135880 (722718), страница 2
Текст из файла (страница 2)
– сопротивление нагрузки каскада на полевом транзисторе.
Приведенные в данном учебно-методическом пособии соотношения для проектирования входных, выходных и межкаскадных КЦ, цепей фильтрации и согласования широкополосных и полосовых усилителей мощности радиопередающих устройств основаны на использовании приведенных однонаправленных моделей транзисторов.
2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВЫХОДНЫХ ЦЕПЕЙ КОРРЕКции, согласования и фильтрации
Построение согласующе-фильтрующих устройств радиопередатчиков диапазона метровых и дециметровых волн основано на использовании выходных КЦ, широкополосных трансформаторов импедансов на ферритах, полосовых трансформаторов импедансов, выполненных в виде фильтров нижних частот, фильтрующих устройств, в качестве которых чаще всего используются фильтры Чебышева и Кауэра.
2.1. ВЫХОДНАЯ КОРРЕКТИРУЮЩАЯ ЦЕПЬ ШИРОКОПОЛОСНОГО УСИЛИТЕЛЯ
При проектировании широкополосных передатчиков малой и средней мощности основной целью применения выходной КЦ усилителя этого передатчика является требование реализации постоянной в заданной полосе рабочих частот величины ощущаемого сопротивления нагрузки внутреннего генератора транзистора выходного каскада. Это необходимо для обеспечения идентичности режимов работы транзистора на разных частотах заданного диапазона, что позволяет отдавать в нагрузку не зависимое от частоты требуемое значение выходной мощности.
Поставленная цель достигается включением выходной емкости транзистора (см. рис. 1.3 и 1.4) в фильтр нижних частот, используемый в качестве выходной КЦ [2]. Принципиальная схема усилительного каскада с выходной КЦ приведена на рис. 2.1,а, эквивалентная схема включения выходной КЦ по переменному току – на рис. 2.1,б, где – разделительный конденсатор,
– резисторы базового делителя,
– резистор термостабилизации,
– блокировочный конденсатор,
– дроссель,
– сопротивление нагрузки,
– элементы выходной КЦ,
– ощущаемое сопротивление нагрузки внутреннего генератора транзистора выходного каскада.
а) б)
Рис. 2.1
При работе усилителя без выходной КЦ модуль коэффициента отражения | | ощущаемого сопротивления нагрузки внутреннего генератора транзистора равен [2]:
| | =
,
(2.1)
где – текущая круговая частота.
В этом случае относительные потери выходной мощности, обусловленные наличием , составляют величину [2]:
,
(2.2)
где - максимальное значение выходной мощности на частоте
при условии равенства нулю
;
- максимальное значение выходной мощности на частоте
при наличии
.
Описанная в [2] методика Фано позволяет при заданных и верхней граничной частоте
полосы пропускания разрабатываемого усилителя рассчитать такие значения элементов выходной КЦ
и
, которые обеспечивают минимально возможную величину максимального значения модуля коэффициента отражения
в полосе частот от нуля до
. В таблице 2.1 приведены взятые из [2] нормированные значения элементов
,
,
, а также коэффициент
, определяющий величину ощущаемого сопротивления нагрузки
относительно которого вычисляется
.
Истинные значения элементов рассчитываются по формулам:
(2.3)
где =
– верхняя круговая частота полосы пропускания усилителя.
Пример 2.1. Рассчитать выходную КЦ для усилительного каскада на транзисторе КТ610А ( =4 пФ [13]), при
= 50 Ом,
=600 МГц. Определить
и уменьшение выходной мощности на частоте
при использовании КЦ и без нее.
Решение. Найдем нормированное значение :
=
=
= 0,7536. В таблице 2.1 ближайшее значение
равно 0,753. Этому значению
соответствуют:
= 1,0;
= 0,966;
=0,111;
=1,153. После денормирования по формулам (2.3) получим:
= 12,8 нГн;
= 5,3 пФ;
= 43,4 Ом. Используя соотношения (2.1), (2.2) найдем, что при отсутствии выходной КЦ уменьшение выходной мощности на частоте
, обусловленное наличием
, составляет 1,57 раза, а при ее использовании – 1,025 раза.
Таблица 2.1 – Нормированные значения элементов выходной КЦ
| | | | |
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 | 0,180 0,382 0,547 0,682 0,788 | 0,099 0,195 0,285 0,367 0,443 | 0,000 0,002 0,006 0,013 0,024 | 1,000 1,001 1,002 1,010 1,020 |
0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 | 0,865 0,917 0,949 0,963 0,966 | 0,513 0,579 0,642 0,704 0,753 | 0,037 0,053 0,071 0,091 0,111 | 1,036 1,059 1,086 1,117 1,153 |
1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 | 0,958 0,944 0.927 0,904 0,882 | 0,823 0,881 0,940 0,998 1,056 | 0,131 0,153 0,174 0,195 0,215 | 1,193 1,238 1,284 1,332 1,383 |
1,6 1,7 1,8 1,9 | 0,858 0,833 0,808 0,783 | 1,115 1,173 1,233 1,292 | 0,235 0,255 0,273 0,292 | 1,437 1,490 1,548 1,605 |
2.2. ВЫХОДНОЙ СОГЛАСУЮЩИЙ ТРАНСФОРМАТОР ШИРОКОПОЛОСНОГО УСИЛИТЕЛЯ
При проектировании широкополосных передатчиков средней и большой мощности одной из основных является задача максимального использования транзистора выходного каскада усилителя по выходной мощности. Оптимальное сопротивление нагрузки мощного транзистора, на которое он отдает максимальную мощность, составляет единицы ом [2]. Поэтому между выходным каскадом и нагрузкой усилителя включается трансформатор импедансов, реализуемый, как правило, на ферритовых сердечниках и длинных линиях [1–4, 14]. Принципиальная схема усилительного каскада с трансформатором импедансов, имеющим коэффициент трансформации сопротивления 1:4, приведена на рис. 2.2,а, эквивалентная схема по переменному току – на рис. 2.2,б, где – конденсатор фильтра;
– трансформатор;
,
– элементы схемы активной коллекторной термостабилизации [15];
– транзистор выходного каскада усилителя. На рис. 2.2,в приведен пример использования трансформатора с коэффициентом трансформации 1:9.
б)
а) в)
Рис. 2.2
Согласно [16, 17] при заданном значении нижней граничной частоты полосы пропускания разрабатываемого усилителя требуемое число витков длинных линий, наматываемых на ферритовые сердечники трансформатора, определяется выражением:
, (2.4)
где d – диаметр сердечника в сантиметрах;
N – количество длинных линий трансформатора;
– относительная магнитная проницаемость материала сердечника;
S – площадь поперечного сечения сердечника в квадратных сантиметрах.
Значение коэффициента перекрытия частотного диапазона трансформирующих и суммирующих устройств на ферритовых сердечниках и длинных линиях лежит в пределах 2·104...8·104 [16, 17]. Поэтому, приняв коэффициент перекрытия равным 5·104, верхняя граничная частота полосы пропускания трансформатора может быть определена из соотношения: