Проектированиецепей коррекции, согласования и фильтрации усилителей мощности радиопередающих устройств
функцией комплексного переменного:
[pic], (3.31)
где [pic];
[pic] – нормированная частота;
[pic] – текущая круговая частота;
[pic] – центральная круговая частота полосового усилителя;
[pic];
[pic] – коэффициент усиления транзистора [pic] по мощности в режиме
двухстороннего согласования на частоте [pic]=1;
[pic] (3.32)
[pic];
[pic];
[pic] – нормированные относительно [pic] и [pic] значения элементов
[pic];
[pic] – активная и емкостная составляющие выходного сопротивления
транзистора [pic];
[pic] – активная и индуктивная составляющие входного сопротивления
транзистора [pic].
Из (3.31) следует, что коэффициент усиления на частоте [pic]=1 равен:
[pic]. (3.33)
В качестве прототипа характеристики (3.31) выберем функцию:
[pic]. (3.34)
Квадрат модуля функции-прототипа (3.34) имеет вид:
[pic]. (3.35)
Для выражения (3.35) составим систему линейных неравенств (3.5):
[pic] (3.36)
Решая (3.36) для различных [pic] и [pic] при условии максимизации
функции цели: [pic], найдем коэффициенты [pic], 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
[pic], полученные из решения системы неравенств (3.3) и соответствующие
различным значениям [pic].
Анализ полученных результатов позволяет установить следующее. Для
заданной относительной полосы пропускания, определяемой отношением [pic],
где [pic] – верхняя и нижняя граничные частоты полосового усилителя,
существует определенное значение [pic], 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 [pic]. 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 [pic],
[pic].
Таблица 3.7 – Нормированные значения элементов КЦ
| |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |
|[pic]1.2 |0.0005847 |5.773 |0.1773 |164.6 |0.0059 |
| |0.000518 |5.294 |0.1947 |153.8 |0.0062 |
|[pic]=0.28324|0.000506 |5.052 |0.2024 |141.4 |0.0068 |
| |0.000485 |4.838 |0.2101 |130.8 |0.0074 |
|[pic]=2.0380 |0.00045 |4.612 |0.2192 |119.8 |0.0082 |
|[pic]=0.26888|0.0004 |4.396 |0.2289 |109.2 |0.009 |
| |0.00032 |4.162 |0.2406 |97.80 |0.0101 |
|[pic]=0.98884|0.0002 |3.929 |0.2537 |86.43 |0.0115 |
| |0.0 |3.677 |0.2698 |74.36 |0.0134 |
|[pic]1.3 |0.001896 |3.759 |0.2763 |57.58 |0.0161 |
| |0.00176 |3.565 |0.2906 |54.04 |0.0173 |
|[pic]=0.40850|0.00172 |3.452 |0.2975 |50.72 |0.0186 |
| |0.00164 |3.322 |0.3063 |47.13 |0.0201 |
|[pic]=2.0543 |0.00151 |3.186 |0.3166 |43.47 |0.0220 |
|[pic]=0.36889|0.00132 |3.050 |0.3282 |39.86 |0.0242 |
| |0.00107 |2.922 |0.3401 |36.52 |0.0266 |
|[pic]=0.96466|0.0006 |2.757 |0.3574 |32.25 |0.0304 |
| |0.0 |2.615 |0.3741 |28.65 |0.0344 |
|[pic]1.4 |0.00482 |2.619 |0.3999 |25.52 |0.0352 |
| |0.00459 |2.528 |0.4113 |24.09 |0.0376 |
|[pic]=0.56846|0.00447 |2.452 |0.4185 |22.55 |0.0407 |
| |0.00425 |2.374 |0.4272 |21.06 |0.0441 |
|[pic]=2.0762 |0.00390 |2.291 |0.4375 |19.56 |0.0480 |
|[pic]=0.48523|0.00335 |2.201 |0.4500 |17.98 |0.0528 |
| |0.00260 |2.114 |0.4634 |16.49 |0.0581 |
|[pic]=0.93726|0.00160 |2.029 |0.4778 |15.08 |0.0642 |
| |0.0 |1.931 |0.4960 |13.50 |0.0724 |
|[pic]1.6 |0.010896 |1.853 |0.5363 |12.38 |0.0669 |
| |0.0105 |1.811 |0.5443 |11.86 |0.0706 |
|[pic]=0.75048|0.0101 |1.746 |0.5519 |10.88 |0.0786 |
| |0.0096 |1.703 |0.5584 |10.27 |0.0843 |
|[pic]=1.9966 |0.0086 |1.644 |0.5684 |9.511 |0.0926 |
|[pic]=0.57207|0.0073 |1.590 |0.5788 |8.846 |0.1009 |
| |0.0053 |1.530 |0.5918 |8.133 |0.1114 |
|[pic]=0.81594|0.0034 |1.486 |0.6022 |7.634 |0.1198 |
| |0.0 |1.426 |0.6176 |6.970 |0.1329 |
Продолжение таблицы 3.7
| |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |
|[pic]1.8 |0.016114 |1.521 |0.6061 |8.553 |0.0892 |
| |0.0155 |1.483 |0.6133 |8.083 |0.0958 |
|[pic]=0.84428|0.0151 |1.450 |0.6167 |7.650 |0.1028 |
| |0.0144 |1.417 |0.6214 |7.236 |0.1104 |
|[pic]=1.8738 |0.0133 |1.380 |0.6275 |6.820 |0.1189 |
|[pic]=0.57990|0.0115 |1.338 |0.6358 |6.361 |0.1296 |
| |0.009 |1.294 |0.6454 |5.919 |0.1415 |
|[pic]=0.69360|0.0047 |1.240 |0.6590 |5.395 |0.158 |
| |0.0 |1.196 |0.6711 |4.991 |0.1731 |
|[pic]2 |0.01878 |1.348 |0.6276 |7.306 |0.097 |
| |0.0181 |1.320 |0.6338 |6.975 |0.1028 |
|[pic]=0.87096|0.0177 |1.294 |0.6362 |6.604 |0.1103 |
| |0.017 |1.267 |0.6396 |6.265 |0.1181 |
|[pic]=1.7385 |0.0155 |1.229 |0.6456 |5.830 |0.1294 |
|[pic]=0.55020|0.014 |1.202 |0.6508 |5.538 |0.1379 |
| |0.011 |1.161 |0.6596 |5.126 |0.1517 |
|[pic]=0.58961|0.007 |1.122 |0.6694 |4.745 |0.1665 |
| |0.0 |1.071 |0.6833 |4.291 |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:
[pic]75 Ом, диапазон усиливаемых частот 92-100 МГц, используемый транзистор
– КТ970А.
Схема каскада приведена на рис. 3.25. Элементы [pic]12,5 нГн, [pic]
213 пФ, [pic]60 нГн, [pic]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: [pic]0,053 Ом; [pic]0,9 нГн, [pic]= 110, где [pic] сопротивление
базы транзистора, [pic] индуктивности выводов базы и эмиттера транзистора.
[pic] [pic]
Рис. 3.25 Рис. 3.26
Для заданного диапазона частот имеем: [pic]= =6,0288·108, [pic]=
1,087.[pic] Нормированное относительно [pic] значение [pic] равно: [pic]
7,06·10-4. Как следует из таблицы 3.7, рассчитанному значению [pic]
соответствует минимально достижимая полоса пропускания, определяемая
величиной [pic]=1,3. Ближайшее табличное значение [pic], при условии
[pic]=1,3, равно 6·10-4. Для этого значения [pic] из таблицы найдем:
[pic]=2,757; [pic]=0,3574; [pic]=32,25; [pic]=0,0304. Осуществляя
денормирование элементов КЦ, получим: [pic]=61 пФ; [pic]=44,46 нГн;
[pic]=713,2 пФ; [pic]=3,78 нГн; [pic] = 2,88 нГн. По соотношению (3.33) и
данным таблицы найдем коэффициент усиления рассчитываемого каскада:
[pic]=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.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5
|