Главная Промышленная автоматика.


Нагрузочная прямая (K/iaocA)

- -7В-81


-250 I -200 - !50 g-.-100 I -SO I О

Рис. 14.17. Типичные вольт-амперные характеристики транзистора типа WE с шириной затвора 6 мм и нагрузочная прямая, соответствующая работе транзистора в режиме класса А

Данные соотношения получены из предположения идеальности вольт-амперных характеристик (см. рис. 14.8). Неидеальность ВАХ не вносит существенной погрешности в расчеты КПД по (14.7) . Отметим, что в реальном случае уменьшается размах напряжения и тока из-за уменьшения U и /jjjj. Последнее соотношение можно легко преобразовать, вьщелив в нем параметры, ответственные за вклад в КПД напряжения и тока. Первую составляющую легко рассчитать:

(14.8)

Значения U,

си пер

лежат в пределах 1,5 ~ 2В, а = 7~ 14 В. Это соответствует изменению t?„ = 70-89%. Таким образом, КПД транзистора при работе в режиме класса А не может превысить 45%. Для увеличения t?„ необходимо выбирать транзисторы с минимальной величиной f7a,nep и максимальным рабочим напряжением на стоке. Однако на практике различия в значении Ципер очень малы.

Вторая составляющая определяет уменьшение КПД из-за тока /jjj,:

(14.9)

стах min (си) стах Anin (си)

Для подтверждения существования зависимости от напряжения на стоке были экспериментально исследованы характеристики ряда ПТШ с различными пробивными напряжениями при фиксированном напряженш! на стоке (14 В), постоянном

токе стока (500 мА) и -«

входной мощности 28 дБм (рис. 14.18) [249].

6 -

Рис. 14.18. Коэффициент у сипения в зависимости от тока .min (транзистор типа WC, ширина затвора 6 мм, =500 £ск = 1*В,Рвх = 28 дБм, / = 4ГГц)


500 700



- , Выход


Рис. 14.19. Зависимость коэффициента, определяющего вклад в общий КПД усилителя потерь в делителе мощности, от этих потерь для различных значений коэффициента усиления одиночных усилителей

Из рис. 14.18 видно, что КПД падает на 50%, когда /jj, (30 В) достигает 500-600 мА. Этот результат согласуется с предсказанным особенно для случая, когда напряжение на стоке 26 В и 7, (26 В) = 0,75 (30)

(см, рис. 14.17).

Если увеличение напряжения сток-затвор приводит к возникновению деградационных механизмов, то основой повышения КПД может явиться уменьшение тока путем правильного выбора транзистора или уменьшением напряжения U, которое, в свою очередь, может повлиять на величину т?„, о чем было сказано ранее.

Как отмечалось (см. подразд. 14.2.3), потери в направленных ответвителях, используемых в схемах, могут снизить суммарный КПД усилителя. Для количественной оценки вклада этих потерь рассмотрим для пример:! усилитель, структурная схема которого показана на рис. 14.19, состоящий из п каналов, делителя-сумматора с потерями в каждом канале L и одиноч ных усилителей с коэффициентом усиления Ку. Предположим, что на вход каждого одиночного каскада поступает мощность Р, тогда общая добавка мощности на выходе п-канального усилителя

=вх(у~1)«-

П4 Щ

Потери мощности в и-канальном делителе-сумматоре в предположении, что мощность, поступающая на вход одиночного усилителя, не зависит от I-, будут определяться следующим образом:

Ky-L L

(14.11)



Вклад потерь в направленных ответвителях в общий КПД можно оценить соотношением

Зависимости vac от L для различных значений Ку (для удобства L ш Ку определены в дБ) представлены на рис. 14.19. Их анализ показывает, что преимущества такой структуры будут проявляться при большом коэффициенте усиления одиночных усилителей.

14.4. ЛИНЕЙНОСТЬ УСИЛИТЕЛЕЙ

В этом разделе будет дан обзор методов описания линейности усилителей. Данная характеристика особенно важна для GaAs ПТШ, поскольку этот прибор далек от идеального. Поэтому являются полезными знания, лежащие в основе анализа линейности характеристик данного транзистора. Взяв за основу работу [72], кратко обобщим ее результаты, допущения и упрощения, пригодные для данного применения.

14.4.1. ОПИСАНИЕ МЕТОДОВ

Все обсуждения ограничиваются нечетным порядком нелинейности искажений, поскольку для большинства применений полоса частот усилителя редко превышает октаву. Эта ситуация может измениться, так как сверх-широконолосные усилители строят именно с использованием ПТШ. В данном случае практически отсутствуют сведения, которые могли бы использоваться при проектировании усилителей.

Перейдем к рассмотрению нелинейного четырехполюсника, нагруженного, как показано на рис. 14.20. С учетом такого представления связь между выходным во (?) и входным ei(t) напряжениями можно определить с помощью степеннбго ряда:

ео(0 = i a„e!it-t„).

Необходимо отметить, что составляющие, входящие в эту формулу, имеют различные длительности задержек и амплитудные коэффициенты д„. Если теперь перейти от временнбго к частотному представлению, то f„ преобразуются в фазовые переменные. Хотя в данном случае будем рассматривать только те составляющие, которые при спектральном анализе попадают в интересующий нас диапазон частот, необходимо признать, что другие составляющие также могут оказать свое влияние. Рассмотрим следующий простой пример, когда входной сигнал можно представить как Ci = cos (со/) ,

а сигнал на выходе в виде

ео =Ciei+Сзе?, (14.13)


Рис. 14.20. Структурная схема нелинейного четырехполюсника





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

0.0059