Параметрический синтез полосовых усилительных каскадов с корректирующей цепью, выполненной в виде фильтра нижних частот

3.3.3. Параметрический синтез полосовых усилительных каскадов с корректирующей цепью, выполненной в виде фильтра нижних частот

Описание схемы КЦ, приведенной на рис. 3.17, ее применение в полосовых усилителях мощности, а также методика настройки даны в [19, 20, 25, 57]. Известные методы расчета указанной КЦ [20, 25, 57] не учитывают частотную зависимость коэффициента усиления транзистора в пределах рабочего диапазона, что является причиной значительных искажений формы АЧХ разрабатываемых усилителей.

Рис. 3.24

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 , .

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.

Похожие работы

Проектирование радиолокационной станции для обнаружения надводных целей в пределах речного шлюза Усть-Каменогорской гидроэлектростанции

Скачать

103732

24

0

... снизить вероятность возникновения пожаров на данном объекте. ЗАКЛЮЧЕНИЕ С целью обеспечения безопасности движения речного транспорта в камере шлюза Усть-Каменогорской гидроэлектростанции в данном дипломном проекте была разработана радиолокационная станция обнаружения надводных целей, она гораздо эффективнее, чем, например система видео наблюдения. Были рассчитаны основные тактико- ...

Проектирование выходного каскада связного передатчика с частотной модуляцией

Скачать

54797

4

17

... , обеспечивающий ослабление высших гармоник на 40 дБ вне рабочего диапазона частот передатчика в соответствии с техническим заданием (см. раздел 4 АСЧЁТ ВЫХОДНОГО ФИЛЬТРА). Поскольку в данной курсовой работе необходимо спроектировать только оконечный мощный каскад связного передатчика с ЧМ, то для конкретизации, входящие в его состав блоки обведены синей пунктирной линией, и именно о них далее ...

Проектирование передатчика

Скачать

23902

0

9

... (2.3) Rкэ=2·25.22/44=7.22 Ом Выберем коэффициент деления Сопротивление коллекторной нагрузки двух плеч двухтактного генератора 14.44 Ом Сопротивление нагрузки, согласно заданию на проектирование 50 Ом. Отношение двух сопротивлений и будет коэффициент трансформации 0.28. Ближайший коэффициент 0.25. Rкэ=6.25 Ом Для определенного сопротивления нагрузки проведем расчет коллекторной цепи. ...

Проектирование связного радиопередатчика с частотной модуляцией

Скачать

38739

4

22

... ЧМ. ФНЧ, выполненный на интегрирующей RC-цепочке, ограничивает спектр сигнала до 3,5 кГц. Модулирующий сигнал, усиленный и прошедший цепи коррекции поступает на варикап ГУНа, где производится частотная модуляция несущего колебания. ГУН выполним по схеме Клаппа, его центральная частота управляется с помощью второго варикапа, на который управляющий сигнал подается с цифрового синтезатора частоты, ...