3. Расчет выходного усилителя мощности

Расчет ВУМ базируется на требованиях ТУ, а также результатах расчета, полученных при разработке структурной схемы передатчика.

Следует считать известными следующие требования и параметры ВУМ:

1.	Уровень колебательной мощности	.
2.	Диапазон рабочих частот	.
3.	Предельно допустимый уровень неравномерности отдаваемой мощности по рабочему диапазону частот	дБ.
4.	Конкретный тип активных элементов, на основе которых будет выполняться ВУМ.	Тип.
5.	Количество АЭ в ВУМ	n.
6.	Колебательная мощность, приходящаяся на один активный элемент ВУМ	.
7.	Способ суммирования мощностей, отдаваемых отдельными активными элементами.
8.	Класс работы АЭ ВУМ	«В».
9.	Режим работы ВУМ по напряженности.	Критический.
10.	Степень подавления гармоник в оконечной нагрузке	.
11.	Предполагаемый вид ЦС ВУМ.	(проект).
12.	Способ работы ЦС ВУМ по диапазону частот	Без перестр.
13.	КПД цепи согласования ВУМ
14.	Принципиальная схема ВУМ и его модулей	(проект).

Основные этапы расчета ВУМ

1. Выбирается принципиальная схема ВУМ и приводится ее изображение со всеми элементами цепи согласования и вспомогательными элементами.

2. На основании справочных данных рассчитываются основные параметры транзистора, которые могут потребоваться при расчетах.

3. Выполняется энергетический расчет на мощность , которую должен отдавать один АЭ ВУМ.

4. Выполняется расчет основных энергетических показателей всего ВУМ. Рассчитываются требуемое входное сопротивление ЦС ВУМ, входные и выходные проводимости ВУМ с учетом конкретного способа объединения АЭ и модулей.

5. Рассчитываются номинальные значения элементов ЦС ВУМ, их электрические параметры. По справочной литературе выбирается конкретный тип стандартных элементов.

6.Выполняется конструктивный расчет одного или двух нестандартных элемента по указанию руководителя.

7.Рассчитываются и выбираются все вспомогательные элементы по цепям питания, смещения.

8.Составляется окончательная принципиальная схема ВУМ и перечень элементов к ней.

Для удобства изложения последующего материала и лучшего его восприятия воспользуемся конкретным техническим заданием на разработку:

Мощность . Диапазон рабочих частот МГц. Работа ЦС без перестройки. Неравномерность отдачи мощности в рабочей полосе 2дБ, не более. Степень подавления гармоник , не менее. Оконечная нагрузка - фидер с волновым сопротивлением Ом. Коэффициент стоячей волны в линии связи 2, не более. Класс работы транзисторов - «В», режим работы – критический.

Пусть при разработке структурной схемы было принято решение использовать в выходном усилителе мощности транзистор типа КТ922В с выходной мощностью 40 Вт. Для получения требуемой мощности 70Вт в ВУМ необходимо применить не менее двух транзистора указанного типа.

Поскольку коэффициент перекрытия по частоте , цепь согласования ВУМ целесообразно выполнить в виде двух связанных резонансных контуров с фактором связи близким к единице, что обеспечит требования по неравномерности отдачи мощности по диапазону.

Возможны следующие способы построения усилителя мощности.

1. по двухтактной схеме (рис.3.1 или рис.3.2);

2.по однотактной схеме с параллельным соединением двух транзисторов (рис.3.3);

3. в виде двух однотактных модулей с суммированием мощности в общей нагрузке (рис.3.4).

При другом количестве транзисторов схема построения ВУМ могут отличаться от указанных выше.

При выборе схемы включения транзисторов в усилителях мощности на частотах до 1ГГц предпочтение отдается включению транзисторов по схеме с общим эмиттером. Выбор конкретной схемы зависит от многих факторов. Так, например, двухтактные схемы конструктивно более сложны в реализации, но вместе с тем они позволяют ослабить уровень четных гармоник в нагрузке минимум на (15…20) дБ. Это снижает требования по фильтрации к цепи согласования .

Рис.3.1. Двухтактная схема ВУМ (первый вариант)

В двухтактной схеме рис.3.1 в ЦС согласования используется ВЧ трансформатор с магнитной связью между обмотками. Такой способ связи позволяет легко перейти от симметричного генератора к несимметричной нагрузке и обеспечить гальваническую развязку между ними. Однако на частотах более 30МГц в полупроводниковых ГВВ конструктивная реализация ВЧ трансформатора с магнитной связью становится практически не возможной из-за малости индуктивностей L1 и L2. По этой причине при построении двухтактной схемы приходится использовать более сложный вариант, представленный на рис.3.2. Переход от симметричного генератора к несимметричной нагрузке в этой схеме можно обеспечить с помощью трансформатора типа ТДЛ. На частотах более 250 МГЦ с той же целью используются симметрирующие стаканы.

Рис.3.2. Двухтактная схема ВУМ (второй вариант)

Схема ВУМ с параллельным соединением транзисторов достаточно проста (рис.3.3). Однако низкоомность сопротивления нагрузки по коллекторной цепи и входного сопротивления, обусловленная параллельным соединением коллекторов и баз транзисторов, вызывают серьезные осложнения при построении входных и выходных цепей согласования.

Рис.3.3. Схема ВУМ с параллельным соединением АЭ

При модульном способе построения ВУМ схемотехническая реализация отдельных модулей достаточно проста (рис.3.4), однако приходится использовать дополнительные суммирующие и делящие устройства. Это усложняют схему, увеличивают потери, но позволяет использовать унифицированные модули и повысить надежность ВУМ.

Рис.3.4. Схема ВУМ на основе двух однотактных модулей

Таким образом, любая из приведенных схем обладает своими достоинствами и недостатками, и задача разработчика состоит в правильном выборе одной из них.