Аналіз резонансного підсилювача потужності

Курсова робота

з дисципліни

Теорія електричних кіл

на тему:

“Розрахунок транзисторного резонансного підсилювача потужності”

Зміст

 

Аналіз резонансного підсилювача

Вибір режиму роботи резонансного підсилювача потужності

Вхідні данні

Вибір транзистора та схеми резонансного підсилювача потужності

Вольт-амперні характеристики транзистора

Схема резонансного підсилювача потужності

Розрахунок резонансного підсилювача потужності

Специфікація

Висновки

Література

Вибір режиму роботи резонансного підсилювача потужності

Резонансний підсилювач потужності може працювати в одному з трьох динамічних режимів, особливості яких зумовлені видом характеристики передачі I_k=f(U_ке), яка виражає залежність колекторного струму підсилювального прибору від напруги на колекторі при заданих величинах напруги зміщеня, напруги джерела колекторного живлення, амплітуд напруги на базі і на колекторі.

Режим роботи підсилювача з малим коефіцієнтом використання колекторної напруги, коли імпульс струму має гострокінечну форму, називається недонапруженим. Для недонапруженого режиму x< 0.7.Динамічна характеристика даного режиму зображена під номером 1 на мал. 1а,б.

Якщо коефіцієнт використання колекторної напруги x=0.7-0.8, то має місце граничний(критичний)режим (графік 2 мал. 1)

Режим роботи з великим коефіцієнтом використання колекторної напруги, коли імпульс струму має впадину на вершині, називається перенапруженим. Для перенапруженого режиму x>0.9 (графік 3 мал. 1)

Як бачимо, для резонансного підсилювача потужності краще брати гранічний режим роботи, він є оптимальним. А задача оптимізаціі - це забезпечення найбільш вигідних основних енергетичних показників.

В резонансних підсилювачах потужності, які працюють в граничному режимі захоплюють дві області характеристик6 активна і область обернених зміщених переходів(область відсікання).

Резонансний підсилювач потужності характеризується максимальною віддачею потужності в навантаження, коли динамічна характеристика перетинає лінію граничного режиму при максимальній напрузі на базі.

 

Вхідні данні

№п/п	Величина	Параметр	Номінал	Розмірність
1.	f	Робоча частота	90	МГц
2.	Pн	Потужність в навантаженні	0,15	Вт
3.	Ек	Напруга живлення	12	В
4.	rф	Хвильовий опір фідера	12	Ом
5.	Rвих	Вихідний опір попередньго каскаду	75	Ом

 

Вихідні дані транзиттор КТ 805Б

№п/п	Величина	Параметр	Номінал	Розмірність
1.	Sk	Крутизна характеристики	0,3	А/В
2.	E¢б	Напруга відсікання	0,2	В
3.	h21е	Коефіцієнт передачі струму	20
4.	b0	Низькочастотне значення h21е	20
5.	Ск	Ємність колекторного переходу	4,1	пФ
6.	fгр	Гранична частота транзистора	20	МГц
7.	Се	Ємність емітерного переходу	20	пФ
8.	tк	Постійна часу кола оберненого зв`язку	22	пс
9.	Uкб мах	Максимальна напруга колектор – база	5	В
10.	Uеб мах	Максимальна напруга емітер – база	5	В
11.	Iк мах	Максимальний постійний струм колектора	5	мА
12.	Pк мах	Розсію вальна потужність	3	Вт
13.	Uке мах	Максимальна напруга колектор – емітер	135	В
14.	tп	Максимальна температура навколишнього середовища	120	°С
15.	Rпс	Загальний тепловий опір транзистора	30	°С/Вт
16	Lб=Lе=Lк	Індуктивність виводів	3	нГн

 

Вибір кута відсікання

Оцінемо можливість роботи транзистора з нульовим зміщенням:

Знаходимо Н – параметри

а) Вхідний опір в режимі малого сигналу, його дійсна та уявна частини:

d Н_11в= = =0,239

Н_11в=r ¢ _б + r ¢ _е + w _т L_е+ d Н_11в=0,766+16,09+20*10⁶*3*10^-9+0,239=17,13 Ом

d Н_11м= d Н_11в* n _b =0,239*10=2,39

d Н_11м= w _т *L_е - + d Н_11м=2*3,14*50*10⁶*3*10^-9 –

- = - 343, Ом

б) дійсна та уявна частини коефіцієнта оберненого зв`язку по напрузі в режимі малого сигналу

Н_12в= - w *С_к*Н_11м= - 2*3,14*50*10⁶*4*10^-12*(- 343) = 0,43

Н_12м= w *С_к(Н_11в - r_б), де r_б1=

r_б1= =0,23 Ом

Н_12м=2*3,14*10⁷*4*10^-12(17,13-0,23) =0,0041

 

в) знаходимо фазу та модуль коефіцієнта оберненого зв`язку

j ₁₂ =arctg() =arctg() =0 ° 59 ¢

|H₁₂|=  = =0,241

г) знаходимо фазу та модуль коефіцієнта передачі

j ₁₂ = - arctg n _b = - arctg10= - 84 ° 17 ¢

|H₂₁|= n ₁ *f_T /f= =0,244

д) дійсна та уявна частини вихідної повної провідності

Н_22в= w _т * С_к * g ₁ =2*3,14*20*10⁶*4*10^-12*0,611=319 мкСм

Н_22м= = =3,18*10^{-5 См}

12. Складові добутку Н₁₂ Н₂₁:

а) модуль добутку Н₁₂ Н₂₁:

| Н₁₂ Н₂₁|=0,244*0,241=0,0588

б) фаза добутку Н₁₂ Н₂₁:

j = j ₁₂ + j ₂₁ =0 ° 59 ¢ -84 ° 17 ¢ = - 83 ° 36 ¢

в) дійсна та уявна частини добутку Н₁₂ Н₂₁:

(Н₁₂ Н₂₁)_в = | Н₁₂ Н₂₁|*cos j =0,0969*cos(-81 ° 02 ¢) =0,015

(Н₁₂ Н₂₁)_m=| Н₁₂ Н₂₁|*sin j =0,0969*sin(-81 ° 02 ¢) = - 0,0953

13. Складова вихідного опору і уявна частина провідності навантаження.

R_вх= Н_11в - =17,13 -  =16,42 Ом

Х_вн = Н_11м -  = - 291 -  =-286,75

14. Коефіцієнт підсилення потужності

К_р= = =4,31

15. Потужність збудження і амплітуда вхідного струму:

Р_б1=Р₁/К_р=1,8/4,31=0,418 Вт

І_б1= = =0,226 А

16. Сумарна потужність розсіювання та загальний ККД каскаду:

Р_роз=Р_р.к+Р_б1=1,44+0,418=1,858 Вт

Р_роз < Р_{к мах}= ; 1,858 < =5 Вт

h _заг = = =0,53 h _т

 

Коефіцієнт корисної дії трансформатора знаходиться при розрахунку ланцюга зв`язку з навантаженням.

Колекторний ланцюг зв`язку. Розрахуємо П – трансформатор з додатковим фільтром (мал. 1)

R₁=1/G_k=1/22,12*10^-3=45,2 Ом

R₂=R_ф = 200 Ом

D f=0,4МГц

Q _å =Q₁+Q₂+Q_ф» f/(2 D f)» =25

 

Нехай Q₁=6. Тоді

 

Q₂= = =12,75

Q_ф= Q _å - (Q₁+ Q₂)=25 – (12,75+6)=6,25

С₃= = =2113 Пф

С₄= = =1015 Пф

L₂= = =3,64*10^-7 Гн

L_ф= = =1,2*10^-7 Гн

С_ф= = =2309,4 пФ

 

При Q_x.x=100 ККД трансформатора

h _т = = =0,8

Базовий ланцюг зв<sup>`</sup>язку. Вякості вхідного ланцюга зв`язку візьмемо Т – трансформатор (мал. 2)

 

 

 

R₁=R_вих=90 Ом

R2=R_вх=16,42 Ом

 

Для того, щоб забезпечити режим збудження транзистора від джерела гармонічного струму необхідно, щоб виконувалась умова

Q²₂> - 1; Q²₂ >5,48

 

Тому беремо Q₂=15

Q₁= = =6,34

L₁= = =3,92 мкГн

С₁= = =27,9 пФ

С₂= = =37,16 пФ

 

19. Розрахунок додаткової індуктивності в колекторному та базовому ланцюгах.

L_др1= = =14,3 мкГн

L_др2= = =7,1 мкГн

 

Специфікація

Конденсатори

Позначення	Тип елементу	кількість	примітка
С1	К10-17-50-30 пФ ± 5%	1
С2	К10-17-50-40 пФ ± 5%	1
С3	К10-17-50-2113 пФ ± 5%	1
С4	К10-17-50-1015 пФ ± 5%	1

 

Котушки індуктивності

L1	4 мкГн	1
L2	37 мкГн	1

 

Дроселі

Lдр1	15 мкГн	1
Lдр2	8 мкГн	1

 

Транзистор

VT1

КТ-805Б

1

 

Висновки

В даній курсовій роботі було розраховано резонансний підсилювач потужності на транзисторі. За значенням граничної частоти та максимальної потужності було обрано транзистор КТ-805Б. Була застосована Н - схема резонансного підсилювача потужності зі спільним емітером та паралельним живленням колекторного кола.

В ході розрахунків отримано:

-загальний коефіціэнт корисної дії каскаду h_заг=0,42

-коефіцієнт підсилення потужності К_р=4,31

-кут відсікання колекторного струму Ðq=102°

Розрахований резонансний підсилювач потужності працює у граничному режимі роботи. Отже, будуть реалізовані найкращі енергетичні показники.

В якості базового та колекторного кіл було обрано n-транзистори. При розрахунку отримали номінали елементів, що входять до складу резонансного підсилювача потужності. Вони представлені в специфікаціі.

Розрахована схема має достатній коефіцієнт підсилення та корисної дії і являється високочастотною, що визначає її використання у військовій техніці зв’язку.

Література

 

1. Терещук М.Т. Полупроводниковые приемо-уселительные устройства. – К.: научная мысль, 1989,- 672с.

2. лавриненко В.Ю. Справочник по полупроводниковым приборам.-К.: Научная мысль, 1984,- 424с.

3. Богачев В.М., Никифоров В.В. Транзисторные уселители мощности.-М.: Энергия, 1978,-344с.

4. Теплов Н.Л. Нелинейные радиотехнические устройства.-Л.:ВКАС,1972,-353с.

5. Хопов В.Б. и др. Военная техника радиосвязи.-М.: Военное издательство,1982,-440с.

Курсова робота

з дисципліни

Теорія електричних кіл

на тему:

“Розрахунок транзисторного резонансного підсилювача потужності”

Зміст

 

Аналіз резонансного підсилювача

Вибір режиму роботи резонансного підсилювача потужності

Вхідні данні

Вибір транзистора та схеми резонансного підсилювача потужності

Вольт-амперні характеристики транзистора

Схема резонансного підсилювача потужності

Розрахунок резонансного підсилювача потужності

Специфікація

Висновки

Література

Аналіз резонансного підсилювача потужності

 

В наш час в проміжних і вихідних каскадах радіопередаючих пристроїв, які працюють в різних частотах диапазона широко використовуються резонансні підсилювачі потужності.

Підсилювачем потужності радіосигналів називається пристрій, який перетворює енергію джерела постійного струму в енергію високочастотних коливань для забезпечення заданої потужності цих коливань на виході підсилювача.

Підсилювач потужності характеризується в загальному випадку рядом показників: вихідною потужністю, коефіцієнтом підсилення потужності і корисної дії, діапазоном робочих частот, амплітудно-частотною характеристикою, рівнем нелінійних спотворень і власних шумів.

В 60-70-их роках більшість резонансних підсилювачів потужності були на лампах. З часом радіоелектронні елементи вдосконалювались. Все більше почали використовувати транзистори, які в потужних каскадах підсилення високочастотних коливань дають можливість значно покращити такі важливі параметри радіопередавачів військового призначення, як надійність та довговічність, зменшити вагу та габарити. Але серйозною перешкодою широкому використанню транзиситорів в радіопередаючих пристроях була відсутність потужних високочастотних транзисторів з’явилась реальна можливість створення підсилювачів на сотні ват в короткохвильовому диапазоні, і до десятків ват в диапазоні ультра коротких хвиль.

По технологічним причинам більша частина потужних високочастотніх транзисторів випускається n-p-n типу. Найбільшого розповсюдження одержала схема включення приладу зі спільним емітером, що забезпечує більш високий коофіцієнт підсилення за потужністью.

До підсилювачів потужності пред’являють наступні основні вимоги:

1. Більша величина потужності вихідного радіосигналу (від кількох ват до десятків і сотень кіловат в залежності від призначення радіостанціі).

2. Висока економічність, яка характеризується коефіцієнтом корисної дії підсилювача.

3. Малі нелінійні спотворення радіосигналів, що підсилюються.

4. Можливість плавної і дискретної перестройки підсилювача в заданому диапазоні частот.

Важливою проблемою при проектуванні транзисторних підсилювачів потужності є забезпечення їх стійкості. Виникнення паразитних коливань може призвести до різних небачених явищ: паразитній модуляціі, зниження корисної потужності, шкідливому випроміненню, складності настройки підсилювача потужності і, що особливо небезпечно, виходу з ладу транзисторів.

Нестійкість підсилювача може бути зумовлена різними факторами: тепловим оберненим з’язком в транзисторі, внутрішнім оберненим зв’язком через ємкості активної і пасивної частини колекторного переходу і паразитні реактивні параметри транзистора, нелінійності ємкості p-n переходів, негативними опорами, зв’язаними з прольотними ефектами, лавиноподібним розмеженям і т.п.

В каскадах підсилювачів потужності радіосигналів різні динамічні режими, особливості яких обумовлені видом характеристики передачі I_k=f(U_ке). Отже РПП може працювати в трьох режимах: недонапруженому, граничному(критичному), і перенапруженому.

Підсилювачі потужності в загальному випадку можуть працювати як з відсіканням струмів, так і без відсікання.

При заданій вихідній потужності критичний режим підсилювача потужності буде ефективніше, чим вище коефіцієнт корисної дії і коефіцієнт підсилення потужності. Однак умови, що відповідають максимальним значенням того чи іншого показника, не співпадають. Це призводить до необхідності рішення задач оптимального режиму підсилювача потужності, тобто знаходження компромісних умов, при яких забезпечується найбільш вигідне співвідношення енергетичних характеристик з урахуванням граничних експлуатаційних параметрів транзисторів.

За вихідні данні при розрахунку РПП приймаються справочні відомості про граничний режим, статичні характеристики, максимальні частотні параметри і характеристика нелінійних якостей транзистора.