Усилитель мощности диапазона 150-240 МГц с выходной мощностью 10 Вт

Министерство образования Республики Беларусь

Белорусский Государственный Университет

Информатики и Радиоэлектроники

Факультет   радиотехники   и   электроники

Кафедра радиотехнических систем

П О Я С Н И Т Е Л Ь Н А Я    З А П И С К А

к проекту по теме

“Усилитель мощности диапазона 150 – 240 МГц”

                                                                                   Студенты группы 242801

                                                                                   Буцневич П.В.     

Шушкевич Е.З.

                                                                                   Руководитель проекта

Бригидин А.М.

___________ (Подпись)

Минск 2005

Содержание

Введение3

1.Техническое задание4

2.Электрический расчёт усилителя мощности5

2.1 Распределение линейных искажений в области ВЧ5

2.2 Расчёт выходного каскада5

2.3 Расчет активной коллекторной термостабилизации8

2.4 Расчёт входного каскада9

2.5 Расчет разделительных емкостей12

3. Конечная схема и внешний вид13

Заключение13

Список использованных источников14

Введение

Разработка и проектирование высокочастотных усилителей мощности (УМ) в настоящее время не являются трудно решаемой проблемой. Известно значительное число схемотехнических решений с высокими техническими характеристиками. Однако получение заданной мощности при условии низкой себестоимости устройства и реализации высоких качественных показателей усилителей мощности, является достаточно сложной задачей.

Обычно задача обеспечения выходной мощности средних уровней (3…30 Вт) при контролируемых параметрах передаточной характеристики усилителя решается с использованием низкодобротных фильтровых трансформирующих цепей. Такой подход обеспечивает получение заданных функционально-энергетических характеристик и удовлетворяет необходимым требованиям к линейности передаточной характеристики усилителей мощности, оконечные каскады которых работают в экономичных режимах с отсечкой коллекторного тока.

Практическое использование рассмотренных принципов было положено в основу разработки трехкаскадного усилителя мощности диапазона 150-200 МГц.  

1. Технические характеристики усилителя мощности

Выходная мощность                                                                  10 Вт

Диапазон рабочих частот                                                          150-240 МГц

Линейные искажения в области нижних частот                                               не более 2 дБ

в области верхних частот                                              не более 2 дБ

Коэффициент усиления                                                             25 дБ

Входное сопротивление                                                            50 Ом

Выходное сопротивление                                                          50 Ом

2. Электрический расчет усилителя

2.1. Распределение линейных искажений в области ВЧ

Расчёт усилителя будем проводить исходя из того, что искажения распределены между каскадами равномерно, а так как всего три каскада и общая неравномерность должна быть не больше 2 дБ, то на каждый каскад приходится по 0,7 дБ.

2.2.  Электрический расчёт выходного каскада

Выбор транзистора оконечного каскада осуществляется с учётом следующих предельных параметров:

·  граничной частоты усиления транзистора по току в схеме с ОЭ

;

·  предельно допустимого напряжения коллектор-эмиттер

;

·  предельно допустимого тока коллектора

;

·  предельной мощности, рассеиваемой на коллекторе

.

Приведенным требованиям удовлетворяет биполярный СВЧ транзистор КТ934Б, который имеет следующие характеристики:

·  граничную частоту коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ ;

·  постоянную времени цепи обратной связи  при   пс;

·  статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ ;

·  емкость коллекторного перехода при  В пФ;

·  индуктивность вывода базы нГн;

·  индуктивность вывода эмиттера нГн и обеспечивает предельные эксплуатационные режимы:

·  постоянное напряжение коллектор-эмиттер В;

·  постоянный ток коллектора А;

·  постоянная рассеиваемая мощность коллектора  Вт;

По характеристикам транзистора определяем  крутизну линии граничного режима   A/B,   Ом  и  напряжение  отсечки В.

Выбираем граничный режим работы. Принимаем B.

Сопротивление базы Ом, сопротивление  Ом.

Рассчитаем коллекторную цепь усилителя мощности.

1)  Определим коэффициент использования коллекторного напряжения:

.

2) Рассчитаем амплитуду коллекторного ВЧ напряжения:

В.

3)  Получим пиковое значение напряжения коллектор-эмиттер:

В.

4)  Определим амплитуду 1-й гармоники коллекторного тока:

 А.

5)  Амплитуда импульса коллекторного тока:

A.

6)  Постоянная составляющая коллекторного тока:

 A.

7)  Мощность, потребляемая по коллекторной цепи:

Вт.

8)  Мощность, рассеиваемая коллектором:

Вт.

9)  Определим коэффициент полезного действия:

%.

10) Сопротивление нагруженной коллекторной цепи, необходимое для реализации рассчитанного режима работы:

 Ом.

Рассчитаем базовую цепь усилителя мощности.

1)  Коэффициент усиления транзистора по мощности:

.

2)  Требуемая мощность входного сигнала:

 Вт.

3)  Первая гармоника тока базы:

 A.

4)  Амплитуда входного ВЧ напряжения база-эмиттер:

 В.

5)  Входное сопротивление по 1-й гармонике сигнала:

 Ом.

Рассчитаем параметры входной согласующей цепи. При известном активном входном сопротивлении транзистора  R_{вх VT} =75 Ом  и требуемом сопротивлении на входе согласующей цепи R_{вх  тракта} =50 Ом ее параметры рассчитываются в соответствии со следующими выражениями:

;

;

.

Откуда по реактивным сопротивлениям на рабочей частоте 175МГц, найдем значения индуктивностей и емкостей:

Гн.

Ф =15 пФ.

Ф = 3 пФ.

Рассчитаем элементы выходной согласующей цепи, в качестве которой  используем П-образный фильтр С₃ L₃ C₄  (рис. 1).

Сопротивления реактивных элементов в схеме рассчитываются по следующей формуле:

.

.

.

Значения индуктивности и емкостей определяются следующим образом:

Ом;

 нГн;

 пФ.

Дроссель в коллекторной цепи каскада ставится для того, чтобы выход транзистора по переменному току не был заземлен. Его величина выбирается исходя из условия:

.

мкГн.

Принципиальная схема выходного каскада имеет вид, представленный