Микроволновый усилитель класса "В"
Методами численного моделирования и экспериментального исследования обоснование возможности создания для бортовых радиолокационных станций двухтактного усилителя мощности работающего в сантиметровом диапазоне волн режима класса "В" на частоте 11.25 ГГц.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 04.11.2018 |
| Размер файла | 256,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Микроволновый усилитель класса "В"
Аржанов С.Н.
Жильцов Д.Д.
Силютин А.И.
Методами численного моделирования и экспериментального исследования обоснована возможность создания для бортовых РЛС двухтактного усилителя мощности (УМ) работающего в сантиметровом диапазоне волн в режиме класса «В». На частоте 11.25 ГГц экспериментально получены следующие характеристики: выходная мощность при сжатии коэффициента усиления на 1dB составила 21 dBm, при коэффициенте усиления мощности 9.5 dB и коэффициенте полезного действия 40 %. бортовой радиолокационный станция усилитель
К.С.: Двухтактный усилитель, режим «В», микрополосковый трансформатор, сантиметровый диапазон волн, арсенид галлиевый ПТШ.
Применение двухтактного УМ класса «В» в бортовых РЛС позволит упростить и удешевить приемо-передающий модуль (ППМ) за счет исключения схемы (блока) управления источником питания при усилении СВЧ радиоимпульсов переменной скважности. При этом сохраняется возможность достижения необходимого уровня мощности при достаточно высоком КПД.
Схемотехническое моделирование двухтактного усилителя было проведено в системе “Design Center” (Pspice) [1]. Исследования подтвердили работоспособность двухтактной схемы с применением трансформаторов на микрополосковых связанных линиях (МПЛ) в заданном диапазоне волн (рисунок 1) и преимущества усилителя по энергетическим показателям.
Рисунок 1- Зависимость тока первого транзистора Id1, второго Id2 и суммарного тока усилителя Io от времени
Макет усилителя, реализующий двухтактную схему включения транзисторов (рисунок 2), выполнен по тонкопленочной технологии гибридных интегральных схем на двух поликоровых подложках размером по 8*18 мм. В качестве усилительных элементов использованы ПТШ на GaAs c барьером Шоттки. Чипы транзисторов установлены на металлических кристалл держателях. Основные параметры транзистора: размеры затвора 0.3*250 микрон, максимальный ток насыщения Idss=40…100 mA; напряжение питания Vds8 V; напряжение запирания Vp=-1…-2.5 V; достижимая мощность при сжатии коэффициента усиления на 1dB составляет P1dB=22 dBm. Сдвиг по фазе на 180 градусов на входах ПТШ и суммирование на выходе осуществляется с помощью микрополосковых трансформаторов [2], выполненных на четвертьволновых отрезках связанных МПЛ W1a,b…W3 и W18…W20a,b с волновым сопротивлением 140 Ом и сопротивлением связи 80 Ом. Транзисторы включены по схеме с общим истоком. Напряжения питания и смещения подаются через фильтры нижних частот, выполненные на четвертьволновых отрезках МПЛ: W10…W12, W13…W15, W6, W8, W4 и W9. Параметры отрезков МПЛ W5,W7, W16,W17 выбирались из условий оптимальности нагрузки по четным гармоникам.
Рисунок 2- Принципиальная электрическая схема двухтактного УМ сантиметрового диапазона
Исследования проводились на частоте 11.25 ГГц при двух режимах работы УМ по постоянному току. Для выбранного транзистора максимум выходной мощности достигается при напряжении питания Vds=8 V, а максимум КПД при - Vds=6 V. Смещение на затворах ПТШ в обоих случаях было Vgs= -1.5 V , при этом начальный ток у обоих транзисторов в отсутствии сигнала был равен нулю. При входной мощности Pin=-7 dBm общий ток усилителя составлял по 6 mA. Подстройка усилителя на максимум параметра производилась путем изменения входных и выходных импедансов ПТШ с помощью кусочков индия.
Анализ результатов эксперимента показал, что режим, обеспечивающий максимум КПД, является для работы усилителя предпочтительным (рисунок 3). При незначительной потере в коэффициенте усиления и уровне выходной мощности, получен существенный выигрыш в КПД. При этом, как видно из рисунка 3, наблюдается практическое постоянство коэффициента усиления по мощности в широком диапазоне входного воздействия.
Рисунок 3-Экспериментальные зависимости тока стока - Id (mA), выходной мощности - Pout (dBm), коэффициента усиления мощности - Kp (dB) и КПД - (%) от входной мощности - Pin (dBm)
Объясняется это тем, что для транзисторов подобного типа, при малом значении тока стока Id выходное сопротивление транзистора Rds=Vd/Id велико, а крутизна проходной характеристики So=Id/Vg мала. С ростом тока стока выходное сопротивление уменьшается, а крутизна проходной характеристики увеличивается. Это видно по ВАХ транзистора, которые были рассчитаны в системе Mathcad по модели Куртиса (рисунок 4):
Id(Vg,Vd)=*(1+*Vd)*(Vg-Vp)2*tanh(*Vd), где (1)
Рисунок 4 -Выходные вольтамперные характеристики транзистора
Для простоты иллюстрации этого эффекта приведем упрощенное выражение коэффициента усиления вида (2):
Kp=-Y21/(Y22+Ylo)-So/(). (2)
Здесь Yij - обобщенные Y- параметры эквивалентной схемы транзистора; Ylo- адмитанс нагрузки.
Как показали последующие исследования, постоянство усиления обуславливает неизменность амплитудно-фазовой характеристики усилителя, что является одним из требований предъявляемых к усилителям, работающим в составе РЛС.
Не идентичность плеч УМ за счет разброса параметров ПТШ и пассивных элементов, а также отклонения от симметрии монтажа не позволили достичь теоретических преимуществ двухтактной схемы. Однако эти недостатки значительно устраняются при исполнении УМ по монолитной интегральной схеме, а само схемное решение может быть рекомендовано для реализации в виде микросхемы.
Литература
1. Разевиг В.Д. Система схемотехнического моделирования и проектирования печатных плат Design Center (Pspice).М.: СК Пресс, 1996.-272с., ил.
2. Аржанов С. Н., Баров А.А. и др. Гибридные интегральные функциональные элементы и устройства СВЧ. Электронная промышленность, 1-2, 1988, с. 137-144.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Работа радиолокационных станций в условиях помех и действия малоразмерных целей. Расчет параметров входного устройства транзисторного усилителя. Расчет функции передачи и элементов согласующей цепи. Синтез схемы входного устройств малошумящего усилителя.
дипломная работа [8,6 M], добавлен 04.12.2013Разработка и расчет схемы двухтактного усилителя мощности с заданными параметрами. Расчет оконечного, промежуточного и входного каскада. Выбор цепи стабилизации тока покоя. Результирующие характеристики усилителя. Требования к мощности источника питания.
курсовая работа [617,9 K], добавлен 16.10.2011Разработка усилителя электрических сигналов, состоящего из каскадов предварительного усилителя. Расчет двухтактного бестрансформаторного усилителя мощности. Определение каскада с ОЭ графоаналитическим методом. Балансные (дифференциальные) усилители.
курсовая работа [672,4 K], добавлен 09.03.2013Применение ЛБВ в радиолокационно-связной аппаратуре. Технические требования по реализации усилителя мощности, расчет основных узлов импульсного источника, обоснование проекта. Влияние на организм человека электромагнитных полей радиочастотного диапазона.
дипломная работа [564,7 K], добавлен 25.06.2010Особенности применения современных средств проектирования для анализа усилителя мощности звуковой частоты с малыми нелинейными искажениями. Анализ моделирования схемы усилителя мощности звуковой частоты для автомобильной звуковоспроизводящей аппаратуры.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 07.04.2010Построение и расчет усилителя мощности для стационарной аппаратуры второй группы сложности. Выбор, обоснование и предварительный расчет структурной схемы усилителя. Полный электрический расчет усилителя мощности и узлов предварительного усилителя.
курсовая работа [279,9 K], добавлен 05.09.2008Расчет усилителя с реостатно–емкостными связями, работающего в области низких частот 10 Гц – 100 кГц. Выбор транзистора выходного каскада. Значение максимального тока на нагрузке. Проверка правильности выбора транзистора по верхней частоте, его схема.
курсовая работа [962,4 K], добавлен 11.09.2015Обоснование и выбор функциональной схемы усилителя низкой частоты. Выбор функциональной схемы. Предварительный усилитель и усилитель мощности. Особенности выбора обратной связи и операционного усилителя для ВУ и ПУ. Питание операционных усилителей.
курсовая работа [360,9 K], добавлен 27.02.2010Расчет усилителя мощности с представлением структурной схемы промежуточных каскадов на операционных усилителях. Расчет мощности, потребляемой оконечным каскадом. Параметры комплементарных транзисторов. Выбор операционного усилителя для схемы бустера.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 05.02.2013Схемотехнические принципы проектирования усилителя электрических сигналов. Обоснование его структурной схемы. Выбор типов и номиналов элементов устройства. Обоснование схемы инверсного и реостатного каскадов. Проверка расчётов по коэффициенту усиления.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 07.01.2015Исследование работы интегрального усилителя в различных режимах. Подключение усилителя как повторителя. Измерение входящего и выходящего напряжения. Определение частоты пропускания усилителя. Анализ способов получения большого усиления на высокой частоте.
лабораторная работа [81,5 K], добавлен 18.06.2015Разработка и расчет оконечного каскада усилителя мощности. Выбор типа транзистора. Расчет масштабирующего усилителя с инвертированием сигнала. Разработка блока питания. Расчет предоконечного и промежуточного каскадов. Выбор операционного усилителя.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 14.10.2009Основные особенности групповых усилителей. Принципиальная схема усилителя. Расчет рабочих частот. Выбор и обоснование схемы выходного каскада усилителя (ВКУ). Выбор режима работы транзистора ВКУ. Расчет стабилизации режима работы транзистора ВКУ.
курсовая работа [582,6 K], добавлен 28.01.2015Составление структурной схемы усилителя низкой частоты радиоприемника и принципиальной схемы выходного каскада. Расчет входного сопротивления плеча. Основные параметры биполярного транзистора. Расчет двухтактного транзисторного каскада мощного усиления.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 07.12.2012Выбор принципиальных схем узлов устройства. Компьютерное моделирование предварительного усилителя и усилителя мощности с общей обратной связью. Расчёт стабилизатора напряжения, усилителя, сглаживающего фильтра, трансформатора, диодной схемы выпрямления.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 20.12.2014Понятие электроники в физике и технике. Характеристика и предназначение усилителя мощности, особенности его применения в звуковой технике. Выбор и расчет элементов усилительного каскада, расчет источника питания и сущность моделирования приборов.
курсовая работа [488,3 K], добавлен 12.08.2011Описание блок–схемы транзисторного двухкаскадного усилителя мощности низких частот. Вычисление мощности, потребляемой цепью коллектора транзистора от источника питания. Расчёт выходного и предварительного каскадов усилителя, фильтра нижних частот.
контрольная работа [323,8 K], добавлен 18.06.2015Назначение и принцип работы усилителя мощности звуковой частоты. Порядок проектирования мостового усилителя мощности звуковой частоты, составление его принципиальной электрической схемы и отладка ее модели. Произведение машинных расчетов и их анализ.
курсовая работа [73,0 K], добавлен 14.07.2009Определение назначения, анализ технических характеристик и описание принципиальной схемы усилителя мощности звуковой частоты. Выбор контрольных точек усилителя, расчет трансформатора и стабилизатора напряжения прибора. Алгоритм диагностики усилителя.
курсовая работа [127,5 K], добавлен 26.01.2014Проектирование усилителя мощности радиостанции. Конструкторские особенности разрабатываемого блока. Расчеты параметров. Рассмотрение технологичности конструкции. Разработка технологии сборки и регулировки. Конкурентоспособность усилителя мощности.
дипломная работа [335,2 K], добавлен 26.03.2012
