Мощные транзисторные умножители на СВЧ
Умножители частоты на мощных СВЧ биполярных транзисторах, эффект умножения в которых основан на нелинейности характеристики транзистора (за счет отсечки тока), работают в диапазоне частот от 100 МГц до 1000 МГц. На этих частотах необходимо учитывать индуктивности выводов, емкость закрытого эмиттерного перехода и потери в материале коллектора. Мощные СВЧ-транзисторы обеспечивают выходную мощность от 0,1 Вт до 2 Вт при умножении на 2 и от 0,01 Вт до 0,1 Вт при умножении на 3. Коэффициент полезного действия невелик и составляет (25…40)%. Если коэффициент умножения n=2, то мощность в режиме умножения уменьшается в 2…3 раза по сравнению с режимом усиления, а при n=3 снижение усиления еще более значительное – в 10…20 раз. Применение более мощных транзисторов в умножителях частоты нецелесообразно из-за больших потерь энергии и малых коэффициентов усиления по мощности. Поэтому транзисторные умножители частоты применяют в промежуточных каскадах передатчиков. Причем кратность умножения для мощных каскадов необходимо выбирать меньшей (обычно n=2) и повышать для маломощных (n=3). Схема мощного умножителя частоты приведена на рисунке 4.1. Элементы С1, С2, и L1 обеспечивают возбуждение транзистора гармоническим током. - сопротивление автоматического смещения при отрицательном напряжении смещения база / эмиттер; и , – элементы фильтров, соответственно, в цепях подачи смещения и питания; – разделительный конденсатор. Элементы , , , – цепь на выходе умножителя, обеспечивающая трансформацию (понижение) сопротивления нагрузки умножителя (обычно сотни Ом) для согласования с относительно низкоомным потребителем, а также возбуждение следующего каскада гармоническим током. Рис. 4.1. Мощный умножитель частоты по схеме ОБ
Методика расчёта мощных транзисторных умножителей основана на следующих допущениях: 1. Транзистор возбуждается от источника гармонического тока. 2. Интервал рабочих частот удовлетворяет условиям ƒ > (3fT/H21), nf < fT, где ƒ – это рабочая частота входного колебания; fT, H21 – граничная частота и статистический коэффициент усиления тока транзистора в схеме с ОЭ; n – коэффициент умножения частоты. 3. Напряжение на коллекторе – гармоническое. 4. Напряжение на индуктивности общего электрода мало по сравнению с амплитудой напряжения на коллекторе: ULобщ<<Uк Вследствие обратной связи через ёмкость коллекторного перехода ск транзисторный умножитель, выполненный по схеме с ОЭ, имеет низкие энергетические показатели: малую выходную мощность Рвых и коэффициент усиления мощности kр. Обратная связь через ск приводит к ухудшению коэффициента формы импульса коллекторного тока, а следовательно, и к уменьшению коэффициента полезного действия η. При включении транзистора по схеме с ОБ обратная связь через при возбуждении транзистора генератором тока отсутствует и выходное напряжение не влияет на форму выходного тока. При этом энергетические показатели умножителя Рвых, kр и η значительно повышаются. Поэтому мощные транзисторные умножители на СВЧ целесообразно выполнять по схеме с ОБ. Ниже рассматривается методика расчёта умножителя частоты на заданную мощность при включении транзистора по схеме с ОБ [1]. РАСЧЁТ МОЩНОГО СВЧ-УМНОЖИТЕЛЯ НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ С ОБЩЕЙ БАЗОЙ
Исходные данные. 1. Выходная мощность Рвых . 2. Коэффициент умножения n. 3. Угол отсечки коллекторного тока θ. 4. Частота сигнала на выходе умножителя ƒ. 5. Параметры транзистора (см. банк данных в программе расчёта).
ПОРЯДОК РАСЧЁТА УМНОЖИТЕЛЯ
1. Угол отсечки тока коллектора θ при умножении на 2, а также на 3 выбирается равным 60 . 2. Коэффициенты гармоник α0, α1, αn , γ0, γ1, γn . γ0=(sinθ – θ cos θ)/π; γ1=( θ – sin θ cos θ)/π; (4.1) γ2=2 /3π; γ3 = cosƟ; αn = γn /(1 - cos θ); n=0,1,2,… Для их вычисления можно воспользоваться таблицами [1]. 3. Сопротивление потерь коллектора приводим к параллельному эквиваленту относительно входа транзистора =1/[ ]. 4. Коэффициент использования транзистора по напряжению источника питания = [1+ ], где Sкр - крутизна линии критического режима; Еn- напряжение источника питания. 5. Напряжение n-й гармоники тока коллекторного напряжения = . Необходимо проверить выполнение условия + . 6. Амплитуда n-ой гармоники тока коллектора . 7. Сопротивление нагрузки относительно коллекторного перехода . Если условие не выполняется, то необходимо взять более мощный транзистор (с большим током). 8. Амплитуда n-ой гармоники тока эквивалентного генератора = ) . 9. Амплитуда импульса тока коллектора Ikmax = Iгn / αn(ϴ); . Если условие не выполняется, то необходим более мощный транзистор. 10. Постоянная составляющая коллекторного тока . 11. Амплитуда тока эмиттера , где - граничная частота транзистора в схеме с ОЭ. 12. Коэффициент усиления тока . 13. Пиковое обратное напряжение база-эмиттер ; . 14. Параметры транзистора: крутизна по переходу Sp, сопротивление рекомбинации неосновных носителей в базе rβ и статическая крутизна транзистора S вычисляются по формуле (2.1),(2.2),(2.3). 15. Напряжение смещение, необходимо для обеспечения заданного угла отсечки: + E’ . 16. Если Есм<0, то его можно реализовать с помощью резистора в цепи эмиттера 17. Входное сопротивление в последовательном эквиваленте: активное – , реактивное – 18. Входная проводимость в параллельном эквиваленте . 19.Потребляемая мощность . 20. Коэффициент полезного действия η = / . 21. Коэффициент усиления по мощности 22. Мощность возбуждения на входе умножителя . 23. Мощность, рассеиваемая в транзисторе: . 24. Допустимая мощность, рассеиваемая в транзисторе: где , – допустимая температура перехода и температура корпуса транзистора соответственно; - сопротивление переход-корпус. Температура корпуса транзистора определяется температурой окружающей среды : +(10..15) . 25. Сопротивление нагрузки с учётом индуктивности вывода коллектора и емкости коллекторного перехода в параллельном эквиваленте соответственно: 26. Активная и реактивная составляющие проводимости вычисляются как ; .
Популярное: Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы... Организация как механизм и форма жизни коллектива: Организация не сможет достичь поставленных целей без соответствующей внутренней... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (1581)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |