– сопротивление базы;
– емкость коллекторного перехода;
, – максимально допустимые постоянное напряжение коллектор-эмиттер и постоянный ток коллектора.
При расчетах по схеме замещения приведенной на рис. 1.3, вместо используют параметр – коэффициент усиления транзистора по мощности в режиме двухстороннего согласования [3], равный:
, (1.1)
где = – круговая частота, на которой коэффициент усиления транзистора по мощности в режиме двухстороннего согласования равен единице;
– текущая круговая частота.
Формула (1.1) и однонаправленная модель (рис. 1.3) справедливы для области рабочих частот выше [11], где – статический коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером; – граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером.
Рис. 1.4. Однонаправленная модель полевого транзистора
Значения элементов однонаправленной модели полевого транзистора, представленной на рис. 1.4, могут быть рассчитаны по следующим формулам [1, 11]:
=+;
=+;
=,
где – емкость затвор-исток;
– емкость затвор-сток;
– емкость сток-исток;
– крутизна;
– сопротивление сток-исток;
– сопротивление нагрузки каскада на полевом транзисторе.
Приведенные в данном учебно-методическом пособии соотношения для проектирования входных, выходных и межкаскадных КЦ, цепей фильтрации и согласования широкополосных и полосовых усилителей мощности радиопередающих устройств основаны на использовании приведенных однонаправленных моделей транзисторов.
2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВЫХОДНЫХ ЦЕПЕЙ КОРРЕКции, согласования и фильтрации
Построение согласующе-фильтрующих устройств радиопередатчиков диапазона метровых и дециметровых волн основано на использовании выходных КЦ, широкополосных трансформаторов импедансов на ферритах, полосовых трансформаторов импедансов, выполненных в виде фильтров нижних частот, фильтрующих устройств, в качестве которых чаще всего используются фильтры Чебышева и Кауэра.
2.1. ВЫХОДНАЯ КОРРЕКТИРУЮЩАЯ ЦЕПЬ ШИРОКОПОЛОСНОГО УСИЛИТЕЛЯ
При проектировании широкополосных передатчиков малой и средней мощности основной целью применения выходной КЦ усилителя этого передатчика является требование реализации постоянной в заданной полосе рабочих частот величины ощущаемого сопротивления нагрузки внутреннего генератора транзистора выходного каскада. Это необходимо для обеспечения идентичности режимов работы транзистора на разных частотах заданного диапазона, что позволяет отдавать в нагрузку не зависимое от частоты требуемое значение выходной мощности.
Поставленная цель достигается включением выходной емкости транзистора (см. рис. 1.3 и 1.4) в фильтр нижних частот, используемый в качестве выходной КЦ [2]. Принципиальная схема усилительного каскада с выходной КЦ приведена на рис. 2.1,а, эквивалентная схема включения выходной КЦ по переменному току – на рис. 2.1,б, где – разделительный конденсатор, – резисторы базового делителя, – резистор термостабилизации, – блокировочный конденсатор, – дроссель, – сопротивление нагрузки, – элементы выходной КЦ, – ощущаемое сопротивление нагрузки внутреннего генератора транзистора выходного каскада.
а) б)
Рис. 2.1
При работе усилителя без выходной КЦ модуль коэффициента отражения || ощущаемого сопротивления нагрузки внутреннего генератора транзистора равен [2]:
|| = , (2.1)
где – текущая круговая частота.
В этом случае относительные потери выходной мощности, обусловленные наличием , составляют величину [2]:
, (2.2)
где - максимальное значение выходной мощности на частоте при условии равенства нулю ;
- максимальное значение выходной мощности на частоте при наличии.
Описанная в [2] методика Фано позволяет при заданных и верхней граничной частоте полосы пропускания разрабатываемого усилителя рассчитать такие значения элементов выходной КЦ и , которые обеспечивают минимально возможную величину максимального значения модуля коэффициента отражения в полосе частот от нуля до . В таблице 2.1 приведены взятые из [2] нормированные значения элементов , , , а также коэффициент, определяющий величину ощущаемого сопротивления нагрузки относительно которого вычисляется .
Истинные значения элементов рассчитываются по формулам:
(2.3)
где = – верхняя круговая частота полосы пропускания усилителя.
Пример 2.1. Рассчитать выходную КЦ для усилительного каскада на транзисторе КТ610А (=4 пФ [13]), при = 50 Ом, =600 МГц. Определить и уменьшение выходной мощности на частоте при использовании КЦ и без нее.
Решение. Найдем нормированное значение : = = = 0,7536. В таблице 2.1 ближайшее значение равно 0,753. Этому значению соответствуют:= 1,0; = 0,966; =0,111; =1,153. После денормирования по формулам (2.3) получим: = 12,8 нГн; = 5,3 пФ; = 43,4 Ом. Используя соотношения (2.1), (2.2) найдем, что при отсутствии выходной КЦ уменьшение выходной мощности на частоте, обусловленное наличием , составляет 1,57 раза, а при ее использовании – 1,025 раза.
Таблица 2.1 – Нормированные значения элементов выходной КЦ
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,180
0,382
0,547
0,682
0,788
0,099
0,195
0,285
0,367
0,443
0,000
0,002
0,006
0,013
0,024
1,000
1,001
1,002
1,010
1,020
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
0,865
0,917
0,949
0,963
0,966
0,513
0,579
0,642
0,704
0,753
0,037
0,053
0,071
0,091
0,111
1,036
1,059
1,086
1,117
1,153
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
0,958
0,944
0.927
0,904
0,882
0,823
0,881
0,940
0,998
1,056
0,131
0,153
0,174
0,195
0,215
1,193
1,238
1,284
1,332
1,383
1,6
1,7
1,8
1,9
0,858
0,833
0,808
0,783
1,115
1,173
1,233
1,292
0,235
0,255
0,273
0,292
1,437
1,490
1,548
1,605
2.2. ВЫХОДНОЙ СОГЛАСУЮЩИЙ ТРАНСФОРМАТОР ШИРОКОПОЛОСНОГО УСИЛИТЕЛЯ
При проектировании широкополосных передатчиков средней и большой мощности одной из основных является задача максимального использования транзистора выходного каскада усилителя по выходной мощности. Оптимальное сопротивление нагрузки мощного транзистора, на которое он отдает максимальную мощность, составляет единицы ом [2]. Поэтому между выходным каскадом и нагрузкой усилителя включается трансформатор импедансов, реализуемый, как правило, на ферритовых сердечниках и длинных линиях [1–4, 14]. Принципиальная схема усилительного каскада с трансформатором импедансов, имеющим коэффициент трансформации сопротивления 1:4, приведена на рис. 2.2,а, эквивалентная схема по переменному току – на рис. 2.2,б, где – конденсатор фильтра; – трансформатор; , – элементы схемы активной коллекторной термостабилизации [15]; – транзистор выходного каскада усилителя. На рис. 2.2,в приведен пример использования трансформатора с коэффициентом трансформации 1:9.
б)
а) в)
Рис. 2.2
Согласно [16, 17] при заданном значении нижней граничной частоты полосы пропускания разрабатываемого усилителя требуемое число витков длинных линий, наматываемых на ферритовые сердечники трансформатора, определяется выражением:
, (2.4)
где d – диаметр сердечника в сантиметрах;
N – количество длинных линий трансформатора;
– относительная магнитная проницаемость материала сердечника;
S – площадь поперечного сечения сердечника в квадратных сантиметрах.
Значение коэффициента перекрытия частотного диапазона трансформирующих и суммирующих устройств на ферритовых сердечниках и длинных линиях лежит в пределах 2·104...8·104 [16, 17]. Поэтому, приняв коэффициент перекрытия равным 5·104, верхняя граничная частота полосы пропускания трансформатора может быть определена из соотношения:
(2.5)
При расчетах трансформаторов импедансов по соотношениям (2.4) и (2.5) следует учитывать, что реализация более 1 ГГц технически трудно осуществима из-за влияния паразитных параметров трансформаторов на его характеристики [3].
Требуемое волновое сопротивление длинных линий разрабатываемого трансформатора рассчитывается по формуле [16, 17]:
. (2.6)
Методика изготовления длинных линий с заданным волновым сопротивлением описана в [18].
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
