Електронні компоненти і системи 
Вопрос разработчика: можно ли включать или выключать источник ВЧ-сигнала за время не более 200 нс?
Ответ: В импульсных радарах включение/выключение усилителя мощности должно происходить в интервале между передачей и приемом импульсного сигнала. Типовая длительность такого интервала составляет не более 1 мкс. Обычно процедура переключения мощного МОП-транзистора обеспечивается за счет управления его стоковой цепью, причем коммутация этой цепи, по которой протекает большой ток, происходит в диапазоне напряжений 28…50 В. Это достаточно сложная и громоздкая цепь коммутации, поэтому в современных антеннах с фазированной решеткой желательно отказаться от коммутации цепи стока мощного транзистора.
В настоящей публикации рассмотрены альтернативные и более простые методы коммутации цепей усилителя мощности без переключения в цепи стока мощного транзистора. Измеренное время коммутации составляет не более 200 нс. В дополнении к этому преимуществу следует отнести возможность программирования смещения, возникшего из-за разброса параметров усилителей от образца к образцу, защиту от ограничения при увеличении напряжения и компенсацию выбросов при оптимизации времени нарастания фронта импульса.
Типовая схема переключателя усилителя мощности на основе МОП-транзистора приведена на рис. 1.
Рис. 1. Традиционная схема управления усилителем мощности с помощью МОП-транзисторов
ия логических уровней в высоковольтные сигналы управления. Сложность реализации приведенной на рис. 1 схемы заключаются в следующем:
• переключение больших токов требует обеспечения минимальной индуктивности цепи “Bulk Capacitance – сток МОП-транзистора”
• в режиме выключения емкость стока заряжается и для ее разряда используется дополнительный транзистор Q2, что требует строгой синхронизации их работы
• если используется N-канальный МОП-транзистор, то для управления требуется напряжение, превышающее по уровню напряжения на его стоке.
Для упрощения рассмотренной схемы (рис. 1) могут быть использованы нитрид-галлиевые (GaN) усилители мощности типа НМС1114. Функциональная схема управления таким усилителем мощности приведена на рис. 2.
Рис. 2. Схема управления усилителя мощности, выполненного по технологии нитрида-галлия
Операционный усилитель U1 предназначен для инвертирования сигнала управления. Прецизионный ЦАП LT2666 используется для формирования опорного напряжения на инвертирующем входе ОУ U1. Если на вход VIN поступит высокий логический уровень, ОУ зафиксирует на выходе уровень шины отрицательного напряжения. Если на входе ОУ низкий логический уровень, на его выходе сформируется отрицательное напряжение небольшой величины.Микросхема U1 является rail-to-rail усилителем, обеспечивающим быстрое нарастание выходного управляющего напряжения и соответствующий ток для управления усилителем мощности.
Ниже приведено назначение элементов схемы (рис. 2):
• R1, R2 – определяют значение коэффициента усиления ОУ U1
• ЦАП LTС2666 и резисторы R3, R4 формируют опорное напряжение на неинвертирующем входе U1. Кроме того, ФНЧ R3, С1 обеспечивает фильтрацию высокочастотных шумов
• R6 формирует уровень управляющего сигнала для усилителя мощности
• ускоряющая емкость С3 компенсирует эффект затягивания выходного напряжения усилителя из-за влияния резистора R5
• С2 ограничивает выбросы на выходе ОУ U1.
Рис. 3. Схема для тестирования скорости
переключения усилителя мощности НМС1114,
выполненного по технологии нитрида-галлия
Тестирование схемы управления усилителем мощности обеспечивается схемой, приведенной на рис. 3.
Для реализации схемы управления усилителем мощности (рис. 2), использованы оценочные платы прецизионного ЦАП, ОУ и усилителя мощности НМС1114. Генератор импульсов предназначен для формирования логических импульсов амплитудой 1.8 В.
Осциллограмма включения усилителя мощности приведена на рис. 4, а выключения – на рис. 5. Как следует из этих осциллограмм, время нарастания выходного напряжения больше времени спада, но их сумма (цена деления 500 нс/дел) не превышает 200 нс.
Рис. 4. Осциллограмма включения усилителя
Следует отметить, что при проектировании таких устройств особое внимание необходимо уделить конструкции печатной платы.
Рис. 5. Осциллограмма выключения усилителя
ВЫВОДЫ
Замена традиционных высокочастотных усилителей мощности усилителями, выполненными по технологии нитрида-галлия, обеспечивает высокую скорость управления такого усилителя в режиме переключения. При этом упрощается схема управления, уменьшаются ее размеры и потребляемая мощность.
