1. Энергетические свойства усилителей мощности (функциональная схема генератора с внешним возбуждением)(Ельцов)

Одним из основных каскадов РПДУ является усилитель мощности или генератор внешнего возбуждения(ГВВ). ГВВ преобразует энергию источника питания в энергию ВЧ колебаний активным элементом АЭ, управляемым периодическим сигналом внешнего возбуждения на входе. Обычно частота генерируемых колебаний совпадает с частотой возбуждения(усилитель мощности). В передатчиках ГВВ могут выполнять различные функции: усилители; повышать их частоту в целое число раз(умножители частоты);изменять амплитуду радиочастотного колебания по закону НЧ сообщения(амплитудные модуляторы). В качестве активного элемента используются вакуумные лампы, БТ, ПТ, тиристоры, электронно-лучевые приборы(0

Основная задача проектирования сводится к тому, что ГВВ должны выдать требуемую мощность в нагрузке в заданном диапазоне частот(оптимизация), при этом оговариваются определенные ограничения: уровень побочной составляющей, масса, габариты и т.д.

Знак – во второй формуле указывает на поворот фазы.

Энергетические характеристики ГВВ

полезная мощность на выходе ГВВ

мощность, отдаваемая источником коллекторного питания

мощность, рассеиваемая АЭ баланс мощностей

электронный КПД

Слово ''электр'' подчеркивает, что КПД характеризует эффективность преобразования энергии источника питания в энергию ВЧ колебаний. При этом не принимается во внимание затраты мощности на канал или потери на сопротивление коллектора в транзисторах.

коэффициент формы тока

коэффициент использования коллекторного питания

угол между током и напряжением

Так как дело имеем с нагрузкой, то

Коэффициент усиления по мощности

крутизна проходной характеристики

коэффициент Берга

амплитуда входного напряжения

баланс мощностей входной цепи

мощность, отдаваемая во входную цепь источником возбуждения

мощность, отдаваемая источником смещения

мощность, рассеиваемая во входной цепи

Чтобы иметь высокий КПД каскад должен работать с отсечкой тока

2. Выбор режима работы активного элемента в усилителе мощности(Ельцов)

В техническом задании на УМ как правило оговариваются рабочая f, мощность в нагрузке и т.д. Оптимальным можно считать такой режим, при котором АЭ отдает максимум мощности при максимальном КПД, учитывая максимально допустимые параметры и т.д. Учитывая что в реальных каскадах может изменяться , , и т.д, поэтому важно оценить критичность оптимального режима изменением этих факторов.

Пусть задан АЭ и известно номинальное значение напряжения питания выходной цепи . Требуется выбрать Ррежим АЭ и нагрузку , чтобы получить максимальную выходную мощность , высокий КПД и большой коэффициент усиления по мощности. Для максимизации целесообразно делать нагрузку активной: . При этом и (1).

Предположим, что амплитуда напряжения возбуждения и смещение заданы так, что высота импульса тока равна максимально допустимому значению тока АЭ. Рассмотрим, как будут меняться гармоники тока и энергетические показатели АЭ, включенного по схеме с ОЭ при изменении амплитуды .При малых значениях режим АЭ недонапряженный импульс тока почти не меняется, пока .Реакция выходного напряжения приводит к некоторому уменьшению высоты импульса тока, но не меняет его формы. Поэтому в области увеличение незначительно уменьшает и , как показано на рис.1. При режим АЭ перенапряженный. В импульсе тока появляется провал, который увеличивается с ростом и приводит к быстрому уменьшению и . 1-я гармоника входного тока незначительно увеличивается с ростом в недонапряженном режиме и резко растет в перенапряженном(рис 1). При учете инерционности АЭ расчет сложнее, но результирующие зависимости подобны показанным на рис.1. Используя (1) и график (рис. 1), можно построить зависимость , показанную на рис.2.Отметим, что мощность максимальна при , близком к . В недонапряженном режиме растет почти пропорционально , а в перенапряженном режиме убывает, так как с ростом кривая спадает весьма круто. Поскольку и , потребляемая мощность изменяется как , а зависимость подобна зависимости . КПД имеет очень тупой максимум в перенапряженном режиме(рис.3) и в точке максимума мало отличается от значения в критическом режиме. Коэффициент усиления по мощности , как следует из графиков и , имеет достаточно острый максимум вблизи критического режима(рис.4). Анализ энергетических характеристик усилителя мощности при изменении показывает целесообразность применения критического режима АЭ как основного, поскольку в нем близки к максимум и полезная мощность, и КПД, и коэффициент усиления по мощности. Другие режимы(недонапряженный,перенапряженный) используются при дополнительных требованиях к каскаду: обеспечение амплитудной модуляции или, наоборот, подавление ее. Однако и в этих случаях для оценки возможностей АЭ определяют мощность, которую он может отдать в критическом режиме при условии, что не превышаются максимально допустимые токи, напряжения или мощности потерь на электродах.