Белов Л.А., Благовещенский М.В., Богачев В.М. и др. Радиопередающие устройства. Под ред. М.В.Благовещенского, Г.М.Уткина (1982), страница 10

Задача проектирования — оптималы<о выбрать АЭ и его режим. Критерии оптимальности определяются требованиями к экономическим и эксплуатационным показателям системы, в состав которой входит передатчик. Целесообразно выбирать наиболее дешевый АЭ, на котором можно построить требуемый каскад. Посколю<у стоимость АЭ резко увеличивается с ростом его максимальной рабочей частоты и поминальной мощности, стремятся выбирать АЭ без значительного запаса по мощности и частоте. Пусть выбран режим, в котором АЭ отдает наибольшую мощность в нагрузку.

В этом случае режим АЭ оптимален по критерию максимума полезной мощности. Оптимизация производится с учетом ограничений по максимально допустимыд! параметрам АЭ (по напряжениям, токам и др.), а также ограничений, указанных в техническом задании (питюощие напряжения, рабочая температура и т, д.). Полезно сравнить возможности различных АЭ для решения поставленной задачи. Выбранный АЭ обычно имеет определенный запас по мощности. Чгобы им разумно распорядиться, ставится другая задача оптимизации: при заданной мощности Ре выбрать режим АЭ так, чтобы передатчик в целом имел максимальный КПД.

Решение этой задачи может потребовать анализа не только выходного, но и предвыходного каскада. После того как рассчитан оптимальный по выбранному критерию режим АЭ, необходимо учесть, что в реальном каскаде могут изменяться нагрузка, питающие напряжения и окружающие условия (температура, влажность и т. д.). Поэтому важно оценить критичность оптимального режима к изменениям этих факторов и найти пути ослабления их влияния на работу генератора. Рассмотрение переч! лепных вопросов начнем с выбора режима АЭ в усилителях мощности, поскольку именно они в большинстве слу. чаев являются выходными каскадами, ЗДС ВЫБОР РЕЖИМА АКТИВНОГО ЭЛЕМЕНТА В УСИЛИТЕЛЕ МОЩНОСТИ Пусть задан АЭ и известно номинальное значение напряжения и ь тания выходной пепи Е,.

Требуется выбрать режим АЭ и нагрузки Хн, чтобы получить максимальную выходную мощность Р„высокий КПД и большой коэффициент усиления по мощности. В соответствии с (1.1 1), для максимизации Р, целесообразно делать нагрузку активней: Хи = Тсв. При этом ~ри = 0 и Р, = О,б Ц„(амх, (3.1! Предположим, что амплитуда напряжения возбуждения (т'„и смещение В, заданы так, что высота импульса тока равна максимально допустимому значению тока АЭ. Рассмотрим, как будут менять и гармоники тока и энергетические показатели АЭ, включенного по схеме о общим эмнттером (като- Тмм,)ьид !ам дом, истоком), при изменении ' .л уд. и,и При малых значениях ()„режим АЭ недонапряженный и, как было показано в 3 2.2, импульс тока почти не меняется, пока (У„( (/и, р, Реакции выходного напряжения приводит к некоторому ухтеньшению высоты импульса тока, по пе меняет его формы.

Поэтому в области (уи = (/и ир увеличение (у„незначителиьно уменьшает 1„„, и („„ае, как показано на рис. 3,1, а. При Уи ) ()и нр режим АЭ перенапряженпьш РВ импульсе тока появляется провал, который увеличивается с ростом Уи и приводит к быстрому уменьшению Тамх, и танте. 1-я гармоника входного тока!„, незначительно увеличивается с ростом (т'и в недонапряженном режиме и резко растет в перенапряженном (рис. 3.1, а), Зави(.в„, (ии), („,„, (ии), 1„, ((1„) для бе-,ынерцпонпого АЭ рассчитываются по форм- ра, ра ра„ л1 Ехм са аа (Гам га Рх у лам (2.19), (2.12), (2.33). При учете инерционности АЭ расчет сложнее, ио результирующие зависимости подобны показанным на рис. 3.1, а.

Рис. 31, Зависимости токов н эиергети. ческих характервстих активного элемен- та в усилителе мощности от амплнтуим колебаний ва коллекторе Уа Используя (3 1) и график /, „„, ((/„) (рнс. 3.1, а), можно построить зависимость Р, ((/„), показанную иа рис. 3.1, б. Отметим, что мощность Р, максимальна при (/„, близком к (/„„р. В НР Р, растет почти пропорционально (/„, а в ПР убывает, так как с ростом (/„кривая /„„„, (!/„) спадает весьма круто. Поскольку Е„= сопз! и (/„, = = сонэ(, потребляемая мощность Р„= Е„/„„„, изменяется как /„„„, а зависимость Р„„, ((/„) (1.!7) подобна зависимости 7„, ((/„). Как следует из (1.20), КПД и, имеет очень тупой максимум в ПР /рис.

3.1, в) ~ в точке максимума мало отличается от значения т),„р в КР. Коэффициент усиления по мощности Кр, как следует из графиков Р, и Р,„„имеет достаточно острый максимум вблизи КР (рис. 3.1, г). Анализ энергетических характеристик усилителя мощности при изменении !/„показывает целесообразность применения критического режима АЭ как основного, поскольку в нем близки к максимумам и полезная мощность, и КПД, и коэффициент усиления по мощности. Другие режимы (недонапряженный, перенапряженный) используются при дополнительных требованиях к каскаду: обеспечение амплитудной модуляции, малость искажения модуляции нли, наоборот, подавление ее Однако и в этих случаях для оценки возможностей АЭ определяют мощность, которую он может отдать в критическом режиме при условии, что не превышаются максимально допустимые токи, напряжения или мощности потерь на электродах.

3.3. ВЫБОР АКТИВНОГО ЭЛЕМЕНТА ДЛЯ УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТЕТ Предположим, что требуется построить усилитель мощности, рабютающий на частоте ы„, и отдающий в фидер мощность Рв. Необходимо выбрать для него активный элемент. Рассмотрим, как решается этот вопрос для биполярных транзисторов, В справочных данных задаются максимально допустимое напряжение на коллекторе (/кэ,„, максимально допустимый импульс тока /км,„, максимально допустимая мощность, рассеиваемая коллектором Р» „, максимально допустимое напряжение на эмиттерном переходе (/эв „, граничная частота ы, .

С ростом частоты резко падает усиление транзистора по мощпостй. Транзистор рекомендуется выбирать так, чтобы Кр был не меньше 2...3. Окончательное решение этого вопроса требует расчета Кл, однако для предварительного выбора можно ориентироваться на частоту в„р как максимальную, при которой егце можно использовать транзистор в усилителе мощности. Перейдем к анализу влияния ограничений по току, напряжению и тепловому режиму на максемальную мощность транзистора.

В соответствии со сказанным в э 3.2 эта мощность отдается в нагрузку в критическом режиме. Выразим ее через токи и напряжения, на которые наложены ограничения. Допустим пока, что задано напряжение питания коллектора Е,. Высота импульса тока в критическом режиме /к„определяется формулой (2.13), из которой получим: !/,„Р = Е, — икэ~„,, = Е, — /к„/Е„Р. Р Рп Рпп ( с,!е)у„, Яп„м„ (Р,) „, (д)гпяппп Рпппм 1пя нс 1пи ппамп б е Юпр Еп Хпп Еп рис З2.

Определение максимальной полезной мощности биполярного траизисгора по предельио допуыиммм параметрам Амплитуду 1-й гармоники 1к, выразим через 1као пользуясь (2.24) Напомним, что на высоких для транзистора частотах параметр О иькег смысл высокочастотного угла отсечки тока (см. (2.62)): 1 к, = а, (О) 1к„. (3.3) Из (3,2), (3.3) и (3.1) получим Рп = 0,5 «т (О)1км Еп (1 — 1км15нр Еь) (ЗА) Номинальную юогцнасгь следует оценивать при О = 90', ат (О) =0,5. Далее эта рекомендация будет обоснована. Зависимость Р, (1км) имеет вид параболы (рив.

3.2) о вершиной в точке А при 1к„= 0,5 Б„рЕ,. Реальный транзистор ие может отда~ ь такую мощность (Р, = 0,125 ат 5„и Е,'), так как обычно максималы о допустимый ток коллектора 1к „„значительно меньше 0,5 БярЕ„, Подш авив в (3.4) вместо 1к„значение 1к „„найдем предельное значние выходной мощности, ограначенное полным использованием трапзисторз по току (см. рис. 3,2): (Рг!пк = 0~бог(О) 1кщах Еп (1 1кмах13ар Еп) Очевидно, что зта величина максимальна при наибольшем допустимою значении Е .

Высо1а импульса тока коллектора ограничена также максимально допустимым обратным напряжением эмиттер — база ()эв Из (1.5), (2.8) и (2.60) вычислим ток (1км)оз 1 — соз З (1км)оэвма ~м(Е + ~зима ) 1+с О Такому току соответствует свое предельное значение мощности, ограниченное напряжением азама, и определяемое тем же выражением (Х4) ((Р,)ц и „на рис. 3.2). Выходная мощность может быть ограничена еще и максимально допустимой мощностью рассеянна на коллекторе Р„„. В соответствии е (1.15) Рр,е — — Р, — Р, ( Р„, .

Выразим мощности Р, и Рх через 1 км. Рпзс =" схо (О) 7кмЕп 0 б схх (О) !кыЕп (1 Гкм)5ьрЕп)' 1!а рис. 3.2 показано, как по допустимой мощности Р„„„, найти пре- дельное значение (Р,)„, Используя (1.20), (1.21), можно записать соли т), ж 0,65...0,70. В некоторых случаях Рн гпа ~не указывается, а прянодптся л1акснмальная р Лопая температура коллекторного перехода Г „„н тепловое сопротнялепне переход — среда Рпс (град'Вт) прн заданных услоннях теплоотвода. Если назест.