Реферат на тему "Проектирование цепей коррекции согласования и фильтрации усилителей мощности радиопередающих устройств"




Реферат на тему

текст обсуждение файлы править категориядобавить материалпродать работу




Книга на тему Проектирование цепей коррекции согласования и фильтрации усилителей мощности радиопередающих устройств

скачать

Найти другие подобные рефераты.

Книга *
Размер: 0.85 мб.
Язык: русский
Разместил (а): Титов А.
Предыдущая страница 1 2 3 4 5 6 Следующая страница

добавить материал

1)    нахождение дробно-рациональной функции комплексного переменного, описывающей коэффициент передачи усилительного каскада с КЦ;
2)    синтез коэффициентов квадрата модуля прототипа передаточной характеристики усилительного каскада с КЦ по заданным значениям  и ;
3)    расчет коэффициентов функции-прототипа  по известным коэффициентам ее квадрата модуля;
4)    решение системы нелинейных уравнений (3.3) относительно нормированных значений элементов МКЦ.
Многократное решение системы линейных неравенств (3.5) для различных  и  позволяет осуществить синтез таблиц нормированных значений элементов МКЦ, по которым ведется проектирование усилителей.
Известные схемные решения построения КЦ усилителей мощности отличаются большим разнообразием. Однако из-за сложности настройки и высокой чувствительности характеристик усилителей к разбросу параметров сложных КЦ в усилителях мощности радиопередающих устройств метрового и дециметрового диапазона волн практически не применяются КЦ более четвертого-пятого порядка. [3, 5, 19, 20, 41].
Воспользуемся описанной выше методом параметрического синтеза усилительных каскадов с КЦ для синтеза таблиц нормированных значений элементов наиболее эффективных схемных решений построения КЦ широкополосных и полосовых усилителей мощности.
3.2. Параметрический синтез широкополосных усилительных каскадов
         На рис. 3.1–3.3 приведены схемы КЦ, наиболее часто применяемые при построении широкополосных усилителей мощности метрового и дециметрового диапазона волн [5, 7, 12, 42–44].

Рис. 3.1. Четырехполюсная диссипативная КЦ второго порядка

Рис. 3.2. Четырехполюсная реактивная КЦ третьего порядка

Рис. 3.3. Четырехполюсная диссипативная КЦ четвертого порядка
Осуществим синтез таблиц нормированных значений элементов приведенных схемных решений КЦ.
3.2.1. Параметрический синтез широкополосных усилительных каскадов с корректирующей цепью второго порядка
Практические исследования различных схемных решений усилительных каскадов с КЦ на полевых транзисторах показывают, что схема КЦ, представленная на рис. 3.1 [43, 45, 46], является одной из наиболее эффективных, с точки зрения достижимых характеристик, простоты настройки и конструктивной реализации.
Аппроксимируя входной и выходной импедансы транзисторов  и   - и - цепями [8, 12, 47] найдем выражение для расчета коэффициента передачи последовательного соединения транзистора  и КЦ:
                         (3.6)
где    ;
;
 – нормированная частота;
 – текущая круговая частота;
*  – верхняя круговая частота полосы пропускания разрабатываемого усилителя;
        
 – крутизна транзистора ;
 – выходное сопротивление транзистора ;


 – нормированные относительно  и  значения элементов ;
 – выходная емкость транзистора ;
 – входная индуктивность и входная емкость транзистора .
В качестве прототипа передаточной характеристики каскада выберем функцию вида
,                                       (3.7)
квадрат модуля которой равен:
.                                 (3.8)
Для выражения (3.8) составим систему линейных неравенств (3.5):
                                (3.9)
Решая (3.9) для различных , при условии максимизации функции цели: , найдем коэффициенты квадрата модуля функции-прототипа (3.8), соответствующие различным значениям допустимого уклонения АЧХ от требуемой формы. Вычисляя полиномы Гурвица знаменателя функции (3.8), определим требуемые коэффициенты функции-прототипа (3.7). Решая систему нелинейных уравнений

относительно  при различных значениях , найдем нормированные значения элементов КЦ, приведенной на рис. 3.1. Результаты вычислений для случая, когда  равна 0,25 дБ и 0,5 дБ, сведены в таблицу 3.1.
Таблица 3.1 – Нормированные значения элементов КЦ
 

 = ± 0,25 дБ
 = ± 0,5 дБ






0,01
0,05
0,1
0,15
0,2
0,3
0.4
0,6
0,8
1
1,2
1,5
1,7
2
2,5
3
3,5
4,5
6
8
1,59
1,59
1,59
1,59
1,59
1,59
1,59
1,59
1,59
1,58
1,58
1,46
1,73
1,62
1,61
1,61
1,60
1,60
1,60
1,60
88,2
18,1
9,31
6,39
4,93
3,47
2,74
2,01
1,65
1,43
1,28
1,18
1,02
0,977
0,894
0,837
0,796
0,741
0,692
0,656
160,3
32,06
16,03
10,69
8,02
5,35
4,01
2,68
2,01
1,61
1,35
1,17
0,871
0,787
0,635
0,530
0,455
0,354
0,266
0,199
2,02
2,02
2,02
2,02
2,02
2,02
2,02
2,02
2,02
2,02
2,02
2,02
2,01
2,00
2,03
2,03
2,02
2,02
2,02
2,02
101
20,64
10,57
7,21
5,50
3,86
3,02
2,18
1,76
1,51
1,34
1,17
1,09
1,00
0,90
0,83
0,78
0,72
0,67
0,62
202,3
40,5
20,2
13,5
10,1
6,75
5,06
3,73
2,53
2,02
1,69
1,35
1,19
1,02
0,807
0,673
0,577
0,449
0,337
0,253
 
Рассматриваемая КЦ может быть использована также и в качестве входной КЦ [44]. В этом случае следует принимать: , где  – активная и емкостная составляющие сопротивления генератора.
При заданных  и  расчет КЦ сводится к нахождению нормированного значения , определению по таблице 3.1 соответствующих значений  и их денормированию.
Пример 3.1. Рассчитать КЦ однокаскадного транзисторного усилителя с использованием синтезированных данных таблицы 3.1, при условиях: используемый транзистор 3П602А; = 50 Ом; верхняя частота полосы пропускания усилителя равна 1,8 ГГц; допустимая неравномерность АЧХ равна ± 0,5 дБ. Принципиальная схема каскада приведена на рис. 3.4. Для термостабилизации тока покоя транзистора 3П602А, в схеме применена активная коллекторная термостабилизация на транзисторе КТ361А [48]. На выходе каскада включена выходная корректирующая цепь, практически не вносящая искажений в АЧХ каскада, состоящая из элементов 2,7 нГн, 0,64 пФ и обеспечивающая минимально возможное значение максимальной величины модуля коэффициента отражения ощущаемого сопротивления нагрузки внутреннего генератора транзистора (см. раздел 2.1).
  

Рис. 3.4                                                     Рис. 3.5

 
Решение. Используя справочные данные транзистора 3П602А [49] и соотношения для расчета значений элементов однонаправленной модели полевого транзистора [1], получим: =2,82 пФ, =0,34 нГн. Нормированное относительно  и  значение  равно: 1,77. Ближайшая величина  в таблице 3.1 составляет 1,7. Для этого значения  и
+ 0,5 дБ из таблицы найдем: =2,01; =1,09; =1,19. После денормирования элементов КЦ получим: =3,2 пФ; =
4,3 нГн; =3,96 нГн; =60 Ом. Коэффициент усиления рассматриваемого усилителя равен [14]:  = 4,4.
На рис. 3.5 (кривая 1) приведена АЧХ рассчитанного усилителя, вычисленная с использованием полной эквивалентной схемы замещения транзистора [49]. Здесь же представлена экспериментальная характеристика усилителя (кривая 2), и АЧХ усилителя, оптимизированного с помощью программы оптимизации, реализованной в среде математического пакета для инженерных и научных расчетов MATLAB [50] (кривая 3). Кривые 1 и 3 практически совпадают, что говорит о высокой точности рассматриваемого метода параметрического синтеза. Оптимальность полученного решения подтверждает и наличие чебышевского альтернанса АЧХ [35].
3.2.2. Параметрический синтез широкополосных усилительных каскадов с корректирующей цепью третьего порядка
Схема четырехполюсной реактивной КЦ третьего порядка приведена на рис. 3.2 [5, 42, 45]. Как показано в [51] рассматриваемая КЦ позволяет реализовать коэффициент усиления каскада близкий к теоретическому пределу, который определяется коэффициентом усиления транзистора в режиме двухстороннего согласования на высшей частоте полосы пропускания [7].
Аппроксимируя входной и выходной импедансы транзисторов  и   - и - цепями [11, 19, 35], от схемы, приведенной на рис. 3.2, перейдем к схеме, приведенной на рис. 3.6.
  
Рис. 3.6                                            Рис. 3.7
Вводя идеальный трансформатор после конденсатора и применяя преобразование Нортона [2, 3], перейдем к схеме представленной на рис. 3.7. Для полученной схемы в соответствии с [7, 11, 35] коэффициент передачи последовательного соединения КЦ и транзистора  может быть описан в символьном виде дробно-рациональной функцией комплексного переменного:
,                            (3.10)
где    ;
 – нормированная частота;
 – текущая круговая частота;
*  – верхняя круговая частота полосы пропускания разрабатываемого усилителя;
;                                     (3.11)
 – коэффициент усиления транзистора  по мощности в режиме двухстороннего согласования на частоте  [7];
          – частота, на которой коэффициент усиления транзистора по мощности в режиме двухстороннего согласования равен единице;

;                                                        (3.12)
* , , , ,  – нормированные относительно  и *  значения элементов , , , , .
Переходя от схемы рис. 3.7 к схеме рис. 3.6 по известным значениям  найдём:
                                    (3.13)
где    ;
*  – нормированное относительно  и  значение .
В качестве функции-прототипа передаточной характеристики (3.15) выберем дробно-рациональную функцию вида:
.                                    (3.14)
Квадрат модуля функции-прототипа (3.14) имеет вид:
,                               (3.15)
Для выражения (3.15) составим систему линейных неравенств (3.5):
                (3.16)
Решая (3.16) для различных  при условии максимизации функции цели? , найдем коэффициенты квадрата модуля функции-прототипа (3.15), соответствующие различным значениям допустимого уклонения АЧХ от требуемой формы. Вычисляя полиномы Гурвица знаменателя функции (3.15), определим требуемые коэффициенты функции-прототипа (3.14). Решая систему нелинейных уравнений

относительно , ,  при различных значениях , найдем нормированные значения элементов КЦ, приведенной на рис. 3.2. Результаты вычислений сведены в таблицу 3.2.
Анализ полученных результатов позволяет установить следующее. Для заданного значения  существует определенное значение  при превышении, которого реализация каскада с требуемой формой АЧХ становится невозможной. Большему значению  соответствует меньшее допустимое значение , при котором реализуется требуемая форма АЧХ. Это обусловлено уменьшением добротности рассматриваемой цепи с увеличением .
Исследуемая КЦ может быть использована и в качестве входной корректирующей цепи усилителя. В этом случае при расчетах следует полагать , где  – активная и емкостная составляющие сопротивления генератора.
Пример 3.2. Рассчитать КЦ однокаскадного усилителя на транзисторе КТ939А при условиях:  50 Ом; = 2 пФ; верхняя частота полосы пропускания равна 1 ГГц; допустимая неравномерность АЧХ ± 0,25 дБ. Выбор в качестве примера проектирования однокаскадного варианта усилителя обусловлен возможностью простой экспериментальной проверки точности результатов расчета, чего невозможно достичь при реализации многокаскадного усилителя. Принципиальная схема усилителя приведена на рис. 3.8.
Таблица 3.2 – Нормированные значения элементов КЦ
Неравномерность АЧХ




* =±0.1 дБ
 
* 1.805
* 1.415
0.868
0.128
0.126
0.122
0.112
0.09
0.05
0.0
1.362
1.393
1.423
1.472
1.55
1.668
1.805
2.098
1.877
1.705
1.503
1.284
1.079
0.929
0.303
0.332
0.358
0.392
0.436
0.482
0.518
* =±0.25 дБ
 
* 2.14
* 1.75
1.40
0.0913
0.09
0.087
0.08
0.065
0.04
0.0
1.725
1.753
1.784
1.83
1.902
2.00
2.14
2.826
2.551
2.303
2.039
1.757
1.506
1.278
0.287
0.313
0.341
0.375
0.419
0.465
0.512
* =±0.5 дБ
 
* 2.52
* 2.01
2.04
0.0647
0.0642
0.0621
0.057
0.047
0.03
0.0
2.144
2.164
2.196
2.24
2.303
2.388
2.52
3.668
3.381
3.025
2.667
2.32
2.002
1.69
0.259
0.278
0.306
0.341
0.381
0.426
0.478
=±1.0 дБ
 
* 3.13
* 2.26
3.06
0.0399
0.0393
0.0375
0.033
0.025
0.012
0.0
2.817
2.842
2.872
2.918
2.98
3.062
3.13
5.025
4.482
4.016
3.5
3.04
2.629
2.386
0.216
0.24
0.265
0.3
0.338
0.38
0.41
 
На выходе каскада включена выходная корректирующая цепь, практически не вносящая искажений в АЧХ каскада, состоящая из элементов
6,4 нГн, 5,7 пФ и обеспечивающая минимально возможное значение максимальной величины модуля коэффициента отражения ощущаемого сопротивления нагрузки внутреннего генератора транзистора (см. раздел 2.1).
  
Рис. 3.8                                                     Рис. 3.9
Решение. Используя справочные данные транзистора КТ939А [13] и соотношения для расчета значений элементов однонаправленной модели [10], получим: 0,75 нГн; 1,2 Ом; 15. Нормированные относительно  и  значения элементов  равны: 0,628; 0,0942;  0,024. Подставляя в (3.12)  и коэффициент функции-прототипа  из таблицы 3.2 для  = ± 0,25 дБ рассчитаем:  = 0,012. Ближайшая табличная величина  равна нулю. Для указанного значения  из таблицы 3.2 найдем: = 2,14; = 1,278; = 0,512. Подставляя найденные величины в (3.13), получим: =1,512; =0,1943; =0,9314. Денормируя полученные значения элементов КЦ, определим: =4,8 пФ; =0,6 пФ; =7,4 нГн. Теперь по (3.11) вычислим: =1,81. Резистор  на рис. 3.8, включенный параллельно , необходим для установления заданного коэффициента усиления на частотах менее  [11] и рассчитывается по формуле [52]:
.
На рис. 3.9 приведена АЧХ спроектированного однокаскадного усилителя, вычисленная с использованием полной эквивалентной схемы замещения транзистора КТ939А [9] (кривая 1). Здесь же представлена экспериментальная характеристика усилителя (кривая 2).
3.2.3. Параметрический синтез широкополосных усилительных каскадов с ЗАДАННЫМ НАКЛОНОМ АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Проблема разработки СУМ с заданным подъемом (спадом) АЧХ связана с необходимостью компенсации неравномерности АЧХ источников усиливаемых сигналов, либо с устранением частотно-зависимых потерь в кабельных системах связи, либо с выравниванием АЧХ малошумящих усилителей, входные каскады которых реализуются без применения цепей высокочастотной коррекции.
Схема корректирующей цепи, обеспечивающей реализацию заданного подъема (спада) АЧХ усилительного каскада, приведена на рис. 3.3 [7, 53, 54].
Предыдущая страница 1 2 3 4 5 6 Следующая страница


Проектирование цепей коррекции согласования и фильтрации усилителей мощности радиопередающих устройств

Скачать книгу бесплатно


Постоянный url этой страницы:
http://referatnatemu.com/?id=645&часть=3



вверх страницы

Рейтинг@Mail.ru
Copyright © 2010-2015 referatnatemu.com