Шахгильдян В.В. Проектирование радиопередатчиков (4-е издание, 2000) (1095865), страница 35
Текст из файла (страница 35)
С учетом КБВ „< 1, а в случае ключевого генератора с формирующим контуром при Ку ) 1 значения Пг и Пе берут иэ графиков на рис. 2.20-2.22. Если даются ограничения на постоянную составляющую тока коллектора или стока, то в (2.426) вместо /д~п /П г п одета зля ют 1од„п. Кроме ограничений (2.42а) и (2.426) в ключевых генераторах на полевых транзисторах с реэистивной и фильтровой нагрузкой появляется дополнительное ограничение на Р„,м, обусловленное коммутативными потерями (см. ниже), После определения величины Ргн расчет выходной цепи ключевого генератора ведут в следующеи последовательности.
1. Рассчитывают пик-фактор напряжения на коллекторе в номинальном режиме: при заданном или выбранном, равном стандартному напряжению Ех.п: ПРи КБВа„< 1 значение Пет опРеделЯют по гРафикам на рис. 2.20 — 2.22: ПЕ = ПЕтах = /(КБВах). 2. Определяют максимальное напряжение на коллекторе: Ентах = ПетахЕхт < Ех.ппп или напряжение коллекторного питания: Если предусматривается АРМ, то расчеты выходной цепи ключевых ГВВ выполняют на номинальную мощность Рцт при номинальном напряжении питания Е„„„, но Е„„„определяют при Ех птах. 3. Электронный КПД, обусловленный потерями на г„„ 4. КПД по первой гармонике г!1 = 17,/и, агие 1 Рэн,„= йР„1„, /11,.
(2.46) Лн.ном = Лвк.ном/(1 + !'(гнас)1. !(гнас)В с(таас) 1»шах = 1ке/ав 1» 1»шахдопг (2.49а) 1ктах = Пгсаах/кавос» » <1кшахдоп (2.49б) Рь — (1 Ча)Ревом. (2.50) тока Рн.в.ном = (" — 1)Рн1ном. (2.51) 1 гштс = Ргша»Рг~ 162 153 где для генераторов с резистивной нагрузкой й = 1,23; для остальных генераторов !с = 1. 5. Мощность, потребляемая от источника питания в номинальном режи ые, б.
Постоянная составляющая тока коллектора в номинальном режиме 1каном = Реном/Ек.п.ном. (2.47) 7. При КБВвх < 1 рассчитывают максимальные значения потребляемой мощности и постоянной составляющей тока: Рапъас = Репо»Рсн м 1»вшах Рета»1»сном » (1кедоп (2 48) 8. Максимальное значение тока коллектора, которое не должно превышать предельно допустимое, при номинальном нагрузочном сопротивлении (КБВвх = 1) при рассогласованиях нагрузки (КБВ „< 1) Если предусматривается АРМ, то 1кв и 1»штс надо дополнительно увеличить в (Ек.п.шсх/Ек.п.пом) раэ. 9. Мощность потерь на коллекторе транзистора при номинальной нагрузке (КБВ „= 1) 10.
В генераторах с резистивной нагрузкой, работающих на вилку фильтров — диплексор, определяют мощность высших гармоник, поступающую в дополнительный резистор В, и при КБВ „= 1: 11. Максимальные значения мощностей Рг и Рвв при КБВвх < 1 Рв,вптх = Рн.вша»Рваном. (2 52) 12, Номинальное сопротивление нагрузки в коллекторной цепи транзистора (в двухтактных генераторах для каждого транзистора) 13.
В случае ключевых генераторов с формирующим контуром определяют величины его ЕС-элементов. Для ключевого генератора с Г-образным контуром (см. рис. 2.19) предварительно рассчитывают сопротивление нагрузки Л,*,: Параметры элементов параллельного или Г-образного формирующего контура где В = Л,хвои при параллельном формирующем контуре или В = = Л,*, „, при Г-образном формирующем контуре; коэффициенты !(тн ) и с(т„„,) берут иэ табл. 2.2 для генераторов с формирующим и дополнительными фильтрующими контурами; 1е принимают равной т/~„Д.
Если емкость Сфтст < О, необходимо уменьшить напряжение питания Е„ „ „ либо длительность тн В ряде случаев, в первую очередь в широкодиапаэонных ключевых генераторах с резистивной нагрузкой, в двухтактных ключевых генераторах с фильтровой нагрузкой используются цепи связи и схемы сложения (деления) мощности на трансформаторах на длинных линиях с дискретным коэффициентом трансформации. В этом случае после приведенного выше предварительного расчета выходнои цепи транзистора составляют эскиз схемы выходной цепи связи для оконечного каскада (либо межкаскадную цепь связи для предварительных каскадов) так, чтобы реальное значение Л „. было как можно ближе к расчетному В*,к (2.53).
При этом, если транзистор недоиспольэован по напряжению (Ек» ( Ек.доп), то допустимо Л к ) Л;„; если транзистор недо- использован по току (1к < 1к.доп), то допустимо Лак ( Л; . После этого при известном сопротивлении Л „уточняют параметры коллекторной цепи генератора: Ек шах (или Ек.п) 1конон, 1ста Р1ном. Ранам и т.д.
1. Определяют номинальное значение постоянной составляющей -1 /а1 в Хв+Х и 1кевом = Ек.плом ( Лвк + -) а аа 2. Рассчитывают мощность в нагрузке: а1 1 нас 1кввом Р1ном = 0,5 — Ек.п.вон 1»оном ~! — (Хе + Х110) — Е ааио СКО кл.ном ЕСЛИ МОЩНОСТЬ Ргн м ЗаМЕтНО бОЛЬШЕ (ИЛИ МЕНЬШЕ) .РЕБУЕМОй, та необходимо снизить (или увеличить) напряжение питания Ен пном. 3. По (2.44а) рассчитывают максимальное напряжение на коллекторе. 4. Далее расчет ведут по формулам (2.45), (2.46), (2.48)-(2.52). В предоконечном и предварительных каскадах на частотах до 10...
...100 МГц, в которых используются ключевые генераторы с реэитивной нагрузкой, как правило, транзисторы заметно недоиспользуются по мощности (работают со значительным запасом). В этих случаях очень часто нагрузочное сопротивление Л „бывает непосредственно задано из эскизного расчета цепей связи с последующим каскадом. Поэтому коллекторную цепь данного каскада, и в частности величину напряжения питания Е„„ном, рассчитывают исходя из заданных Рнг 0 82Рн и Л с«11'а Л»н г Далее вычисления ведут по (2.44К2.50) при заданном Ен пном и К Б Вас Формула (2.54) позволяет решать и обратную задачу — при5лиженная оценка величины Л „в той или иной схеме ключевого генератора для получения заданной мощности Ргн при заданном напряжении питания Е„,„ном г Ен.п.ном 1 нас Лан рэ г ' при < О 1 2иаг Р Лан (2.55) Рассмотрим особенности проектирования выходной цепи ключевых генераторов на полевых МДП-транзисторах.
На относительно низких частотах (см. ниже) целесообразно применять двухтактные генераторы с резистивной или с фильтровой нагрузками с переключением напряжения соответственно по схемам на рис. 2.12,а и 2.14. Во-первых, полевые транзисторы допускают протекание отрицательного тока стока при е,н - 0 и поэтому ГВВ данных классов выдерживают рассогласование нагрузки с КБВ „, существенно меньшее, чем при использовании биполярных транзисторов (см. рис. 2.20-2.22). Во-вторых, благодаря высоким допустимым напряжениям на стоке, достигающим 500...1000 В, и отсюда более высоким напряжению питания Е,„н,м и нагрузочному сопротивлению Л „в генераторах на полевых МДП транзисторах, в частности серии МОБРЕТ, гораздо сильнее проявляется шунтирующее действие выходной емкости. Это, в конечном счете, примерно на порядок снижает частотный диапазон тех или иных схем ключевых генераторов.
В двухтактных генераторах с резистивной нагрузкой и с последовательным фильтрующим контуром из-за высоких Е, и „,м и Ла„резко возрастает относительная доля коммутативных потерь, Поэтому при проектировании следует задача достижения минимальных суммарных потерь на сопротивлении гна и коммутативных. г гнас~ 1ном 17 1 1 г1 нас Р1ном Ег 7г + Ег с.п.ном с.п.ном (2,56) Соотношение (2.56) следует из (2.45), поскольку Р„= Ра(1 — Он), с учетом значений коэффициентов сг1, иа, ага и 1гг для данных классов ключевых генераторов.
Мощность коммутативных потерь также в расчете на один тран- зистор Рвом = 4,ГС~",Е, „ = 47(С«н + 0,5Смовт)Е .и (2.57) где à — рабочая частота; Сй — суммарная емкость, которая складывается из выходнои емкости данного транзистора С,„и емкости монтажа См,нт с коэффициентом 0,5 в расчете на один транзистор в двухтактном генераторе. Мощность Рно опРеделЯетсЯ электРической энеРгиеи Иган = 0,5СпЕгп, запасенной в конденсаторе Сгл усредненной за период колебаний (Рвом = Иган7Т' = Иган Г) с Учетом того, что в течение пеРиода происходит заряд и разряд Се и что в данных схемах ключевых генераторов Ест. = 2Е „. Значение С,„определяется из паспортных данных на МДП зистор: -тран- (2.58) С (Е,н) «и С;„~ггЕ;„7Е„ где С,*„— значение емкости сток-исток транзистора при определенном напряжении на стоке Е;н.
Величины С,*„и Е,'„приводятся в паспортных данных на транзистор (см. (1.2-1.4) и табл. 1.2). Мощность Рс согласно (2.56) уменьшается с ростом Е,"-„, а мощность Р„,, наоборот, согласно (2.57) растет пропорционально Ег„. Поэтому существует оптимальное значение Е, „о„т, при котором Р„ Рвом и суммарные потери Раас« — — Р„„„+ Р„„ч будут минимальны. Для отыскания Е,„,„, при заданной мощности Р,н, и на данной рабочей частота 7 можно рассчитать зависимости от Е', и величины Р„(2.56) и Р„ом (2.57) с учетом того, что С«н изменяется от Е и согласно (2.58). Напряжение Е,„, при котором достигается равенство Р„= Р,м, будет равно оптимальному Е,„„, . Величину Е,п,,п можно рассчитать по формуле г Еснаопт =— 2 0,5 (2.59) Мощность потерь на г„в расчете на один транзистор в двухтактных генераторах с резистивной нагрузкой и с последовательным фильтрующим контуром 154 155 4 г 1 — игг2 /Св/12 4 г /С Ргопт г Ес,п Ес,п ~/ + 2нес гг //Св 1 гнис12 + г )/ УСв 1 2Г Гипс/СВ/Ь 2Г /СЕ (2.60) (2.61) При (2.59)-(2.61) будет обеспечиваться наибольший КПД стокствой цепи Таким образом, проектирование стоковои цепи следует вести на заданную мощность Рг при оптимальном напряжении питания согласно (2.59) либо при заданном напряжении питания Е, „на оптимальное значение мощности согласно (2,60) Непосредственно расчет стоковой цепи можно проводить, как для коллекторной цепи 6иполярного транзистора, но только на частотах, где коммутативные потери значительны, величины Е, „, Рг и Рс,и должнь2 Быть близкими к оптимальным.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
