Шахгильдян В.В. Проектирование радиопередатчиков (4-е издание, 2000) (1095865), страница 36
Текст из файла (страница 36)
В конце расчета необходимо уточнить Р„(2.56), определить Рис (2.57), потребляемую мощность Ро — — иРг + Р, + Р„м, постоянную составляющую тока стока 7са = Ро/Есп и КПД генератора по первой гармонике 0 = Рг/Ра. Найдем частотные ограничения для данных классов ключевых генераторов на полевых МДП-транзисторах. При Е,„= Е,поп„величина которого зависит от колебательной мощности Ргн, рабочей частоты / и параметров транзистора гн, С,н, будет Рг —— Р„ом и достигается максимальным КПД стоковой цепи: 6Р ~Ргном 1 9Э 2ПНИ Р 22 .22.22 222 2, 2С 22 Отметим, что КПД не зависит от снимаемой с транзистора мощности.
Допуская величину КПД не ниже 0,9 находим ограничение на 166 Так как СВ = Сои+ 0 5С2иопт и Сои (2.56) зависит от Е, необходимо путем последовательных приближении отыскивать значения С (2Ес,п.опт) и Ес.п.опт. Одновременно величина Е,п не должна превышать половину от допустимого напряжения на стоке Е, д „, поскольку для данных классов ключевых ГВВ пик-фактор стокового напряжения Пи. не превышает 2. На практике может быть заданной величина напряжения источника питания Е,,п, в частности она может определяться напряжениеы выпрямителя одно- или трехфазной сети переменного тока. Тогда согласно (2,57) и (2,58) мощность Р„„оказывается заданной. В этом случае целесообразно проектировать генератор на оптимальные значения Р„п, и Л „опт, при которых мощность Р, согласно (2,56) будет равна или Близка Р,м. Величина Ргопт определяется иэ (2.59), а нагрузочное сопротивление Ятио, иэ (2.55): произведение /Сиги, ( й.3,13 10 4 и максимальную рабочую частоту данных классов ключевых генераторов на полевых МДП транзисторах: 3,13 10 46 гипс(Сои(2Ес.п) + 0,5Смонт] На более высоких частотах следует переходить к ключевым ГВВ с формирующим контуром, В этих генераторах ограничения по частоте могут быть обусловлены не только снижением коэффициента усиления по мощности транзистора, но также его выходнои емкостью.
С ростом частоты все большую долю емкости формирующего контура составляет выходная емкость транзистора С,и. Максимальной частотой можно считать ту, на которой емкость формирующего контура образована только емкостью С,и и обеспечивается оптимальный режим ра6оты ключевого ГВВ. В (2 19] рассмотрен этот случай на примере генератора по схеме рис. 2.19,а с учетом нелинеиности емкости С,н согласно (2.58).
В табл. 2.3 приведены значения нормированных элементов формирующего контура ь и С,(Е, п) в виде коэффициентов 1(гнис) = 2и/Ь/Ви, с(ги ) = 2и/Сои(Е.п)й,*, и пик-фактора напряжения на стоке П~(тн ) (аналогично, как в табл. 2.2), а также коэффициент Х(тнис) = 2н/Сои(Ес п)Ес,п/Рг Из-за нелинейности емкости С,и(Е,) пик-фактор возрастает в 1,5...
3,0 раза по сравнению с Пе — — ип,/иа в схемах ГВВ на рис. 2 19 при постоЯнной емкости, а коэффициент Х(тиос) опРеделвет максимальнУю частоту ключевого ГВВ с формирующим контуром: 2 !ном = 2„Ег С (Е )Х(т. ) — при заданном напряжении стокового питания Е,п и 1 Ргиом г Лани = 2 сгг С 2 2г 2П„2Х(тнис)(Пъ(гипс) 22г Ег„„С,(Е, д /Пн) — пРи полном использовании тРанзистоРа по напРЯжению (Есп2ии = Ес.доп). Важно, что для повышения /,и следует уменьшать г, до 120' и ниже.
Для мощных МДП-транзисторов /,„находится в пределах 10...20 МГц. Отметим, что для биполярных она составляет 100... ...150 МГц и ограничивается не только выходной емкостью, но и усилительными свойствами прибора. Расчет входной пепи. При построении широкодиапазонных ключевых генераторов на биполярных транзисторах можно испольэовать методику расчета, приведенную в (2.1, с. 129-131]. Ниже приводится порядок расчета входной цепи транзисторов, используемых в ключевых генераторах с формирующим контуром и двухтактных генераторах с последовательным фильтрующим контуром.
Возбуждение транзисторов в 167 схеме с ОЭ осуществляется током базы гармонической формы. В случае двухтактного генератора с последовательным ГС-контуром, чтобы не было режима перекрытия (тн„. > к) и сквозных токов, оба транзистора раздельно возбуждаются от предыдущего каскада и режим выбирается так, чтобы гн„, было близко к к, Методика расчета составлена на основе [2.10].
Расчет входной цепи генератора с формирующим контуром ведут в следующей последовательности. 1. Коэффициент, учитывающий вклад емкости С„транзистора в емкость формирующего контура Х = Ск/(Сф, + С„). 2. Коэффициентом насыщения транзистора и задаются в пределах 1,5... 30. На частотах / > ЗД /Ь21 о величина и должна быть не ниже Х!(Ь21 ~ яп — — Чб яп — — — за(т1 — Ч/) яп — яп ... (2„.( эх!„,./С! ф (/ ///,/ - -.,- -фф---. /--- по току транзистора в схеме с ОЭ; Таас о 2'нас / Ч/+ и/(Ь21,[Х т( — — 90'+/р — —; тз — — 90'+//2+ —; т' = — агсгб 2 2 5!и Чг Тиас Ь21 э о/ СО5/нас 1 Ч/ = 90'+/р — — — т1,. !р = агс18 ; т1 = агсгд 2 Ут ' 25' Тиас + 5!П Тиас ' 3.
Коэффициент передачи по току первой гармоники в ключевом режиме [Ь21э([1 — соз(тиас/2)) и(1 — яп т(*) 4, Сопротивление, включаемое параллельно выводам база-эмиттер тРанэистоРа, Вд, — — Ьз/эо/(2к/,С,) (на частотах/ > 3/т/Ьз/эо сопРотивление Вд,п можно не устанавливать в схеме генератора, но надо оставлять в последующих расчетных соотношениях). 5.
Резистивная и реактивная составляющие входного сопротивления транзистора по первой гармонике: тэб = г61+ (1 + ХЬ71д)гбз + 2 Вдоп[1+ Х1(7(д— 11 (/г — тн „/2) 1+ (2к/ВдопСэ) -2к/Вд С '71 ))+ [1+8(Ху(к+7(д))г. + Ь(Х71 +71 )2кЫ,; 71 (К вЂ” Т!г с/2) авх = 2к/об ХЬ71м Т62+ В С 2 Вдоп Ь(Х71н+71м))гэ 1+(25/ВдопСэ) -(1+ ХЬ71д) 2 В С 2 ~дон+ [1+ Ь(Х71д+ 71д))2КУЕэ/ 2 !Г/ВдопСэ71 (к — тиас/2) 1+ ( /т доп э) где гь/ = (Ск а/Ск)тб, т62 (С!с,д/Ск)гб (ориентировочно Ск.а/Ск = = 0,2...0,3, С„п/Ск сс 0,8...0,7); 7(5. — тн,/2) — козффициент разложения косинусоидального импульса с эквивалентным углом отсечки дэка к 0/бтнас ~ /нас 71„= — яп Ч/+ Л,„; 2к 22Г Тиас 71м зп1 Чг — Лм*' 22/ Тиас 71д = сов Чг Лд' 2х ° 22Г !нас — со5 Чг + Лд,' 2/г 5!П Т( 'а(2тз — Чг) — яп(2т/ — Ч/) — — 1(сов тз — сок т1) 5(П Т; соз(2тз — (Р) — соз(2т1 — Ч/) + (яп тз — 5!и т/ ) 16 Ебэ — (со5 тз — соз т1 + ХЬ[соз(т1 + тдас) — со5 т/ + 25/С, +(2'Г тдас) ЯП т/ )) + [Еотс~' на низких и средних '(/ ( 3/т/Ьяэо) 70(/Г Тиас/2) Ебэ = -16 Вдоп+ [Еотс[.
1 + (Ь21 О/// )2 9. Постоянная составляющая тока Базы 1ьо — и1хо/Ь21 о. Расчет входной цепи двухтактного генератора с последовательным фильтрующим контуром можно вести по этой методике для одного из транзисторов. При этом и. 1 опускают; в п. 2 опускают расчет и„,;„; б б ! /2Р /Я', Р В,*„— мощность и приводимое к коллектору сопротивление нагрузки в расчете на один транзистор. В конце расчета выходной и входной цепей ключевых генераторов определяют суммарную мощность, рассеиваемую в транзисторе: 7/расо Ррас/пах + Рвх.
б.а / б / =/„/!, /,= /2Р„,/Я плитуда тока в сопротивлении нагрузки Вн в схеме с Г-образным формирующим контуром, в схеме с параллельным формирующим конту/., = „2Р.,/Р.„(1 ф !2(„,„Я, „. !(,„ / !.„.- табл. 2.2 для генератора с параллельным формирующим и дополнительным фильтрующим контуром. 7.
Входную мощность и коэффициент усиления по мощности рассчитывают по (2.19) и (2.20). 8. Напряжение смещения на базе транзистора: на высоких частотах (/ > 3/т/Ь!цэо) 158 159 2.7. Особенности проектирования модульных транзисторных каскадов Требуемая мощность Р„может превышать мощность Р,, развиваемую одним транзистором в однотактном генераторе, балансным транзистором в двухтактном генераторе, либо соответственно 2Р1 в двухтактных и квадратурных схемах построения генераторов. В этом случае встает задача суммирования мощностей отдельных генераторов. Отметим, что для повышения мощности ГВВ параллельное включение мощных биполярных транзисторов практически не используется. Помимо снижения надежности (непосредственно из-за увеличения числа приборов, из-за их взаимного влияния и разброса параметров, большей опасности самовозбуждения на рабочей частоте и возбуждения паразитных колебаний) главное состоит в том, что при параллельном включении снижаются и так очень низкие нагрузочные и входные сопротивления транзисторов.
В этом отношении лучше МДП-транзисторы. Благодаря высоким напряжениям на стоке (у некоторых оно составляет 500...1000 В) и на затворе (5...10 В) оказываются на один-два порядка выше нагруэочные и входные сопротивления. Кроме того, благодаря отрицательному температурному коэффиг)иенту для тока стока эти транзисторы менее критичны к разбросу параметров. Все это позволяет, например, при работе в ключевом режиме на достаточно низких частотах приблизительно до 1,5 МГц параллельно включать в каждое плечо двухтактных генераторов до 20 МДП-транзисторов без специальной подборки и применения мер симметрирования. Однако и здесь прослеживается тенденция применения не более одного-двух (соответственно в однотактных, двухтактных или квадратурных схемах) мощных полевых МДП-транзисторов, а для получения больших мощностей используется модульный принцип построения с суммированием отдельных генераторов-модулей в специальных схемах.
Модуль — это стандартный узел или блок, имеющии унифицированные характеристики и законченное конструктивное выполнение. В виде модулей выполняют как активные узлы, так и пассивные цепи, например устройства суммирования (деления) мощности, выходные фильтрующие системы и т.д. Построение передатчиков по блочномодульному принципу помимо увеличения выходной мощности повышает его надежность, устойчивость работы усилительного тракта, стабильность характеристик в течение срока эксплуатации, позволяет унифицировать элементную Базу передатчиков различного уровня мощности. Усилительные модули имеют, как правило, стандартные входное и нагрузочное сопротивления, что упрощает разработку межблочных и межкаскадных устройств, а также проведение измерений, Кроме того, имеется явная тенденция перевода питания каждого модуля от своего сравнительно маломощного выпрямителя.
Питание всех модулей от одного мощного выпрямителя, хотя и резко снижает число деталеи и электронных устройств, но и одновременно понижает надежность, особенно во 160 время замены неисправного модуля (модулей) без отключения остальных. Недостаток устройств с модульными узлами узкого назначения по сравнению с устройствами в виде отдельного блока — необходимость значительного числа межмодульных соединений и, как следствие, необходимость применения дополнительных разъемов, увеличение размеров устройства, т.е. дезинтеграция. Мощности отдельных модулей, как правило, суммируют в специальных мостовых схемах, обеспечивающих их независимую работу и тем самым резко повышающих надежность всего устройства.
Аналогичные мостовые схемы устанавливают на входе модулей для соответствующего распределения (деления) мощности на входы отдельных модулеи от предыдущего или предоконечного каскада. Модульный принцип построения позволяет строить транзисторные передатчики на мощности до 50... 100 кВт и выше. Однако ограничения на максимальную мощность транзисторных передатчиков в первую очередь диктуются экономическими соображениями.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
