plasată pe panoul din spate al emițătorului și este un paralelipiped dreptunghiular cu un raport de aspect de aproximativ 4:1.
3. Alimentare: este folosită pentru alimentarea cu energie. Diferitele țări au standarde diferite de alimentare, cum ar fi 110V, 220V etc. În unele stații radio la scară largă, sursa de alimentare comună este un sistem cu 3 fire cu 4 faze (380V/50Hz) conform standardului. Este, de asemenea, un teren industrial conform standardului, care este diferit de standardul de electricitate civilă.
4. Panou de control și modulator: situat de obicei în cea mai vizibilă poziție pe panoul frontal al emițătorului, compus din panoul de instalare și câteva taste funcționale (buton, taste de control, ecran de afișare etc.), utilizate în principal pentru a converti semnalul de intrare audio în semnal RF (foarte slab).
5. Amplificator de putere RF: se referă de obicei la placa amplificatorului de putere, care este folosită în principal pentru a amplifica semnalul RF slab de intrare din partea de modulație. Este format dintr-un PCB și o serie de gravuri ale componentelor complexe (cum ar fi linii de intrare RF, cipuri de amplificator de putere, filtre etc.) și este conectat la sistemul de alimentare a antenei prin interfața de ieșire RF.
6. Alimentare și ventilator: specificațiile sunt făcute de producătorul transmițătorului, utilizate în principal pentru alimentarea cu energie și disiparea căldurii

 

Dintre acestea, amplificatorul de putere RF este partea cea mai centrală, cea mai scumpă și cea mai ușor de arsă a transmițătorului, care este determinată în principal de modul în care funcționează: ieșirea amplificatorului de putere RF este apoi conectată la o antenă externă.

 

Majoritatea antenelor pot fi reglate astfel încât, atunci când sunt combinate cu alimentatorul, să ofere cea mai ideală impedanță pentru transmițător. Această potrivire a impedanței este necesară pentru transferul maxim de putere de la transmițător la antenă. Antenele au caracteristici ușor diferite în domeniul de frecvență. Un test important este să vă asigurați că energia reflectată de la antenă la alimentator și înapoi la transmițător este suficient de scăzută. Când impedanța nepotrivită este prea mare, energia RF trimisă către antenă se poate întoarce la transmițător, creând un raport de unde staționare (SWR) ridicat, determinând ca puterea de transmisie să rămână în amplificatorul de putere RF, provocând supraîncălzirea și chiar deteriorarea activului. componente.

 

Dacă amplificatorul poate avea performanțe bune, atunci poate contribui mai mult, ceea ce reflectă propria „valoare”, dar dacă există anumite probleme cu amplificatorul, atunci după ce a început să funcționeze sau să lucreze pentru o perioadă de timp, nu numai că poate nu mai Oferă orice „contribuție”, dar pot exista unele „șocuri” neașteptate. Astfel de „șocuri” sunt dezastruoase pentru lumea exterioară sau pentru amplificatorul însuși.

 

Amplificator tampon: ce este și cum funcționează?

 

Amplificatoarele tampon sunt utilizate în transmițătoarele AM.

 

Transmițătorul AM constă dintr-o etapă de oscilator, o etapă de tampon și multiplicator, o etapă de driver și o etapă de modulator, unde oscilatorul principal alimentează amplificatorul tampon, urmat de treapta de tampon.

 

Etapa de lângă oscilator se numește buffer sau amplificator buffer (uneori numit pur și simplu buffer) - numită așa deoarece izolează oscilatorul de amplificatorul de putere.

 

Potrivit Wikipedia, un amplificator tampon este un amplificator care asigură conversia impedanței electrice de la un circuit la altul pentru a proteja sursa de semnal de orice curent (sau tensiune, pentru un tampon de curent) pe care îl poate produce sarcina.

 

De fapt, pe partea transmițătorului, amplificatorul tampon este folosit pentru a izola oscilatorul principal de celelalte trepte ale transmițătorului, fără tampon, odată ce amplificatorul de putere se schimbă, acesta se va reflecta înapoi la oscilator și îl va determina să schimbe frecvența, iar dacă oscilația Dacă emițătorul schimbă frecvența, receptorul va pierde contactul cu emițătorul și va primi informații incomplete.

 

Cum functioneaza?

 

Oscilatorul principal dintr-un transmițător AM produce o frecvență purtătoare subarmonică stabilă. Oscilatorul cu cristal este folosit pentru a genera această oscilație subarmonică stabilă. După aceea, frecvența este mărită la valoarea dorită cu ajutorul unui generator de armonice. Frecvența purtătoarei ar trebui să fie foarte stabilă. Orice modificare a acestei frecvențe poate cauza interferențe altor stații de transmisie. Ca rezultat, receptorul va accepta programe de la mai multe transmițătoare.

 

Amplificatoarele reglate care oferă impedanță mare de intrare la frecvența oscilatorului principal sunt amplificatoare tampon. Ajută la prevenirea oricărei modificări a curentului de sarcină. Datorită impedanței sale mari de intrare la frecvența de funcționare a oscilatorului principal, modificările nu afectează oscilatorul principal. Prin urmare, amplificatorul tampon izolează oscilatorul principal de celelalte trepte, astfel încât efectele de încărcare să nu modifice frecvența oscilatorului principal.

 

Banc de testare a amplificatorului de putere RF: ce este și cum funcționează

 

Termenul „banc de testare” folosește un limbaj de descriere hardware în designul digital pentru a descrie codul de testare care instanțează DUT și rulează testele.

 

Banca de testare

 

Un banc de testare sau un banc de testare este un mediu folosit pentru a verifica corectitudinea sau corectitudinea unui design sau model.

 

Termenul își are originea în testarea echipamentelor electronice, în care un inginer stătea pe o bancă de laborator, ținea instrumente de măsurare și manipulare, cum ar fi osciloscoape, multimetre, fiare de lipit, tăietoare de sârmă etc. și verifica manual corectitudinea dispozitivului testat. (DUT).

 

În contextul ingineriei software sau firmware sau hardware, un banc de testare este un mediu în care un produs în curs de dezvoltare este testat cu ajutorul instrumentelor software și hardware. În unele cazuri, software-ul poate necesita modificări minore pentru a funcționa cu bancul de testare, dar o codificare atentă asigură că modificările pot fi anulate cu ușurință și nu sunt introduse erori.

 

O altă semnificație a „patului de testare” este un mediu izolat, controlat, foarte asemănător cu un mediu de producție, dar nici ascunde și nici vizibil pentru public, clienți, etc. Prin urmare, este sigur să faceți modificări, deoarece nu este implicat niciun utilizator final.

 

Dispozitiv RF în curs de testare (DUT)

 

Un dispozitiv testat (DUT) este un dispozitiv care a fost testat pentru a determina performanța și competența. Un DUT poate fi, de asemenea, o componentă a unui modul sau a unei unități mai mari numită unitate sub testare (UUT). Verificați DUT-ul pentru defecte pentru a vă asigura că dispozitivul funcționează corect. Testul este conceput pentru a preveni intrarea pe piață a dispozitivelor deteriorate, ceea ce poate reduce și costurile de producție.

 

Un dispozitiv în curs de testare (DUT), cunoscut și sub numele de dispozitiv în curs de testare (EUT) și unitate sub testare (UUT), este o inspecție a unui produs fabricat care este testată atunci când este fabricat pentru prima dată sau mai târziu în ciclul său de viață, ca parte a testării funcționale continue. și calibrare. Aceasta poate include testarea post-reparație pentru a determina dacă produsul funcționează conform specificațiilor originale ale produsului.

 

În testele cu semiconductori, dispozitivul testat este o matriță pe o placă sau piesa finală ambalată. Utilizând sistemul de conectare, conectați componentele la echipamentele de testare automate sau manuale. Echipamentul de testare alimentează apoi componenta, furnizează semnale de stimul și măsoară și evaluează ieșirea echipamentului. În acest fel, testerul determină dacă dispozitivul în cauză îndeplinește specificațiile dispozitivului.

 

În general, un DUT RF poate fi un design de circuit cu orice combinație și număr de componente analogice și RF, tranzistoare, rezistențe, condensatoare etc., potrivite pentru simulare cu Simulatorul de anvelopă de circuit Agilent. Circuitele RF mai complexe vor dura mai mult timp pentru a simula și vor consuma mai multă memorie.

 

Cerințele de timp și memorie pentru simularea bancului de testare pot fi gândite ca o combinație de măsurători de referință pe bancul de testare cu cerințele celui mai simplu circuit RF plus cerințele de simulare a anvelopei circuitului ale DUT-ului RF de interes.

 

Un DUT RF conectat la un banc de testare fără fir poate fi adesea folosit cu bancul de testare pentru a efectua măsurători implicite prin setarea parametrilor bancului de testare. Setările implicite ale parametrilor de măsurare sunt disponibile pentru un DUT RF tipic:

 

• Este necesar un semnal de intrare (RF) cu o frecvență purtătoare de frecvență radio constantă. Ieșirea sursei de semnal RF din bancul de testare nu produce un semnal RF a cărui frecvență purtătoare RF variază în timp. Cu toate acestea, bancul de testare va suporta un semnal de ieșire care conține fază purtătoare RF și modulație de frecvență, care poate fi reprezentată prin modificări corespunzătoare ale anvelopei I și Q la o frecvență purtătoare RF constantă.
• Se produce un semnal de ieșire cu o frecvență purtătoare RF constantă. Semnalul de intrare al bancului de testare nu trebuie să conțină o frecvență purtătoare a cărei frecvență variază în timp. Cu toate acestea, bancul de testare va suporta semnale de intrare care conțin zgomot de fază a purtătorului RF sau deplasarea Doppler care variază în timp a purtătoarei RF. Aceste perturbații de semnal sunt de așteptat să fie reprezentate de modificări adecvate ale anvelopei I și Q la o frecvență purtătoare RF constantă.
• Este necesar un semnal de intrare de la un generator de semnal cu rezistență sursă de 50 ohmi.
• Este necesar un semnal de intrare fără oglindire spectrală.
• Generați un semnal de ieșire care necesită o rezistență externă de sarcină de 50 ohmi.
• Produce un semnal de ieșire fără oglindire spectrală.
• Bazați-vă pe bancul de testare pentru a efectua orice filtrare a semnalului trece de bandă legată de măsurare a semnalului de ieșire RF DUT.

 

Elementele de bază ale emițătorului AM pe care ar trebui să le cunoașteți

 

Un transmițător care emite un semnal AM se numește transmițător AM. Aceste transmițătoare sunt utilizate în benzile de frecvență cu unde medii (MW) și unde scurte (SW) ale radiodifuziunii AM. Banda MW are frecvențe între 550 kHz și 1650 kHz, iar banda SW are frecvențe de la 3 MHz la 30 MHz.

 

Cele două tipuri de transmițătoare AM utilizate pe baza puterii de transmisie sunt:

 

1. nivel inalt
2. nivel scăzut

 

Emițătoarele de nivel înalt folosesc modulație de nivel înalt, iar emițătoarele de nivel scăzut folosesc modulație de nivel scăzut. Alegerea dintre cele două scheme de modulație depinde de puterea de transmisie a emițătorului AM. În emițătoarele de transmisie a căror putere de transmisie poate fi de ordinul kilowaților, se utilizează modulația de nivel înalt. În emițătoarele de putere redusă care necesită doar câțiva wați de putere de transmisie, se utilizează modulația de nivel scăzut.

 

Transmițătoare de nivel înalt și scăzut

 

Figura de mai jos prezintă schema bloc a emițătoarelor de nivel înalt și de nivel scăzut. Diferența de bază dintre cele două transmițătoare este amplificarea puterii purtătorului și a semnalelor modulate.

 

Figura (a) prezintă o diagramă bloc a unui transmițător AM avansat.

 

Figura (a) este desenată pentru transmisia audio. În transmisia de nivel înalt, puterea purtătoarei și a semnalelor modulate este amplificată înainte de a fi aplicată etapei modulatorului, așa cum se arată în figura (a). În modulația de nivel scăzut, puterea celor două semnale de intrare către stadiul de modulator nu este amplificată. Puterea de transmisie necesară este obținută de la ultima etapă a transmițătorului, amplificatorul de putere de clasă C.

 

Părțile din figura (a) sunt:

 

1. Oscilator purtător
2. Amplificator tampon
3. Multiplicator de frecventa
4. Amplificator de energie electrică
5. Lanț audio
6. Amplificator de putere clasa C modulat
7. Oscilator purtător

 

Un oscilator purtător generează un semnal purtător în domeniul de frecvență radio. Frecvența purtătorului este întotdeauna mare. Deoarece este dificil să se genereze frecvențe înalte cu o bună stabilitate a frecvenței, oscilatoarele purtătoare generează submultipli cu frecvența purtătoare dorită. Această sub-octavă este înmulțită cu treapta de multiplicare pentru a obține frecvența purtătoare dorită. De asemenea, un oscilator cu cristal poate fi folosit în această etapă pentru a genera un purtător de frecvență joasă cu cea mai bună stabilitate a frecvenței. Etapa multiplicatorului de frecvență crește apoi frecvența purtătoare la valoarea sa dorită.

 

Amplificator tampon

 

Scopul amplificatorului tampon este dublu. Mai întâi se potrivește impedanța de ieșire a oscilatorului purtător cu impedanța de intrare a multiplicatorului de frecvență, următoarea etapă a oscilatorului purtător. Apoi izolează oscilatorul purtătorului și multiplicatorul de frecvență.

 

Acest lucru este necesar pentru ca multiplicatorul să nu atragă curenți mari de la oscilatorul purtător. Dacă se întâmplă acest lucru, frecvența oscilatorului purtător nu va fi stabilă.

 

Multiplicator de frecventa

 

Frecvența sub-multiplicată a semnalului purtător produs de oscilatorul purtător este acum aplicată multiplicatorului de frecvență prin amplificatorul tampon. Această etapă este cunoscută și ca generator de armonice. Multiplicatorul de frecvență produce armonici mai mari ale frecvenței oscilatorului purtător. Un multiplicator de frecvență este un circuit reglat care se acordă la frecvența purtătoare care trebuie transmisă.

 

Amplificator de putere

 

Puterea semnalului purtător este apoi amplificată într-o etapă de amplificator de putere. Aceasta este o cerință de bază pentru un transmițător de nivel înalt. Amplificatoarele de putere din clasa C furnizează impulsuri de curent de mare putere ale semnalului purtător la ieșirile lor.

Lanț audio

 

Semnalul audio care trebuie transmis este obținut de la microfon, așa cum se arată în figura (a). Amplificatorul driver audio amplifică tensiunea acestui semnal. Această amplificare este necesară pentru a conduce amplificatoare de putere audio. În continuare, un amplificator de putere de clasă A sau de clasă B amplifică puterea semnalului audio.

 

Amplificator de clasa C modulat

 

Acesta este treapta de ieșire a transmițătorului. Semnalul audio modulat și semnalul purtător sunt aplicate acestei etape de modulație după amplificarea puterii. Modulația are loc în această etapă. Amplificatorul de clasă C amplifică, de asemenea, puterea semnalului AM la puterea de transmisie recâștigată. Acest semnal este transmis în cele din urmă către antenă, care radiază semnalul în spațiul de transmisie.

 

Figura (b): Diagrama bloc al emițătorului AM de nivel scăzut

 

Transmițătorul AM de nivel scăzut prezentat în figura (b) este similar cu transmițătorul de nivel înalt, cu excepția faptului că puterea purtătorului și a semnalelor audio nu este amplificată. Aceste două semnale sunt aplicate direct la amplificatorul de putere modulat de clasă C.

 

Modulația are loc în această fază, iar puterea semnalului modulat este amplificată la nivelul dorit de putere de transmisie. Antena de transmisie transmite apoi semnalul.

 

Cuplarea etajului de ieșire și antenă

 

Etapa de ieșire a amplificatorului de putere modulat de clasă C alimentează semnalul către antena de transmisie. Pentru a transfera puterea maximă de la treapta de ieșire la antenă, impedanțele celor două secțiuni trebuie să se potrivească. Pentru aceasta, este necesară o rețea potrivită. Potrivirea dintre cele două ar trebui să fie perfectă la toate frecvențele de transmisie. Deoarece este necesară potrivirea la frecvențe diferite, în rețeaua de potrivire sunt utilizate inductori și condensatori care oferă impedanțe diferite la frecvențe diferite.

 

O rețea de potrivire trebuie construită folosind aceste componente pasive. După cum se arată în figura (c) de mai jos.

 

Figura (c): Rețea de potrivire Dual Pi

 

Rețeaua de potrivire utilizată pentru a cupla treapta de ieșire a transmițătorului și antena se numește o rețea duală π. Rețeaua este prezentată în figura (c). Este format din două inductori L1 și L2 și două condensatoare C1 și C2. Valorile acestor componente sunt alese astfel încât impedanța de intrare a rețelei să fie între 1 și 1’. Figura (c) este prezentată pentru a se potrivi cu impedanța de ieșire a treptei de ieșire a transmițătorului. În plus, impedanța de ieșire a rețelei se potrivește cu impedanța antenei.

 

Rețeaua de potrivire dublă π filtrează, de asemenea, componentele de frecvență nedorite care apar la ieșirea ultimei etape a transmițătorului. Ieșirea unui amplificator de putere de clasă C modulat poate conține armonici superioare extrem de nedorite, cum ar fi armonicile a doua și a treia. Răspunsul în frecvență al rețelei de potrivire este setat să respingă complet aceste armonici superioare nedorite și doar semnalul dorit este cuplat la antenă.