Требования к отчету

Отчет должен содержать:

1. схему МШУ;

2. частотные зависимости характеристик настроенного усилителя;

3. зависимости NF(L₁) и GP(L₂)

Контрольные вопросы

1. Какое устройство называется малошумящим усилителем СВЧ?

2. Изобразите структурную схему МШУ и объясните назначение цепей, входящих в эту схему.

3. Перечислите основные характеристики МШУ.

4. В каких случаях МШУ настраивают на максимум усиления, а в каких на минимум коэффициента шума?

5. Чем отличаются коэффициенты усиления G_max и G_p?

6. Перечислите основные операции при создании схемы МШУ в программе Microwave Office.

7. Объясните полученные зависимости NF(L₁) и GP(L₂)

Литература

1. Бахвалова С.А. Описание пакета программ Microwave Office 2002 для исследования СВЧ-устройств. Методические указания к лабораторным работам по курсу «Приборы СВЧ- и оптического диапазона». - М.: МИЭТ, 2003.

2. Баженов П.Ю., Бахвалова С.А. Линейное моделирование СВЧ-усилителя мощности при помощи программы Microwave Office 2002. Методические указания к лабораторным работам по курсу “Приборы СВЧ- и оптического диапазона”. - М.: МИЭТ, 2004.

3. Разевиг В.Д., Потапов Ю.В., Курушин А.А. Проектирование СВЧ устройств с помощью Microwave Office. - М.: Солон-Пресс, 2003.

Лабораторная работа №3 Исследование транзисторного усилителя мощности

Цель работы: изучить основные характеристики транзисторного усилителя мощности; приобрести практические навыки моделирования и настройки нелинейных схем в пакете программ Microwave Office (MWO).

Продолжительность работы - 4 ч.

Теоретические сведения

Усилитель мощности (УМ) предназначен для усиления мощности высокочастотных электромагнитных колебаний, возбуждаемых задающим автогенератором, путем преобразования энергии постоянного электрического поля в энергию электромагнитных колебаний. Следовательно, в состав УМ должен входить элемент, способный производить подобное преобразование. Элементы, преобразующие энергию постоянного электрического поля в энергию электромагнитных колебаний, называют активными элементами (АЭ).

В качестве АЭ в усилителях мощности наиболее часто применяют биполярные и полевые транзисторы.

В состав УМ помимо АЭ, входят согласующие цепи, а также цепи питания и смещения Рис.1.

На вход усилителя поступают электромагнитные колебания частоты от предшествующего каскада, называемого возбудителем. Нагрузкой УМ является входное сопротивление последующего каскада либо линии, ведущей к антенне. В технике СВЧ принято использовать линии с волновым сопротивлением 50 Ом, поэтому, как правило, все устройства СВЧ-тракта имеют входное и выходное сопротивления 50 Ом.

Рис.1. Структурная схема усилителя мощности

Параметры усилителя мощности. Для характеристики УМ применяются следующие основные параметры (см.Рис.1):

 выходная мощность (мощность в нагрузке) ;

 входная мощность ;

 коэффициент усиления мощности ;

 мощность постоянного тока , потребляемая АЭ от источника питания;

 полный КПД усилителя мощности

,

так как ;

 электронный КПД (собственно КПД транзистора, отличающийся от тем, что не учитывает потери во входной и выходной цепях УМ)

,

так как , где - мощность, непосредственно подаваемая на транзистор, - мощность, непосредственно снимаемая с транзистора;

 мощность, рассеиваемая в АЭ ;

 диапазон частот .

Одним из важных параметром УМ является выходная мощность , которую обычно стремятся увеличить. В УМ на полупроводниковых приборах велика также роль электронного КПД , увеличение которого способствует снижению рассеиваемой в АЭ мощности и, следовательно, облегчает решение проблемы отвода теплоты. В диапазоне СВЧ наряду с выходной мощностью и электронным КПД существенное значение имеет коэффициент усиления мощности .

Логарифмическое представление параметров УМ. В связи с тем, что коэффициент усиления по мощности может изменяться в широких пределах, его удобно выражать в децибелах. Это уменьшает диапазон его изменения и, следовательно, делает его более наглядным. Коэффициент усиления по мощности, выраженный в децибелах, есть десять логарифмов отношения выходной мощности к входной:

.

Логарифмические величины имеют ряд преимуществ перед абсолютными. Например, абсолютные величины, которые нужно перемножать, в логарифмическом представлении надо складывать. Величина, выраженная в децибелах, может принимать и отрицательные значения, это всего лишь свидетельствует о том, что данное устройство является не усилителем, а ослабителем.

Так как входная мощность имеет достаточно маленькую величину, то ее удобно выражать в логарифмических единицах (децибелах) относительно 1 мВт. Такая величина называется децибел-милливатт (обозначается дБм). Аналитически это выражается следующим соотношением

.

Например, если на вход усилителя подается мощность , то в логарифмических единицах это составит 3,9 дБм.