Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

rasch_us_moschnosti_2010

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

12.03.2015

Размер:

485.82 Кб

Скачать

☆

1 / 21 2 > Следующая >>>

Министерство образования и науки Российской Федерации КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. А.Н. ТУПОЛЕВА

Институт радиоэлектроники и телекоммуникации КГТУ (ИРЭТ) Кафедра радиоэлектронных и квантовых устройств (РЭКУ)

Методические указания

Расчет усилителя мощности

УСТРОЙСТВА ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ

Составил
Ст. преп. каф. РЭКУ	Гимадеева Л.А.

Казань 2010

Расчет усилителя мощности (УМ)

При расчѐте УМ используют параметры транзистора, определенные по методике (1).

1. Расчет коллекторной цепи транзистора.

1.1. Амплитуда первой гармоники напряжения на коллекторе Uк кр в критическом режиме:


Uк кр Ек 0,5 0,5 1	8	rнас	Р1 ,
		2
1	ВЧ	Е
		к

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,

ЕUКЭ mах доп ,

к2

rнас	UКЭ нас	(из расчѐта структурной схемы).

	К нас

P1 – выходная мощность.

При расчѐте оконечного каскада:

Р1 Рок	РА		, при ЧМ и ОМ;		РА	1	m	2	, при АМ,
Р1 Рок			, при ЧМ и ОМ;			1	m		, при АМ,
	ф	кс			ф кск
где РА – мощность в антенне, Ф и				КСк – из структурной схемы, m –
заданная глубина модуляции.

При расчѐте предоконечного и промежуточного каскадов:

Р1	Р1(k 1)		Р1k	,
		kPk	KC(k 1)

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.

1.2. Максимальное напряжение на К.

UК mах ЕК Uк кр UКЭ mах доп

1.3. Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:

2 Р1

К1	Uк кр

1.4. Постоянная составляющая коллекторного тока:

0	ВЧ		К0доп ,

К0		k1
1	ВЧ

1.5. Высота импульса коллекторного тока:

	К0
К mах	К mах доп

0ВЧ

1.6.Мощность, потребляемая от источника питания:

Р0 ЕК К0

1.7. Коэффициент полезного действия коллекторной цепи:

Р1

Р0

проверка:

0,78 0,5

1.8. Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора:

Ррасс Р0 Р1 РКдоп

1.9. Сопротивление коллекторной нагрузки:

	U2	U
Rэкв.	к кр		к кр	, Rэкв. для мощных ВЧ-генераторов имеет малую величину и
	2 Р1
			к
		1

может составлять доли Ома, величина >100 (Ом) характерна для усилителей напряжения и маломощных НЧ-умножителей частоты.

2. Расчет базовой (входной) цепи транзисторного генератора по схеме ОЭ.

2.1. Амплитуда первой гармоники базового тока:

21э

21эо

ВЧ

где h21эо

h21э min

h21э max h21э тип ,

h21э

fт

fраб

1 1

ВЧ 2 fт

Ск

Rэкв. ; при правильном выборе транзистора

1,5

Rэкв. известно из п. 1.9

Ск – емкость коллекторного перехода; fТ – граничная частота транзистора.

2.2. Максимально возможная величина сопротивления по радиочастоте резистора, включенного между базовым и эмиттерным выводами транзистора:

Rдоп*	h21эо	при Rуэ
Rдоп*	2 fт Сэ	при Rуэ
	2 fт Сэ
Если в справочнике отсутствует Сэ, то СЭ			1		; f m fT ,

			3 r	f
			Э

где m=1,6 для ВЧ VT; m=1,2 для НЧ VT

RБК

Rдоп

RБК	h21эо
	2 fт	Ск

Ск – емкость коллекторного перехода

Необходимо проверить целесообразность подключения RБК.

Ек

Iдеп.

; определим мощность рассеивания Р

Iдеп

Rбк

0,05 Р0 .

RБК

Rдоп.

рнасс RБК

Если условие не выполняется, то RБК не подключается.

При подключении RБК проверяем:

Р1

; 0,5

0,78.

Р0

Ррасс R

БК

а) УМ-мощный	б) УМ-каскад средней	в) УМ-каскад малой
каскад	мощности	мощности

Рис.1. Схемы усилителей мощности (УМ)

В мощных каскадах применять RЭкорр не целесообразно (рис.1 а,б)

2.3.Величина дополнительного резистора Rдоп, задающего смещение

ЕБЭ=Еотс, т.е. θ=900.

Если в предварительном структурном расчѐте требуется введение корректирующего резистора RЭкорр, то при расчете входной цепи во всех формулах, в которые входит сопротивление эмиттера rЭ, необходимо

подставлять: (-RЭкорр+rЭ)→ rЭ.

Если в расчете структурной схемы отсутствует RЭкорр (п.2.2), то в формулах принимаем RЭкорр=0.

Rдоп

ЕБЭ

21э

Еотс

(rэ RЭкорр ) 1

h21эо

ко

h21э

21э

21эо

21э

К0

rБ

RДОП

h21эо

(rЭ

RЭкорр ) 1

h21э

Б 0

21э

h21эо

где Еотс=Е′;

0 1800 900 0,32;

h21э – коэффициент передачи по току на рабочей частоте h21э= fТ ;

fраб

h21эо – статистический коэффициент передачи по току.

Если Rдоп.< 1 (Ом), то вместо Rдоп. в схему включается дроссель.

Uвх

Если применяется RБК, то для обеспечения θ=90◦ Rдоп рассчитывается:

rБ

(rЭ

RЭкорр ) (1

)

К0

h21Э

RДОП

RБК

;

ЕК Б 0

h21э

RБК

IК 0

rБ

(rЭ

RЭкорр ) (1

h21эо

h21Э

21э

21эо

RДЕЛ

ЕБЭ

21э

Еотс

( RЭкорр

rэ )

RДОП ,

h21эо

ко

h21э

RДОП RБК

21э

21эо

где RДЕЛ

RДОП

RБК

RДОП

RБК

Если Rдоп

Rдоп*

, то расчет проведен правильно, в дальнейших расчетах

используется Rдоп.

Если Rдоп

Rдоп*

, то принять Rдоп

Rдоп*

2.4.Максимальное обратное напряжение на эмиттерном переходе

Соs Rдоп

ЕБЭ

21э

Еотс

UБЭ mах доп

max

h21эо

21э

21эо

Если Rвх оэ

2.5. Lвх оэ

LБ

Lэ

rВХ ОЭ

2 fт

СКА

Rэкв. rБ

(-RЭкорр rэ )

fт Lэ

rБ

h21э

( RЭкорр

rэ )

RВХ ОЭ

rвх оэ

Rдоп

Свхоэ

h21э

2 fт

Rвх оэ

– отрицательное, то усилитель мощности будет работать неустойчиво, необходимо изменить режим УМ или ввести RЭкорр.

Zвх

rвх

xвх

h21э

rвх

rвх оэ

Rвх оэ

h21эо

21э

21оэ

h21э

хвх

2 f

Lвх оэ

Rвх оэ

h21эо

1 21э h212 оэ

2.6. Входная мощность:

Р		0,5	2	r	0,5	Uвх2
	вх		Б
				вх		rвх

2.7. Коэффициент усиления по мощности:

кр Р1

Рвх

2.8.Постоянные составляющие базового и эмиттерного токов:

	К0	;
Б0	h21э	;	э		Б	К	0
			0	0			0


2.9.Uвх		2 Рвх		rвх
Uвх UБЭ нас			UБЭ mах доп

2.10.Уточненное значение величины смещения на Б:

ЕБЭ Еотс Uвх сos вч ;

Еотс – напряжение отсечки коллекторного тока (справочник), вч – из расчета параметров транзистора (расчет структурной схемы).

Полученная величина ЕБЭ должна совпадать со значением п.2.3.

3. Расчет согласующих цепей.

3.1. При расчете согласующей цепи выходного каскада необходимо определить коэффициент фильтрации, исходя из заданной выходной мощности в антенне РА и мощности второй гармоники Р2 = 25 мВт:

Фобщ n	n	РА		,
		Р
1			2

где n = 2 – номер гармоники

α1, αn – коэффициенты разложения последовательности косинусоидальных импульсов выходного тока.

1 90 0,5 ; 2 90 0,212

Если коэффициент фильтрации задан в децибелах, то его надо пересчитать:

Фобщ* дБ 20lgФобщ

3.2. Полученный коэффициент фильтрации необходимо распределить между фильтром согласующей цепи выходного каскада Ф и антенным контуром ФА:

Фобщ Ф ФА

Для этого определим параметры антенного контура:

ФА n QА

где n = 2 – номер гармоники.

Q – добротность антенного контура.

Определим добротность антенного контура, имеющего сопротивление:

ZА RА j xА ,

где RA – активное сопротивление антенны, ХА – реактивное сопротивление антенны.

QA RA QA X A

при XA ,

при XA .

Волновое сопротивление ρ выбираем равным:

-50 [Ом] или 75 [Ом], если антенны подключаются к выходному каскаду с помощью коаксиального кабеля,

-или (200…400) [Ом] при подключении антенны с помощью двухпроводной линии.

3.3.Определим коэффициент фильтрации согласующей цепи выходного каскада:

ФФобщ

ФА

3.4. Исходя из требуемого коэффициента Ф, рассчитаем параметры согласующей цепи. Рассмотрим два варианта согласующей цепи.

RЭКВ из п. 1.9.

ρ1

ρ2

Rэкв

RА

илиRвх

RА илиRвх

Рис. 3.1,а

Q1 = Q2 = Q

Рис. 3.1,б

Исходным для расчета является выбор добротности колебательных

контуров. Для одиночного П-контура

QКС

при

n = 2, Qкс = Ф/6

(3.1)

1) / n

для сдвоенного П-контура

QКС

(3.2)

Далее задаемся добротностью величиной более рассчитанного по ф. (3.1) или (3.2) значения, но менее пяти QКС Q 5 .

Если значения ф. (3.1) или ф. (3.2) меньше единицы, то задаются добротностью:

1<Q <5.

(3.3)

В дальнейших формулах подставляем величину добротности Q, которой задались.

При расчетах промежуточных каскадов обычно ограничиваются однозвенными фильтрами (рис.3.1,а) или схемами (табл. 3.3), т.к. не целесообразно применять сложные фильтры, поскольку последующие каскады работают в режиме с отсечкой. Расчет фильтра промежуточного каскада начинают с ф.(3.3), далее по приведенной методике, но вместо RА подставляется входное сопротивление следующего каскада Rвх сл.каск..

Таблица 3.1.

Параметр контура		Значения параметра для П-контура

		одного				двух
Полоса пропускаемых	2	f		fраб	2 f		1,41fраб
частот	2	f		Q	2 f			Q
частот				Q				Q

КПД системы контуров			1	Q		1		2Q
	к				к
				Qx.x			Qx.x

где Qx.x - добротность ненагруженного контура, Qx.x = 100.

Прежде чем приступить к расчету параметров фильтра, необходимо убедиться также в том, что заданное сопротивление нагрузки (фидера или антенны) больше минимально допустимого:

для одного П-контура

RA	Rн min	2		или	RВХ след. каск.>RНmin
		Rэкв
		Q
	для системы двух П-контуров
RA	Rн min		2	2	или RВХ след. каск.>RНmin
		Rэкв
		(Q		1)

Эквивалентное сопротивление коллекторной нагрузки берется из энергетического расчета усилителя мощности п.1.9.

Сначала рассчитываются параметры схемы (рис.3.1,а) по формулам таблицы 3.2.

Таблица 3.2.

Этапы

Формулы для расчета схем

расчета

Рис. 3.1,а

Рис. 3.1,б

Rср

Rэкв

RА

Х2

Rср

Х1

Rэкв

Rср

Xвн

Х2 RА2

Х3

RА Q Rср

22 RА

Х1

Х3

RА2

X22

вн

Rср

Х1

rвн

Rэкв

rвн

Х1

Х2

ХL

Xвн

Х2

Х3

Проверяем добротность Qпров. rвн . Если Qпров. Q , то расчет фильтра верен.

Если в ф.5 (табл. 3.2) при определении реактивного сопротивления Х1 под корнем получается отрицательное число, то одиночный П-контур не реализуется. В этом случае необходимо задаться другой величиной добротности или рассчитать схему (рис.3.1,б). После расчета параметров двухзвенного фильтра (рис.3.1,б) также необходимо определить добротность

Qпров.		1		2		. Полученная Qпров должна совпадать с выбранной добротностью
			Х2
Q (Qпров ≈Q). Элементы фильтров определяются по формулам:
С		1		1			L

			Х		2 f X ,				2 f
	0						0
				0				0

причем надо иметь в виду, что в умеренном диапазоне частот (до 100 МГц) полученная индуктивность должна быть L > 50 нГн.

Если расчет рассмотренных вариантов согласующей цепи не получается, то можно рассмотреть другие виды фильтров: Г-, Т-, П-образных цепочек. В

таблице 3.3 приведены схемы и расчетные формулы, в которых в качестве R1 используется эквивалентное сопротивление коллекторной нагрузки из п. 1.9,

вкачестве R2 – активное сопротивление антенны или входное сопротивление следующего каскада. В цепях табл. 3.3 сопротивление R2 трансформируется

внекоторое сопротивление R0 , а затем R0 - в R1. При этом чем меньше или больше R0 по отношению к R1, R2, тем лучшую фильтрацию будет обеспечивать П- и Т-цепочка, но тем ниже будет еѐ КПД и уже полоса

пропускания. Поэтому R0 выбирают в пределах 1,5…10 раз меньше или больше, чем R1 и R2.

Рассчитав емкости фильтров, необходимо номиналы конденсаторов выбирать по стандартному ряду, учитывая паразитные емкости транзистора

(рис. 3.1,а).

C1конд	C1	Cк
C2конд	C2	Cэ.след.к. , для оконечного каскада C2конд C2

где Ск – емкость коллекторного перехода, Сэ.след.к – входная емкость эмиттерного перехода следующего каскада.

Аналогично подбираются конденсаторы для других вариантов схем.

1 / 21 2 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
12.03.2015233.98 Кб10pvu2_5 Поиск данных.doc
#
12.03.2015618.5 Кб14rabochy_variant.doc
#
15.11.20195.34 Mб44Rab_tetr_Mashinnostroitelnoe_proizvodstvo.doc
#
12.03.2015529.41 Кб6raschetno-prakticheskaya_chast.doc
#
12.03.2015538.11 Кб6raschetno-prakticheskaya_chast.doc
#
12.03.2015485.82 Кб13rasch_us_moschnosti_2010.pdf
#
12.03.201561.91 Кб13Referat (1).docx
#
12.03.201577.82 Кб72Referat_po_pravu.doc
#
17.11.20191.18 Mб5RGR-MetRuk-1.doc
#
13.11.20191.85 Mб6RGR1_2.doc
#
12.03.2015104.96 Кб160Russkaya_Pravda.doc