3.4. Характеристики и параметры усилителя мощности, определяющие его нелинейные свойства.

Сквозной динамической характеристикой - называется зависимость выходного напряжения (тока) от входной ЭДС сигнала (тока) при гармоническом его изменении

А, В - точки соответствия границам линейного участка (рис. 2.7).

Сквозная динамическая характеристика служит для оценки нелинейных искажений.

То есть, нелинейные свойства определяет, то, насколько диапазон входного сигнала попадает в линейную часть транзистора.

3.5. Сравнение линейного и нелинейного режимов работы транзистора в усилителе мощности. Основная нелинейная характеристика транзистора. Обеспечение выбранного режима работы – линейного или нелинейного.

Транзистор – не только активный, но и нелинейный элемент. Его основные

нелинейные свойства определяются переходной характеристикой: зависимостью

выходного тока от входного напряжения IIГ(uuб). В эквивалентной схеме учтены еще

три нелинейных элемента:

• емкость эмиттерного p – n перехода Сэп ,

• емкость коллекторного перехода Ск,

• Сопротивление рекомбинации Rрек открытого эмиттерного n-p перехода. Кроме того, в схему включены:

• сопротивления потерь электромагнитной энергии в базе RRб,

• эмиттере RRэ и коллекторе RRк,

• а также индуктивности выводов LLб , LLэ , LLк.

Линейному режиму работы транзистора соответствует изменение uuб (t) на

участке переходной характеристики, график которой можно аппроксимировать

прямой линией.

Достоинство линейного режима работы транзистора в возможности

усиливать колебания с изменяющейся амплитудой при минимальных значениях

высших гармоник. Недостаток – низкий КПД.

При больших амплитудах колебаний на входе транзистора реализуется

нелинейный режим его работы, в котором рабочая точка на переходной

характеристике заходит в нелинейную область.

3.6. Цепи питания и смещения (фиксированного и автоматического) биполярных и полевых транзисторов в усилителях мощности.

Наиболее распространенные схемы включения транзистора в цепь

постоянного тока: полевого - с общим истоком, биполярного – с общим эмиттером.

Схема транзисторного усилителя мощности представлена на рис. 2.10, она

содержит:

входную и выходную согласующие цепи,

разделительные емкости Cр,

блокировочные индуктивности Lбл и емкости С1 - С6,

блокирующие источники смещения Eсм и питания Eпит.

Источник напряжения Eсм,

Блокировочные емкости C1 - C3 и блокировочная индуктивность Lбл образуют цепь смещения,

а источник Eпит совместно с блокировочными емкостями C4 - C6 и блокировочной

индуктивностью – цепь питания.

3.7. Согласование сопротивлений. Назначение входной и выходной согласующих цепей усилителя мощности. Определение входного импеданса нелинейного элемента.

Входная согласующая цепь преобразует входной импеданс транзистора в

сопротивление, равное внутреннему сопротивлению источника колебаний.

Входной импеданс транзистора определяется следующим образом

где Uвх1, Iвх1 – комплексные амплитуды первой гармоники входных напряжения и

тока транзистора.

Выходная согласующая цепь преобразует сопротивление нагрузки усилителя

Rн в комплексное сопротивление Zопт . При этом, к стоку транзистора оказывается

подключенным входное сопротивление выходной согласующей цепи.

С целью минимизации потерь мощности согласующие цепи выполняют без

использования омических сопротивлений.

3.8. Принцип увеличения КПД в усилителе мощности. Схема полигармонического усилителя. Зависимости от времени выходного тока и выходного напряжения транзистора в усилителях классов F и инверсного F.

С целью изучения возможностей достижения наибольших η1в нелинейном

режиме работы транзистора можно воспользоваться простой аналитической

теории нелинейных усилителей.

В соответствии с ней, предполагается, что

импульсы тока представляют собой идеальные отрезки косинусоиды, вводится

понятие угла отсечки θ

Легко заметить из (2.21), что в режиме с отсечкой выходного тока и

гармоническим выходным напряжением КПД транзитора стремится к 100% при

уменьшении угла отсечки, а следовательно, длительности импульса тока.

3.9 Малошумящий усилитель СВЧ. Электрическая принципиальная схема. Выбор транзистора для МШУ, особенности режимов его работы. Требования к величине коэффициента усиления мощности и коэффициенту шума. Устойчивость малошумящего усилителя.

Малошумящие усилители (МШУ) применяются для уменьшения шума и повышения чувствительно­сти радиоприемного устройства. На СВЧ в МШУ применяются СВЧ транзисторы, ЛБВ, туннельные дио­ды, параметрические полупроводниковые диоды, джозефсоновские переходы и квантовые приборы

Наиболее важный параметр усилителя в первом каскаде приемника – уровень собственных шумов.

Неохлаждаемые по­лупроводниковые усилители (ППУ), работают без криогенной аппаратуры в широком диапазоне частот (0,3 ... 50 ГГц) и позволяют получить сравнительно низкие шумовые температуры 30 ... 300 К (в зависимости от частоты). Эти их до­стоинства определили широкое использование ППУ в радиолокации, спут­никовой связи и некоторых других областях радиотехники.

В последнее время ППУ начинают вытесняться усилителями на полевых (ПТ) и биполярных (БТ) транзисторах. Особенно большое распростра­нение получили в интегральных схемах на СВЧ усилители на полевых тран­зисторах с барьером Шоттки (ПТШ) на основе арсенида галлия. На частотах до 3 ГГц усилители на БТ почти не уступают по параметрам усилителям на ПТ, но с повышением час­тоты преимущество на стороне полевых транзисторов. Особенность ПТШ – преимущественно тепловая природа его шумов, поэтому охлаждение приводит к значительному уменьшению коэффициента шума. Усилители на ПТ, охлаж­денные до водородной температуры, имеют почти такие же шумы, как УДП и охлажденные ППУ, а в схемном и конструктивном отношениях значитель­но проще последних.