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.
Array
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
|