Circuitos práticos de amplificadores de potência de banda estreita baseados em transistores de efeito de campo. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / amplificadores de potência RF

 Comentários do artigo

Amplificadores de potência classe A raramente são usados. Basicamente, são amplificadores de receptores de rádio HF com grande capacidade de sobrecarga. Um diagrama prático de tal amplificador é mostrado na Fig. 1. O circuito de entrada L1C1 e o circuito de saída L2C2 são geralmente sintonizados de forma síncrona e sintonizados na frequência do sinal de entrada.

Figura 1. Amplificador de potência classe A no transistor MIS

Resistência equivalente Re do circuito de saída Re=P2p2/(RL+Rí'), onde ð=Sqr(L2/C2), Rí' - resistência de carga introduzida no circuito oscilatório; RL - resistência à perda ativa; P2 - coeficiente de inclusão do circuito. O valor de Rn'=Rn/n22, onde n2 é a taxa de transformação.

O fator de qualidade do circuito de saída quando totalmente ligado Q=ReRi/(Re+Ri)2pfoL2 diminui devido ao efeito de derivação da resistência de saída do transistor Ri. Para transistores MIS de alta potência, Ri é pequeno e geralmente não excede dezenas de kilo-ohms. Portanto, para aumentar Q2, é usada uma inclusão incompleta do circuito.

A largura de banda do circuito de saída é 2Df2=fo2/Q2, e a frequência de ressonância é fo2=l/2pSqr(L2C2). Na banda HF, esse amplificador pode fornecer até várias dezenas de Ki. Um indicador importante do amplificador é o nível de ruído. As propriedades de ruído dos transistores MIS de alta potência são consideradas em [1].

A Figura 2 mostra um circuito prático do PA em um poderoso transistor MIS KP901A. Como a tarefa de obter uma pequena banda de frequência L2C2 não foi definida, o circuito é conectado diretamente ao circuito de dreno e é desviado pela carga Rí=50 Ohm. Na classe A, o amplificador tinha Ku=5(Ku=SRn) e Kp>20 em f=30 MHz. Ao mudar para o modo não linear, a potência de saída atingiu 10 W.

Figura 2. Amplificador de potência de alta frequência baseado no transistor KP901A

Um PA de dois estágios (Fig. 3) é feito nos transistores KP902A e KP901A. O primeiro estágio opera na classe A, o segundo na classe B. Para garantir a classe B, basta excluir o divisor do valor da porta do segundo transistor. O amplificador usa um circuito de comunicação de banda larga entre os estágios. Na frequência de 30 MHz, o amplificador forneceu Pout = 10 W com Ki> 15 e Kp> 100.

Fig.3. Amplificador de dois estágios baseado em poderosos transistores MIS

O amplificador de banda estreita na Fig. 4 foi projetado para operar na faixa de frequência de 144...146 MHz. Ele fornece um ganho de potência de 12 dB, um nível de ruído de 2,4 dB e um nível de distorção de intermodulação de não mais que 30 dB.

Fig.4. Amplificador de potência de banda estreita para operação na faixa de 144 ... 146 MHz

Um amplificador ressonante baseado em um poderoso transistor MIS 2NS235B (Fig. 5) na frequência de 700 MHz fornece Pout = 17 W com uma eficiência de 40 ... 45%.

Fig.5. Amplificador de potência ressonante com frequência operacional de 700 MHz

O amplificador da Fig. 6 contém um circuito de neutralização que reduz o nível de backtalk para um nível de -50 dB. Na frequência de 50 MHz, o amplificador tem um aumento de potência de 18 dB, um nível de ruído de 2,4 dB e uma potência de saída de até 1 watt.

Fig.6. PA neutralizado de baixo ruído

No circuito patenteado na Fig. 7 (US Pat. No. 3.919563) a uma frequência de 70 MHz, uma eficiência real de 90% é alcançada com uma potência de saída de 5 W a uma frequência de 70 MHz. O fator de qualidade do circuito de saída é igual a 3.

Arroz. 7. Amplificador de potência principal com 90% de eficiência.

A Figura 8 mostra um diagrama de um PA de três estágios baseado nos poderosos transistores MIS domésticos KP905B, KP907B e KP909B.

Fig.8. PA ressonante de três estágios na faixa de 300 MHz (clique para ampliar)

O amplificador fornece 30W de potência a 300MHz. Os dois primeiros estágios usam circuitos ressonantes em forma de U, e o estágio de saída usa um circuito em forma de L na entrada e um circuito em forma de U na saída. As dependências de eficiência e Pout em Uc e Pout e Kp em Pin, obtidas experimentalmente e por cálculo, são mostradas na Fig. 9.

Fig.9. Dependências dos parâmetros do estágio terminal de um PA de três estágios
na tensão de alimentação (a) e potência de entrada (b):
--- experimento; - - - Cálculo

Ao usar PA em transmissores de rádio AM (com modulação de amplitude), existem dificuldades associadas a garantir a linearidade da característica de modulação, ou seja, a dependência de Pout da amplitude do sinal de entrada. Eles são agravados ao usar modos de operação nitidamente não lineares, como classe C. A Figura 10 mostra um diagrama de um transmissor de rádio HF com modulação de amplitude. Potência do transmissor 10,8 W ao usar um poderoso transistor FMIS VMP4. A modulação é realizada alterando a tensão de polarização na porta.

Fig.10. Circuito transmissor de rádio HF com modulação de amplitude

Para reduzir a não linearidade da característica de modulação (curva 1 na Fig. 11), o transmissor usa feedback de envelope. Para fazer isso, a tensão AM de saída é retificada e o sinal de baixa frequência resultante é usado para criar um OOS. A resposta de modulação 2 na Fig. 10 ilustra uma melhoria significativa na linearidade.

Fig.11. Resposta de modulação do transmissor de rádio sem (1) e com (2) linearização

A Figura 12 mostra um diagrama esquemático de um PA chave com potência de saída nominal de 10 W e frequência de operação de 2,7 MHz. O amplificador é feito nos transistores KP902, KP904. A eficiência do amplificador na potência nominal de saída é de 72%, o ganho de potência é de cerca de 33 dB. O amplificador é excitado a partir do elemento lógico K133LB, a tensão de alimentação é de 27 V, o fator de crista da tensão de dreno do estágio de saída é 2,9. Com uma reestruturação correspondente dos circuitos de comunicação, o amplificador com os parâmetros fornecidos operou na faixa de 1,6 ... 8,1 MHz.

Fig.12. Key PA com potência nominal de saída de 10 W (clique para ampliar)

Para fornecer uma determinada potência em frequências mais altas, é necessário aumentar a potência do excitador.

Estruturalmente, ambos os PAs foram montados em placas de circuito impresso usando radiadores padrão de 100x150x20 mm, o que é explicado pelas dimensões padrão da unidade PA em transmissores de rádio. As bobinas de indutância em circuitos de comunicação são cilíndricas em hastes de ferrite da marca VCh-30 com diâmetro de 16. O fator de qualidade das bobinas de indutância é Q=150.

Bobinas padrão com indutância de 10 μH foram usadas como bobinas de bloqueio nos circuitos de alimentação do dreno de transistores de um amplificador de um watt e no estágio preliminar de um amplificador de 600 watts. O indutor de potência no circuito de drenagem do transistor KP904 está em um anel de ferrite, sua indutância é de 100 μH.

A Figura 13 mostra um diagrama esquemático de um PA chave com potência de saída nominal Pout = 100 W, projetado para uso em transmissores de rádio HF autônomos. O amplificador contém um estágio de pré-amplificação, reverso em dois transistores KP907. Na entrada VT1, um circuito em forma de U correspondente C1L1C2C3 está incluído.

Fig.13. Key PA com potência nominal de saída de 100 W (clique para ampliar)

O estágio final é montado com seis transistores KP904A. Este número de transistores foi escolhido por razões de eficiência crescente. Em vez de transistores KP904B, você também pode ativar seis transistores KP909 ou três KP913 mais poderosos. O modo de chave ideal do circuito de drenagem é fornecido por um circuito de formação contendo os elementos C14, C15, C16, L7.

O amplificador tem uma eficiência total = 62%. Neste caso, a eficiência eletrônica do estágio de saída é de cerca de 70%. O circuito de ponte para ligar os transistores do estágio preliminar foi usado para manter a eficiência do amplificador (embora com parâmetros degradados) no caso de falha do transistor de saída. Para o mesmo propósito, fusíveis individuais são incluídos nas fontes de transistores poderosos, cujo objetivo é desligar o transistor defeituoso. Se, como resultado de sua quebra, ocorrer um modo próximo ao modo de curto-circuito na linha do transistor, isso tornará o amplificador inoperante.

A conexão paralela do poderoso MIS PT não cria dificuldades adicionais no cálculo e ajuste do PA. A diminuição da eficiência do amplificador em comparação com um amplificador de projeto similar (veja a Fig. 12) se deve principalmente ao uso de transistores de potência em um amplificador de 100 W. Com uma diminuição no nível de potência de saída para 50 W, a eficiência do amplificador aumenta para 85% e a eficiência eletrônica para 90%. Os valores dos parâmetros dos elementos mostrados na Fig. 13 correspondem a uma frequência de 2,9 MHz.

O fator de tensão de pico nos drenos dos transistores KP904 é de 2,8, e os próprios transistores operam em um modo próximo ao ideal. O fator de crista da tensão de dreno nas cascatas nos transistores KP907 é P = 2,1. O transistor opera no modo chave, no entanto, o modo ótimo não é garantido, pois o modo chave ótimo para esses transistores em Uc=27 V e ângulo de corte φ=90° seria perigoso devido a um fator de crista significativo no qual o dreno tensão pode exceder a tensão máxima permitida igual a 60 V para o transistor KP907.

A Figura 14, a mostra as curvas experimentais e calculadas ilustrando as dependências da eficiência, Pout e he do ângulo de corte da corrente de dreno. A figura mostra uma boa aproximação dos dados calculados aos experimentais. Deve-se notar que a faixa de possíveis ângulos de corte é bastante estreita. Um aumento nos ângulos de corte é evitado por um rápido aumento no fator de crista da tensão de dreno, e uma diminuição é evitada por um aumento na tensão de excitação necessária, que logo começa a exceder Uz somada à tensão de polarização Uz. Obviamente, com uma diminuição no nível de Pwt, a faixa de possíveis mudanças nos ângulos de corte da corrente de dreno se expande.

Fig.14. Dependências da potência de saída e eficiência no ângulo de corte 0 (a)
e na temperatura ambiente (b):
--- experimento; - - - Cálculo

O amplificador é feito em uma placa de circuito impresso. Como dissipador de calor, é usado um radiador com dimensões de 130X130X50 mm. Nos circuitos de alimentação dos transistores KP907, são usadas bobinas padrão DM-01 com indutância de 280 μH. As bobinas de ponte de adição são enroladas em anéis de ferrite VK-30 dia.=26. O indutor no circuito de alimentação do estágio de saída é enrolado em um anel de ferrite VCh-30 dia. = 30. O indutor no circuito de conexão do estágio de saída com a carga é ar, enrolado com fio prateado, diâmetro = 2,5, diâmetro da bobina 30 mm, L = 80 nH.

As dependências da temperatura da potência de saída Pout e a eficiência da chave PA com potência de saída de 100 W são mostradas na Fig. 14b. Pode-se ver pelas dependências acima que na faixa de -60...+60°C, a potência de entrada do PA não muda mais que ±10%. A temperatura também tem um leve efeito na eficiência, que varia ±5% na faixa indicada. Neste caso, há uma queda na potência de saída e eficiência com o aumento da temperatura, associada a uma diminuição da inclinação 5 com o aumento da temperatura. Na faixa de temperatura usual -60 ... +60 ° C, a mudança em he e Pout é insignificante, e isso é alcançado sem medidas especiais para estabilização térmica do CM. Este último também é uma vantagem dos poderosos transistores MIS.

Literatura:

1. Circuitos de dispositivos em poderosos transistores de efeito de campo. Diretório. Editado por V.P. Dyakonov.

Publicação: N. Bolshakov, rf.atnn.ru

Veja outros artigos seção amplificadores de potência RF.

Leia e escreva útil comentários sobre este artigo.

<< Voltar

Últimas notícias de ciência e tecnologia, nova eletrônica:

Solidificação de substâncias a granel 30.04.2024

Existem alguns mistérios no mundo da ciência, e um deles é o estranho comportamento dos materiais a granel. Eles podem se comportar como um sólido, mas de repente se transformarem em um líquido fluido. Este fenômeno tem atraído a atenção de muitos pesquisadores e podemos finalmente estar mais perto de resolver este mistério. Imagine areia em uma ampulheta. Geralmente flui livremente, mas em alguns casos suas partículas começam a ficar presas, passando de líquido a sólido. Esta transição tem implicações importantes em muitas áreas, desde a produção de medicamentos até à construção. Pesquisadores dos EUA tentaram descrever esse fenômeno e chegar mais perto de compreendê-lo. No estudo, os cientistas realizaram simulações em laboratório utilizando dados de sacos de esferas de poliestireno. Eles descobriram que as vibrações dentro desses conjuntos tinham frequências específicas, o que significa que apenas certos tipos de vibrações poderiam viajar através do material. Recebido ... >>

Estimulador cerebral implantado 30.04.2024

Nos últimos anos, a investigação científica na área da neurotecnologia tem registado enormes progressos, abrindo novos horizontes para o tratamento de diversas doenças psiquiátricas e neurológicas. Uma das conquistas significativas foi a criação do menor estimulador cerebral implantado, apresentado por um laboratório da Rice University. Chamado de Terapêutica Sobre-cérebro Digitalmente Programável (DOT), esse dispositivo inovador promete revolucionar os tratamentos ao proporcionar mais autonomia e acessibilidade aos pacientes. O implante, desenvolvido em colaboração com a Motif Neurotech e médicos, apresenta uma abordagem inovadora à estimulação cerebral. É alimentado através de um transmissor externo por transferência de energia magnetoelétrica, eliminando a necessidade de fios e grandes baterias típicas das tecnologias existentes. Isso torna o procedimento menos invasivo e oferece mais oportunidades para melhorar a qualidade de vida dos pacientes. Além de seu uso no tratamento, resiste ... >>

A percepção do tempo depende do que se está olhando 29.04.2024

As pesquisas no campo da psicologia do tempo continuam a nos surpreender com seus resultados. Descobertas recentes de cientistas da Universidade George Mason (EUA) revelaram-se bastante notáveis: descobriram que aquilo que olhamos pode influenciar grandemente a nossa noção do tempo. Durante o experimento, 52 participantes realizaram uma série de testes, estimando a duração da visualização de diversas imagens. Os resultados foram surpreendentes: o tamanho e o detalhe das imagens tiveram um impacto significativo na percepção do tempo. Cenas maiores e menos confusas criavam a ilusão de que o tempo estava desacelerando, enquanto imagens menores e mais movimentadas davam a sensação de que o tempo estava acelerando. Os pesquisadores sugerem que a confusão visual ou a sobrecarga de detalhes podem dificultar a percepção do mundo ao nosso redor, o que por sua vez pode levar a uma percepção mais rápida do tempo. Assim, foi demonstrado que a nossa percepção do tempo está intimamente relacionada com o que olhamos. Maior e menor ... >>

Notícias aleatórias do Arquivo Esticando o diamante 27.01.2021 Dizer que o diamante não é o material mais elástico do mundo é um eufemismo grosseiro. Enquanto o coeficiente de estiramento dos materiais mais elásticos pode ser de centenas de por cento, esse valor para o diamante, o material mais duro do mundo, não excede 0.4 por cento. No entanto, um grupo de cientistas de Hong Kong conseguiu encontrar uma maneira de esticar os diamantes de tamanho nanométrico a tal ponto que altera radicalmente suas propriedades eletrônicas e ópticas. Isso, por sua vez, pode servir como o primeiro passo para o mundo dos novos dispositivos e instrumentos "diamantes". Pesquisadores da Universidade da Cidade de Hong Kong descobriram que, em nanoescala, o diamante tem uma elasticidade maior do que a forma normal desse material. E os primeiros experimentos, realizados há vários anos, serviram como confirmação experimental de que "agulhas" de diamante de tamanho nanométrico resistiram ao impacto, o que causou uma deformação elástica de até 9%. Em pesquisas recentes, os cientistas deram um passo adiante ao fabricar peças em bruto de diamante que têm a forma de uma ponte de 1000 nanômetros de comprimento e 300 nanômetros de largura. Além disso, com a ajuda de uma instalação especial, cujo princípio é demonstrado na segunda das fotos dadas aqui, o diamante "ponte" foi submetido a um impacto que causou deformação elástica do diamante. Os cientistas observaram que, quando o diamante é deformado em até 7,5%, o cristal retorna completamente à sua forma e tamanho originais após a remoção do impacto. Além disso, os cientistas otimizaram a forma dos objetos de diamante e obtiveram um coeficiente de deformação admissível ainda maior do diamante, que chegou a 9.7% e que já está muito próximo do limite teórico de elasticidade desse material. Experimentos de alongamento de diamante não foram realizados por cientistas por interesse ocioso. Há muito se sabe que as deformações causadas por influências mecânicas alteram radicalmente algumas propriedades de vários materiais. E o diamante não é exceção, a deformação altera várias propriedades eletrônicas e ópticas desse material. Mudanças nas propriedades após a deformação podem tornar o diamante um material útil para alguns dispositivos eletrônicos e ópticos. O estreitamento do band gap em uma tensão de 9%, como mostrado pelos resultados da simulação, permite que um elétron que "saltou" sobre a barreira de transição economize energia suficiente para emitir um fóton de luz, que pode ser usado para aumentar a eficiência de alguns dispositivos optoeletrônicos.

Outras notícias interessantes:

▪ Bolhas contra furacões

▪ Microcontroladores de 8 bits PIC12F635 e PIC12F636

▪ Google fornecerá 27 Chromebooks para escolas dos EUA

▪ Radar nas mãos de um socorrista

▪ Energia do dióxido de carbono exalado

Feed de notícias de ciência e tecnologia, nova eletrônica

Materiais interessantes da Biblioteca Técnica Gratuita:

▪ seção do site Eletricidade para iniciantes. Seleção de artigos

▪ artigo Pulverizador. Desenho, descrição

▪ artigo É útil forçar o exercício? Resposta detalhada

▪ artigo pintor de carros. Descrição do trabalho

▪ artigo Antenas externas de celular. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

▪ artigo Aparelhagens e subestações com tensões superiores a 1 kV. Proteção contra surtos de raios. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

Deixe seu comentário neste artigo:

Todos os idiomas desta página

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Página principal | Biblioteca | Artigos | Mapa do Site | Revisões do site

www.diagrama.com.ua
2000-2024