Петров Б.Е. Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах (1989) (1095875), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Для увеличения выходной мощности суммируют мощность отдельных АЭ. Одним из способов суммирования является параллельное включение АЭ. При параллельном включении АЭ увеличение выходной мощности происходит за счет того, что суммарный выходной ток равен сумме выходных токов отдельных АЭ. Используют параллельное включе- к ние полупроводниковых ячеек в одном кристалле, нескольких кри- с„, „с,„ сталлов на одном кристаллодержа- ~~янки теле, корпусированных АЭ. Наи- Еси са более широко применяется первый вариант, например современные У к мощные транзисторы, имеют в своем составе до нескольких тысяч парал- Ркс.
2.18. Двуктакткое включелельно соединенных ячеек. Полу Аэ чил распространение второй вариант, реже применяется третий. Ограничение числа параллельно включенных АЭ обусловлено: уменьшением действительной части входного сопротивления и оптимального сопротивления нагрузки АЭ, что затрудняет построение согласующих цепей; неравномерностью распределения тока и напряжения по элементам структуры, в результате чего эффективность суммирования мощности снижается. Двухтактное включение активных элементов. В современных радиопередатчиках широко применяют двухтактные усилители мощности.
Двухтактный УМ вЂ” это объединение двух обычных усилителей, имеющих общую нагрузку и возбуждаемых в противофазе (рис. 2.18), Важно отметить, что выходные токи обоих АЭ протекают через нагрузку (первичную обмотку трансформатора на рис, 2,18) в противоположных направлениях. Выходная мощность двухтактного УМ равна сумме мощностей двух его плеч и при их идентичности в два раза больше мощности одного усилителя.
Рассмотрим особенности процессов в двухтактном УМ. При работе усилителя в режимах классов АВ, В и С выходные токи активных элементов имеют вид косииусоидальных импульсов, сдвинутых ао времени на половину периода колебаний (рис. 2.19, а, б). Ряды Фурье, представляющие функции 1„, (1), 1„, (1) — коллекторные токи активных элементов, — могут быть записаны в виде: ~~ 1„„соыт( = 1„«+ 1ысозс«1+1,сов 2с«1+ ... а=а Ю 1„„сов п(с«1+ и) =-1„„— 1„, сов со1+ 1„,соз 2с«1 — ...
а=о Ток 1„, протекающий через первичную обмотку выходного трансформатора, равен полуразности токов 1„, и 1„в (рис. 2.19,в): 1 1н — — (!ах — 1аа) = 1„, соз с«1 + 1„а соз ЗЫ+ 1аа соз бсо1 + ... см Как видим, выходной ток не содержит четных гармоник, что облегчает фил ьтра- О н1 сот цию выходного напряжения. Еще более благоприятные условия для фильтрации напряжения возникают гн ф при угле отсечки коллек- торного тока, равном 90'. д В этом случае, как видно а1 из (1.17) и (1.18), а- и у-коэффициенты всех нечетных гармоник тока, кроме первой, равны нулю, а еле. д г) сот довательно, в выходном Рис. 9Л9 Нременийе зависимости токов в токе этн гаРмоники отсУтавухтактиоа схеме, 9=90' ствуют. В результате вы- ходной ток и выходное напряжение двухтактного УМ имеют гармоническую форму без применения избирательных цепей.
Согласно рис. 2.18 ток двухтактного усилителя, протекающий через блокировочную емкость Снам равен сумме токов 1„, и 1„,: (х = 21иа+ 21, соз 2с«1 + 21„соз 4с«1+ ... Как видим, через емкость Св„протекает ток только четных гармоник и отсутствует ток основной частоты (рис. 2.19, г). Это облегчает блокировку источника питания, уменьшает нежелательную связь между каскадами передатчика через источник питания. Расчет режима работы АЭ в двухтактном усилителе. Расчет режимов работы АЭ целесообразно проводить в два этапа. Сначала следует рассчитать режим одного АЭ на мощность, равную половине заданной, используя методику расчета, справедливую для дан- ного типа АЭ.
Затем нужно сделать пересчет для двухтактной схемы, который очевиден из рис. 2.)8. Если отметить штрихом электрические величины, относящиеся к однотактной схеме, то формулы для пересчета можно записать в виде: „=2Р;„, Я,х=м;„, Х,„=-2Х;„, и„,=2и„,, Я„=И„, 1ио Пао Ро =2Ро Рх =2Р~. Остальные величины, характеризующие режим, остаются без изменения, в частности К~ = Кр, тп = Ч,. Отметим достоинства и недостатки двухтактных УМ. К достоинствам следует отнести: 1) увеличение колебательной мощности в два раза па сравне. нию с однотактными УМ; 2) возможность получения гармонического выходного напряжения без применения избирательных цепей и связанная с этим широкополосность усилителя (при 8 = -= 90'); 3) менее жесткие, чем в однотактных усилителях, требования к цепнм, блокирующим источник питания. Основной недостаток двухтактного усилителя состоит в необходимости тщательного подбора АЭ с одннаковымн параметрами, так как только прн их идентичности реализуются отмеченные достоинства.
Обычно этот недостаток удается преодолеть и двухтактные УМ применяются весьма широко. Комбинация двухтактной и параллельной схем включения АЭ. Поскольку при параллельном включении АЭ суммарное входное СОПРОтнВЛЕНИЕ И ОПтИМаЛЬНОЕ СО- рис. 2.2О. Паралле ьно-двухпротивление нагрузки уменьшают- тактное включение АЭ ся а при двухтактном — увеличиваются, часто для повышения выходной мощности передатчика применяют комбинацию двухтактной и параллельной схем включения АЭ. На рис. 2.20 показан вариант такого включения, предложенный В.
Д. Соболевым и В. П. Никитиным. Здесь входная мощность с помощью трансформатора Т, разветвляется на 2п каналов, где л — число транзисторов в каждом плече двухтактной схемы. Одно плечо образовано транзисторами УТ,— — УТ„а другое — транзисторами УТ, — УТ,. Как видим, выходы транзисторов каждого плеча соединены параллельно. Равномерное распределение вторичных обмоток трансформатора по периметру магнитопровода приводит к выравниванию режимов работы транзисторов и увеличению надежности усилителя. Кроме того, надежность повышается благодаря применению плавких предохранителей в кол- 87 лекторных цепях транзисторов.
При выходе из строя какого-либо транзистора он отключается, в результате чего устраняются пере. грузки источника питания. й 2.8. Схемы усилителей мощности На рис. 2.21 изображена возможная схема мощного транзисторного усилителя с общим эмиттером. Здесь С„С,— разделительные емкости, Е„С, — входная, Е,, С вЂ” выходная Г.образные согласующие цепочки, Е, — блокировочный дроссель, С, — блокировочная емкость.
Сопротивления Я,, )са играют троякую роль: !) образуют делители напряжения для подачи постоянного фиксированного смещения на базу; 2) обеспечивают автосмещение, рав- ное! оа Я,тся /(тсх + )са); 3) кор- +Е ~г с гаанхй ректируют частотную характеристику транзистора (для этого нужно, чтобы Яхьяl(йх + Йа)= =- Я, В данной схеме применена параллельная система кис, тания н комбинированная систе- ма смещения. рнс. 2.20 Прннннпнальная элентрнче- Для увеличения коэффицисхая схема уснлнтеля мощностн на ента передачи мощности прнмебнполярнон транэнсторе няют многокаскадные УМ. С ростом частоты (при Г" '= 0,7 ...
... 0,9 ГГц) в качестве элементов согласующих цепей иногда используют межэлектродные емкости транзисторов и индуктивности их выводов. На рис. 2.22, а представлена схема двухкаскадного усилителя большой мощности дециметрового диапазона длин волн. Входная согласующая цепь образована емкостями С„ С„ входной емкостью С,„, и индУктивностью Е,„, тРанзистоРа )хТх. АнтипаРазитные конденсаторы большой емкости С„С, (больше 0,05 мкФ) шунтируют на низкой частоте цепи, подключенные к выходным электродам транзисторов, препятствуя возбуждению в них паразитных низкочастотных колебаний. На СВЧ конденсаторы Са, Са представляют собой значительные индуктивности (обкладок н выводов) и практически не оказывают влияния на согласующие цепи. Межкаскадная согласующая цепь включает выходную емкость С„„индуктивность коллекторного вывода Е„, транзистора УТ„ емкости конденсаторов С„С,, входную емкость С,~ и индуктивность Е„„, транзистора УТа Выходная цепь согласования образована коллекторной емкостью С„, транзистора г'Т„ индуктивностью вывода его коллектора Е„, и емкостями конденсаторов С„ Смс Резисторы хт, и )са играют роль сопротивлений автосмещения и антипаразитных сопротивлений.
На СВЧ они практически отключены от цепей усилителя благодаря блокирующему действию индуктивностей их выводов. 88', Индуктивности 1.„Г.з и конденсаторы С„С, блокируют источник питания по СВЧ. С помощью резистивных делителей напряжения )с з)с, и )сз)сз измеряются постоянные составляющие коллекторных токов обоих транзисторов с целью контроля нх работоспособности. рт, ггг дглб б) Рис, 2.22.
Принципиальная электрическая ~а) и эквивалентная иа СВЧ ~б) схема двухкаскадиого усилителя мощяостн +ул Рис 2.23. Схема усилителя мощности СВЧ иа поле- вом транзисторе На рис. 2.23 представлена разработанная Л. В. Барановым и Ю. Н. Головенко схема усилителя мощности СВЧ на полевом транзисторе с общим истоком. Согласующие и блокирующие элементы с распределенными параметрами изображены в виде топологических чертежей и конструктивно выполнены на отрезках микрополосковых линий. Для стабилизации режима транзистора по постоянному току (при 'возможных изменениях температуры, питающих напряжений и т. д.) применена цепь отрицательной обратной связи, включающая операционный усилитель, резисторы Иг — гс„емкости С,— Са.
В усилителе мощности применены транзистор СВЧ АП910Б и ийтегральная схема операционного усилителя 7404Д5-1. Основные т г я, с т Рис. 2,24. Приииипиальиая электрическая схема гоирокополосиого лвухтактиого УМ параметры УМ: выходная мощность 1 Вт, полоса усиливаемых частот 20 % по уровню выходной мощности на 1 дБ ниже максимального, КПД равен 45 %. Схема двухтактного УМ с применением трансформаторов-линий показана на рис. 2.24.
9 2.9. Сложение мощностей активных элементов в мостовых устройствах Важной задачей является обеспечение работоспособности усилителя с суммированием мощностей при изменениях токов и напряжений любого АЗ. Для решения этой задачи применяют мостовые устройства, в которых режим работы каждого АЭ не зависит от режимов работы других АЭ, т. е. все активные элементы взаимно развязаны. Мостовым услгройспииглг называют многополюсник, с помощью которого осуществляется совместная и взаимно независимая работа двух (и более) источников колебаний на общую нагрузку. В зависимости от фазовых соотношений между отдельными источниками различают синфазные, противофазные, квадратурные мосты.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
