ВЧ усилитель мощности

Тип электронного усилителя

Усилитель мощности RF

Усилитель мощности УКВ класса С на транзисторе MRF317

Радиочастотный усилитель мощности ( РЧ-усилитель мощности ) — это тип электронного усилителя , который преобразует радиочастотный (РЧ) сигнал малой мощности в сигнал более высокой мощности. ^[1] Обычно усилители мощности РЧ используются в последней ступени радиопередатчика , их выходной сигнал приводит в действие антенну . Цели проектирования часто включают усиление , выходную мощность, полосу пропускания, энергоэффективность, линейность (низкое сжатие сигнала при номинальной мощности), согласование входного и выходного импеданса и рассеивание тепла.

Классы усилителей

Схемы радиочастотного усилителя работают в разных режимах, называемых «классами», в зависимости от того, какую часть цикла синусоидального радиосигнала усилитель (транзистор или электронная лампа) проводит ток. Некоторые классы — это класс A , класс AB , класс B , которые считаются классами линейных усилителей, в которых активное устройство используется в качестве управляемого источника тока, а класс C — это нелинейный класс, в котором активное устройство используется в качестве переключателя. Смещение на входе активного устройства определяет класс усилителя.

Обычным компромиссом при проектировании усилителя мощности является компромисс между эффективностью и линейностью. Ранее названные классы становятся более эффективными, но менее линейными в том порядке, в котором они перечислены. Работа активного устройства в режиме переключателя приводит к более высокому КПД, теоретически до 100%, но меньшей линейности. ^[2] К классам переключаемого режима относятся класс D , класс F и класс E. ^[3] Усилитель класса D не часто используется в радиочастотных приложениях, поскольку конечная скорость переключения активных устройств и возможное накопление заряда при насыщении могут привести к большому ВАХ, ^[2] что ухудшает эффективность.

Твердотельные и ламповые усилители

В современных усилителях мощности ВЧ используются полупроводниковые устройства , преимущественно МОП-транзисторы (полевые транзисторы металл-оксид-полупроводник). ^{[4] [5] [6]} Самые ранние ВЧ усилители на базе МОП-транзисторов появились в середине 1960-х годов. ^[7] Транзисторы с биполярным переходом также широко использовались в прошлом, пока они не были заменены мощными МОП-транзисторами , особенно LDMOS -транзисторами, в качестве стандартной технологии для усилителей мощности ВЧ в 1990-х годах, ^{[4] [6]} из-за превосходных ВЧ-транзисторов. Производительность LDMOS-транзисторов. ^[6] Вообще говоря, твердотельные усилители мощности содержат четыре основных компонента: вход, выход, каскад усиления и источник питания. ^[8]

MOSFET-транзисторы и другие современные полупроводниковые устройства заменили электронные лампы в большинстве электронных устройств, но лампы до сих пор используются в некоторых мощных передатчиках (см. ВЧ-усилитель Valve ). Несмотря на механическую прочность, транзисторы электрически хрупкие — их легко повредить из-за избыточного напряжения или тока. Трубки механически хрупкие, но электрически прочные: они могут выдерживать очень высокие электрические перегрузки без заметных повреждений.

Приложения

Основные применения усилителя мощности ВЧ включают в себя передачу сигнала другому источнику высокой мощности, управление передающей антенной и возбуждение резонаторов микроволнового резонатора . Среди этих приложений наиболее известно управление антеннами передатчиков. Передатчики -приемники используются не только для передачи голоса и данных, но и для измерения погоды (в виде радара ). ^{[ нужна цитата ]}

Усилители мощности RF с использованием LDMOS ( MOSFET с поперечным рассеянием ) являются наиболее широко используемыми силовыми полупроводниковыми устройствами в беспроводных телекоммуникационных сетях, особенно в мобильных сетях . ^{[4] [9] [6]} ВЧ усилители мощности на основе LDMOS широко используются в цифровых мобильных сетях, таких как 2G , 3G , ^{[4] [6]} и 4G ^[9] , а хорошее соотношение цены и качества делает их предпочтительными. вариант для радиолюбителя . ^[10]

Конструкция широкополосного усилителя

Преобразование импеданса в широкой полосе пропускания реализовать сложно, поэтому обычно большинство широкополосных усилителей рассчитаны на выходную нагрузку 50 Ом. Выходная мощность транзистора тогда ограничивается

${\displaystyle P_{\text{out}}\leq {\frac {(V_{\text{br}}-V_{\text{k}})^{2}}{8Z_{\text{o}}}},}$

где

${\displaystyle V_{\text{br}}}$определяется как напряжение пробоя ,

${\displaystyle V_{\text{k}}}$определяется как напряжение колена,

${\displaystyle Z_{\text{o}}}$выбирается таким образом, чтобы обеспечить соблюдение номинальной мощности.

Внешняя нагрузка, по соглашению, равна: Следовательно, должно быть какое-то согласование импеданса , которое преобразуется из в ${\displaystyle Z_{\text{L}}=50~\Omega .}$ ${\displaystyle Z_{\text{o}}}$ ${\displaystyle Z_{\text{L}}=50~\Omega .}$

Метод нагрузочной линии часто используется при проектировании усилителей мощности ВЧ. ^[11]

Смотрите также

• полевой усилитель
• Силовая электроника

Рекомендации

1. «РЧ-усилители». info.apitech.com . Проверено 18 мая 2021 г.
2. Ли, Томас (2003). Проектирование КМОП радиочастотных интегральных схем . Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета. стр. 494–503.
3. Клотье, Стивен Р. (WA1QIX). «Класс E, описания передатчиков AM, схемы и т. д.». www.classeradio.com . WA1QIX . Проверено 6 июня 2015 г. - через qrz.com.{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
4. Балига, Б. Джаянт (2005). Кремниевые высокочастотные силовые МОП-транзисторы. Всемирная научная . п. 1. ISBN 9789812561213.
5. «Ameritron ALS-1300: ненастраиваемый усилитель TMOS-FET мощностью 1200 Вт» . загрузка информации о продукте. МФЖ Энтерпрайзис . Архивировано из оригинала 23 апреля 2014 года . Проверено 6 июня 2015 г.
6. Перугупалли, Прасант; Лейтон, Ларри; Йоханссон, Ян; Чен, Цян (2001). «Силовые LDMOS RF-транзисторы и их применение» (PDF) . В Дае, Норман; Гранберг, Хельге (ред.). Радиочастотные транзисторы: принципы и практическое применение . Эльзевир . стр. 259–92. ISBN 9780080497945.
7. Остин, WM; Дин, Дж.А.; Грисволд, DM; Харт, ОП (ноябрь 1966 г.). «Телевизионное применение МОП-транзисторов». Транзакции IEEE на вещательных и телевизионных приемниках . 12 (4): 68–76. дои : 10.1109/TBTR1.1966.4320029.
8. УТЕ И. ФОН МЕХЛЕМ, РОБЕРТ Э. ВОЛЛИС (1989). «ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ ДЛЯ СПУТНИКОВЫХ РАДАРОВ-АЛЬТИМЕТРОВ» (PDF) . Университет Джонса Хопкинса .
9. Асиф, Саад (2018). Мобильная связь 5G: концепции и технологии. ЦРК Пресс . п. 134. ИСБН 9780429881343.
10. «Широкополосный ВЧ-усилитель мощностью 600 Вт на 6 м с использованием доступных устройств LDMOS» . 27 октября 2019 г.
11. Озалас, Мэтью (14 января 2015 г.). Как спроектировать усилитель мощности ВЧ – основы (короткое видео с практическими рекомендациями) . Проверено 10 февраля 2015 г. - через youtube.com.

Внешние ссылки

• Фуэнтес, Карлос (октябрь 2008 г.). Основы микроволнового усилителя мощности (PDF) (Отчет). Берн, Швейцария: Европейский центр ядерных исследований . Проверено 5 марта 2013 г.

• Ханифар, Ахмад (1 декабря 2014 г.). «Руководство по проектированию широкополосных усилителей мощности ВЧ / Проектирование усилителей мощности ВЧ с учетом цифровых предыскажений». linamptech.com . Техническая поддержка. Лагуна-Хиллз, Калифорния: Linamp Technologies, Inc. Проверено 1 декабря 2014 г.