Реферат: Модуль АФАР
3.1. Методика расчета РЕЖИМА ТРАНЗИСТОРА МОЩНОГО СВ Ч УСИЛИТЕЛЯ мощности
Рас сматриваемая методика может быть ис пользована для рас чета режима мощного транзис тора ус илителя, работающего на час тотах порядка сотен мегагерц , и позволяет получить параметры режима, достаточно близкие к экспериментальным. На значениях час тоты 1… 3 ГГц погрешнос ть рас чета в озрас тает из-за ис пользования упрощенной эквивалентной схемы тран зистора и нед ос таточной точнос ти при определении ее параметров. В диапазоне частот выше 3 ГГц эти недостатки проявляются еще более резко. На режим начинает оказывать с ильное влияние даже с равнительно небольшой разброс значений индуктивностей выводов и емкос тей корпуса, а также многочис ленные паразитные связи в конс трукции транзис тора. Эти обс тоятельс тва ограничивают в ерхний час тотный предел применимос ти рас с матрив аем ой методики.
В методике рас чета ис пользуетс я эквивалентная с хема, дополненная некоторыми элементами, с ущес твенными для диапазона С ВЧ.
Параметры э кв ивалентной с хемы транзис тора зав ис ят от протекающих токов и прило женных напряжений. Од нако об ычно с читают, что в выбранном режиме транзис тора параметры с хемы будут пос тоянными в пределах каждой облас ти работы: рабочей облас ти (К — замкнут) и облас ти отс ечки (К — разомкнут). Параметры эквивалентной схемы приводятся в с правочных данных, а наименования их даны в разделе “Обозначения” пособия [1]. Некоторые параметры, которые отс утс твуют в с правочниках, можно оценить по формулам:
С д =С э +С диф ; С к =С ка +С кп ; 
; τк =r б С ка ; 
;
; 
; 
.
При ус реднении S п ток i к рекомендуетс я принять равным половине выс оты импульс а коллекторного тока i к max или амплитуде его первой гармоники, которая в типичных режимах близка к 0,5i к max . Емкос ть С к определяют при выбранном напряжении U к0 . На час тотах 
сопротивление r с лабо шунтирует емкос ти и им можно пренебречь. Неравенс тво определяет нижнюю час тотную границу проводимого анализа. При рас чете принимают, что в диапазоне СВЧ входной ток мощных транзис торов оказывается близким к гармоническому за с чет подавления высших гармоник индуктивностью в ходного электрода. Форма колл екторного напряжения принимается гармонической. Поэтому далее будем полагать, что входной ток и коллекторное напряжение не с одерж ат выс ших гармоник и эквивалентный генератор тока S п (U п -U' ) нагружен на диссипативное с опротивление. Рас чет производим для граничного режима работы транзистора.
Эквивалентная схема усилителя ОЭ для токов и напряжений первой гармоники показана на рис. 3. В схеме ОЭ при диссипативной нагрузке будут отрицательные обратные связи через L э и 
.
Рис. 3. Эквивалентная схема усилителя ОЭ для токов и напряжений первой гармоники
Для обеспечения устойчивого режима применяют специальные меры, например, включение r доп в цепь эмиттера или нейтрализацию L б включением емкости в базовую цепь. Можно использовать выходное сопротивление моста делителя, если усилитель построен по балансной схеме. Сопротивление r вх1 с ростом мощности уменьшается (до долей ом), x вх1 вблизи верхней частотной границы имеет индуктивный характер из-за L б и L э и значительно больше r вх1 . Коэффициент усиления обратно пропорционален квадрату частоты. Поэтому, если известно из справочных данных, что транзистор на частоте f' имеет коэффициент усиления 
, то на некоторой, более низкой рабочей частоте f , его коэффициент усиления можно оценить примерно как 
, т. е. если 
, то K р будет в четыре раза больше . В схеме ОЭ при 
верхняя рабочая частота f в не превышает f гр .
Тип транзистора выбирают по заданной выходной мощности P вых1 на рабочей частоте f , определяют схему включения транзистора, пользуясь с правочными данными транзис тора. Часто схема включения транзистора определяется его конс трукцией, в которой с корпусом соединяется один из электродо в (эмиттер, база). При выборе типа транзис тора можно ориентироваться на данные экспериментального типового режима. Рекомендуется использовать СВЧ-транзисторы на мощность не менее 
, указанной в справочнике. Сильное недоиспользование транзистора приводит к снижению его усилительных с войс тв. Интервал частот f в … f н включает 
и 
для с хемы ОЭ. Применение транзис тора, имею щего f н выше рабочей, позволяет получить более высокое усиление, но при этом увеличиваетс я вероятнос ть самовозбуждения ус илителя и понижаетс я его надежнос ть.
Схема ОБ характерна для транзис торов, работаю щих на f >1 ГГц. Транзис торы, имеющие два вывода эмиттера (для уменьшенияL э ), с лед ует включать по с хеме ОЭ. Для оценки параметров эквивалентной с хемы можно ис пользовать следующие данны е: 
нГн (для OЭ L общ =L э ),L к и входного вывода — в нес колько раз больше.
, 
, 
. Параметр h 21э в расчетах не кри тичен, 
для приборов на ос нове кремния, 
, где P вых1 и U к0 с оответс твуют рабочему режиму (например, экс периментальные данные). Ес ли требуемая мощнос ть P вых1 близка к той, которую может отдать транзис тор, то U к0 берется с тандартным. При недоис польз овании транзис тора по мощнос ти целесообразно с нижать U к0 , для повышения надежнос ти. Например, ес ли требуемая P вых1 на 30-40% меньше 
(мощнос ти в типовом режиме), то U к0 можно уменьшить на 20-30% по сравнен ию со стандартным. Однако при с нижении U к0 вдвое по с равнению с о с тандартным частота f гр уменьшаетс я на 5… 15%, а емкос ть С к увеличив аетс я на 20... 25%.
Напряжение с мещения U б0 час то выбирается нулевым. При этом угол отсечки будет близок к 80… 90°, при котором с оотношение между P вых1 , ηэ ,K р бли зко к оптимальному. Кроме того, в этом случае отсутс твует цепь с мещения, что упрощает с хему ус илителя и не требует затрат мощности на ос ущес твление с мещения. В отношении S гр надо иметь в виду, что перед расчетом ее с ледует уточнить, ис пользуя ус ловие
(для схемы ОЭ — 0,7; для схемы ОБ — 0,8).
При этом P вых1 и U к0 берутся для выбранного транзис тора. При невыполнении этого ус ловия можно нес колько увеличить S гр (на 10… 15%).
Предлагаемая методика рас чета ис ходит не из P вых1 , а из м ощнос ти Р г , развиваемой эквивалентным генератором тока i г . Мощность Р г в с хеме ОЭ с ледует взять на 10‑20% меньше, чем требуемая P вых1 , которая имеет приращение из-за прямого прохождения части входной мощности. На f >f r p в с хеме ОБ Р г беретс я на 25.. . 50% выш е P вых1 , на f<f rp э та доля меньше.
К начальным параметрам рас чета относ итс я температура корпус а транзис тора. Ее можно зад ать как Т к =Т с + (10… 20)°С с учетом перегрева радиатора относ ительно окружаю щей среды.
Ес ли пос ле проведения рас чета на значения, f' в типовом режиме K р отличаетс я от с правочного значения не более, чем на 
, то можно с читать, что параметры эквивалентной с хемы, принятые в расчете, оценены правильно. Ес ли модуль пикового напряжения 
, то это означает, что значение емкос тиС э занижено. Для удобс тва рас чета ис ходные данные целес ообраз но с вес ти в таблиц у в с ледующем порядке:
|
P вых1 , Bт; P г , Bт; f , МГц; f гр , МГц; U кэ доп , В; |
U кб доп , В; U бэ доп , В; U' , В; U в0 , В; К-во Просмотров: 694
Бесплатно скачать Реферат: Модуль АФАР
|