Петров Б.Е. Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах (1989) (1095875), страница 11
Текст из файла (страница 11)
В диапазоне высоких частот оптимальный режим соответствует наибольшим значениям выходной мощности Рх и КПД т),. На рис. 1.28 изображена блок-схема алго- ритма расчета режима работы транзистора, причем оптимизация ре- жима осуществляется путем изменения угла отсечки коллекторного тока 0 и (к Практическая реализация режима. Чтобы рассчитанный режим был осуществлен практически, необходимо прежде всего обеспечить выбранный угол отсечкй О.
Очевидно, что к эмиттерному переходу транзистора нужно подвести постоянное напряжение Е,и = Уа а, где ()„а зависит от величин 0 и ((,. Мощность Р,х также зависит от 0 и Цт,. Таким образом, значения Е,„и Р,х однозначно опреде- ляют угол отсечки 0 н амплитуду заряда Щт,. Кроме того, на коллектор следует подать выбранное напряжение питания Е, н так спроектировать выходную согласующую цепь, что- бы она была настроена в резонанс с частотой возбуждения, имела Рис, Б28, Блок схема алгоритма расчета режима работы мощ- иого траизистора входное сопротивление, равное расчетному значению )с„и обеспе- чивала гармоническую форму коллекторного напряжения и„(1). При этом входная согласующая цепь должна фильтровать ток.
Пример расчета. Требуется рассчитать режим работы траизистора в схе- ме ОЭ в усилителе с мощностью первой гармоники Рд > 10 Вт иа частоте 200 МГц. Выберем траизистор с максимально допустимой рассеиваемой мощ. костью Р ов того же порядка, что и Р„иапример КТ920В, для которого Ряоп — — 14 Вт (см.
приложеиие 6). Для расчета иеобходимо звать следующие параметры транзистора; /г = 600 МГц; В = 20; Етр — — 4 А1В; котс = 1 В, С = =- 200 пФ; С„= 70 пФ; иа доп = — 4 В; (клоп 7 А; ивков = 36 В; Ев= = 2,4 иГи; !. = 1 иГи, Грайичиая частота )р = ЦВ = 30 МГц. Учитывая условие Ев и, и„до 12, выберем Еп = 12,6 В (рекомеидуемое зиачеиие). Установив угол отсечки О = 90', получим в согласии с (1,16) и (1.18); гх, (О) = у~ (О) = у~ (и — О) = 0,5; м~ (О) = уе (О) = уе (и — О) = = 0,318. В одиом из вариантов расчета получены следующие результаты: „,„= 35 А; Ц,= Ой !О- Кл; Ч,= 739(; г,= 265ом; )кг=).75А: )вз= 2,1 А; Р с= 3,8Вт; Як=6,70м; )ке = 1,1 рп пап ю!п = — 3,6 В; Р'„= 0,2 Вт; Ивар — — 13,2 Ом; игр = 0 9' Ес1ч = — 0,5 В; Р„х = — 2,2, Вт; Явх = 1 Ом; (Гкг = 11,7 В, Р, = 10,2 Вт; Рвх = 2,4 Вт; Е, = 3 иГи, и = 1,8; Р, = 14 Вт; КР— — 5; С„„= 720 пФ, Легко заметить, что Рраг ( Рвов' !"зиппо! ( 1иб дои!.
9 1.15. Работа биполярного транзистора на СВЧ. з раизнсторные усилители мощности с общей базой Зависимость коэффициента усиления мощности УМ от час тоты. Как показывает практика, на частотах, близких (о коэффициент усиления УМ, выполненных по схеме ОЭ, существенно снижается. При отсутствии корректирующего резистора К, часть входной мощности Р,'„= О и Кр = Р,(Р;„+1.
Подставив сюда формулы б), 18), 14), 17), 18) для расчета режима мощного транзистора (см. 9 1.14) и выражение (!.89), получим К =у,(8)ю,Р.„МмЕ,)+1 (1,74) или К~7з см у, (0)ю,й„/((2л)'мЕ,). Как видим, в УМ, выполненных по схеме ОЭ, на частотах, близких )„произведение коэффициента мощности на квадрат частоты есть величина, приблизительяо постоянная. Это означает, что с ростом частоты Кр довольно быстро падает. Например, при увеличении частоты в 2 раза (на октаву) Кр уменьшается в 4 раза (на б дБ), т. е. скорость уменьшения Кр составляет б дБ на октаву. Вследствие уменьшения Кр усилителей мощности на частотах, близких к 7'„схема ОЭ в диапазоне СВЧ для большинства транзисторов становится неэффективной.
Лучшие результаты получаются в схеме с общей базой (ОБ). Транзисторные усилители мощности, выполненные по схеме ОБ (рнс. ! .29). Главной особенностью усилителя, выполненного по схеме ОБ, является существенно больший входной ток, чем в усилителе в ОЭ. Зля биполярного транзистора справедливо соотношение 1м =1в,+ 1ны (1,75) где 1еы 1в„1„, — комплексные амплитуды первых гармоник токов, протекающих через эмнттерный, базовый н коллекторный выводы.
На относительно низких частотах, где можно пренебречь ннерцнон- Егл Сгх Х в) гх 3-2ге- Схт Рнс. К29. Фувкииоиальнак схема УМ прн включении транзистора по схеме ОБ (а) и эквивалентные схемы транзистора (б — г) постыл транзистора, входная мощность в усилителе с ОБ Р„= = 0,5 1„Ув, существенно больше, чем в усилителе с ОЭ. Так как Рь = 0,5 1ктУквы то Гкь Стает Укоь Кн —— гат Сто| Сгпт Как видим, в схеме ОБ усиление мощности осуществляется только благодаря усилению напряжения.
В результате на низких частотах Кр в схеме ОБ значительно ниже, чем в схеме ОЭ. Однако зависимость Кр от частоты различна в обеих схемах н на частотах, близких 1о коэффициент усиления мощности в схеме ОБ больше, чем в схеме ОЭ. Анализ режимов работы биполярного транзистора, включенного по схеме ОБ, удобно проводить, считая входным воздействием гармонический управляющий заряд на суммарной емкости эмнттер- 66 ного перехода.
В этом случае функции ивв (1) и 1„(1) получаются такими же, как н в схеме ОЭ (см. рис. 1.26). Для расчета режимов целесообразно воспользоваться приведенными в $1. 14 формулами, и ри этом нужно учесть следующее: !) в диапазоне СВЧ крутизна линии граничных режимов З„р в 3 ...5 раз меньше, чем крутизна, определенная по статическим ВАХ (это объясняется увеличением потерь в транзисторе); 2) при малых Кр входная мощность соизмерима с выходной, поэтому на СВЧ электронный КПД следует рассчитывать по полной формуле х)х =- Р,1»Рв + Р„). Важным этапом проектирования УМ является расчет входной проводимости транзистора. $1.16.
Входная проводимость биполярного транзистора в схеме ОБ Получим выражение для входной проводимости биполярного транзистора в схеме ОВ У„= 7„/()вм (1.76) пренебрегая для простоты индуктивностями выводов и барьерной емкостью коллекторного перехода. При таких допущениях эквивалентная схема транзистора принимает вид рис. 1.29, в. Подставляя в (1.76) оютношение (1.75), учитывая, что в данном случае ()ах= = »)вв„!вх =!с„, и принимая во внимание (! .59), (1.61) и (1.63), запишем )',„= б,„+ )В„, где О,„= )ю1и,ш = У, (Е) ыв С,1(7, » — Е)).
Ввх «'Свх Свх Св!(71 (М 6)) (! .77) Существование б, „~ 0 свидетельствует о потреблении транзистором входной мощности Р = — Ух~О вх я (1.78) вх которая обусловлена протеканием коллекторного тока через входную цепь УМ. Как показывает практика, полученное соотношение является весьма приближенным. Для более точного расчета учтем индуктивность вывода базы. Влияние нидуктнвностн общего вывода иа входную проводимость транзистора. В $1.13 было показано, что на входное сопротивление транзнсгора в схеме ОЭ в значительной мере влияет индуктивность вывода эмиттера.
Проведем аналогичное рассмотрение для схемы ОВ, где общим для входной и выходной цепей является вывод базы. Эквивалентная схема транзистора с учетом нидуктивиостн базового вывода йа показана на рис. !.29, г (здесь для простоты ие учтена емкость С„). Комплексная амплитуда первой гармоники напряжения на базе ()»~ = (),ю+!»э1.»7см Подставим это выражение в (1.76) и, используя (1.59), (1.61), (1.63) и (1.75), получим г',„= О„+ )Вэ„ где т. ( ) ~Ф Сэ, В мСэ тд (я — 0) — еэ С» Сэ тэ (я — 0) эээ (» Сэ Как видим, учет Е» привел к увеличению О,„и В„. Интересно отметить, что на тех частотах, где ээЕ») у, (н — 6)/(аэСэ), действительная часть входной проводимости становится отрицательной.
Это указывает на возможность возбуждения паразитных колебаний во входной цепи УМ. Таким образом, можно сделать вывод о том, что через индуктивность Е» выходная мощность проходит во входную цепь, т. е. возникает положительная обратная связь. Влияние мидуктнвностм общего вывода иа коэффмцнент усиленмя мощности. Входная мощность, потребляемая АЭ от возбудителя, частично рассеивается в самом АЭ в виде теплоты, частично проходит на выход, а также преобразуется в мощность постоянного входного тока и рассеивается в источнике смещения. В схеме ОЭ последняя часть весьма мала из-за малой постоянной составляющей входного тока 7»э.
В схеме ОБ, напротив, практически вся Р„ преобразуется в мощность постоянного тока и поэтому Кр ~ Р,,(Р,„. Подставив сюда (1.6), (1.24) и (1.78), получим Кр ~ Й„Оэ„или с учетом (1.79) Кр у,(0)ьэ1Сэй„/(у,(п — 8) — ыэ Е»С,). (1.80) Сравнивая (1.80) с (1.74), замечаем, что влияние на Кр индук тивности общего вывода в схемах ОЭ и ОБ различно. В схеме ОЭ индуктивность Е, способствует прямому прохождению входной мощности в нагрузку, уменьшая Кр с ростом частоты. В схеме ОБ индуктивность Еа увеличивает Кр при увеличении частоты, что объясняется обратным прохождением выходной мощности на вход транзистора и соответствукяцим снижением Р„.
Анализ (1.80) показывает, что в схеме ОБ индуктивность й» заметно влияет иа Кр лишь на тех частотах, где ее сопротивление становится соизмеримым с сопротивлением усредненной за период колебаний емкостью С,. В то же время в схеме ОЭ индуктивность Е, снижает Кр практически на всех частотах, где справедлива формула (1.74), т. е. на частотах 7 = $».
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
