4. Аварийный режим мостового усилителя при отказе части транзисторов

Из теории мостовых схем известно, что отказ транзисторов из общего их числа в мостовом усилителе приводит к уменьшению выходной мощности в раз в соответствии с формулой

,

(2)

где и – выходная мощность усилителя соответственно в аварийном и нормальном режимах работы.

В балластных сопротивлениях моста-сумматора в аварийном режиме рассеивается мощность

.

(3)

Однако эти соотношения всегда справедливы лишь в случае возбуждения усилителя генератором, для которого эквивалентная э.д.с. и выходное сопротивление не зависят от нагрузки. Такой генератор назовем линейным.

В реальных условиях возбуждение мостового каскада осуществляется нелинейным генератором. Его эквивалентная э. д. с. и выходное сопротивление зависят от режима, а следовательно, от сопротивления нагрузки. В зависимости от схемы моста и от вида отказа входное сопротивление моста-делителя в аварийном режиме может увеличиться настолько, что предыдущий каскад перейдет в перенапряженный режим. В этом случае напряжение на входе моста-делителя будет меньше, чем в случае линейного входного генератора из-за падения эквивалентной э. д. с. каскада-возбудителя при попаданий его в аварийный режим. Следовательно, уровень возбуждения уцелевших транзисторов понизится. Это приведет к дополнительному снижению выходной мощности при аварии.

Если необходимо не допустить этого дополнительного снижения мощности, то следует коэффициент использования коллекторного напряжения предыдущего каскада в нормальном режиме выбирать по формуле:

,

(4)

где – коэффициент использования коллекторного напряжения в критическом режиме; – полная мощность возбуждения мостового каскада в нормальных условиях; – амплитуда напряжения на коллекторе транзистора предыдущего каскада в критическом режиме; – выходное сопротивление транзистора предыдущего каскада в недонапряженном режиме.

Если при расчете по формуле (4) оказывается, что под корнем появляется отрицательная величина, это означает, что при данном соотношении значений , , отказ транзисторов из неизбежно будет сопровождаться снижением возбуждения уцелевших транзисторов.

5. Пример расчёта усилителя с синфазными мостами [3]

Рассчитаем мостовой усилитель на двух транзисторах КТ909А с выходной мощностью 35 Вт на частоте 300 МГц. Пусть сопротивление нагрузки Ом, входное сопротивление усилителя Ом (например, оптимальное сопротивление нагрузки предыдущего каска­да), а сопротивление источника сигнала (например, выходное сопро­тивление транзистора предыдущего каскада Ом.

Учитывая, что потери моста-сумматора обычно составляют около 0,5 дБ, примем мощность, отдаваемую каждым транзистором, рав­ной 20 Вт. Расчёт на такую мощность для транзистора КТ909А приве­ден [3] (п. -3); данные этого режима, необходимые для расчё­та мостового усилителя: Ом, Ом, Ом.

Реальные сопротивлений могут отличаться от предполагаемых. Транзисторы имеют значительный разброс параметров. Поэтому при выборе схемы усилителя полезно предусмотреть возможность регу­лировок, обеспечивающих требуемые характеристики усилителя. С учё­том этого составлена принципиальная схема усилителя рис. 12,а.

Рис. 12. Принципиальная схема (а) и эскиз конструкции (б) усилителя с синфазными мостами

При выборе схемы следует учитывать, что переменные ёмкости СВЧ обычно не превышают нескольких десятков пикофарад. Индуктив­ности их выводов бывают порядка единиц наногенри. С учётом эквивалентная ёмкость конденсатора может значительно превышать номинальную. Надо принимать во внимание также ёмкости контактных площадок. Их можно рассчитать по формуле , где – площадь контактной площадки, ; – толщина диэлектри­ческой монтажной платы, см; – относительная диэлектрическая про­ницаемость; – емкость, пФ. Например, при , мм, , емкость контактной площадки равна 1,1 пФ.

При использовании индуктивностей порядка единиц наногенри необходимо иметь в виду паразитные индуктивности схемы.

Рассчитаем выходную цель усилителя. Она содержит синфазный мост на сосредоточенных элементах (схема рис. 8,б), имею­щий на частоте 300 МГц малые размеры. Мост трансформирует сопро­тивление фидера Ом в оптимальное сопротивление нагрузок транзисторов Ом. При этом параметр моста Ом, индуктивности нГ, балластное сопротив­ление , Ом . Ёмкости моста с учётом индуктивнос­ти нГ равны: пФ, пФ.

Входная цепь усилителя содержит Т-образные симметрирующие звенья в базовых цепях и мост-делитель (также схема рис. 8,б).

Если последовательно включено несколько СЦ, то для снижения потерь их коэффициенты трансформации следует выбирать близкими. В нашем случае требуется общая трансформация сопротивлений в раза. Так как трансформаторов два (мост и Т-образное звено), то коэффициент трансформации каждого звена выбе­рем равным . При этом входное сопротивление Т-об­разного звена должно быть равно Ом, а параметр моста Ом. По формулам для схемы 3 в таблице 3.2 [1] находим сопротивления элементов Т-образного звена, задав Ом. При этом , Ом, Ом.

Рассчитаем элементы моста-делителя и Т-образной цепи. Индуктивности моста равны нГ. Емкости моста состоят из постоянных и переменных конденсаторов. В качестве постоянных использованы безвыводные конденсаторы, у которых можно принять нГ, а в качестве переменных – КПКМ. Среднее значение емкости для КПКМ 4-15 пф ( и ) равно 9,5 пФ. Эквивалентное емкостное сопротивление в среднем положении конденсатора с учетом индуктивности выводов нГ равно Ом. Отсюда находим постоянные ёмкости:

пФ, пФ.

Балластное сопротивление моста Ом.

Сопротивления Т-образного звена с учётом индуктивностей конденсаторов равны , , отсюда Ом; Ом; пФ; пФ. Емкости выберем типа КПКМ 8-30 пФ. Сопротивление определяется главным образом индуктивно­стью базового вывода транзистора. Конструкция усилителя показана на рис. 12,б.