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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Circuiti pratici di amplificatori di potenza a banda stretta basati su transistor ad effetto di campo. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Amplificatori di potenza RF Gli amplificatori di potenza di classe A sono usati raramente. Fondamentalmente, si tratta di amplificatori di ricevitori radio HF con una grande capacità di sovraccarico. Uno schema pratico di un tale amplificatore è mostrato in Fig. 1. Il circuito di ingresso L1C1 e il circuito di uscita L2C2 sono solitamente sintonizzati in modo sincrono e sintonizzati sulla frequenza del segnale di ingresso.
Resistenza equivalente Re del circuito di uscita Re=P2p2/(RL+Rн'), dove ð=Sqr(L2/C2), Rн' - resistenza di carico introdotta nel circuito oscillatorio; RL - resistenza alla perdita attiva; P2 - coefficiente di inclusione del circuito. Il valore di Rn'=Rn/n22, dove n2 è il rapporto di trasformazione. Il fattore di qualità del circuito di uscita quando è completamente acceso Q=ReRi/(Re+Ri)2pfoL2 diminuisce per effetto di shunt della resistenza di uscita del transistor Ri. Per i transistor MIS ad alta potenza, Ri è piccolo e di solito non supera le decine di kilo-ohm. Pertanto, per aumentare Q2, viene utilizzata un'inclusione incompleta del circuito. La larghezza di banda del circuito di uscita è 2Df2=fo2/Q2 e la frequenza di risonanza è fo2=l/2pSqr(L2C2). Nella banda HF, un tale amplificatore può fornire fino a diverse decine di Ki. Un indicatore importante dell'amplificatore è il livello di rumore. Le proprietà di rumore dei transistor MIS ad alta potenza sono considerate in [1]. La figura 2 mostra un pratico circuito del PA su un potente transistor MIS KP901A. Poiché non è stato impostato il compito di ottenere una piccola banda di frequenza L2C2, il circuito è collegato direttamente al circuito di drain ed è deviato dal carico Rн=50 Ohm. In classe A, l'amplificatore aveva Ku=5(Ku=SRn) e Kp>20 a f=30 MHz. Quando si passa alla modalità non lineare, la potenza di uscita ha raggiunto 10 W.
Un PA a due stadi (Fig. 3) è realizzato sui transistor KP902A e KP901A. Il primo stadio opera in classe A, il secondo in classe B. Per garantire la classe B è sufficiente escludere il divisore dal valore di gate del secondo transistor. L'amplificatore utilizza un circuito di comunicazione a banda larga tra gli stadi. Ad una frequenza di 30 MHz, l'amplificatore forniva Pout = 10 W con Ki> 15 e Kp> 100.
L'amplificatore a banda stretta in Fig. 4 è progettato per funzionare nell'intervallo di frequenza 144...146 MHz. Fornisce un guadagno di potenza di 12 dB, un livello di rumore di 2,4 dB e un livello di distorsione di intermodulazione non superiore a 30 dB.
Un amplificatore risonante basato su un potente transistor MIS 2NS235B (Fig. 5) a una frequenza di 700 MHz fornisce Pout = 17 W con un'efficienza del 40 ... 45%.
L'amplificatore in Fig. 6 contiene un circuito di neutralizzazione che riduce il livello di backtalk a un livello di -50 dB. Ad una frequenza di 50 MHz, l'amplificatore ha un aumento di potenza di 18 dB, un livello di rumore di 2,4 dB e una potenza di uscita fino a 1 watt.
Nel circuito brevettato in Fig. 7 (US Pat. No. 3.919563) ad una frequenza di 70 MHz, si ottiene un'efficienza reale del 90% con una potenza di uscita di 5 W ad una frequenza di 70 MHz. Il fattore di qualità del circuito di uscita è pari a 3.
La Figura 8 mostra uno schema di un PA a tre stadi basato sui potenti transistor MIS domestici KP905B, KP907B e KP909B.
L'amplificatore eroga 30 W di potenza a 300 MHz. I primi due stadi utilizzano circuiti di adattamento risonanti a forma di U e lo stadio di uscita utilizza un circuito a forma di L in ingresso e un circuito a forma di U in uscita. Le dipendenze di efficienza e Pout su Uc e Pout e Kp su Pin, ottenute sperimentalmente e mediante calcolo, sono mostrate in Fig. 9.
Quando si utilizza PA in trasmettitori radio AM (con modulazione di ampiezza), esistono difficoltà associate a garantire la linearità della caratteristica di modulazione, ovvero la dipendenza di Pout dall'ampiezza del segnale di ingresso. Sono aggravati quando si utilizzano modalità di funzionamento fortemente non lineari, come la classe C. La Figura 10 mostra un diagramma di un trasmettitore radio HF con modulazione di ampiezza. Potenza del trasmettitore 10,8 W quando si utilizza un potente transistor FMIS VMP4. La modulazione viene effettuata modificando la tensione di polarizzazione al gate.
Per ridurre la non linearità della caratteristica di modulazione (curva 1 in Fig. 11), il trasmettitore utilizza la retroazione dell'inviluppo. Per fare ciò, la tensione AM in uscita viene raddrizzata e il segnale a bassa frequenza risultante viene utilizzato per creare un OOS. La risposta di modulazione 2 in Fig. 10 illustra un miglioramento significativo della linearità.
La Figura 12 mostra un diagramma schematico di un PA chiave con una potenza di uscita nominale di 10 W e una frequenza operativa di 2,7 MHz. L'amplificatore è realizzato su transistor KP902, KP904. L'efficienza dell'amplificatore alla potenza di uscita nominale è del 72%, il guadagno di potenza è di circa 33 dB. L'amplificatore è eccitato dall'elemento logico K133LB, la tensione di alimentazione è 27 V, il fattore di cresta della tensione di drain dello stadio di uscita è 2,9. Con una corrispondente ristrutturazione dei circuiti di comunicazione, l'amplificatore con i parametri indicati ha operato nell'intervallo 1,6 ... 8,1 MHz.
Per fornire una data potenza a frequenze più alte, è necessario aumentare la potenza dell'eccitatore. Strutturalmente, entrambi i PA sono stati assemblati su circuiti stampati utilizzando radiatori standard 100x150x20 mm, il che si spiega con le dimensioni standard dell'unità PA nei trasmettitori radio. Le bobine di induttanza nei circuiti di comunicazione sono cilindriche su barre di ferrite del marchio VCh-30 con un diametro di 16. Il fattore di qualità delle bobine di induttanza è Q=150. Induttanze standard con un'induttanza di 10 μH sono state utilizzate come induttanze di blocco nei circuiti di alimentazione del drain dei transistor di un amplificatore da un watt e dello stadio preliminare di un amplificatore da 600 watt. L'induttore di potenza nel circuito di drain del transistor KP904 si trova su un anello di ferrite, la sua induttanza è di 100 μH. La figura 13 mostra un diagramma schematico di un tasto PA con una potenza di uscita nominale Pout = 100 W, progettato per l'uso in trasmettitori radio HF non presidiati. L'amplificatore contiene uno stadio di preamplificazione, inverso su due transistor KP907. All'ingresso VT1 è incluso un corrispondente circuito a forma di U C1L1C2C3.
Lo stadio finale è assemblato con sei transistor KP904A. Questo numero di transistor è stato scelto per ragioni di aumento dell'efficienza. Invece dei transistor KP904B, puoi anche accendere sei transistor KP909 o tre KP913 più potenti. La modalità chiave ottimale del circuito di drenaggio è fornita da un circuito di formatura contenente elementi C14, C15, C16, L7. L'amplificatore ha un'efficienza totale = 62%. In questo caso, l'efficienza elettronica dello stadio di uscita è di circa il 70%. Il circuito a ponte per l'accensione dei transistor dello stadio preliminare è stato utilizzato per mantenere l'efficienza dell'amplificatore (seppur con parametri degradati) in caso di guasto del transistor di uscita. Allo stesso scopo, i singoli fusibili sono inclusi nelle sorgenti di potenti transistor, il cui scopo è spegnere il transistor difettoso. Se, a seguito della sua rottura, si verifica una modalità vicina alla modalità di cortocircuito nella linea del transistor, ciò rende l'amplificatore inutilizzabile. Il collegamento in parallelo di potenti MIS PT non crea ulteriori difficoltà nel calcolo e nella messa a punto della PA. La diminuzione dell'efficienza dell'amplificatore rispetto a un amplificatore di design simile (vedi Fig. 12) è principalmente dovuta all'uso di transistor di potenza in un amplificatore da 100 W. Quando il livello di potenza in uscita viene ridotto a 50 W, l'efficienza dell'amplificatore aumenta all'85% e l'efficienza elettronica al 90%. I valori dei parametri degli elementi mostrati in Fig. 13 corrispondono a una frequenza di 2,9 MHz. Il fattore di tensione di picco agli scarichi dei transistor KP904 è 2,8 e i transistor stessi funzionano in una modalità quasi ottimale. Il fattore di cresta della tensione di drain nelle cascate sui transistor KP907 è P = 2,1. Il transistor funziona in modalità chiave, tuttavia, la modalità ottimale non è garantita, poiché la modalità chiave ottimale per questi transistor a Uc=27 V e angolo di cutoff φ=90° sarebbe pericolosa a causa di un fattore di cresta significativo al quale il drain la tensione potrebbe superare la tensione massima consentita pari a 60 V per il transistor KP907. La Figura 14, a mostra le curve sperimentali e calcolate che illustrano le dipendenze dell'efficienza, Pout e he dall'angolo di interruzione della corrente di drenaggio. La figura mostra una buona approssimazione dei dati calcolati a quelli sperimentali. Va notato che la gamma di possibili angoli di taglio è piuttosto ristretta. Un aumento degli angoli di cutoff è impedito da un rapido aumento del fattore di cresta della tensione di drain e una diminuzione è impedita da un aumento della tensione di eccitazione richiesta, che molto presto inizia a superare Uz sommata alla tensione di polarizzazione Uz. Naturalmente, con una diminuzione del livello di Pwt, la gamma di possibili variazioni degli angoli di taglio della corrente di drenaggio si espande.
L'amplificatore è realizzato su un circuito stampato. Come dissipatore di calore viene utilizzato un radiatore con dimensioni di 130X130X50 mm. Nei circuiti di alimentazione dei transistor KP907 vengono utilizzate induttanze DM-01 standard con un'induttanza di 280 μH. Gli induttanze a ponte di addizione sono avvolte su anelli di ferrite VK-30 dia.=26. L'induttore nel circuito di alimentazione dello stadio di uscita è avvolto su un anello di ferrite VCh-30 dia. = 30. L'induttore nel circuito di connessione dello stadio di uscita con il carico è aria, avvolto con filo argentato, diametro = 2,5, diametro bobina 30 mm, L = 80 nH. Le dipendenze dalla temperatura della potenza di uscita Pout e l'efficienza della chiave PA con una potenza di uscita di 100 W sono mostrate in Fig. 14b. Dalle suddette dipendenze si può vedere che nell'intervallo -60...+60°C, la potenza di ingresso PA varia di non più di ±10%. La temperatura ha anche un leggero effetto sull'efficienza, che varia di ±5% nell'intervallo specificato. In questo caso si ha una diminuzione della potenza e dell'efficienza di uscita all'aumentare della temperatura, associata ad una diminuzione della pendenza 5 all'aumentare della temperatura. Nel consueto intervallo di temperatura -60 ... +60 ° C, la variazione di lui e Pout è insignificante e ciò si ottiene senza misure speciali per la stabilizzazione termica del CM. Quest'ultimo è anche un vantaggio dei potenti transistor MIS. Letteratura:
Pubblicazione: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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