Введение к работе
Актуальность работы, В настоящее время радиопередатчики с однополосной модуляцией (ОЫ), работающие в ВЧ диапазоне частот, широко используются на магистральных линиях связи и в системах низовой связи. Преимущества систем радиосвязи в KB диапазоне с одноголосной модуляцией <0Ы) хорошо известны. Однако широкое ее применение предъявляет повышенныз требования к предварительны** и оценочным усилителям (называемыми линейными) передатчиков. Особенно требуется иметь малый уровень комбинационных искажений (*35 дБ по методу двух tohod). Основное усиление ОМ сигнала в передатчиках происходит в так называемых линейных усилителях (ЛУ) порядка 50 дБ и более. К ЛУ предъявляются требования: заданная полезная мощностьР пол. на его выходе, получение достаточного высокого КПД, малых нелинейных искажений (%« » %^ ) Д0ПУ" тимая неравномерность А пол. в диапазоне рабочігх частот и, наконец, обеспечение допустимого малого уровня побочных излучений.
Применение ламп о предварительных усилителях, работающих в режиме класса А,позвояяет получить хорогаую линейность АХ (K^f 5 ^Г -40 дБ), Предварительные усилителя на биполярных транзисторах в мощных многоканальных передатчиках имеют высокую нелинейность ЛХ (Кз^- "& -30 дБ), Дяя полностью транзисторных одноканальних передатчиков нелинейность предварительных каскадов еще выше (KgJ«-» -5 дБ). Чтооы повысить линейность АХ в отих каскадах, используются: работа в режиме класса Л, двухтактные схрмы, трансформаторы для подавления четных гармоник в коллекторных цепях, неполной использование транзистора, автоматическое смещение.
Получить высокую линейность (Kg (^-40 дБ) я предварительных линейных усилителях на лампах можно, используя режим класса ." с применением дополнительных мер. На биполярных транзисторах получение та-кйй линейности или невозможно или представляет большие сложности. Следует заметить, что как в ламповых, тан и транзисторных ЛУ применяется режим класса.А, в котором КПД низок. Значит, КПД всего' транзисторного передатчика тоже будет мал. Желательно имртъ ЛУ.с высоким КПД, («мішальними искажениями (K.j«f^ -35f40 дБ) и достаточной полезной мощностью.
Таким образон, существует в настоящее время проблема разработки вьгеокЬэф$ектив«ого линейного усилителя мощности для KB дпа-тзона на твердотельных'приборах.при работе колебаниями с одно-полисной модуляцией» 'превосходящего по технические характерне-
кем усилитель на биполярных транзисторах*
Актуальность данной проблемы подтверждает и тот факт, что в
соответствии с решением 2-а сессии Всемирной административной
радиокот|еренции по пданироввни» Щ полос частот, распределенных
радиовещательной службе (WABC-'Hf/S.C). , в период с 1990 по
2015 гг. планируется осуществить переход-в KB радиовеїцании от си
стемы с Ш сигналами к системе с Ой ц частично подавленной не-
сущей. ~'
С учетом преимущества полььых транзисторов по сравнению с биполярными, представляется перспе.одвнъи построение ЛУ на их основе.
Целью диссерті. з ион ной работы явля- , ется анализ и разработка линей, лх. усилителей мощности на полевых транзисторах с улучшенный» характер котиками в KB диапазоне с Ш сигналом и выработка рекомендаций при их проектировании. Дяя до -' стижения поставленной нели решится следующие задачи:
-
Выбор вквивалентной схемы усилителя мощности на полевых транзисторах (с р~п переходом и ОДІ-структурой) для большого "вгнала с учегом нелинейных емкостей и тока стока (Свх, Спр, Свых, 1о).
-
Разработка математической модели усилителя мощности дяя создания ивашной модели, с пошалю которой можно проводить теоретические исследования этого усилителя»
-
Разработка машинной модели по математической модели с разработкой программы для проведения исследований усилителя «а ФУ,
4. Разработка и изготовледие макетного образца усилителя мод-
ности для экспериментальных исследований и проверки математичес
ких моделей на адекватность.
-
Исследование влияния елемент» эквивалентной ах&иЦ к режимов работы усилителя «оідности на качественные и количественные показатели выходных параметров.
-
Разработка рекомендаций и предложений по создание усилителя мощности для ОД сигнала на полевых транзисторах.
Методы исследования. Для анализа $мзических процеосов (переходкого, стационарного режимов и устойчивости) и определения выходных параметре]?,; с усилителе мощности применялся математический аппарат, включили математический анализ и уравнения математической физики.
При составлении и преобразовании систем интегродифференциальных уравнений к виду Коши применялась общая теория, нелинейных обыкновенных дифференциальных уравнений (НОДУ).
Для определения выходного напряжения усилителя мощности (УМ) применялся метод узловых потенциалов на основе первого закона Кирхгофа.
Система Н0Д7, описывающая математическую модель УМ, решалась численным явная методом Рунге-Кутты с автоматический изменением иага.
Определение уровня коэффициентов комбинационных искажений ^3^ і %^ проводилось с применением принципа квазистационарного метода.
Аналитическое представление нелинейных зависимостей элементов эквивалентной схемы УН (Іс, Ск, Сси, Сзс), т.е. аппроксимация, проведена кусочно-кубической сплайн-функцией.
Научная новизна работы' заключается 9 следующем:
-
Разработаны по эквивалентном схемам математические модели УЫ на полевых транзисторах с р-п переходом и ВД1-структуроЙ, отличающиеся учетом большого числа нелинейннк элементов втих ихєм.
-
Проведено исследование с помощью математических моделей УМ на полевых транзисторах с учетом влияния внутренних элементов эквивалентных схем транзистора и режимов усилителя на качественные й количественные показатели его выходных параметров.
-
Определены уровни коэффициентовкомбинационных искажений Hgdf і K^S- с* учетом формы іфивой зависимое л входной Ск, проходной Сзс емкостей от приложенных к ним напряжений.
4S Осуществлен с помощью машинного эксперимента анализ уровня Kg і » %. в выходном-сигнале УИ, отличающийся введением искусственной линеаризации зависимости Ск- ^(1зи), Сзся^(Цзс) Ия доказавший, что эта линеаризация значительно уменьшает уровень
5. Определено, ч-го расчет УЙ на полевых транзисторах без уче
та нелянейностей емкостей Ск, Сзс (*.е. по статическим характерис
тикам при постоянной величине емкостей Ск, Сзс) дает болыцую по -
грешность по величине уровня Kg»f , KgCf .
-
Получено внрайекив для ориентировочного расчета нелинейных искажений Kg 5- і Kg^F в УН на транзисторах МД1-структуры,отличающееся учетом только нелинейной входной емкости транзистора
-
Предложен способ линеаризации входной Ск, проходной Сзс и выходной Сен емкостей полевого транзистора, позволяющий уменьшить уровень Кд.|- , Kg 5 в УМ при большой полезной модности.
Основные положения диссертационной работы, ьшосимые на защиту:
-
Математические модели (ММ) УМ на полевых транзисторах.
-
Влияние внутренних элементов эквивалентной схемы и режимов работы УИ на качественные и количественные показатели его выходных параметров с помощью МЫ не GBM и эксперимента,
-
Влияние частичной линевриэацшг зависимости нелинейных емкостей (Ск, Сзс) от приложенных к нлы напряжений на уменьшение уровня коэффициентов комбинационных искажений Kg
-
Определение частотной'зависимости крутизны характеристик мощных полевых транзисторов в диапазоне частот от 1,5 до 50 ЫГц. при средней и большой мощности и различных напряжениях на стоке и истоке.
-
Способ линеаризации внутренних нелинейных емкостей полевого транзистора (Ск, Сзс, Сси) ддл уменьшения уровня К$ ,!%. при больших выходных мощностях усилителя. '
Практическая ценность.
-
Методика выбора эквивалентной схемы УМ и разработки математической модели и программы можно распространить на другие типы полевых транзисторов в УКВ диапазоне.
-
Программами, разработанными для анализа и расчета УМ на по-доьых транзисторах с р-п переходом и МДЙгСтруктурой, можно пользоваться при разработке новых усилителей с учетом рекомендаций,
их также можно применять при решении задач оптимизации, синтеза и разработке новых типов полевых транзисторов.
3. Усилители мощности на полевых транзисторах с р-п перехо
дом (2П903А) и МДТС-структуры (2П90ІА, 2П904А), разработанные в
макетном образце, можно использовать в проиыяленности, как в каче
стве предварительна усилителей, так и в качестве выходных з пе
редатчиках и других установках. .
4. Предложенный способ линеаризации внутренних емкостей тран~
зистора (Ск, Сзс, Сси) при применении в промышленных образцах
УМ значительно уменьшит уровень Kgjf , K^f- при больших полезных мощностях.
Реализация и внедр е н » е результатов исследования» Результаты диссертационной работе внедрены в ТНИИР flajBp" при проведении НИР и ОКР по проектиро-ванив радиоаппаратуры специального- назначения, которые вынолня-п.иг.ь и соответствии с планом, утвержденным директивными органами.
Программы, предназначенный для анализа и расчета усилителей мощности на полевых транзисторах, использованы в учебном процессе по специальности 23.03 в Тамбовском институте химического машиностроения.
Апробация работы. Основные положение диссертационной работы обсуждались на следующих научло-тсхнит>еки:' конференциях и семинарах: научно-техническая конференции npojjoeeop--ско-прэподавательского состава, сотрудников и аспирантов 1ИС (МЗЮ до ISS8 г.) в IS8I-I983 р.г., 1991 г.; Всесоюзная научно-техническая конференция "Актуальний проблемы электронного приборостроения" в г.Новосибирске в 1990 г.; Научно-технический с='.'И« нар "Широкополосные усилители мощности" павильон "Физике" ЛИ ОСОТ не ВДНХ СССР в г.Москве в 1983 г.; доклад'на кафедре РПдУ МИС 3 марта 1991 г.
П у б л и к а ц и и . По результатам диссертационной рзбети опубликовано две статьи в центральной печати, одна находится »з печати, тезисы двух докладов ve Всесоюзных конференциях, ,юлуърчо положительное решение по заявке на изобретение.
Структура и объем работы. Диссортяцич состоит иэ введения, пяти глав, заключения, четьрох ГірЯЛС.Т/iHVfi, списка литературы, изложенных на 107 страницах основного мшаиго-писного текста, содержит 73 рисунка, одну таблицу. В библиографии входит 46 кашЛг овпний литературы.
