Реферат: Проектирование цепей коррекции, согласования и фильтрации усилителей мощности радиопередающих устройств
При заданных и расчет КЦ сводится к нахождению
нормированного значения ,
определению по таблице 3.1 соответствующих значений и
их денормированию.
Пример 3.1. Рассчитать КЦ однокаскадного
транзисторного усилителя с использованием синтезированных данных таблицы 3.1,
при условиях: используемый транзистор 3П602А; =
50 Ом; верхняя частота полосы пропускания усилителя равна 1,8 ГГц; допустимая
неравномерность АЧХ равна ± 0,5 дБ. Принципиальная схема каскада приведена на
рис. 3.4. Для термостабилизации тока покоя транзистора 3П602А, в схеме
применена активная коллекторная термостабилизация на транзисторе КТ361А [48].
На выходе каскада включена выходная корректирующая цепь, практически не вносящая
искажений в АЧХ каскада, состоящая из элементов 2,7
нГн, 0,64 пФ и обеспечивающая минимально возможное значение
максимальной величины модуля коэффициента отражения ощущаемого сопротивления
нагрузки внутреннего генератора транзистора (см. раздел 2.1).
Рис. 3.4 Рис.
3.5
Решение. Используя справочные данные
транзистора 3П602А [49] и соотношения для расчета значений элементов однонаправленной
модели полевого транзистора [1], получим:=2,82
пФ, =0,34 нГн. Нормированное
относительно и значение равно: 1,77. Ближайшая величина в таблице 3.1 составляет
1,7. Для этого значения и
+ 0,5 дБ из таблицы найдем: =2,01; =1,09; =1,19. После денормирования
элементов КЦ получим: =3,2 пФ; =
4,3 нГн; =3,96 нГн; =60 Ом.
Коэффициент усиления рассматриваемого усилителя равен [14]: = 4,4.
На рис. 3.5
(кривая 1) приведена АЧХ рассчитанного усилителя, вычисленная с использованием
полной эквивалентной схемы замещения транзистора [49]. Здесь же представлена
экспериментальная характеристика усилителя (кривая 2), и АЧХ усилителя, оптимизированного
с помощью программы оптимизации, реализованной в среде математического пакета
для инженерных и научных расчетов MATLAB [50] (кривая
3). Кривые 1 и 3 практически совпадают, что говорит о высокой точности
рассматриваемого метода параметрического синтеза. Оптимальность полученного
решения подтверждает и наличие чебышевского альтернанса АЧХ [35].
3.2.2.
Параметрический синтез широкополосных усилительных каскадов с корректирующей
цепью третьего порядка
Схема четырехполюсной реактивной
КЦ третьего порядка приведена на рис. 3.2 [5, 42, 45]. Как показано в [51]
рассматриваемая КЦ позволяет реализовать коэффициент усиления каскада близкий к
теоретическому пределу, который определяется коэффициентом усиления транзистора
в режиме двухстороннего согласования на высшей частоте полосы пропускания [7].
Аппроксимируя входной и выходной
импедансы транзисторов и -
и - цепями [11, 19, 35], от
схемы, приведенной на рис. 3.2, перейдем к схеме, приведенной на рис. 3.6.
Рис. 3.6 Рис.
3.7
Вводя идеальный трансформатор
после конденсатора и применяя преобразование Нортона [2, 3], перейдем к схеме
представленной на рис. 3.7. Для полученной схемы в соответствии с [7, 11, 35]
коэффициент передачи последовательного соединения КЦ и транзистора может быть описан в
символьном виде дробно-рациональной функцией комплексного переменного:
, (3.10)
где ;
–
нормированная частота;
–
текущая круговая частота;
– верхняя круговая частота полосы пропускания разрабатываемого
усилителя;
; (3.11)
– коэффициент усиления транзистора по мощности в режиме двухстороннего согласования на частоте [7];
–
частота, на которой коэффициент усиления транзистора по мощности в режиме
двухстороннего согласования равен единице;
; (3.12)
,,,, – нормированные
относительно и значения элементов ,,,,.
Переходя от схемы рис.
3.7 к схеме рис. 3.6 по известным значениям найдём:
(3.13)
где ;
– нормированное относительно и
значение .
В качестве
функции-прототипа передаточной характеристики (3.15) выберем дробно-рациональную
функцию вида:
. (3.14)
Квадрат модуля
функции-прототипа (3.14) имеет вид:
, (3.15)
Для выражения
(3.15) составим систему линейных неравенств (3.5):
(3.16)
Решая (3.16) для различных
при условии максимизации
функции цели? , найдем коэффициенты квадрата модуля
функции-прототипа (3.15), соответствующие различным значениям допустимого
уклонения АЧХ от требуемой формы. Вычисляя полиномы Гурвица знаменателя функции
(3.15), определим требуемые коэффициенты функции-прототипа (3.14). Решая систему
нелинейных уравнений
относительно ,, при различных значениях , найдем нормированные значения
элементов КЦ, приведенной на рис. 3.2. Результаты вычислений сведены в таблицу
3.2.
Анализ
полученных результатов позволяет установить следующее. Для заданного значения существует определенное
значение при превышении, которого
реализация каскада с требуемой формой АЧХ становится невозможной. Большему
значению соответствует меньшее
допустимое значение , при котором
реализуется требуемая форма АЧХ. Это обусловлено уменьшением добротности
рассматриваемой цепи с увеличением .
Исследуемая КЦ
может быть использована и в качестве входной корректирующей цепи усилителя. В
этом случае при расчетах следует полагать ,
где – активная и емкостная
составляющие сопротивления генератора.
Пример 3.2.
Рассчитать КЦ однокаскадного усилителя на транзисторе КТ939А при условиях: 50 Ом; = 2 пФ; верхняя частота
полосы пропускания равна 1 ГГц; допустимая неравномерность АЧХ ± 0,25 дБ. Выбор
в качестве примера проектирования однокаскадного варианта усилителя обусловлен
возможностью простой экспериментальной проверки точности результатов расчета,
чего невозможно достичь при реализации многокаскадного усилителя.
Принципиальная схема усилителя приведена на рис. 3.8.
Таблица 3.2 –
Нормированные значения элементов КЦ
Неравномерность АЧХ |
|
|
|
|
=±0.1 дБ
1.805
1.415
0.868
|
0.128
0.126
0.122
0.112
0.09
0.05
0.0
|
1.362
1.393
1.423
1.472
1.55
1.668
1.805
|
2.098
1.877
1.705
1.503
1.284
1.079
0.929
|
0.303
0.332
0.358
0.392
0.436
0.482
0.518
|
=±0.25 дБ
2.14
1.75
1.40
|
0.0913
0.09
0.087
0.08
0.065
0.04
0.0
|
1.725
1.753
1.784
1.83
1.902
2.00
2.14
|
2.826
2.551
2.303
2.039
1.757
1.506
1.278
|
0.287
0.313
0.341
0.375
0.419
0.465
0.512
|
=±0.5 дБ
2.52
2.01
2.04
|
0.0647
0.0642
0.0621
0.057
0.047
0.03
0.0
|
2.144
2.164
2.196
2.24
2.303
2.388
2.52
|
3.668
3.381
3.025
2.667
2.32
2.002
1.69
|
0.259
0.278
0.306
0.341
0.381
0.426
0.478
|
=±1.0 дБ
3.13
2.26
3.06
|
0.0399
0.0393
0.0375
0.033
0.025
0.012
0.0
|
2.817
2.842
2.872
2.918
2.98
3.062
3.13
|
5.025
4.482
4.016
3.5
3.04
2.629
2.386
|
0.216
0.24
0.265
0.3
0.338
0.38
0.41
|
На выходе каскада включена
выходная корректирующая цепь, практически не вносящая искажений в АЧХ каскада,
состоящая из элементов
6,4 нГн, 5,7 пФ и
обеспечивающая минимально возможное значение максимальной величины модуля
коэффициента отражения ощущаемого сопротивления нагрузки внутреннего генератора
транзистора (см. раздел 2.1).
Рис. 3.8 Рис.
3.9
Решение. Используя
справочные данные транзистора КТ939А [13] и соотношения для расчета значений
элементов однонаправленной модели [10], получим: 0,75
нГн; 1,2 Ом; 15. Нормированные
относительно и значения элементов равны: 0,628; 0,0942; 0,024. Подставляя в (3.12) и коэффициент
функции-прототипа из таблицы 3.2
для = ± 0,25 дБ рассчитаем: = 0,012. Ближайшая
табличная величина равна нулю. Для
указанного значения из таблицы 3.2
найдем: = 2,14; = 1,278; = 0,512. Подставляя
найденные величины в (3.13), получим: =1,512;
=0,1943; =0,9314. Денормируя
полученные значения элементов КЦ, определим: =4,8
пФ; =0,6 пФ; =7,4 нГн. Теперь по (3.11)
вычислим: =1,81. Резистор на рис. 3.8, включенный
параллельно , необходим для установления
заданного коэффициента усиления на частотах менее [11]
и рассчитывается по формуле [52]:
.
На рис. 3.9 приведена АЧХ
спроектированного однокаскадного усилителя, вычисленная с использованием полной
эквивалентной схемы замещения транзистора КТ939А [9] (кривая 1). Здесь же
представлена экспериментальная характеристика усилителя (кривая 2).
3.2.3.
Параметрический синтез широкополосных усилительных каскадов с ЗАДАННЫМ НАКЛОНОМ
АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Проблема
разработки СУМ с заданным подъемом (спадом) АЧХ связана с необходимостью
компенсации неравномерности АЧХ источников усиливаемых сигналов, либо с
устранением частотно-зависимых потерь в кабельных системах связи, либо с
выравниванием АЧХ малошумящих усилителей, входные каскады которых реализуются
без применения цепей высокочастотной коррекции.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
|