Реферат: Проектирование цепей коррекции, согласования и фильтрации усилителей мощности радиопередающих устройств

При заданных  и  расчет КЦ сводится к нахождению нормированного значения , определению по таблице 3.1 соответствующих значений  и их денормированию.

Пример 3.1. Рассчитать КЦ однокаскадного транзисторного усилителя с использованием синтезированных данных таблицы 3.1, при условиях: используемый транзистор 3П602А; = 50 Ом; верхняя частота полосы пропускания усилителя равна 1,8 ГГц; допустимая неравномерность АЧХ равна ± 0,5 дБ. Принципиальная схема каскада приведена на рис. 3.4. Для термостабилизации тока покоя транзистора 3П602А, в схеме применена активная коллекторная термостабилизация на транзисторе КТ361А [48]. На выходе каскада включена выходная корректирующая цепь, практически не вносящая искажений в АЧХ каскада, состоящая из элементов 2,7 нГн, 0,64 пФ и обеспечивающая минимально возможное значение максимальной величины модуля коэффициента отражения ощущаемого сопротивления нагрузки внутреннего генератора транзистора (см. раздел 2.1).

Рис. 3.4                                                     Рис. 3.5

Решение. Используя справочные данные транзистора 3П602А [49] и соотношения для расчета значений элементов однонаправленной модели полевого транзистора [1], получим:=2,82 пФ, =0,34 нГн. Нормированное относительно  и  значение  равно: 1,77. Ближайшая величина  в таблице 3.1 составляет 1,7. Для этого значения  и
+ 0,5 дБ из таблицы найдем: =2,01; =1,09; =1,19. После денормирования элементов КЦ получим: =3,2 пФ; =
4,3 нГн; =3,96 нГн; =60 Ом. Коэффициент усиления рассматриваемого усилителя равен [14]:  = 4,4.

На рис. 3.5 (кривая 1) приведена АЧХ рассчитанного усилителя, вычисленная с использованием полной эквивалентной схемы замещения транзистора [49]. Здесь же представлена экспериментальная характеристика усилителя (кривая 2), и АЧХ усилителя, оптимизированного с помощью программы оптимизации, реализованной в среде математического пакета для инженерных и научных расчетов MATLAB [50] (кривая 3). Кривые 1 и 3 практически совпадают, что говорит о высокой точности рассматриваемого метода параметрического синтеза. Оптимальность полученного решения подтверждает и наличие чебышевского альтернанса АЧХ [35].

3.2.2. Параметрический синтез широкополосных усилительных каскадов с корректирующей цепью третьего порядка

Схема четырехполюсной реактивной КЦ третьего порядка приведена на рис. 3.2 [5, 42, 45]. Как показано в [51] рассматриваемая КЦ позволяет реализовать коэффициент усиления каскада близкий к теоретическому пределу, который определяется коэффициентом усиления транзистора в режиме двухстороннего согласования на высшей частоте полосы пропускания [7].

Аппроксимируя входной и выходной импедансы транзисторов  и  - и - цепями [11, 19, 35], от схемы, приведенной на рис. 3.2, перейдем к схеме, приведенной на рис. 3.6.

Рис. 3.6                                            Рис. 3.7

Вводя идеальный трансформатор после конденсатора и применяя преобразование Нортона [2, 3], перейдем к схеме представленной на рис. 3.7. Для полученной схемы в соответствии с [7, 11, 35] коэффициент передачи последовательного соединения КЦ и транзистора  может быть описан в символьном виде дробно-рациональной функцией комплексного переменного:

,                            (3.10)

где    ;

 – нормированная частота;

 – текущая круговая частота;

 – верхняя круговая частота полосы пропускания разрабатываемого усилителя;

;                                     (3.11)

 – коэффициент усиления транзистора  по мощности в режиме двухстороннего согласования на частоте  [7];

          – частота, на которой коэффициент усиления транзистора по мощности в режиме двухстороннего согласования равен единице;

;                                                        (3.12)

,,,, – нормированные относительно  и  значения элементов ,,,,.

Переходя от схемы рис. 3.7 к схеме рис. 3.6 по известным значениям  найдём:

                                    (3.13)

где    ;

 – нормированное относительно  и  значение .

В качестве функции-прототипа передаточной характеристики (3.15) выберем дробно-рациональную функцию вида:

.                                    (3.14)

Квадрат модуля функции-прототипа (3.14) имеет вид:

,                               (3.15)

Для выражения (3.15) составим систему линейных неравенств (3.5):

                (3.16)

Решая (3.16) для различных  при условии максимизации функции цели? , найдем коэффициенты квадрата модуля функции-прототипа (3.15), соответствующие различным значениям допустимого уклонения АЧХ от требуемой формы. Вычисляя полиномы Гурвица знаменателя функции (3.15), определим требуемые коэффициенты функции-прототипа (3.14). Решая систему нелинейных уравнений

относительно ,, при различных значениях , найдем нормированные значения элементов КЦ, приведенной на рис. 3.2. Результаты вычислений сведены в таблицу 3.2.

Анализ полученных результатов позволяет установить следующее. Для заданного значения  существует определенное значение  при превышении, которого реализация каскада с требуемой формой АЧХ становится невозможной. Большему значению  соответствует меньшее допустимое значение , при котором реализуется требуемая форма АЧХ. Это обусловлено уменьшением добротности рассматриваемой цепи с увеличением .

Исследуемая КЦ может быть использована и в качестве входной корректирующей цепи усилителя. В этом случае при расчетах следует полагать , где  – активная и емкостная составляющие сопротивления генератора.

Пример 3.2. Рассчитать КЦ однокаскадного усилителя на транзисторе КТ939А при условиях:  50 Ом; = 2 пФ; верхняя частота полосы пропускания равна 1 ГГц; допустимая неравномерность АЧХ ± 0,25 дБ. Выбор в качестве примера проектирования однокаскадного варианта усилителя обусловлен возможностью простой экспериментальной проверки точности результатов расчета, чего невозможно достичь при реализации многокаскадного усилителя. Принципиальная схема усилителя приведена на рис. 3.8.

Таблица 3.2 – Нормированные значения элементов КЦ

На выходе каскада включена выходная корректирующая цепь, практически не вносящая искажений в АЧХ каскада, состоящая из элементов
6,4 нГн, 5,7 пФ и обеспечивающая минимально возможное значение максимальной величины модуля коэффициента отражения ощущаемого сопротивления нагрузки внутреннего генератора транзистора (см. раздел 2.1).

Рис. 3.8                                                     Рис. 3.9

Решение. Используя справочные данные транзистора КТ939А [13] и соотношения для расчета значений элементов однонаправленной модели [10], получим: 0,75 нГн; 1,2 Ом; 15. Нормированные относительно  и  значения элементов  равны: 0,628; 0,0942;  0,024. Подставляя в (3.12)  и коэффициент функции-прототипа  из таблицы 3.2 для  = ± 0,25 дБ рассчитаем:  = 0,012. Ближайшая табличная величина  равна нулю. Для указанного значения  из таблицы 3.2 найдем: = 2,14; = 1,278; = 0,512. Подставляя найденные величины в (3.13), получим: =1,512; =0,1943; =0,9314. Денормируя полученные значения элементов КЦ, определим: =4,8 пФ; =0,6 пФ; =7,4 нГн. Теперь по (3.11) вычислим: =1,81. Резистор  на рис. 3.8, включенный параллельно , необходим для установления заданного коэффициента усиления на частотах менее  [11] и рассчитывается по формуле [52]:

.

На рис. 3.9 приведена АЧХ спроектированного однокаскадного усилителя, вычисленная с использованием полной эквивалентной схемы замещения транзистора КТ939А [9] (кривая 1). Здесь же представлена экспериментальная характеристика усилителя (кривая 2).

3.2.3. Параметрический синтез широкополосных усилительных каскадов с ЗАДАННЫМ НАКЛОНОМ АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Проблема разработки СУМ с заданным подъемом (спадом) АЧХ связана с необходимостью компенсации неравномерности АЧХ источников усиливаемых сигналов, либо с устранением частотно-зависимых потерь в кабельных системах связи, либо с выравниванием АЧХ малошумящих усилителей, входные каскады которых реализуются без применения цепей высокочастотной коррекции.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8