Реферат: Проектирование цепей коррекции, согласования и фильтрации усилителей мощности радиопередающих устройств
Пример 3.5. Рассчитать КЦ однокаскадного
транзисторного усилителя, являющегося одним из восьми канальных усилителей
выходного усилителя мощности 500 Вт передатчика FM диапазона, при условиях: 75
Ом; =10 пФ; диапазон частот
88-108 МГц; в качестве усилительного элемента использовать транзистор КТ970А.
Принципиальная схема
каскада приведена на рис. 3.22. Элементы
11 нГн, 240 пФ, 56 нГн, 47 пФ формируют
трансформатор импедансов (см. раздел 2.3), обеспечивающий оптимальное, в смысле
достижения максимального значения выходной мощности, сопротивление нагрузки
транзистора и практически не влияющий на форму АЧХ усилительного каскада.
В каскаде использован
стабилизатор напряжения базового смещения на транзисторах КТ817Г,
обеспечивающий стабилизацию угла отсечки коллекторного тока транзистора КТ970А
[23].
Решение. Используя справочные данные
транзистора КТ970А [13] и соотношения для расчета значений элементов
однонаправленной модели [10], получим: 0,053 Ом; 0,9 нГн; =
113, где сопротивление базы транзистора;
индуктивности выводов базы
и эмиттера транзистора.
Рис. 3.22 Рис.
3.23
Для заданного диапазона
частот имеем: = 6,15×108; = 1,23; Нормированные относительно и значения элементов равны: 7,06×10-4; 7,38×10-3; 0,46. Используя табличные значения , для = 1,3, в соответствии с
(3.3) из (3.25) получим: =5,4×10-4. Ближайшее табличное
значение = 5×10-4, для которого: 0,2626; 4,216; 69,26; 0,01325. По соотношениям
(3.26) определим: 0,2626; 3,756; 54,56; 0,0093.
Осуществляя денормирование элементов КЦ, имеем: 32 нГн; 81,4
пФ; 1183 пФ;
1,1 нГн. По соотношению (3.27) найдем коэффициент усиления каскада: 7,33.
На рис. 3.23 приведена АЧХ
спроектированного однокаскадного усилителя, вычисленная с использованием полной
эквивалентной схемы замещения транзистора [13] (кривая 1). Здесь же
представлена экспериментальная характеристика усилителя (кривая 2).
3.3.3.
Параметрический синтез полосовых усилительных каскадов с корректирующей цепью, выполненной
в виде фильтра нижних частот
Описание схемы
КЦ, приведенной на рис. 3.17, ее применение в полосовых усилителях мощности, а
также методика настройки даны в [19, 20, 25, 57]. Известные методы расчета
указанной КЦ [20, 25, 57] не учитывают частотную зависимость коэффициента
усиления транзистора в пределах рабочего диапазона, что является причиной
значительных искажений формы АЧХ разрабатываемых усилителей.
Аппроксимируя
входной и выходной импедансы транзисторов и
-
и - цепями перейдем к схеме,
приведенной на рис. 3.24.
Рис. 3.24
Коэффициент прямой
передачи последовательного соединения КЦ и транзистора может быть описан в символьном виде дробно-рациональной
функцией комплексного переменного:
, (3.31)
где ;
–
нормированная частота;
–
текущая круговая частота;
– центральная круговая частота полосового усилителя;
;
– коэффициент усиления
транзистора по мощности в режиме двухстороннего
согласования на частоте =1;
(3.32)
;
;
– нормированные
относительно и значения элементов ;
– активная и емкостная
составляющие выходного сопротивления транзистора ;
– активная и индуктивная
составляющие входного сопротивления транзистора .
Из (3.31) следует, что коэффициент
усиления на частоте =1 равен:
. (3.33)
В качестве
прототипа характеристики (3.31) выберем функцию:
. (3.34)
Квадрат модуля
функции-прототипа (3.34) имеет вид:
. (3.35)
Для выражения
(3.35) составим систему линейных неравенств (3.5):
(3.36)
Решая (3.36)
для различных и при условии максимизации
функции цели: , найдем
коэффициенты , соответствующие различным
полосам пропускания полосового усилительного каскада. Вычисляя полиномы Гурвица
знаменателя функции (3.35), определим коэффициенты функции-прототипа (3.34).
Значения
коэффициентов функции-прототипа для различных полос пропускания и
неравномерности АЧХ ±0,25 дБ приведены в таблице 3.7. Здесь же представлены
результаты вычислений нормированных значений элементов , полученные из решения
системы неравенств (3.3) и соответствующие различным значениям .
Анализ
полученных результатов позволяет установить следующее. Для заданной
относительной полосы пропускания, определяемой отношением , где – верхняя и нижняя
граничные частоты полосового усилителя, существует определенное значение , при превышении которого
реализация каскада с требуемой формой АЧХ становится невозможной. При
допустимой неравномерности АЧХ, равной 0,25 дБ, ее аппроксимация функцией
(2.34) возможна при условии . При
допустимой неравномерности АЧХ более 0,25 дБ, область аппроксимации
увеличивается незначительно. Поэтому создание усилителя с полосой пропускания
более одной октавы с использованием изображенной на рис. 3.17 КЦ невозможно.
Рассматриваемая
КЦ (рис. 3.17) может быть использована и в качестве входной КЦ усилителя. В
этом случае при расчетах следует полагать ,
.
Таблица 3.7 – Нормированные значения элементов КЦ
|
|
|
|
|
|
|
1.2
=0.28324
=2.0380
=0.26888
=0.98884
|
0.0005847
0.000518
0.000506
0.000485
0.00045
0.0004
0.00032
0.0002
0.0
|
5.773
5.294
5.052
4.838
4.612
4.396
4.162
3.929
3.677
|
0.1773
0.1947
0.2024
0.2101
0.2192
0.2289
0.2406
0.2537
0.2698
|
164.6
153.8
141.4
130.8
119.8
109.2
97.80
86.43
74.36
|
0.0059
0.0062
0.0068
0.0074
0.0082
0.009
0.0101
0.0115
0.0134
|
|
1.3
=0.40850
=2.0543
=0.36889
=0.96466
|
0.001896
0.00176
0.00172
0.00164
0.00151
0.00132
0.00107
0.0006
0.0
|
3.759
3.565
3.452
3.322
3.186
3.050
2.922
2.757
2.615
|
0.2763
0.2906
0.2975
0.3063
0.3166
0.3282
0.3401
0.3574
0.3741
|
57.58
54.04
50.72
47.13
43.47
39.86
36.52
32.25
28.65
|
0.0161
0.0173
0.0186
0.0201
0.0220
0.0242
0.0266
0.0304
0.0344
|
1.4
=0.56846
=2.0762
=0.48523
=0.93726
|
0.00482
0.00459
0.00447
0.00425
0.00390
0.00335
0.00260
0.00160
0.0
|
2.619
2.528
2.452
2.374
2.291
2.201
2.114
2.029
1.931
|
0.3999
0.4113
0.4185
0.4272
0.4375
0.4500
0.4634
0.4778
0.4960
|
25.52
24.09
22.55
21.06
19.56
17.98
16.49
15.08
13.50
|
0.0352
0.0376
0.0407
0.0441
0.0480
0.0528
0.0581
0.0642
0.0724
|
|
1.6
=0.75048
=1.9966
=0.57207
=0.81594
|
0.010896
0.0105
0.0101
0.0096
0.0086
0.0073
0.0053
0.0034
0.0
|
1.853
1.811
1.746
1.703
1.644
1.590
1.530
1.486
1.426
|
0.5363
0.5443
0.5519
0.5584
0.5684
0.5788
0.5918
0.6022
0.6176
|
12.38
11.86
10.88
10.27
9.511
8.846
8.133
7.634
6.970
|
0.0669
0.0706
0.0786
0.0843
0.0926
0.1009
0.1114
0.1198
0.1329
|
|
Продолжение
таблицы 3.7
|
|
|
|
|
|
1.8
=0.84428
=1.8738
=0.57990
=0.69360
|
0.016114
0.0155
0.0151
0.0144
0.0133
0.0115
0.009
0.0047
0.0
|
1.521
1.483
1.450
1.417
1.380
1.338
1.294
1.240
1.196
|
0.6061
0.6133
0.6167
0.6214
0.6275
0.6358
0.6454
0.6590
0.6711
|
8.553
8.083
7.650
7.236
6.820
6.361
5.919
5.395
4.991
|
0.0892
0.0958
0.1028
0.1104
0.1189
0.1296
0.1415
0.158
0.1731
|
2
=0.87096
=1.7385
=0.55020
=0.58961
|
0.01878
0.0181
0.0177
0.017
0.0155
0.014
0.011
0.007
0.0
|
1.348
1.320
1.294
1.267
1.229
1.202
1.161
1.122
1.071
|
0.6276
0.6338
0.6362
0.6396
0.6456
0.6508
0.6596
0.6694
0.6833
|
7.306
6.975
6.604
6.265
5.830
5.538
5.126
4.745
4.291
|
0.097
0.1028
0.1103
0.1181
0.1294
0.1379
0.1517
0.1665
0.1876
|
Пример 3.6.
Рассчитать КЦ однокаскадного транзисторного усилителя, являющегося одним из
четырех канальных усилителей выходного усилителя мощности 250 Вт передатчика
пятого канала телевидения, при условиях: 75
Ом, диапазон усиливаемых частот 92-100 МГц, используемый транзистор – КТ970А.
Схема каскада
приведена на рис. 3.25. Элементы 12,5 нГн,
213 пФ, 60 нГн, 44 пФ формируют
трансформатор импедансов, обеспечивающий оптимальное, в смысле достижения
максимального значения выходной мощности, сопротивление нагрузки транзистора и
практически не влияющий на форму АЧХ усилительного каскада.
Решение. Используя
справочные данные транзистора КТ970А [13] и соотношения для расчета значений
элементов однонаправленной модели [10], получим: 0,053 Ом; 0,9 нГн, = 110, где сопротивление базы транзистора,
индуктивности выводов базы
и эмиттера транзистора.
Рис. 3.25 Рис.
3.26
Для заданного диапазона частот
имеем: = =6,0288·108, = 1,087. Нормированное относительно значение равно: 7,06·10-4. Как
следует из таблицы 3.7, рассчитанному значению соответствует
минимально достижимая полоса пропускания, определяемая величиной =1,3. Ближайшее табличное
значение , при условии =1,3, равно 6·10-4.
Для этого значения из таблицы найдем:
=2,757; =0,3574; =32,25; =0,0304. Осуществляя
денормирование элементов КЦ, получим: =61
пФ; =44,46 нГн; =713,2 пФ; =3,78 нГн; = 2,88 нГн. По соотношению
(3.33) и данным таблицы найдем коэффициент усиления рассчитываемого каскада: =5,683.
На рис. 3.26 приведена АЧХ
спроектированного однокаскадного усилителя, вычисленная с использованием полной
эквивалентной схемы замещения транзистора [13] (кривая 1). Здесь же
представлена экспериментальная характеристика усилителя (кривая 2).
Список использованных источников
1. Проектирование радиопередающих
устройств с применением ЭВМ / Под ред. О.В. Алексеева. – М.: Радио и связь,
1987. – 392 с.
2. Широкополосные радиопередающие
устройства / Алексеев О.В., Головков А.А., Полевой В.В., Соловьев А.А.; Под
ред. О.В. Алексеева. - М.: Связь, 1978. – 304 с.
3. Проектирование радиопередатчиков /
В.В. Шахгильдян, М.С. Шумилин, В.Б. Козырев и др.; Под ред. В.В. Шахгильдяна. –
М.: Радио и связь, 2000. – 656 с.
4. Каганов В.И. Радиопередающие
устройства. – М.: ИРПО: Издательский центр «Академия», 2002. – 288 с.
5. Асессоров В.В., Кожевников В.А.,
Асеев Ю.Н., Гаганов В.В. Модули ВЧ усилителей мощности для портативных средств
связи // Электросвязь. – 1997. - № 7. – С. 21 – 22.
6. Титов А.А. Двухканальный усилитель
мощности с диплексерным выходом // Приборы и техника эксперимента. – 2001. – №
1. – С. 68 – 72.
7. Шварц Н.З. Линейные транзисторные
усилители СВЧ. - М.: Сов. радио, 1980. – 368 с.
8. Никифоров В.В., Терентьев С.Ю. Синтез
цепей коррекции широкополосных усилителей мощности с применением методов нелинейного
программирования // Сб. «Полупроводниковая электроника в технике связи» / Под
ред. И.Ф. Николаевского. – М.: Радио и связь, 1986. – Вып. 26. – С. 136–144.
9. Никифоров В.В., Кулиш Т.Т., Шевнин
И.В. К проектированию широкополосных усилителей мощности КВ- УКВ- диапазона на
мощных МДП-транзисторах // В сб.: Полупроводниковые приборы в технике связи /
Под ред. И.Ф. Николаевского. – М.: Радио и связь. -1993. – Вып. 23. – С.
105–108.
10.
Титов А.А., Бабак
Л.И., Черкашин М.В. Расчет межкаскадной согласующей цепи транзисторного
полосового усилителя мощности // Электронная техника. Сер. СВЧ-техника. – 2000.
– Вып. 1. – С. 46–50.
11.
Бабак Л.И.,
Шевцов А.Н., Юсупов Р.Р. Пакет программ автоматизированного расчета
транзисторных широкополосных и импульсных УВЧ - и СВЧ усилителей //
Электронная техника. Сер. СВЧ – техника. – 1993. – Вып. 3. – С. 60–63.
12.
Шварц Н.З.
Усилители СВЧ на полевых транзисторах. – М.: Радио и связь, 1987. – 200 с.
13.
Петухов В.М.
Полевые и высокочастотные биполярные транзисторы средней и большой мощности и
их зарубежные аналоги: Справочник. В 4 томах. – М.: КУбК-а, 1997.
14.
Мамонкин И.Г.
Усилительные устройства. Учебное пособие для вузов. - М.: Связь. 1977. – 360 с.
15.
Титов А.А. Расчет
схемы активной коллекторной термостабилизации и её использование в усилителях с
автоматической регулировкой потребляемого тока // Электронная техника. Сер. СВЧ
– техника. – 2001. – № 2. – С. 26–30.
16.
Устройства
сложения и распределения мощностей высокочастотных колебаний / В.В. Заенцев,
В.М. Катушкина, С.Е. Лондон, З.И. Модель; Под ред. З.И. Моделя. – М.: Сов.
радио, 1980. – 296 с.
17.
Лондон С.Е.,
Томашевич С.В. Справочник по высокочастотным трансформаторным устройствам. –
М.: Радио и связь, 1984. – 216 с.
18.
Титов А.А.,
Болтовская Л.Г. Высоковольтный транзисторный усилитель однополярных импульсов
// Приборы и техника эксперимента. – 1979. – №2. – С. 140–141.
19.
Гребенников А.В.,
Никифоров В.В. Транзисторные усилители мощности для систем подвижной радиосвязи
метрового и дециметрового диапазонов волн // Радиотехника. – 2000 – № 5. – С.
83–86.
20.
Гребенников А.В.,
Никифоров В.В., Рыжиков А.Б. Мощные транзисторные усилительные модули для УКВ
ЧМ и ТВ вещания // Электросвязь. – 1996. – № 3. – С. 28–31.
21.
Титов А.А.,
Кологривов В.А. Параметрический синтез межкаскадной корректирующей цепи
полосового усилителя мощности // Электронная техника. Сер. СВЧ – техника. –
2002. – Вып. 1. – С. 6–13.
22.
Титов А.А.
Усилитель мощности для оптического модулятора // Приборы и техника
эксперимента. – 2002. – № 5. – С. 88–90.
23.
Титов А.А.
Полосовой усилитель мощности с повышенной линейностью амплитудной
характеристики // Приборы и техника эксперимента. – 2003. – № 4. – С. 65–68.
24.
Радиопередающие
устройства: Учебник для вузов / Л.А. Белов, М.В. Благовещенский, В.М. Богачев и
др.; Под ред. М.В. Благовещенского, Г.У. Уткина. – М.: Радио и связь, 1982. –
408 с.
25.
Знаменский А.Е.,
Нестеров М.И. Расчет трансформаторов сопротивлений с сосредоточенными
элементами // Техника средств связи. Сер. Техника радиосвязи. – 1983. – Вып. 1
– С. 83–88.
26.
Знаменский А.Е.
Таблицы для расчета трансформаторов сопротивлений в виде фильтров нижних
частот. // Техника средств связи. Сер. Техника радиосвязи. – 1985. – Вып. 1. –
С. 99–110.
27.
Мелихов С.В.
Аналоговое и цифровое радиовещание: Учебное пособие. – Томск: Томск. гос. ун-т
систем управления и радиоэлектроники, 2002. – 251 с.
28.
ГОСТ 20532 – 83.
Радиопередатчики телевизионные 1 – 5 диапазонов. Основные параметры,
технические требования и методы измерений. – М.: Издательство стандартов, 1984.
– 34 с.
29.
ГОСТ Р 50890 –
96. Передатчики телевизионные маломощные. Основные параметры. Технические
требования. Методы измерений. – М.: Издательство стандартов, 1996. – 36 с.
30.
Иванов В.К.
Оборудование радиотелевизионных передающих станций. – М.: Радио и связь, 1989.
– 336 с.
31.
Зааль Р.
Справочник по расчету фильтров: Пер. с нем. - М.: Радио и связь. 1983. – 752 с.
32.
Титов А.А.,
Григорьев Д.А. Параметрический синтез межкаскадных корректирующих цепей
высокочастотных усилителей мощности // Радиотехника и электроника. – 2003. – №
4. – С 442–448.
33.
Howard
A. Higher manufacturing yields using DOE // Microwave J. – 1994. – Vol. 37. –
No. 7. – P. 92 – 98.
34.
Бабак Л.И.,
Пушкарев В.П., Черкашин М.В. Расчет сверхширокополосных СВЧ усилителей с диссипативными
корректирующими цепями // Известия вузов. Радиоэлектроника. – 1996. – Том 39. -
№ 11. - С. 20 – 28.
35.
Ku
W.H., Petersen W.C. Optimum gain-bandwidth limitation of transistor amplifiers.
// IEEE Trans. – 1975. – Vol. CAS - 22. – No. 6. – P. 523 – 533.
36.
Ланнэ А.А.
Оптимальный синтез линейных электронных схем. – М.: Связь, 1978. – 336 с.
37.
Трифонов И.И.
Расчет электронных цепей с заданными частотными характеристиками. – М.: Радио и
связь, 1988. – 304 с.
38.
Балабанян Н.
Синтез электрических цепей. – М.: Госэнергоиздат, 1961. – 543 с.
39.
Муртаф Б.
Современное линейное программирование: Пер. с англ. – М.: Мир, 1984. – 224 с.
40.
Смирнов Р.А.
Оптимизация параметров импульсных и широкополосных усилителей. – М.: Энергия,
1976. – 200 с.
41.
Титов А.А. Расчет
межкаскадной корректирующей цепи многооктавного транзисторного усилителя
мощности. // Радиотехника. – 1987. – №1. – С. 29 – 31.
42.
Мелихов С.В.,
Титов А.А. Широкополосный усилитель мощности с повышенной линейностью //
Приборы и техника эксперимента. – 1988. – № 3. – С. 124 – 125.
43.
Титов А.А.,
Ильюшенко В.Н., Авдоченко Б.И., Обихвостов В.Д. Широкополосный усилитель
мощности для работы на несогласованную нагрузку // Приборы и техника
эксперимента. – 1996. – № 2. – С. 68 – 69.
44.
Окснер Э.С. Мощные
полевые транзисторы и их применение: Пер. с англ. – М.: Радио и связь, 1985. –
288 с.
45.
Брауде Г.З.
Коррекция телевизионных и импульсных сигналов. // Сб. статей. – М.: Связь,
1967. – 245 с.
46.
Титов А.А.
Параметрический синтез межкаскадной корректирующей цепи широкополосного
усилителя мощности на полевых транзисторах. // Радиотехника. – 2002. – № 3 - С.
90–92.
47.
Obregon
J., Funck F., Borvot S. A 150 MHz – 16 GHz FET amplifier. // IEEE International
solid-state Circuits Conference. – 1981, February. – P. 66 – 67.
48.
Авдоченко Б.И.,
Ильюшенко В.Н., Донских Л.П. Пикосекундные усилительные модули на транзисторах
с затвором Шотки // Приборы и техника эксперимента. – 1986. – № 5. – С.
119–122.
49.
Гринберг Г.С.,
Могилевская Л.Я., Хотунцев Ю.Л. Численное моделирование нелинейных устройств на
полевых транзисторах с барьером Шотки // Электронная техника. Сер. СВЧ-техника.
– 1993. – Вып. 4. – С. 18–22.
50.
Потемкин В.Г.
Система инженерных и научных расчетов MATLAB 5.x: - В 2-х томах. – М.: ДИАЛОГ-МИФИ,
1999.
51.
Титов А.А.
Параметрический синтез межкаскадной корректирующей цепи сверхширокополосного
усилителя мощности // Известия вузов. Сер. Электроника. – 2002. – № 6. – С.
81–87.
52.
Бабак Л.И.,
Дергунов С.А. Расчет цепей коррекции сверхширокополосных транзисторных
усилителей мощности СВЧ // Сб. «Радиотехнические методы и средства измерений» –
Томск: Изд-во Том. ун-та, 1985 г.
53.
Жаворонков В.И.,
Изгагин Л.Н., Шварц Н.З. Транзисторный усилитель СВЧ с полосой пропускания 1 –
1000 МГц // Приборы и техника эксперимента. – 1972. – № 3. – С. 134–135.
54.
Титов А.А.
Параметрический синтез широкополосных усилительных ступеней с заданным наклоном
амплитудно-частотной характеристики // Известия вузов. Сер. Радиоэлектроника. –
2002. – № 10. – С. 26–34.
55.
Манзон Б.М. Maple 5 Power Edition – М.: Информационно-издательский дом «Филинъ», 1998.
– 240 с.
56.
Титов А.А. Расчет
амплитудной характеристики каскада, работающего в режиме с отсечкой
коллекторного тока // Известия вузов. Сер. Радиоэлектроника. – 2003. – № 2. – С.
33–37.
57.
Вай Кайчень.
Теория и проектирование широкополосных согласующих цепей: Пер. с англ. – М.:
Связь, 1979. – 288 с.
|