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無線電子工学および電気工学の百科事典 電界効果トランジスタを用いた狭帯域電力増幅器の具体的な回路。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
クラス A パワーアンプはめったに使用されません。 基本的に、これらは過負荷容量の大きい HF ラジオ受信機のアンプです。 このような増幅器の実際の図を図1に示します。 入力 L1C1 回路と出力 L2C2 回路は通常、同期して調整され、入力信号の周波数に調整されます。
出力回路の等価抵抗 Re = P2p2/(RL+Rн')、p=Sqr(L2/C2)、Rн' - 発振回路に導入される負荷抵抗。 RL - アクティブ損失抵抗。 P2 - 回路活性化係数。値 Rн'=Rн/n22、n2 は変換率です。 完全にオンになったときの出力回路の品質係数 Q=ReRi/(Re+Ri)2pfoL2 は、トランジスタ Ri の出力抵抗のシャント効果により低下します。 強力な MIS トランジスタの場合、Ri は小さく、通常は数十キロオームを超えません。 したがって、Q2 を増やすには、回路の不完全な包含が使用されます。 出力回路の帯域幅は2Df2=fo2/Q2、共振周波数はfo2=2/2pSqr(L2C1)となります。 HF 範囲では、このようなアンプは最大数十の Ki を提供できます。アンプの重要な指標はノイズレベルです。高電力 MOS トランジスタのノイズ特性は [XNUMX] で考慮されています。 図 2 は、強力な MIS トランジスタ KP901A 上の PA の実際の回路を示しています。 小さな L2C2 周波数帯域を取得するタスクが設定されていないため、回路はドレイン回路に直接接続され、負荷 Rn=50 オームによってシャントされます。 クラス A では、増幅器は f=5 MHz で Ku=20(Ku=SRn) および Kp>30 でした。 非線形モードに切り替えると、出力電力は 10 W に達しました。
トランジスタ KP3A と KP902A で 901 段の PA (図 30) が作成されます。 最初のステージはクラスAで動作し、10番目はクラスBで動作します。クラスBを確保するには、15番目のトランジスタのゲート値から分周器を除外するだけで十分です。 増幅器は、ステージ間で広帯域通信回路を使用します。 100 MHz の周波数で、増幅器は Pout = XNUMX W、Ki > XNUMX および Kp > XNUMX を提供しました。
図 4 の狭帯域アンプは、144 ～ 146 MHz の周波数範囲で動作するように設計されています。 12 dB のパワー ゲイン、2,4 dB のノイズ レベル、および 30 dB 以下の相互変調歪みレベルを実現します。
2 MHz の周波数で強力な MIS トランジスタ 235NS5B (図 700) に基づく共振増幅器は、17 ... 40% の効率で Pout = 45 W を提供します。
図 6 のアンプには、リターン干渉のレベルを -50 dB のレベルに低減する中和回路が含まれています。 50 MHz でのアンプのパワーゲインは 18 dB、ノイズレベルは 2,4 dB、出力電力は最大 1 W です。
図 7 の特許取得済み回路 (米国特許 3.919563) では、周波数 70 MHz で、出力電力 90 W、周波数 5 MHz で 70% の実質効率が達成されました。出力回路の品質係数は 3 に等しくなります。
図 8 は、国産の高出力 MOS トランジスタ KP905B、KP907B、および KP909B をベースにした XNUMX 段 PA の図を示しています。
アンプは 30MHz で 300W の電力を供給します。 最初の 9 段は共振 U 型整合回路を使用し、出力段は入力に L 型回路、出力に U 型回路を使用します。 実験と計算によって得られた効率と Pout の Uc への依存性と Pout および Kp の Pin への依存性を図 XNUMX に示します。
AM無線送信機（振幅変調あり）でPAを使用する場合、変調特性の線形性、つまり入力信号の振幅に対するPoutの依存性を確保することに関連する問題があります。 これらは、クラスCなどの急激に非線形な動作モードを使用すると悪化します。図10に、振幅変調を備えたHF無線送信機の図を示します。 強力なUMOSトランジスタVMP10,8を使用した場合の送信機電力4W。 変調は、ゲートのバイアス電圧を変更することによって実行されます。
変調特性 (図 1 の曲線 11) の非線形性を低減するために、送信機はエンベロープ フィードバックを使用します。 これを行うには、出力 AM 電圧を整流し、その結果得られる低周波信号を使用して OOS を作成します。 図 2 の変調応答 10 は、直線性の大幅な改善を示しています。
図 12 に、定格出力電力 10 W、動作周波数 2,7 MHz の主要な PA の回路図を示します。 アンプはトランジスタKP902、KP904で作られています。 定格出力電力でのアンプの効率は 72% で、電力利得は約 33 dB です。 アンプは K133LB ロジック エレメントから励起され、電源電圧は 27 V、出力段のドレイン電圧のクレスト ファクターは 2,9 です。 対応する通信回路の再構築により、指定されたパラメータを持つアンプは1,6 ... 8,1 MHzの範囲で動作しました。
より高い周波数で所定の電力を供給するには、励振器の電力を増加する必要があります。 構造的には、両方の PA は標準の 100x150x20 mm ラジエーターを使用してプリント基板上に組み立てられました。これは、無線送信機の PA ユニットの標準寸法によって説明されます。通信回路のインダクタは、直径 30 の HF-16 ブランドのフェライト ロッド上の円筒形です。インダクタの品質係数は Q = 150 です。 インダクタンスが 10 μH の標準チョークが、600 ワットのアンプのトランジスタのドレイン電源回路と 904 ワットのアンプの前段でブロッキング チョークとして使用されました。 KP100 トランジスタのドレイン回路のパワー チョークはフェライト リング上にあり、そのインダクタンスは XNUMX μH です。 図 13 は、無人 HF 無線送信機で使用するために設計された、定格出力電力 Pout = 100 W の主要な PA の回路図を示しています。 アンプにはプリアンプステージが含まれており、907 つの KP1 トランジスタが反転しています。 入力 VT1 には、一致する U 字型回路 C1L2C3CXNUMX が含まれています。
最終段は904個のKP904Aトランジスタで組み立てられています。 この数のトランジスタは、効率を高めるために選択されました。 KP909B トランジスタの代わりに、913 つの KP14 トランジスタまたは 15 つのより強力な KP16 トランジスタをオンにすることもできます。 ドレイン回路の最適なキーモードは、要素 C7、CXNUMX、CXNUMX、LXNUMX を含むフォーミング回路によって提供されます。 アンプの全体効率は 62% です。この場合、出力段の電子効率は約 70% になります。前段のトランジスタをオンにするブリッジ回路は、出力トランジスタが故障した場合でもアンプの機能を（パラメータが低下しても）維持するために使用されます。同じ目的で、強力なトランジスタのソースに個別のヒューズが組み込まれており、その目的は故障したトランジスタをオフにすることです。破壊の結果、トランジスタのラインに短絡に近いモードが発生すると、アンプは動作不能になります。 強力な MIS PT を並列に接続しても、PA の計算とチューニングが難しくなりません。 同様の設計のアンプ (図 12 を参照) と比較したアンプの効率の低下は、主に 100 W アンプでのパワー トランジスタの使用によるものです。 出力電力レベルが 50 W に低下すると、アンプの効率は 85% に増加し、電子効率は 90% に増加します。 図13に示されている要素のパラメータの値は、2,9 MHzの周波数に対応しています。 KP904トランジスタのドレインのピーク電圧係数は2,8であり、トランジスタ自体は最適に近いモードで動作します。 KP907トランジスタのカスケードにおけるドレイン電圧の波高比はP=2,1です。 トランジスタはキーモードで動作しますが、Uc = 27Vおよびカットオフ角度φ=90°でのこれらのトランジスタの最適なキーモードは、ドレインの波高比が大きいため危険であるため、最適なモードは保証されません。電圧は、KP60トランジスタの907Vに等しい最大許容電圧を超える可能性があります。 図 14 の a は、ドレイン電流カットオフ角度に対する効率 Pout および he の依存性を示す実験曲線と計算曲線を示しています。 この図は、実験データに対する計算データの良好な近似を示しています。 可能なカットオフ角度の範囲はかなり狭いことに注意してください。 カットオフ角の増加は、ドレイン電圧の波高率の急速な増加によって防止され、減少は、必要な励起電圧の増加によって防止されますが、バイアス電圧 Uz とともに Uad. をすぐに超え始めます。 もちろん、Pwt のレベルを下げると、ドレイン電流のカットオフ角度の変更可能範囲が広がります。
アンプはプリント基板上に作られています。 ヒートシンクとして、130X130X50 mm の寸法のラジエーターが使用されます。 KP907トランジスタの電源回路では、インダクタンス01μHの標準DM-280チョークが使用されています。 アディション ブリッジ チョークはフェライト リング VK-30 φ=26 に巻かれています。 出力段の電源回路のインダクタはVCh-30φ=30のフェライトリングに巻かれています。 出力段と負荷の接続回路のインダクタは空気で、銀メッキ線が巻かれており、直径 = 2,5、コイル直径 30 mm、L = 80 nH です。 出力電力 Pout の温度依存性と、出力電力が 100 W のキー PA の効率を図 14b に示します。 上記の依存関係から、-60...+60°C の範囲では、PA 入力電力の変化は ±10% 以内であることがわかります。 温度も効率にわずかな影響を及ぼします。これは、示された範囲内で ±5% 変動します。 この場合、温度の上昇に伴い出力電力と効率が低下し、温度の上昇に伴う勾配 5 の減少に関連しています。 通常の温度範囲-60 ... +60°Cでは、heとPoutの変化はわずかであり、これはCMの熱安定化のための特別な手段なしで達成されます. 後者も強力なMISトランジスタの利点です。 文学:
出版物：N。ボルシャコフ、rf.atnn.ru
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