Энциклопедия практической электроники - Рутледж Д.
ISBN 5-94074-096-0
Скачать (прямая ссылка):
240І 10. УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ
100%
КПД г)
Рис 10.9. Зависимость выходной мощности усилителей от их КПД
усилителя. Вместе с тем контур L2C2 имеет резонансную частоту, совпадающую с частотой второй гармоники. Эта цепь получила название режектор (последовательный резонансный контур схемы режекции) и действует наподобие режек-торного фильтра, предотвращающего прохождение второй гармоники в выходной каскад.
Зависимость стокового напряжения приведена на рис. 10.106. Максимальное напряжение составляет 400 В, что в десять раз превышает максимальное напряжение в передатчике NorCal 40А. КПД схемы чрезвычайно высок, порядка 90%, что позволяет использовать для отвода выделяющегося тепла только алюминиевый радиатор без принудительного обдува вентилятором.
10.5. Усилители класса F
Усилители класса D имеют выходное напряжение прямоугольной формы, благодаря чему они успешно применяются в случаях, когда необходимы невысокие максимальные значения выходного напряжения. Однако усилители класса С более просты, поскольку в них используется только один транзисторный ключ. Усилители класса F тоже имеют один ключ, но в них добавлен режектор третьей гармоники, позволяющий получить более плоскую форму выходного напряжения, такую же, как при использовании усилителя класса D. Схема усилителя приведена на рис. 10.11а.
10.5. усилители класса f (241
+ 120V
Дроссель 4OpH
транзистор
> 500
а) б)
Рис. 10.10. Усилитель класса E с выходной мощностью 500 Вт, разработанный в лаборатории Колтек: принципиальная схема (а) и эпюра напряжения стока (б)
Примечание к рис. Подробное описание схемы усилителя можно найти в статье «High-Efficiency Class-E Power Amplifiers* (авторы Эйлин JIo (Eileen Lau), Кай-Вай Чу (Kai-Wai Chin ),Джеф Kuh (Jef Qin), ДжонДэвис (John Davis), Кент Поттер (Kent Potter) и Дэвид Рутледж (David Rutledge)), опубликованной в журнале QST, часть 1, май 1977, с. 39-42 и часть 2, июнь 1997, с. 39-42.
Vcc
а) б)
Рис. 10.11. Усилитель класса F (а) и эпюра коллекторного нагфяжения^(б)
Резонансная частота контура L3C3 совпадает с частотой третьей гармоники, в результате эта составляющая сигнала складывается с коллекторным напряжением и сглаживает его максимумы, делая их более плоскими (рис. 10.116).
КПД усилителей класса F, как правило, выше, чем у усилителей класса С, но ниже, чем у усилителей класса Е. Выбор схемы в каждом конкретном случае зависит от того, что является определяющим для выходного транзистора: максимально допустимое напряжение на коллекторе или его тепловой режим. Общих рекомендаций в этом случае дать нельзя, так как многое зависит от частоты и уровней мощности. К тому же усилитель может работать только часть времени.
Время, в течение которого усилитель работает,, называется рабочий цикл. Небольшая продолжительность рабочего цикла уменьшает тепловые нагрузки, а максимальные значения напряжений при этом не изменяются. В диапазоне более высоких частот, например гигагерцовом, максимальные значения напряжений для транзисторов могут составлять всего лишь несколько вольт, и в этом случае
[242] 10. УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ
лучше использовать именно усилители класса E Но данные усилители годятся и для передатчиков с высоким уровнем выходной мощности, но более низкими частотами.
10.6. Усилители класса В
Все усилители классов С, D, E и F имеют высокие значения КПД, но все они нелинейные, следовательно, непригодны для усиления сигналов, у которых одновременно меняется частота и амплитуда. С математической точки зрения усилитель может считаться линейным, если отношение выходного U и входного Uj напряжений можно записать в виде скалярного произведения:
U = осЦ (10.32)
Надо заметить, что приведенное определение отличается от того, которое используется в математике, когда выражение вида
у = ах + b (10.33)
рассматривается в качестве уравнения, описывающего линейную зависимость. На рис. 10.12 приведены графики зависимости выходного напряжения от входного для усилителя мощности класса С передатчика NorCal 40А.
Представленная зависимость не является линейной, и это видно как при малых, так и при высоких уровнях. •
На представленной зависимости четко выделяется пороговое значение с очень малым значением выходного сигнала, при котором размах входного напряжения составляет менее 1,2 В. Меньших значений напряжения уже недостаточно для отпирания эмиттерного перехода. Искажения, вызываемые пороговым значением, можно убрать, задав смещение, соответствующее классу А. Однако работав классе А характеризуется очень низкими значениями КПД, а также большими потерями мощности по постоянной составляющей при отсутствии выходного сигнала. Но есть еще один способ снизить искажения, возникающие за счет порогового значения, и сохранить при этом высокую эффективность работы. Надо задать такое значение напряжения смещения, которое позволит установить пороговое значение в область нулевых значений (рис. 10.12). Подобный режим работы усилителя получил название класс В: он сочетает эффективность работы и низкие искажения порогового значения. Иногда для того, чтобы подчеркнуть наличие смещения, такой режим работы называют классом AB. Существует взаимозависимость между величиной мощности и уровнем искажений.
