Какие основные параметры важны для мощных СВЧ-транзисторов. Как выбрать подходящий транзистор для СВЧ-схем. На что обратить внимание при работе с СВЧ-транзисторами. Каковы преимущества и недостатки различных типов СВЧ-транзисторов.
Основные характеристики мощных СВЧ-транзисторов
Мощные СВЧ-транзисторы являются ключевыми компонентами во многих высокочастотных схемах. Рассмотрим их основные параметры:
- Максимальная рабочая частота (Fгр) — определяет верхний предел частотного диапазона транзистора
- Максимальная мощность рассеивания (Pmax) — показывает, какую мощность способен рассеивать транзистор без повреждений
- Коэффициент усиления по току (h21э) — характеризует усилительные свойства транзистора
- Максимальное напряжение коллектор-эмиттер (Uкэ max) — предельное допустимое напряжение
- Максимальный ток коллектора (Iк max) — максимально допустимый постоянный ток коллектора
Эти параметры необходимо учитывать при выборе транзистора для конкретной схемы, чтобы обеспечить его надежную и эффективную работу в заданном режиме.
Особенности применения СВЧ-транзисторов в электронных схемах
При работе с мощными СВЧ-транзисторами следует учитывать ряд важных факторов:
- Теплоотвод — из-за высокой рассеиваемой мощности требуется эффективное охлаждение
- Согласование импедансов — необходимо для максимальной передачи мощности
- Паразитные емкости и индуктивности — могут существенно влиять на работу схемы на высоких частотах
- Стабильность — важно обеспечить устойчивую работу без самовозбуждения
- Линейность — для некоторых применений критична высокая линейность усиления
Правильный учет этих особенностей позволяет реализовать потенциал СВЧ-транзисторов и добиться оптимальных характеристик устройства в целом.
Сравнение различных типов мощных СВЧ-транзисторов
Рассмотрим основные типы мощных СВЧ-транзисторов и их характерные особенности:
| Тип | Преимущества | Недостатки | Применение |
|---|---|---|---|
| Биполярные | Высокая линейность, низкий шум | Меньшая рабочая частота | Усилители мощности, генераторы |
| MOSFET | Высокая входная импедансия, простота управления | Меньшая линейность | Импульсные усилители, переключатели |
| GaN HEMT | Очень высокая мощность и частота | Высокая стоимость | Радары, базовые станции связи |
Выбор конкретного типа транзистора зависит от требований к схеме, рабочей частоты, мощности и других факторов.
Ключевые параметры для выбора мощного СВЧ-транзистора
При выборе мощного СВЧ-транзистора для конкретного применения следует обратить внимание на следующие ключевые параметры:
- Рабочая частота — должна быть ниже граничной частоты транзистора
- Выходная мощность — не должна превышать максимальную рассеиваемую мощность
- Коэффициент усиления — определяет число каскадов в усилителе
- Напряжение питания — не должно превышать максимальное напряжение коллектор-эмиттер
- Входная и выходная импедансция — влияет на согласование каскадов
Также важно учитывать такие факторы, как линейность, КПД, стабильность и надежность. Правильный выбор транзистора обеспечивает оптимальную работу всего устройства.
Методы повышения эффективности мощных СВЧ-транзисторов
Существует несколько способов повысить эффективность работы мощных СВЧ-транзисторов:
- Оптимизация режима работы — выбор оптимальной рабочей точки
- Улучшение теплоотвода — применение эффективных радиаторов и термопаст
- Согласование импедансов — использование согласующих цепей для максимальной передачи мощности
- Применение схем предыскажений — для компенсации нелинейности
- Использование современных материалов — например, нитрида галлия (GaN) для повышения мощности и частоты
Комплексное применение этих методов позволяет значительно улучшить характеристики СВЧ-устройств на основе мощных транзисторов.
Особенности монтажа и эксплуатации мощных СВЧ-транзисторов
При работе с мощными СВЧ-транзисторами необходимо соблюдать ряд правил:
- Использовать качественные печатные платы с малыми потерями на высоких частотах
- Обеспечивать надежный теплоотвод от корпуса транзистора
- Применять экранирование для снижения паразитных связей
- Использовать короткие и широкие проводники для снижения паразитных индуктивностей
- Соблюдать меры защиты от статического электричества при монтаже
Правильный монтаж и эксплуатация позволяют реализовать все преимущества мощных СВЧ-транзисторов и обеспечить их долговременную надежную работу.
Перспективы развития технологий мощных СВЧ-транзисторов
Развитие технологий мощных СВЧ-транзисторов идет по нескольким направлениям:
- Повышение рабочих частот — уже достигнуты частоты свыше 100 ГГц
- Увеличение выходной мощности — разработаны транзисторы с мощностью более 1 кВт
- Улучшение линейности — применение новых схемотехнических решений
- Повышение КПД — использование новых материалов и технологий
- Миниатюризация — уменьшение размеров при сохранении характеристик
Эти тенденции открывают новые возможности для создания более совершенных СВЧ-устройств в различных областях применения.
Авиационное радиосвязное оборудование (выбор, обоснование и расчет структурной схемы передатчика)
Министерство высшего образования Российской Федерации
Новосибирский Государственный Технический Университет
Кафедра РП и РПУ
Пояснительная записка к курсовому проекту по курсу: «Устройства генерирования и формирования сигналов»на тему:
“Авиационное радиосвязное оборудование”
Вариант — 59
Проверил: Вовченко П.С. | Выполнил: Стародубцев А.В. |
Дата: | Факультет: РЭФ |
Отметка о защите: | Группа: РТ5-04 |
Новосибирск 2003 г.
Содержание:
Стр.
1. Задание на курсовой проект…………………………………………………………….. 3
2. Выбор, обоснование и расчет структурной схемы передатчика…………… 4
3. Электрический расчет выходного каскада…………………………………………. 5
4. Расчет цепей согласования……………………………………………………………….. 8
5. Расчет автогенератора……………………………………………………………………. 14
5.1. Синтезатор частот для автогенератора………………………………………. 15
5.2. Расчет параметров колебательного контура………………………………. 16
5.3. Расчет катущки индуктивности…………………………………………………. 18
5.4. Расчет схемы подачи напряжений автогенератора………………………. 19
5.5. Расчет частотного модулятора .
………………………………………………… 20
6. Расчет блокировочных элементов схемы модулятора………………………. 22
7. Расчет элементов схемы выходного и предвыходного каскада………….. 22
8.Список использованной литературы………………………………………………… 23
1.Задание на курсовой проект
- Рабочая частота или диапазон частот () — 220МГц – 399.975МГц
- Относительная нестабильность рабочей частоты
- Мощность в нагрузке при отсутствии модуляции
- Вид модуляции — ЧМ (частотная модуляция)
- Количество бесподстроечных радиоканалов
- Разнос частот между соседними радиоканалами
- Место установки передатчика: самолет / вертолет
- Аналог радиостанции: Р- 833 Б2
- Уровень побочных излучений передатчика L[дБ] не более – 60дБ
- Полоса частот модулирующего сигнала F =300 – 3400 Гц
- Сопротивление нагрузки выходного каскада передатчика 50Ом
2.
Построение структурной схемы начнем с выходного каскада. Усиление транзистора КТ9155А на рабочей частоте 399.975 МГц оценим по формуле.
где и — частота и коэффициент усиления в типовом режиме.
К.п.д. цепей межкаскадной связи в усилителях СВЧ удается получить 0.6…0.85. Примем . Транзистор предоконечного каскада должен развить мощность равную
Такую мощность на частоте может обеспечить транзистор КТ983Б, имеющий . Его усиление на рабочей частоте рассчитаем по формуле (2.1).
Определим мощность, которую должен развить этот каскад.
Применим тот же транзистор КТ983Б, на частоте и при коэффициенте передачи .
Аналогичным образом рассчитаем выходную мощность и коэффициент передачи, вплоть до первого каскада.
В качестве первого каскада примем транзистор 1Т614А с типовыми параметрами и .
Таким образом, зная количество каскадов и значения их
выходных мощностей, построим структурную схему передатчика.
Рис 1. Структурная схема передающего устройства.
3.Электрический расчет выходного каскада.
Тип транзистора выбирается с учетом заданных выходной мощности и частоты по справочным данным на транзисторы, где указываются параметры типового режима, соответствующего максимальному использованию прибора, как по мощности, так и по частоте. Исходные данные: транзистор КТ909Б
- Сопротивление потерь коллектора в параллельном эквиваленте.
- Коэффициент использования коллекторного напряжения в граничном режиме.
- Напряжение и первая гармоника тока нагрузки, приведенные к ЭГ.
- Полезная нагрузка и полное сопротивление, приведенные к ЭГ.
- Амплитуда первой гармоники тока ЭГ.
- Параметры:
— крутизна по переходу
— сопротивление рекомбинации
— крутизна статической характеристики коллекторного тока
—
Для определения коэффициента разложения для первой гармоники тока ЭГ найдем
значения коэффициентов А и В.
Коэффициент А:
Коэффициент В:
- Коэффициент разложения.
- Из приложения 1 [2] для полученного находим .
- Амплитуда тока базы.
- Модуль коэффициента усиления по току, приведенный к ЭГ.
- Пиковое обратное напряжение на эмиттере.
- Составляющие входного сопротивления транзистора первой гармонике.
- Коэффициент усиления по мощности.
- Постоянная составляющая коллекторного тока, мощность, потребляемая от источника питания, к.п.д. коллектора в соответствии с порядком расчета.
- Входная мощность, рассеиваемая мощность.
- Составляющие сопротивления нагрузки, приведенные к
внешнему выводу коллектора в параллельном эквиваленте.
Сопротивление в данном случае имеет положительный знак. Его удобно реализовать в виде катушки индуктивности .
.
4.Расчет цепей согласования выходного каскада
В качестве выходной цепи согласования (ЦС) используем цепь П – типа, благодаря ее лучшим фильтрующим свойствам. В качестве нагрузки примем активное сопротивление с номиналом 50 Ом. Так как, реактивное сопротивление на выходе транзистора имеет индуктивный характер, то входное реактивное сопротивление ЦС будет иметь емкостный характер, что обеспечивает согласованный режим работы.
Рис 2.Цепь согласования П – типа
Для дальнейшего расчета цепи проверим условие реализуемости:
Y является входной проводимостью цепи и численно равно
. Условие реализуемости не выполняется, для того, чтобы это исправить развернем цепь и рассчитаем ее параметры (рис. 3).
Рис 3. ЦС П – типа (развернутая)
После преобразования цепи имеем
Тогда для расчета реактивных составляющих цепи воспользуемся формулами:
Емкость С1 определяется сопротивлением
Входная реактивность, являющаяся параллельным соединением емкости
Ру — Все электронные схемы
