Перейти к содержанию

Расчет линейного усилителя мощности 10 Вт

Пытаюсь разобраться с расчетом выходного каскада усилителя мощности. Подобрал несколько типов подходящих транзисторов и перешел к схеме согласования, и тут возникли вопросы

Выходной импеданс транзистора для расчета схемы согласоваи выбирается исходя из Load Pull Performance как компромис между максимальной выходной мощностью, PAE и коэффициентом усиления. Это в принципе понятно, но проблема в том что Load Pull Performance приведены только для нескольких частот. Например для Infenion PTFC270101M они приведены для частот 940, 2140, 2655 МГц, а меня интересуют частота 1200 и другие внутри этого диапазона. Найти дешевые и доступные транзисторы для которых специфицированы характеристики на интересующих меня частотах не удалось. Просто интерполировать данные между частотами наверно бессмысленно.

Или можно считать что точности в 30% - 50% достаточно?

 

Как я понимаю Load Pull Performance можно расчитать исходя из модели транзистора (вольтамперных характеристик, параметров корпуса, перенос референсной плоскости и др). Но единственый подходящий транзистор для которого в принципе есть Modelithic параметры это Qorvo QPD1009 но и их пока не удалось получить, буржуи говорят что не поддерживают пользователей в России, а Макротим обещал помочь но прошло уже недели три а результата нет. Так что опять же нет данных.

Как правильно решается эта задача?

 

Аналогичный вопрос с входным сопротивлением транзистора.

 

Еще один вопрос связан с выбором тока покоя. В даташитах приводятся характеристики транзисторов для линейных усилителей при токе покоя порядка 100 мА. Но для линейного каскада класса А для получения 10 Вт на активном сопротивлении 15 Ом нужно иметь ток порядка 1.2 А. Так что получается что 100 мА это скорее класс B или AB. И опять же где взять характеристики транзистора при токе 1 А?

 

Непонятно как меняются характеристики в идустриальном дипазоне температур, надо ли стабилизировать температурный дрейф тока стока и коэффициент усиления с помощью внешней схемы?

Вообще даташиты какие-то очень лаконичные (привык что про обыкновенный операционник или АЦП от AD в даташите приведено столько параметров, и при нескольких напряжениях питания и при разных тепературах и т.д.).

 

В качестве выходного каскада часто используется балансный каскад состоящий из двух транзисторов объединяемых через квадратурные мосты. Столкнулся с мнением что эта схема является двухтактным каскадом, в котором транзисторы могут работать в режиме AB сохраняя общую линейность, грубо говоря один транзистор открывается на положительной полуволне и усиливает ее, другой - отрицательную. Правильно ли я понимаю что это не верно и для обеспечения общей линейности надо чтобы оба транзистора работали в режиме A?

 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Написать производителю и спросить пробовали?

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Приготовьтесь к тому, что для начала нужно будет заполнить End User, но это чаще всего не является проблемой. Проблема в том что эти транзисторы очень дешевые и скорее всего вы столкнетесь с тем, что у Infineon на эти транзисторы идет минимальное количество для заказа - порядка 1000 шт.

Если повезет, то у ритейлеров есть упаковка и вам удастся купить что то в розницу.

 

 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Купить десяток PTFC270101M не проблема, и цена вполне приличная. Собственно по цене их и выбрали

У Инфениона не спрашивали, в начале хотели ставить Qorvo и NXP c ними общались и не добились ничего кроме того что есть на сайте. И решили что с Инефенионом будет тоже самое. Может надо было обещать потребление 10К в месяц.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Как правильно решается эта задача?

... в учебнике написано, что на векторнике тестовыми фикстурами и регулируемыми согласоваелями. т.е. дорого. поэтому лучше подождать ответа Макротим. сам все хотел освоить методу, да денег и времени на все это нет.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

1. Что в вашем понимании линейный усилитель? Количественно цифру назовите, характеризующую линейность. От этого будет дальнейший разговор.

2. Почему спрашиваете линейность, а говорите о нелинейной характеристике? Для линейной модели придуманы s-параметры. Но это опять к п. 1. А для изменения s-параметров не так много и нужно. В принципе можно и колхозным колхозом обойтись для таких низких частот. Или интерполировать s - параметры имеющихся точек. Тем более там разрывов или петель не будет. Там значения вроде близкие.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты
1. Что в вашем понимании линейный усилитель? Количественно цифру назовите, характеризующую линейность. От этого будет дальнейший разговор.

2. Почему спрашиваете линейность, а говорите о нелинейной характеристике? Для линейной модели придуманы s-параметры. Но это опять к п. 1. А для изменения s-параметров не так много и нужно. В принципе можно и колхозным колхозом обойтись для таких низких частот. Или интерполировать s - параметры имеющихся точек. Тем более там разрывов или петель не будет. Там значения вроде близкие.

Под линейностью я понимаю следующее: уровень гармоник ниже -30 дБ относительно несущей и линейная зависимость между уровнем входного и выходного сигнала. Сигнал одно-тональный, уровень может меняться.

Конечно проще было бы использовать режим А: все проще и понятнее, фильтры не нужны (или будут простейшие), проще стабилизировать рабочую точку так как средний ток стока не зависит от уровня сигнала и др.

Но при этом КПД на полном сигнале раза в два или более хуже чем у режима В, при меньшем уровне сигнала ситуация еще хуже.

Так что приходится использовать режим В и добиваться требуемого уровня гармоник выходными фильтрами, диапазоны не широкие около 20% от несущей.

 

Вообще как я понимаю слово линейный в отношении усилителей мощности используется немного не так как обычно, например встречал сочетание "линейный усилитель класса АВ"

 

S параметры это конечно хорошо, но в умных книжках пишут что даже для режима А используют не их а Load Pull Performance. А для класса В они совсем не подходит.

В общем то это понятно, максимальную мощность можно получить при сопротивлении нагрузки равном напряжение питания / ток покоя, которое совсем не обязательно равно выходному сопротивлению на малом сигнале.

 

В результате поисков склоняюсь к использованию транзисторов NXP, для которых удалось найти модели для AWR, с которыми сейчас и разбираюсь.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты
я тоже, молодой еще, никогда не слышал про линейные усилители мощности. А АВ усилители линейные, УМ только на низких частотах называют, когда у них на выходе эмиттерный повторитель... по моему так.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты
Под линейностью я понимаю следующее: уровень гармоник ниже -30 дБ относительно несущей и линейная зависимость между уровнем входного и выходного сигнала. Сигнал одно-тональный, уровень может меняться.

Опять ничего не ясно. Если Вы говорите о второй гармонике в линейном режиме без цепей фильтрации, то согласно всем известной формуле:

delta = OIP2 - Pout, где дельта, это отношение мощности сигнала к мощности второй гармоники в дБ

тогда получим

30дБ = OIP2 - 40дБм

OIP2 = 70дБм

от сюда следует, что примерно Вам нужен транзистор со следующими

OIP1dB = 47 дБм

OPSAT = 50 дБм

OIP3 = 60 дБм

OIP2 = 70 дБм

А именно для достижения такого требования Вам придётся использовать 100Ваттный усилитель!!!!!!!!

Примечание - расчеты сделаны согласно литературе "RADIO RECEIVER DESIGN Kevin MeClaning and Tom Vito".

 

Но!!! Если поставить небольшой фильтр на выходе (который часто совмещается с цепями согласования). То всё станет не так тоскливо и немного проще. С фильтром можно задавить вторую гармонику почти до бесконечности и тогда можно использовать прямо 10Ваттный транзистор.

 

Но, если Вы говорите об интермодуляции в линейном режиме, когда каскад передаёт цифровые виды модуляции, то тогда формула будет немного другой:

OIP3 = Pout + дельта/2, где дельта, это отношение мощности одной палки к мощности продуктов интермодуляции.

Формулы взяты из той же книжки

OIP3 = 40дБм + 30дБ/2 = 55дБм

от сюда следует, что примерно Вам нужен транзистор

OIP1dB = 42 дБм

OPSAT = 45 дБм

OIP3 = 55 дБм

OIP2 = 65 дБм

Тоесть примерно 16Ватт

Но тут уже близко к нелинейному режиму и тогда формулы могут неработать. Надо смотреть на много всяких факторов. Чаще всего интермодуляция вблизи точки насыщения скорее всего подробно описаны в ПДФника. И тут уже шаманство разработчика.

 

 

Конечно проще было бы использовать режим А: все проще и понятнее, фильтры не нужны (или будут простейшие), проще стабилизировать рабочую точку так как средний ток стока не зависит от уровня сигнала и др.

Но при этом КПД на полном сигнале раза в два или более хуже чем у режима В, при меньшем уровне сигнала ситуация еще хуже.

Так что приходится использовать режим В и добиваться требуемого уровня гармоник выходными фильтрами, диапазоны не широкие около 20% от несущей.

 

Вообще как я понимаю слово линейный в отношении усилителей мощности используется немного не так как обычно, например встречал сочетание "линейный усилитель класса АВ"

 

S параметры это конечно хорошо, но в умных книжках пишут что даже для режима А используют не их а Load Pull Performance. А для класса В они совсем не подходит.

В общем то это понятно, максимальную мощность можно получить при сопротивлении нагрузки равном напряжение питания / ток покоя, которое совсем не обязательно равно выходному сопротивлению на малом сигнале.

 

В результате поисков склоняюсь к использованию транзисторов NXP, для которых удалось найти модели для AWR, с которыми сейчас и разбираюсь.

Про режимы А, АВ, В.

Чего то давно не видел СВЧ транзисторов работающих в режиме А. Большинство работают в АВ, В, С. Причём связные чаще всего в режиме АВ, а для импульсных применений в режиме В и С

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты
Например для Infenion PTFC270101M они приведены для частот 940, 2140, 2655 МГц, а меня интересуют частота 1200 и другие внутри этого диапазона. Найти дешевые и доступные транзисторы для которых специфицированы характеристики на интересующих меня частотах не удалось. Просто интерполировать данные между частотами наверно бессмысленно.

Или можно считать что точности в 30% - 50% достаточно?

Для данного транзистора, не имеющего внутренних цепей согласования, можно и проинтерполировать. Тем более частота 1200 МГц не так далека от 940 МГц. Можно вполне на погрешность в 10-20% выйти, что соответствует погрешности измерений этих импедансов.

Как я понимаю Load Pull Performance можно расчитать исходя из модели транзистора

Как правильно решается эта задача?

Нелинейную модель транзистора не обязательно иметь. Достаточно создать модели входного и выходного импеданса. Методом оптимизации найти номиналы элементов этих моделей.

 

Еще один вопрос связан с выбором тока покоя. В даташитах приводятся характеристики транзисторов для линейных усилителей при токе покоя порядка 100 мА. Но для линейного каскада класса А для получения 10 Вт на активном сопротивлении 15 Ом нужно иметь ток порядка 1.2 А. Так что получается что 100 мА это скорее класс B или AB. И опять же где взять характеристики транзистора при токе 1 А?

При токе покое в 1,2 А и 28 В питания на транзисторе будет выделяться тепла порядка 34 Вт, что приведет к перегреву на 136 град. С (тепловое сопротивление переход-корпус 4.04 град. С/Вт). Необходимо обеспечивать очень хороший отвод тепла. Переходные отверстия в плате вряд ли справятся с этой задачей.

При таком токе покоя транзистор будет работать на верхнем загибе передаточной (сток-затворной) характеристики. Приличная линейность будет только на малых уровнях выходной мощности (в 3-4 раза меньше номинальной выходной мощности). Про КПД можно забыть.

Непонятно как меняются характеристики в идустриальном дипазоне температур, надо ли стабилизировать температурный дрейф тока стока и коэффициент усиления с помощью внешней схемы?

При токе покоя 1,2 А можно не стабилизировать напряжение входного смещения рассматриваемого транзистора в диапазоне температур.

 

В качестве выходного каскада часто используется балансный каскад состоящий из двух транзисторов объединяемых через квадратурные мосты. Столкнулся с мнением что эта схема является двухтактным каскадом, в котором транзисторы могут работать в режиме AB сохраняя общую линейность, грубо говоря один транзистор открывается на положительной полуволне и усиливает ее, другой - отрицательную. Правильно ли я понимаю что это не верно и для обеспечения общей линейности надо чтобы оба транзистора работали в режиме A?

На частоте 1200 МГц для LDMOS транзистора двухтактный каскад в линейности не даст больших преимуществ, но можно хорошо подавить четные гармоники.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Для публикации сообщений создайте учётную запись или авторизуйтесь

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать учетную запись

Зарегистрируйте новую учётную запись в нашем сообществе. Это очень просто!

Регистрация нового пользователя

Войти

Уже есть аккаунт? Войти в систему.

Войти