Энциклопедия практической электроники - Рутледж Д.
ISBN 5-94074-096-0
Скачать (прямая ссылка):
[234] 10. УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ_
б)
Рис. 10.5. Эпюры коллекторного (а) и базового (б) напряжений для УМ передатчика NorCal 40А на частоте 7 МГц. Выходная мощность - 2,5 Вт, напряжение источника питания - 12,8 В, ток питания -250 мА, КПД-78%
вместо кремниевого анода используется металл, а потенциальный барьер, или переход, образован не на границе слоев кремния р- и n-типов проводимости, а контактом металл-полупроводник.
Период 143 не (7 МГц) і----Ь-
1Q.2. УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ ПЕРЕДАТЧИКА NORCAL 4OA [235]
Важной задачей является определение потерь Pd в транзисторе. Их можно представить в виде:
Pd = P0 - P = 3,2 - 2,5 = 0,700 [Вт] (10.10)
Рассмотрим сначала потери активного режима. Переход от закрытого состояния в открытое сопровождается более высокими потерями, чем обратный переход, длится он дольше и напряжения при этом выше. С точки зрения физики потери можно представить как разряд конденсатора через транзистор (рис. 10.6а).
Напробление тока розрядо
Q7 2N3553
с45 _1_
,33OpF
15v
Источник постоянного токо
3200 мВ
2500 мВт
Актибнье потери 260 мВт <J7 Ра, 8%
Потери бо бключенном состоянии 430 мВт Роп, 13%
Антенна
а) б)
Рис. 10.6. Разряд емкости через коллекторную цепь мощного транзистора. Разделительный конденсатор по постоянной составляющей (С44) не показан. Конденсатор С45 заряжен до напряжения 15 В на момент перехода в активный режим (а). Распределение потоков мощности в усилителе передатчика NorCal 4OA при уровне выходной мощности 2,5 Вт (б)_
Входной конденсатор фильтра гармоник С45 (330 пФ) подключен через разделяющий по постоянной составляющей конденсатор к коллектору мощного транзистора Q7.
Сам транзистор, стабилитрон D12 и ВЧ фильтр также имеют собственную емкость, но поскольку их значения невелики, ими можно пренебречь. К моменту перехода в активный режим конденсатор заряжается до напряжения 15 В. Энергию, запасенную в конденсаторе, можно представить в виде:
E = CU2 / 2 = 37 [нДж] (10.11)
где С - емкость конденсатора С45, равная 330 пФ, а U равно 15 В. Во время активного периода эта энергия рассеивается в транзисторе. В конце активного периода напряжение падает до 2 В, а энергия конденсатора составляет менее 1 нДж. Можно перевести энергию в мощность Ра, умножив ее на частоту:
P4 = Ef =260 [мВт] (10.12)
где f - частота, равная 7 МГц.
Чтобы определить ток, связанный с разрядом конденсатора, надо умножить заряд конденсатора Q на частоту. Заряд определяется из соотношения:
Q = CU = 5,0 [нК]
(10.13)
|236І 10. УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ
что позволяет записать: Ic = Qf= 35 [мА]
(10.14)
Можно также рассчитать ток открытого состояния I0n, вычитая 1с из постоян-
ного тока L = 250 мА:
(10.15) (10.16)
215 [мА]
Теперь определим потери P0n путем умножения I0n на U0n = 2 В:
P0n = U0nI0n = 430 [мВт]
Полную рассеиваемую мощность P0. можно получить, сложив P3 и P0n:
pd = Pa + P0n = 690 [мВт] (10.17)
что практически совпадает с экспериментально полученной величиной. На рис. 10.66 показано распределение потоков мощности в усилителе.
10.3. Усилители класса D
Импульсный усилитель можно усовершенствовать, используя два транзисторных ключа, которые поочередно подключают нагрузку к источнику напряжения и «земле». Такие усилители относятся к классу D, их упрощенная схема представлена на рис. 10.7а.
Переключающая пара называется двухполупериодная схема, а усилитель класса С - усилитель с заземленным входом и выходом. Напряжение источника Ucc подается непосредственно на ключ, без применения дросселя. Чтобы предотвратить попадание постоянной составляющей тока и гармоник в нагрузку, используется полосовой фильтр. Можно упростить схему, заменив пару транзисторных ключей одним двухпозиционным переключателем (рис. 10.76). Это позволяет использовать суперпозицию напряжения прямоугольной формы и напряжения
Vs Is
о) б) в)
Рис. 10.7. Схема усилителя класса D, в которой используются два транзисторных ключа (а), и упрощенная схема с одним двухпозиционным переключателем (б), эпюры тока и напряжения переключения (в) __
10.3. УСИЛИТЕЛИ КЛАССА D ЩЩ
включенного состояния транзистора (рис. 10.7в). Напряжение переключения будет описываться выражением:
[ IJ „ - U S1 включен, аыключе
идо= ;с - ' * (10.18)
[U1n S2 включен, Бвыключ н
Разность между максимальным и минимальным значениями напряжений рассчитывается по формуле:
Um = Ucc-2Uon (10.19)
Для усилителей класса С выпрямленное напряжение косинусоидальной формы было представлено в виде разложения на высокочастотные гармоники. Точно таким же образом можно рассчитать сигнал прямоугольной формы. Коэффициенты данного разложения приведены в приложении 2. Таким образом, напряжение Us(t) можно записать в следующем виде:
U„„ 2U.
, . cos(3cot) cos(5cot) . /1Ллт
cos(cot) -4—Ь-}- —і-L . (10.20)
U(t) = —=¦ + 2
В формулу входят только нечетные гармоники. Максимальное напряжение для основной гармоники Up определяется по выражению:
Up = 2Um/7t (10.21)
Здесь разность Um = Ucc - 2U0n можно интерпретировать как эффективное напряжение источника. Поскольку фильтр не пропускает токовые компоненты высших гармоник, кроме основной, выходную мощность P можно представить в виде:
