Расчет оконечного каскада усилителя мощности на базе биполярного транзистора MRF20060R фирмы Motorola

4.1. Расчёт оконечного каскада УМ

В качестве усилительного элемента в выходном каскаде усилителя мощности применяется биполярный транзистор MRF20060R фирмы Motorola. Исходя из соображений получения необходимой мощности, было решено применять двухтактную схему выходного каскада. Двухтактная схема в значительной степени подавляет гармоники чётных порядков, что не предъявляет повышенных требований к выходному фильтру подавляющему внеполосные излучения, так как амплитуда третьей гармоники сигнала мала. Отсутствие четных гармоник также позволяет снизить нелинейные искажения на выходе усилителя.

Приведём схему рассчитываемого нами выходного каскада:

Рисунок 3 - Принципиальная схема выходного каскада.

Проведём краткое описание элементов данной схемы: Резисторы R2, R3, R5, R6 являются элементами смещения, задающими рабочую точку транзисторов VT1 и VT2, цепочки C3, R1 и C4, R4 предотвращают обратную связь по высокой частоте через источник питания. Ёмкость C5 является фильтром по питанию, конденсатор C6 является как разделительным, так и источником питания для нижнего транзистора во второй полупериод усиления. Противофазность возбуждения транзисторов обеспечивает входной трансформатор на линиях передачи Л1 и Л2. Особенность его состоит в том, что продольное напряжение на линии Л1 равно сумме входного и выходного напряжений,  а продольное  напряжение на линии Л2 отсутствует. Разделительные конденсаторы С1 и С2 предотвращают замыкание по постоянному току проводниками линий Л1 и Л2 цепей с различными потенциалами.

Приведём параметры используемого нами транзистора MRF20060R:

· f_t  = 2ГГц – предельная частота,

· h21e  = 60 – коэффициент усиления по току в схеме с ОЭ,

· T_k <= 150°C– предельный нагрев коллектора,

· P_доп = 60 Вт – макс. рассеиваемая на коллекторе мощность,

· S_кр =12 – критическая крутизна статической характеристики,

· C_к = 35 пФ – ёмкость КБ,

· C_э = 500 пФ – ёмкость ЭБ,

· I_kдоп = 8 А – макс. допустимый ток коллектора,

· U_kэдоп = 69 B – макс. допустимое напряжение КЭ.

· U_кбдоп = 69 В – макс. допустимое напряжение КБ,

· U_эбдоп = -3.5 В – макс. допустимое напряжение ЭБ,

· L_э = 0.3нГн – индуктивность вывода эммитера,

· L_б= 1.3 нГн – индуктивность вывода коллектора,

· f_b = f_t/B– граничная частота.

Пусть В = 30 – постоянный усреднённый по времени коэф-т усиления по току.

Исходя из выбранной схемы, угол отсечки выбираем равным . Данному значению угла отсечки соответствуют:

, , ,  .

1. Определим ξ_ГР исходя из того, какую мощность необходимо получить на выходе усилителя:

              (4.1.3).  

2. Определим амплитуду выходного напряжения первой гармоники каскада

                                                       (4.1.4).

3. Определим амплитуду тока первой гармоники каскада

                                                    (4.1.5).

4. Определим постоянную составляющую тока коллектора каскада 

                                                (4.1.6).

5. Максимальный коллекторный ток:

                                                                                

                                                                           (4.5)

6. Определим мощность колебаний первой гармоники

                                                      (4.1.7).

7. Определим мощность, потребляемую от источника питания

                                                          (4.1.8).

8. Определим рассеиваемую на коллекторе мощность

                                                 (4.1.9).

Проверка:   - можно продолжать расчёт.

9. Определим электронный КПД

 или                                                            (4.1.10).

10. Определим амплитуду гармонического управляющего заряда первой гармоники

                                         (4.1.11).

11. Определим минимальное напряжение на эммитерном  переходе транзистора

                                                            (4.1.12).                   

12. Определим напряжение смещения на эммитерном  переходе транзистора                   

                      (4.1.13).

 13. Определим необходимое сопротивление нагрузки каскада

                                                            (4.1.14).

14. Сопротивление между базовым и эмиттерным выводами транзистора при :

                                                          (4.3.9)

           

15. Сопротивление между коллектором и базой транзистора Rкб:

     (4.3.10)

16. Определим амплитуду тока базы первой гармоники

      (4.1.15).

17. Определим входное сопротивление транзистора одного плеча

            (4.1.16).

18. Определим входную мощность каскада

                                     (4.1.17).

19. Определим коэффициент усиления по мощности каскада

    или         (4.1.18).

20. Постоянные составляющие базового и эмиттерного токов:

                                                                       (4.22),                       

                                                                                                          (4.23).

21. Рассчитаем входную индуктивность транзистора

                           (4.1.19).