ТРАНЗИСТОРНЫЕ УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТЕЙ НА СВЧ

В диапазоне СВЧ входное сопротивление мощного биполярного транзистора составляет единицы и доли ОМ. Входной ток транзистора приближается к гармоническому за счёт подавления высших гармоник индуктивностью входного электрода. Применение во входной цепи согласования (ЦС) продольной индуктивности позволяет форму входного тока ещё более приблизить к гармоническому.

На рис. 3.1. приведена схема транзисторного усилителя мощности - генератора с внешним возбуждением (ГВВ) с ОЭ.

Рис. 3.1. Усилитель мощности по схеме ОЭ

Цепь согласования на входе С1, L2, С3 обеспечивает согласование входа транзистора с источником и возбуждение транзистора гармоническим током. Индуктивность Lбл1 необходима для подачи на базу нулевого напряжения смещения. Индуктивность Lбл2 и емкость Сбл2 – фильтр в цепи коллекторного питания. Емкость Ср – разделительная. Элементы схемы С2, С4 и L3 – цепь согласования выхода транзистора с сопротивлением потребителя, которое в общем случае является комплексным: Zn = Rп + jXп; Еn - источник питания.

Рис. 3.1. Усилитель мощности по схеме ОБ.

На рис.3.2. приведена схема усилителя мощности на транзисторе с ОБ. Назначение элементов такое же, как и в предыдущей схеме. На входе Т – образная цепь согласования с продольной индуктивностью L2 в цепи эмиттера, на выходе П – образная цепочка согласования.

Приводимая ниже методика [1] позволяет рассчитать обе схемы и справедлива для транзисторов с мощностью рассеяния на коллекторе более 0.3 Вт (полезная мощность свыше 1 Вт).

При отсутствии выбранного транзистора в банке данных программного приложения его параметры можно оценить по паспортным значениям:

,

где -предельная частота; - постоянная времени коллекторного перехода; - активная часть емкости коллекторного перехода; - пассивная часть емкости коллекторного перехода; - сопротивление тела базы;

Емкость эмиттерного перехода в 5-10 раз выше емкости . Сопротивление коллектора близко к сопротивлению тела базы , а сопротивление эмиттера = 0,3 . Коэффициент усиления тока лежит в широких пределах Н₂₁ = (10 – 100).

Если требуемая мощность близка к паспортной, то выбирается напряжение питания согласно типовому режиму. При недоиспользовании транзистора по мощности напряжение питания целесообразно уменьшить для увеличения надёжности работы транзистора. Снижение напряжения питания вдвое приводит к уменьшению f_т примерно на (5-15)%. Крутизна линии граничного режима

,(3.1)

где E_k – напряжение источника питания. Если при вычислении коэффициента использования транзистора по коллекторному напряжению подкоренное выражение получится отрицательным, то принять, что

, (3.2)

где - сопротивление насыщения транзистора.

Напряжение смещения в мощных каскадах принимается равным нулю.

При этом угол отсечки близок к , что соответствует оптимальному соотношению между полезной мощностью Р₁, КПД и коэффициентом усиления мощности , а схема входной цепи значительно упрощается.

Температуру корпуса транзистора с учётом перегрева радиатора относительно окружающей среды можно принять

,

где – температура среды.