Транзисторные PA при низком напряжении питания

Существенными недостатками транзисторных РА при низком напряжении питания (например стандартном 13В) являются низкие отдаваемая мощность и к.п.д. из-за значительных потерь на большом сопротивлении коллектора для многих транзисторов, что вынуждает применять более мощные, более дорогие транзисторы. Например максимальная отдаваемая мощность для транзистора КТ903 (r_к=2 Ом) при коллекторном напряжении 13 В согласно [л] составляет 5 Вт, при к.п.д. η=0.45.

Существуют способы, позволяющие повысить отдаваемую мощность при низких напряжениях.

1. Использование нелинейной емкости коллектора. При включении емкости коллектора в качестве основной емкости контура, ввиду её нелинейности растет пик-фактор коллекторного напряжения (в 2…3 раза), что способствует росту отдаваемой мощности и к.п.д. Например согласно расчетам [л] транзистор КТ903 при использовании емкости коллектора и напряжении питания 13В способен отдать 6Вт (на 20% больше) при к.п.д. η=0.55. Надо сказать, что усилители с использованием нелинейной емкости коллектора весьма критичны к велечине нагрузки, поэтому их предпочтительнее использовать в предварительных каскадах. Кроме того в них возможны параметрические деление или умножение частоты (требуется проверка по этим режимам при расчете).

2. Использование усилителя с общей базой. Напряжение возбуждения, приложенное между эмиттером и базой складывается с коллекторным, что повышает амплитуду выходного напряжения. Почти вся мощность возбуждения передается в выходную цепь, поэтому мощность предоконечного каскада можно делать соизмеримой или даже равной мощности выходного каскада.

Для иллюстрации этих принципов на рис.1 приведена схема усилителя мощности, примененная в ЧМ трансивере на 29МГц.

Все каскады работают в режиме С, без смещения на базах. Каскад на VT1 – обычный предварительный усилитель с общим эмиттером. Его выходная мощность около 2Вт. В каскаде на VT2 используются оба принципа (нелинейная емкость и усилитель с общей базой). Выходная мощность составляет около 6Вт. Т.к. напряжение возбуждения является избыточным для эмитерного перехода, то оно снимается с половины обмотки дросселя L12 во избежание пробоя перехода. Контур Cк, С5, L3 согласует выходное сопротивление VT2 с входным сопротивлением следующего каскада.

В выходном каскаде используется только принцип включения VT3 с общей базой, т.к. его нагрузка может отличаться от номинальной. Г-звено L4, C6 согласует выходное сопротивление (12 Ом) с сопротивлением нагрузки (50 Ом). На элементах L5, L6, C8…C10 выполнен ФНЧ с частотой среза 30 МГц.

Номиналы основных компонентов указаны на схеме.

Намоточные данные элементов (проволока Ф0.5…0.8):

- L1 = Фср – 7мм, длина – 12мм, N = 7 витков (бескаркасная);

- L2 = Фср – 5мм, длина – 5мм, N = 3.5 витков (безкаркасная);

- L3 = Фср – 8 мм, длина – 8мм, N = 9.5 витков (каркас+ сердечник СЦР);

- L4 = Фср – 7мм, длина – 8 мм, N = 6.5 витков (бескаркасная);

- L5,L6 = Фср – 8мм, длина – 8мм, N = 8.5 витков (бескаркасные).

Автотрансформаторы L12, L13 выполнены на самодельных кольцах Ф7х4х4, изготовленных из броневых сердечников карбонильного железа типа СБ, и содержат 2х12 витков намотанных в два провода.

Настройка усилителя сводится к настройке индуктивностей L1, L2 растягиванием или сжатием витков, L3 подстроечным сердечником, в резонанс на средней частоте, по наибольшей отдаваемой мощности на эквиваленте 50 Ом. Ток транзистора VT1 при номинальном режиме составляет 0.3 А, транзисторов VT2, VT3 – ок. 1 А (для каждого).

P.S. Подробный расчет усилителя здесь не приводится, ввиду его громоздкости. Любителей математики отсылаю к источнику [л], либо к иной литературе по расчету транзисторных усилителей мощности.

А.Кабаев (UR5ZQV) г.Николаев – 2004 г.

ЛИТЕРАТУРА.
Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах. Проектирование и расчет. (Под ред. Р.А.Валитова, И.А.Попова). М.,"Советское радио", 1973 г.