Министерство образования и науки Российской Федерации

КАЗАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. А.Н. ТУПОЛЕВА (КНИТУ-КАИ)

Институт радиоэлектроники и телекоммуникации КГТУ (ИРЭТ)

Кафедра радиоэлектронных и квантовых устройств (РЭКУ)

Методические указания Расчет усилителя мощности

УСТРОЙСТВА ФОРМИРОВАНИЯ

СИГНАЛОВ

Составил

Гимадеева Л.А.

Ст. преп. каф. РЭКУ

Казань 2013

Рис.1. Схемы усилителей мощности (УМ)

В мощных каскадах применять R_Экорр не целесообразно (рис.1 а,б)

Расчет усилителя мощности (ум)

При расчёте УМ используют параметры транзистора, определенные по методике (1).

1. Расчет коллекторной цепи транзистора.

   1. Амплитуда первой гармоники напряжения на коллекторе U_{к кр} в критическом режиме:

можно задаться углом отсечки 120⁰>θ_нч>80⁰, таблицы коэффициентов разложения α(θ) приведены в учебниках по радиопередающим устройствам, θ_ВЧ берется из расчета структурной схемы.

Е_к – напряжение питания,

Выбираем E_к=26 В

Для выбранного транзистора 2Т950А в справочнике приведены значения r_нас = 0.1 … 0.2 Ом. Зададимся величиной 0.2 Ом.

Для транзисторов, у которых в справочнике приведены параметры U_КЭнас , I_Кнас или выходная ВАХ, то рассчитываем r_нас по следующим формулам (например для КТ922В, см. Приложение)

(из расчёта структурной схемы).

P₁ – выходная мощность.

При расчёте оконечного каскада:

- при ЧМ и ОМ:

- кпд фидера,

для П-, Г-, Т- образных фильтров,

для контура.

- при АМ:

где Р_А – мощность в антенне, _Ф и _КСк – из структурной схемы, m – заданная глубина модуляции.

При расчёте предоконечного и промежуточного каскадов:

мощность предоконечного каскада в нашем случае.

где Р_1К – выходная мощность К-ого каскада;

К_РК – коэффициент усиления мощности К-ого каскада;

_КС(к-1) – КПД колебательной системы рассчитываемого (к-1)-ого каскада.

2. Максимальное напряжение на К.

3. Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:

4. Постоянная составляющая коллекторного тока:

5. Высота импульса коллекторного тока:

6.476 10 А

6. Мощность, потребляемая от источника питания:

7. Коэффициент полезного действия коллекторной цепи:

проверка:

8. Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора:

9. Сопротивление коллекторной нагрузки:

R_экв. для мощных ВЧ-генераторов имеет малую величину и может составлять доли Ома, величина >100 (Ом) характерна для усилителей напряжения и маломощных УМ и НЧ-умножителей частоты.

2. Расчет базовой (входной) цепи транзисторного генератора по схеме ОЭ.

1. Амплитуда первой гармоники базового тока:

где

, типовое значение h_{21э тип} = 50 (2Т950А)

,

;

при правильном выборе транзистора

R_экв. известно из п. 1.9

С_к – емкость коллекторного перехода;

f_Т – граничная частота транзистора.

2. Максимально возможная величина сопротивления по радиочастоте резистора, включенного между базовым и эмиттерным выводами транзистора:

при

Для 2Т950А значение указано в справочнике C_э = 1100 пФ.

Если в справочнике отсутствует С_э, то

;

,

где m=1,6 для ВЧ VT; m=1,2 для НЧ VT

S_П – крутизна по эмиттерному переходу /5/:

, (2.13)

I_K1 – ток первой гармоники коллекторного тока

(2.14)

α₁(θ) – коэффициент разложения импульсов коллекторного тока в зависимости от угла отсечки θ, обычно для ГВВ задают режим θ_НЧ ~ ()

Таблица 4.

θ	70◦	75◦	80◦	85◦	90◦	95◦	100◦	105◦	110◦	115◦	120◦	125◦	130◦
α0	0,253	0,269	0,286	0,302	0,319	0,334	0,35	0,364	0,379	0,392	0,406	0,419	0,431
α1	0,436	0,455	0,472	0,487	0,5	0,51	0,52	0,526	0,531	0,534	0,536	0,536	0,534
γ0	0,166	0,199	0,236	0,276	0,319	0,363	0,411	0,458	0,509	0,558	0,609	0,659	0,708
γ1	0,288	0,337	0,39	0,445	0,5	0,554	0,611	0,662	0,713	0,76	0,805	0,843	0,878

I_Kmax – высота импульса коллекторного тока, выбирается в зависимости от требуемой мощности и

(2.15)

t_П – температура перехода [^◦С] , если в справочнике не указана , то можно задаться ее величиной в зависимости от материала транзистора .

Таблица 5.

Транзистор	Кремниевый Si	Германиевый Ge
tП

Сопротивление эмиттера r_э рассчитывается по формуле:

С_к – емкость коллекторного перехода. ГОСТ 390 [Ом].

Если R_БК < 500 [Ом], то R_БК применять не рекомендуется.

Необходимо проверить целесообразность подключения R_БК.

;

определим мощность рассеивания

Если условие

1.326 < 2.686

не выполняется, то R_БК не подключается.

При подключении R_БК проверяем:

Полученное значение должно удовлетворять условию:

3. Величина дополнительного резистора R_доп, задающего смещение Е_БЭ=Е_отс, т.е. θ=90⁰.

,

где Е_отс=Е′;

;

h_21э – коэффициент передачи по току на рабочей частоте h_21э=

;

h_21эо – статистический коэффициент передачи по току.

Если R_доп.< 1 (Ом), то вместо R_доп. в схему включается дроссель.

Если , то расчет проведен правильно, в дальнейших расчетах используется R_доп.

Если , то принять