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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Circuits pratiques d'amplificateurs de puissance à bande étroite basés sur des transistors à effet de champ. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Amplificateurs de puissance RF Les amplificateurs de puissance de classe A sont rarement utilisés. Fondamentalement, ce sont des amplificateurs de récepteurs radio HF avec une grande capacité de surcharge. Un schéma pratique d'un tel amplificateur est illustré à la Fig. 1. Le circuit d'entrée L1C1 et le circuit de sortie L2C2 sont généralement accordés de manière synchrone et accordés à la fréquence du signal d'entrée.
Résistance équivalente Re du circuit de sortie Re=P2p2/(RL+Rí'), où ð=Sqr(L2/C2), Rí' - résistance de charge introduite dans le circuit oscillant ; RL - résistance active aux pertes ; P2 - coefficient d'inclusion de circuit. La valeur de Rn'=Rn/n22, où n2 est le rapport de transformation. Le facteur de qualité du circuit de sortie lorsqu'il est complètement passant Q=ReRi/(Re+Ri)2pfoL2 diminue en raison de l'effet de shunt de la résistance de sortie du transistor Ri. Pour les transistors MIS puissants, Ri est petit et ne dépasse généralement pas des dizaines de kilo-ohms. Par conséquent, pour augmenter Q2, une inclusion incomplète du circuit est utilisée. La bande passante du circuit de sortie est 2Df2=fo2/Q2, et la fréquence de résonance est fo2=l/2pSqr(L2C2). Dans la bande HF, un tel amplificateur peut fournir jusqu'à plusieurs dizaines de Ki. Un indicateur important de l'amplificateur est le niveau de bruit. Les propriétés de bruit des transistors MIS haute puissance sont examinées dans [1]. La figure 2 montre un circuit pratique du PA sur un puissant transistor MIS KP901A. Comme la tâche d'obtenir une petite bande de fréquence L2C2 n'a pas été définie, le circuit est connecté directement au circuit de drain et est shunté par la charge Rí = 50 Ohm. En classe A, l'amplificateur avait Ku=5(Ku=SRn) et Kp>20 à f=30 MHz. Lors du passage en mode non linéaire, la puissance de sortie a atteint 10 W.
Un PA à deux étages (Fig. 3) est réalisé sur les transistors KP902A et KP901A. Le premier étage fonctionne en classe A, le second en classe B. Pour assurer la classe B, il suffit d'exclure le diviseur de la valeur de grille du second transistor. L'amplificateur utilise un circuit de communication à large bande entre les étages. A une fréquence de 30 MHz, l'amplificateur fournissait Pout = 10 W avec Ki > 15 et Kp > 100.
L'amplificateur à bande étroite de la Fig. 4 est conçu pour fonctionner dans la gamme de fréquences 144...146 MHz. Il fournit un gain de puissance de 12 dB, un niveau de bruit de 2,4 dB et un niveau de distorsion d'intermodulation ne dépassant pas 30 dB.
Un amplificateur résonant basé sur un puissant transistor MIS 2NS235B (Fig. 5) à une fréquence de 700 MHz fournit Pout = 17 W avec un rendement de 40 ... 45%.
L'amplificateur de la Fig. 6 contient un circuit de neutralisation qui réduit le niveau de diaphonie à un niveau de -50 dB. À une fréquence de 50 MHz, l'amplificateur a une augmentation de puissance de 18 dB, un niveau de bruit de 2,4 dB et une puissance de sortie allant jusqu'à 1 watt.
Dans le circuit breveté de la figure 7 (brevet US n° 3.919563) à une fréquence de 70 MHz, un rendement réel de 90 % est atteint avec une puissance de sortie de 5 W à une fréquence de 70 MHz. Le facteur de qualité du circuit de sortie est égal à 3.
La figure 8 montre un schéma d'un PA à trois étages basé sur de puissants transistors MIS domestiques KP905B, KP907B et KP909B.
L'amplificateur délivre 30W de puissance à 300MHz. Les deux premiers étages utilisent des circuits d'adaptation résonnants en forme de U, et l'étage de sortie utilise un circuit en forme de L à l'entrée et un circuit en forme de U à la sortie. Les dépendances de l'efficacité et de Pout sur Uc et Pout et Kp sur Pin, obtenues expérimentalement et par calcul, sont présentées à la Fig. 9.
Lors de l'utilisation de PA dans des émetteurs radio AM (avec modulation d'amplitude), il existe des difficultés associées à la garantie de la linéarité de la caractéristique de modulation, c'est-à-dire la dépendance de Pout à l'amplitude du signal d'entrée. Ils sont aggravés lors de l'utilisation de modes de fonctionnement fortement non linéaires, tels que la classe C. La figure 10 montre un schéma d'un émetteur radio HF avec modulation d'amplitude. Puissance de l'émetteur 10,8 W lors de l'utilisation d'un puissant transistor UMOS VMP4. La modulation est effectuée en modifiant la tension de polarisation à la grille.
Pour réduire la non-linéarité de la caractéristique de modulation (courbe 1 sur la Fig. 11), l'émetteur utilise une rétroaction d'enveloppe. Pour ce faire, la tension AM de sortie est redressée et le signal basse fréquence résultant est utilisé pour créer un OOS. La réponse de modulation 2 sur la figure 10 illustre une amélioration significative de la linéarité.
La figure 12 montre un diagramme schématique d'une clé PA avec une puissance de sortie nominale de 10 W et une fréquence de fonctionnement de 2,7 MHz. L'amplificateur est réalisé sur les transistors KP902, KP904. L'efficacité de l'amplificateur à la puissance de sortie nominale est de 72%, le gain de puissance est d'environ 33 dB. L'amplificateur est excité à partir de l'élément logique K133LB, la tension d'alimentation est de 27 V, le facteur de crête de la tension de drain de l'étage de sortie est de 2,9. Avec une restructuration correspondante des circuits de communication, l'amplificateur avec les paramètres donnés fonctionnait dans la plage de 1,6 ... 8,1 MHz.
Pour fournir une puissance donnée à des fréquences plus élevées, il est nécessaire d'augmenter la puissance de l'excitateur. Structurellement, les deux PA ont été assemblés sur des cartes de circuits imprimés à l'aide de radiateurs standard de 100x150x20 mm, ce qui s'explique par les dimensions standard de l'unité de sonorisation dans les émetteurs radio. Les bobines d'inductance dans les circuits de communication sont cylindriques sur des tiges de ferrite de la marque VCh-30 d'un diamètre de 16. Le facteur de qualité des bobines d'inductance est Q=150. Des selfs standard avec une inductance de 10 μH ont été utilisées comme selfs de blocage dans les circuits d'alimentation du drain des transistors d'un amplificateur d'un watt et de l'étage préliminaire d'un amplificateur de 600 watts. L'inductance de puissance dans le circuit de drain du transistor KP904 est sur un anneau de ferrite, son inductance est de 100 μH. La figure 13 montre un diagramme schématique d'une clé PA avec une puissance de sortie nominale Pout = 100 W, conçue pour être utilisée dans des émetteurs radio HF sans surveillance. L'amplificateur contient un étage de pré-amplification, inversé sur deux transistors KP907. A l'entrée VT1, un circuit d'adaptation en forme de U C1L1C2C3 est inclus.
L'étage final est assemblé avec six transistors KP904A. Ce nombre de transistors a été choisi pour des raisons d'augmentation du rendement. Au lieu des transistors KP904B, vous pouvez également activer six transistors KP909 ou trois KP913 plus puissants. Le mode clé optimal du circuit de drain est assuré par un circuit de formation contenant les éléments C14, C15, C16, L7. L'amplificateur a un rendement total = 62 %. Dans ce cas, le rendement électronique de l'étage de sortie est d'environ 70 %. Le circuit en pont pour la mise en marche des transistors de l'étage préliminaire servait à maintenir l'efficacité de l'amplificateur (bien qu'avec des paramètres dégradés) en cas de défaillance d'un transistor de sortie. Dans le même but, des fusibles individuels sont inclus dans les sources de transistors puissants, dont le but est d'éteindre le transistor défectueux. Si, du fait de son claquage, un mode proche du mode court-circuit apparaît dans la ligne du transistor, cela rend l'amplificateur inopérant. La connexion parallèle du puissant MIS PT ne crée pas de difficultés supplémentaires dans le calcul et le réglage du PA. La diminution du rendement de l'amplificateur par rapport à un amplificateur de conception similaire (voir Fig. 12) est principalement due à l'utilisation de transistors de puissance dans un amplificateur de 100 W. Avec une diminution du niveau de puissance de sortie à 50 W, l'efficacité de l'amplificateur augmente à 85% et l'efficacité électronique à 90%. Les valeurs des paramètres des éléments représentés sur la Fig. 13 correspondent à une fréquence de 2,9 MHz. Le facteur de tension de crête aux drains des transistors KP904 est de 2,8 et les transistors eux-mêmes fonctionnent dans un mode proche de l'optimal. Le facteur de crête de la tension de drain dans les cascades sur les transistors KP907 est P = 2,1. Le transistor fonctionne en mode clé, cependant le mode optimal n'est pas assuré, car le mode clé optimal pour ces transistors à Uc=27 V et angle de coupure φ=90° serait dangereux en raison d'un facteur de crête important auquel le drain tension pourrait dépasser la tension maximale admissible égale à 60 V pour le transistor KP907. La figure 14, a montre les courbes expérimentales et calculées illustrant les dépendances du rendement, Pout et he sur l'angle de coupure du courant de drain. La figure montre une bonne approximation des données calculées aux données expérimentales. Il convient de noter que la gamme d'angles de coupure possibles est plutôt étroite. Une augmentation des angles de coupure est empêchée par une augmentation rapide du facteur de crête de la tension de drain, et une diminution est empêchée par une augmentation de la tension d'excitation requise, qui commence assez tôt à dépasser Uz additionnée à la tension de polarisation Uz. Bien sûr, avec une diminution du niveau de Pwt, la plage de changements possibles des angles de coupure du courant de drain s'élargit.
L'amplificateur est réalisé sur une carte de circuit imprimé. En tant que dissipateur thermique, un radiateur de dimensions 130X130X50 mm est utilisé. Dans les circuits d'alimentation des transistors KP907, des selfs DM-01 standard avec une inductance de 280 μH sont utilisées. Les selfs de pont d'addition sont bobinées sur des anneaux de ferrite VK-30 dia.=26. L'inductance du circuit d'alimentation de l'étage de sortie est enroulée sur un anneau de ferrite VCh-30 dia = 30. L'inducteur dans le circuit de connexion de l'étage de sortie avec la charge est de l'air, enroulé avec du fil argenté, diamètre = 2,5, diamètre de la bobine 30 mm, L = 80 nH. Les dépendances en température de la puissance de sortie Pout et de l'efficacité de la clé PA avec une puissance de sortie de 100 W sont illustrées à la Fig. 14b. Il ressort des dépendances ci-dessus que dans la plage de -60...+60°C, la puissance d'entrée de l'AP ne change pas de plus de ±10 %. La température a également un léger effet sur l'efficacité, qui varie de ± 5 % dans la plage spécifiée. Dans ce cas, il y a une baisse de la puissance de sortie et du rendement avec l'augmentation de la température, associée à une diminution de la pente 5 avec l'augmentation de la température. Dans la plage de température habituelle de -60 ... +60 ° C, le changement de he et de Pout est insignifiant, et ceci est réalisé sans aucune mesure particulière de stabilisation thermique du CM. Ce dernier est également un avantage des puissants transistors MIS. littérature:
Publication : N. Bolchakov, rf.atnn.ru
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