Министерство образования и науки Российской Федерации
КАЗАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
им. А.Н. ТУПОЛЕВА (КНИТУ-КАИ)
Институт радиоэлектроники и телекоммуникации КГТУ (ИРЭТ)
Кафедра радиоэлектронных и квантовых устройств (РЭКУ)
Методические указания Расчет усилителя мощности
УСТРОЙСТВА ФОРМИРОВАНИЯ
СИГНАЛОВ
Составил
Гимадеева Л.А. |
Казань 2013
Рис.1. Схемы усилителей мощности (УМ)
В мощных каскадах применять RЭкорр не целесообразно (рис.1 а,б)
Расчет усилителя мощности (ум)
При расчёте УМ используют параметры транзистора, определенные по методике (1).
-
Расчет коллекторной цепи транзистора.
-
Амплитуда первой гармоники напряжения на коллекторе Uк кр в критическом режиме:
-
можно задаться углом отсечки 1200>θнч>800, таблицы коэффициентов разложения α(θ) приведены в учебниках по радиопередающим устройствам, θВЧ берется из расчета структурной схемы.
Ек – напряжение питания,
Выбираем Eк=26 В
Для выбранного транзистора 2Т950А в справочнике приведены значения rнас = 0.1 … 0.2 Ом. Зададимся величиной 0.2 Ом.
Для транзисторов, у которых в справочнике приведены параметры UКЭнас , IКнас или выходная ВАХ, то рассчитываем rнас по следующим формулам (например для КТ922В, см. Приложение)
(из расчёта структурной схемы).
P1 – выходная мощность.
При расчёте оконечного каскада:
- при ЧМ и ОМ:
- кпд фидера,
для П-, Г-, Т- образных фильтров,
для контура.
- при АМ:
где РА – мощность в антенне, Ф и КСк – из структурной схемы, m – заданная глубина модуляции.
При расчёте предоконечного и промежуточного каскадов:
мощность предоконечного каскада в нашем случае.
где Р1К – выходная мощность К-ого каскада;
КРК – коэффициент усиления мощности К-ого каскада;
КС(к-1) – КПД колебательной системы рассчитываемого (к-1)-ого каскада.
-
Максимальное напряжение на К.
-
Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:
-
Постоянная составляющая коллекторного тока:
-
Высота импульса коллекторного тока:
6.476 10 А
-
Мощность, потребляемая от источника питания:
-
Коэффициент полезного действия коллекторной цепи:
проверка:
-
Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора:
-
Сопротивление коллекторной нагрузки:
Rэкв. для мощных ВЧ-генераторов имеет малую величину и может составлять доли Ома, величина >100 (Ом) характерна для усилителей напряжения и маломощных УМ и НЧ-умножителей частоты.
-
Расчет базовой (входной) цепи транзисторного генератора по схеме ОЭ.
-
Амплитуда первой гармоники базового тока:
где
, типовое значение h21э тип = 50 (2Т950А)
,
;
при правильном выборе транзистора
Rэкв. известно из п. 1.9
Ск – емкость коллекторного перехода;
fТ – граничная частота транзистора.
-
Максимально возможная величина сопротивления по радиочастоте резистора, включенного между базовым и эмиттерным выводами транзистора:
при
Для 2Т950А значение указано в справочнике Cэ = 1100 пФ.
Если в справочнике отсутствует Сэ, то
;
,
где m=1,6 для ВЧ VT; m=1,2 для НЧ VT
SП – крутизна по эмиттерному переходу /5/:
, (2.13)
IK1 – ток первой гармоники коллекторного тока
(2.14)
α1(θ) – коэффициент разложения импульсов коллекторного тока в зависимости от угла отсечки θ, обычно для ГВВ задают режим θНЧ ~ ()
Таблица 4.
θ |
70◦ |
75◦ |
80◦ |
85◦ |
90◦ |
95◦ |
100◦ |
105◦ |
110◦ |
115◦ |
120◦ |
125◦ |
130◦ |
α0 |
0,253 |
0,269 |
0,286 |
0,302 |
0,319 |
0,334 |
0,35 |
0,364 |
0,379 |
0,392 |
0,406 |
0,419 |
0,431 |
α1 |
0,436 |
0,455 |
0,472 |
0,487 |
0,5 |
0,51 |
0,52 |
0,526 |
0,531 |
0,534 |
0,536 |
0,536 |
0,534 |
γ0 |
0,166 |
0,199 |
0,236 |
0,276 |
0,319 |
0,363 |
0,411 |
0,458 |
0,509 |
0,558 |
0,609 |
0,659 |
0,708 |
γ1 |
0,288 |
0,337 |
0,39 |
0,445 |
0,5 |
0,554 |
0,611 |
0,662 |
0,713 |
0,76 |
0,805 |
0,843 |
0,878 |
IKmax – высота импульса коллекторного тока, выбирается в зависимости от требуемой мощности и
(2.15)
tП – температура перехода [◦С] , если в справочнике не указана , то можно задаться ее величиной в зависимости от материала транзистора .
Таблица 5.
-
Транзистор
Кремниевый Si
Германиевый Ge
tП
Сопротивление эмиттера rэ рассчитывается по формуле:
Ск – емкость коллекторного перехода. ГОСТ 390 [Ом].
Если RБК < 500 [Ом], то RБК применять не рекомендуется.
Необходимо проверить целесообразность подключения RБК.
;
определим мощность рассеивания
Если условие
1.326 < 2.686
не выполняется, то RБК не подключается.
При подключении RБК проверяем:
Полученное значение должно удовлетворять условию:
-
Величина дополнительного резистора Rдоп, задающего смещение ЕБЭ=Еотс, т.е. θ=900.
,
где Еотс=Е′;
;
h21э – коэффициент передачи по току на рабочей частоте h21э=
;
h21эо – статистический коэффициент передачи по току.
Если Rдоп.< 1 (Ом), то вместо Rдоп. в схему включается дроссель.
Если , то расчет проведен правильно, в дальнейших расчетах используется Rдоп.
Если , то принять