Цепи согласования каскадов усилителя мощности передатчика

Онлайн калькулятор расчёта межкаскадных корректирующих LC - цепей

Поразмышляли мы о том, о сём на прошлой странице, почесали репы, да и произвели-таки расчёт цепи согласования выходного каскада передатчика с антенной.
Потом ещё раз подумали-подумали-почесали и решили, что мало нам согласовать мощный транзистор с антенной, его ещё надо как-то подключить к предыдущему каскаду, призванному обеспечить достаточный уровень сигнала для управления оконечником.
А учитывая крайне низкое значение входного импеданса мощного биполярника, его надо будет не только подключить, но и согласовать по сопротивлению, а без этого - никуда, и задачу эту придётся решать по-любому: без шаманства, танцев с бубнами и разных там подстроечных конденсаторов.

Входное сопротивление транзистора в схеме с ОЭ равно справочной характеристике - rб и может быть как указано в источнике знаний, так и нет... Как быть, если - нет?
Тут главное не сжигать себя отчаянием, а просто задуматься не столько о смысле бытия, сколько о том - как выйти из сложившегося положения.
Сопротивление rб транзистора напрямую зависит от площади p-n переходов транзистора: чем больше площадь - тем ниже сопротивление (причём как активное, так и реактивное). В прямой пропорции от площади переходов находится и мощность транзистора: чем больше площадь - тем выше мощность. Осталось выяснить, каким сопротивлением базы обладает одноваттный транзистор и смасштабировать полученные данные на транзистор любой мощности. Полазив по справочникам, была выявлена цифра, позволяющая с достаточной точностью определять входное сопротивление транзистора любой мощности - 10 Ом на 1 Вт. Т.е. 150-ваттный транзистор будет иметь rб ≈ 10 Ом/150=0,07 Ом, 100-ваттный ≈ 0,1, а 50-ваттный ≈ 0,2 Ом. Данной точности вполне достаточно для корректного расчёта коэффициента трансформации согласующей цепи.

На Рис.1 приведена схема согласования выходного каскада транзисторного усилителя с предыдущим каскадом.

Рис.1

Методика расчёта дросселей L1, L2 и L5 была описана на прошлой странице. Там же может быть вычислено и выходное сопротивление первого каскада на транзисторе Т1, исходя из его мощности.
Как рассчитать входное сопротивление Т2 (если мы не нашли этот параметр в справочнике), также подробно обсудили.
Осталось всего ничего - произвести незамысловатый расчёт согласующей цепи, представляющей из себя трансформатор сопротивлений и состоящей из С1, С2, L3.
Но для начала, чтобы далеко не бегать, я приведу-таки калькулятор для расчёта входных/выходных сопротивлений транзисторов.

Онлайн расчёт входных/выходных сопротивлений транзисторных каскадов ОЭ

Напряжение питания Еп (В)
Макс. мощность транзистора Т1 (Вт)
Макс. мощность транзистора Т2 (Вт)
Выходное сопротивление транзистора Т1 (Ом)
Входное сопротивление транзистора Т2 (Ом)

Не забываем, что полученные значения выходных сопротивлений транзисторов следует увеличить на 20-30%, либо на большую величину, соответствующую выбранному запасу работы транзистора по отношению к его максимальной паспортной мощности.
Входные сопротивления транзисторных каскадов с ОЭ также не являются неизменными величинами. И они зависят от тока коллектора полупроводников, но не так явно, в связи с наличием значительной конструктивной входной ёмкости транзистора, обуславливающей реактивную составляющую входного импеданса.
На самом деле, если мы не выбираем выходной транзистор с 10-кратным запасом по мощности (а этого делать и не следует в связи со значительным снижением КПД), а ограничиваемся 20-30% запасом, то в качестве максимальной мощности транзистора Т2 в калькуляторе следует вводить значение ≈ 2×Рвых усилителя, а Т1 - величину в 5-10 раз меньшую, что позволит получить на выходе калькулятора цифры входных и выходных сопротивлений, близкие к реальным.
Почему ≈ 2×Рвых усилителя, мы подробно рассмотрели на прошлой странице. Почему в 5-10 раз меньшую - именно такой коэффициент усиления по мощности имеет выходной каскад на мощном биполярном транзисторе.

Методика расчёта корректирующих цепей, используемых в усилителе (Рис.1), описана профессором кафедры Томского университета, доктором технических наук Титовым Александром Анатольевичем, и позволяет осуществлять реализацию усилительных каскадов с максимально возможным коэффициентом усиления при одновременном обеспечении заданной АЧХ устройства. Расчёт подразумевает использование табличных нормированных значений элементов.
А поскольку без пол-литра в этом запутанном деле не разберёшься, мало того, и с пол-литра довольно затруднительно, то калькулятор по расчёту данных цепей окажется совсем не лишним.

Важно иметь в виду, что отношение Rвых предварительного каскада к Rвх последующего должно находиться в пределах 9,43... 500.

Онлайн расчёт элементов согласующей межкаскадной LC цепи

Рабочая частота (МГц)
Выходное сопротивление тр-ра Т1 Rвых1 (Ом)
Входное сопротивление тр-ра Т2 Rвх2 (Ом)
Rвых1/Rвх2 (должно быть: 9,43...500)
Ёмкость конденсатора С1 (пФ)
Ёмкость конденсатора С2 (пФ)
Индуктивность катушки L3 (мкГн)
Полоса пропускания (МГц)

Некоторых радиолюбителей могут смутить или даже напугать низкие величины индуктивностей, получившиеся при расчётах на высоких частотах. Смущаться не надо! Изжоги бояться, как известно - водки не пить!
Во-первых, индуктивности мелких номиналов достаточно легко реализуются на полосковых линиях. Вот как, примеру, видит линию согласования своего VHF/UHF High power транзистора RD15HVF1 Mitsubishi Electric Corporation:


Во-вторых, есть схемотехнический метод замещения катушки индуктивности мелкого номинала посредством катушки со значением индуктивности большей величины.
Как это можно организовать? Подробно рассмотрим на следующей странице.

Назад

Дальше