Главная Промышленная автоматика.

рабочей точке по постоянному току транзистор нужно согласовать в зависимости от уровня мощности. Характер зависимости сопротивления от уровня мощности определяется типом транзистора и его корпусом. На рис. 14.11 представлены зависимости коэффищ1ента усиления от входной мощности для усилителя. При этом у транзистора не меняется режим по постоянному току. Заметим, что существует связь между коэф-фищ1ентом усиления и уровнем входной мощности, соответствующей сжатию козффи-Щ1ента усиления на 1 дБ. Поэтому последняя характеристика не может служить единственным критерием оценки потенциальных возможностей использования транзисторов в усилителях мощности. В данном случае необходимо также определить и коэффициент усиления.

Для проектирования усилителя можно рекомендовать следующее: определение оптимальных коэффициентов усиления для ряда уровней входной мощности при одном и том же режиме по постоянному току. На рис. 14.12 показана соответствующая зависимость, полученная усреднением данных по группе транзисторов с шириной затвора 5 мм в корпусе 131 фирмы Western Electric. Использование этой зависимости чрезвычайно полезно при проектировании усилителей с оптимальными характеристиками. На ее основе можно легко определить число каскадов в усилителе, коэффициент усиления и соответствующие выходные мощности каждого каскада. При этом необходимо начинать с последнего каскада.

При практическом проектировании усилителя нужно найти компромиссное решение между условиями работы каскада в линейном и нелинейном режимах. Это можно сделать на основании проведения экспериментальных исследований или путем теоретического анализа. Рассмотрим оба подхода к проектированию усилителя.

Выходная I2\z \ \ ч \ ощность,дбм

"iv\\\\


20 21 22 25 24 25 26 27 28 29 входная мощность, дВм

Рис. 14.11. Зависимости коэффициента усиления от входной мощности на частоте 4 ГГц при постоянном смещении по постоянному току. Транзистор выбран таким же, как и в предыдущем случае (рис. 14.10)

К \ \ \

Выходная

ощность,дВм

\ \


24 25 28 27 28 29 Входная мощность,дЬм

Рис. 14.12

Рис. 14.12. Коэффициент усиления, оптимизированный относительно согласования и смещения по постоянному току При условии изменения входной мощности на / = 4 ГГц

(транзистор тот же)



Как отмечалось ранее, неравномерность коэффициента усиления в полосе частот, определенная иа основе линейного приближения, отличается от неравномерности реальной характеристики усилителя мощности при условии его работы в области входных мощностей, соответствующей сжатию коэффициента усиления. Это объясняется особенностями работы транзистора в нелинейном режиме. Неравномерность коэффициента усиления уменьщается с увеличением уровня мощности. Данная проблема теоретически исследована недостаточно. Поэтому на практике обычно приходится проводить Экспериментальную подстройку с целью получения характеристик, которые были предсказаны теоретически.

Проблему определения неравномерности коэффициента усиления и ее уменьшения можно решить, основываясь на полуэмпирическом методе [47, 100- 102]. Остановимся только на главных моментах такого подхода. Данный метод базируется на предположении, что на круговой диаграмме сопротивлений геометрическое место точек, соответствующих постоянному коэффициенту усиления в режиме большого сигнала при постоянной входной мощности, можно аппроксимировать окружностью. В данном случае можно записать

y=ymax-~l„~>„oi ".З)

где Лугпах максимальный коэффициент усиления при данном уровне входной мощности и соответствующей нагрузке По выходу с проводимостью У = 5цо> н " Действительная часть Kjjj К, - некоторый коэффициент, определяемый экспериментально. Отметим, что соотношение (14.3) по своей структуре похоже иа формулу, определяющую зависимость коэффициента шума от сопротивления на входе. Координаты центра (tg) и радиус {Rg) окружности, соответствующей постоянному коэффициенту усиления, определяются следуюцщм образом:

1+Р 1-ь/З 1+/3

5„ = ril!: iJ =""1 у„ =,/50 Ом.

Теперь на одной круговой диаграмме можно построить окружности постоянного коэффициента усиления для режимов малого и большого сигналов и найти точки их пересечения (рис. 14.13). Соответствующая нагрузка по выходу будет обеспвмвать минимальную неравномерность коэффициента усиления. Выбор нагрузки, которой отвечает точка на круговой диаграмме, лежащая между точкой оптимальной нагрузки для режима большого сигнала и краем круговой диаграммы, увеличивает различие между коэффициентом усиления в режимах малого н большого сигна.лов. С другой стороны, при перемещении по круговой диаграмме к ее центру это различие уменьшается. В общем случае оптимальная нагрузка для режима большого сигнала не будет соответствовать минимальной неравномерности коэффициента усиления, так как условия оптимального согласования различны для различных режимов работы транзистора (см. разд. 14.3) [l S8 j. Некоторые объяснения этой особенности можно получить из анализа, например, характеристик, приведенщ.1х на рис. 14.10, где показань: окружности постоянного коэффициента усиления (малый сигнал) и сопротивления, соотвотстъую-щие максимальным коэффициентам уситения при изменении входной мощности. Отметим, что сопротивление, соответствующее коэффициенту усиления 9,7 дБ (большой сигнал), обеспечит на м.июм сигншю коэффициент усиления 9.2 дБ. Эксперимент тптг-272



Окрдшность штветствдет К=и,3д6


0,6 0,8 Г

Рис. 14.13. Окружности постоянного коэффициента усиления на круговой диаграмме сопротивлений для малого (--) и большого (-----) сигналов [47]

Измеритель мощности

Модулирующий генератор

сеч ееяератар

р-с-п-

модцАятор

Анализатор спектра

Динейный детектор

Переменный аттенюатор

Измерительный придор

Аттенюатор

Аттенюатор

1 анализатору цепей

(измерительный канал)

Отклоняющая система дисплея

К анализатору цепей [опорный камл)

Рис. 14.14. Структурная схема установки для измерения характеристик усилителя, связанных со сжатием коэффициента усиления

ные исследования подтверждают этот факт. Уменьшение коэффициента усиления обусловлено в основном изменением мнимой части оптимального выходного сопротивле-!1ия. Различие между оптимальными сопротивлениями при согласовании на малом и большом сигналах существенно зависит от характеристик транзистора. Например, недавно опубликованные результаты [184], показали, что такое различие практачески отсутствует, если ток стока транзистора выбрать существенно меньшим 7(;j,af.





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 [91] 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165

0.0042