Усилитель мощности на полевых транзисторах

30 Июл 2014     Рубрика: Другие усилители
arrow  arrow

Усилитель мощности на полевых транзисторах MOSFET

 

technic-bva

 

 

Усилитель мощности на полевых транзисторах — приведенная ниже схема позволяет получить заданную выходную мощность при минимальных потерях при суммировании выходных сигналов. Для получения больших значений выходной мощности возможно параллельное включение двух и более полевых транзисторов MRF150 фирмы Motorola. Такой способ включения для биполярных транзисторов практически не применяется из-за их низкого входного импеданса. В схеме с общим истоком мощные полевые транзисторы обладают приблизительно в 5…10 раз более высоким входным сопротивлением, чем сопоставимый по мощности биполярный транзистор, включенный в схеме с общим эмиттером. Значение выходного импеданса зависит от напряжения питания и уровня выходной мощности. Число параллельно включенных транзисторов ограничивается, скорее физическими факторами, нежели электрическими — общая индуктивность выводов транзистора является наиболее существенной причиной, ограничивающей максимальное значение рабочей частоты. Влияние индуктивности выводов усиливается при уменьшении напряжения питания и повышении выходной мощности. Так как минимальное расстояние между транзисторами ограничено размерами их корпусов, то практически реализуемым улучшением является уменьшение размеров транзисторов.

 

Усилитель мощности с выходными MOSFET-транзисторами, при работе на болee высоких частотах индуктивность выводов транзисторов можно использовать как часть схемы с распределенными параметрами, но это сильно ограничивает диапазон рабочих частот Такие схемы находят широкое применение в СВЧ-устройствах на биполярных транзисторах.
При параллельном включении мощных МОП-транзисторов необходимо учитывать другой важный аспект. Если частота единичного усиления (f) транзистора достаточно высока, то усилитель может превратиться в генератор, резонансная система которого будет образована индуктивностями выводов затворов и емкостями сток-исток транзисторов.

 

Положительная обратная связь осуществляется через проходную емкость сток-затвор. Результирующий фазовый сдвиг, равный 360е, возникает на частотах, обычно лежащих выше рабочего диапазона усилителя. Таким образом, возникшие колебания могут отсутствовать на выходе РА, но иметь значительную амплитуду на стоках транзисторов Генерация может быть устранена уменьшением до минимально возможных значений индуктивности в цепи затворов, состоящей из индуктивностей выводов разделительных конденсаторов С7…С10 (рис.1) и выводов затворов транзисторов. Применение низкоомных без индуктивных резисторов R15.. Я18 не снижает коэффициента усиления в рабочем диапазоне частот и позволяет добиться лучшей устойчивости РА.

 

Описание принципиальной электрической схемы

 

mrf-150

 

На рис.1 показана полная схема усилителя мощности на полевых транзисторах. Напряжение питания может составлять 40…50 В и зависит от требований к линейности устройства. Напряжение смещения выставляется для каждого транзистора в отдельности, поэтому нет необходимости подбора транзисторов по значению напряжения отсечки. Коэффициент усиления по мощности МОП-транзисторов в значительной степени зависит от выставленного начального тока стока, поэтому осуществлять его регулировку можно только в пределах ±10% от номинального значения.
Печатная плата была разработана с учетом того, чтобы можно было использовать несколько различных вариантов схем подачи напряжения на транзисторы (рис.2). На рис.2а показана схема, которая используется в описываемом усилителе.

 

mrf-mop

 

Диод VD1 предназначен для блокирования положительного потенциала и защиты остальных транзисторов от перенапряжения, которые могут возникнуть при внутреннем пробое затвор-сток одного транзистора. Цепочка R2, С1 развязывает цепь смещения по переменному току, а также обеспечивает постоянство входного сопротивления каскада для сохранения устойчивого усиления в широкой полосе рабочего диапазона частот. R4 также может применяться для этой цели, но при этом он должен иметь низкое сопротивление, что приводит к возрастанию постоянного тока, протекающего через цепь смещения. Обычно R4 используют для создания замкнутой цепи, обеспечивающей протекание тока через диод VD1. R3 — низкоомный резистор, служащий для устранения условий возникновения паразитных колебаний, как было рассмотрено выше.

 

В дополнение к блокированию постоянного напряжения обратной полярности диод VD1 может использоваться для получения динамического смешения, при котором напряжение смещения зависит от напряжения высокой частоты на входе транзистора. При этом достигается большая эффективность устройства, так как появляется возможность уменьшить величину тока покоя во время отсутствия сигнала. На рис,2б и 2в показаны две разновидности таких схем. Резистором R2 (рис.2б> можно регулировать уровень выпрямленного диодом VD1 напряжения. На рис.2г показана схема, в которой диод VD1 включен последовательно с резистором R1. а также убран резистор R4. Сопротивление резистора R1 и его мощность должно быть достаточно высоким, для предотвращения его выхода из строя при внутреннем пробое затвор-сток транзистора.

 

Микросхема DA1 используется для получения опорного напряжения, которое подается в общую для всех четырех транзисторов цепь питания регуляторов смещения. Опорное напряжение зависит от температуры радиатора, на котором закреплены транзисторы, а также от управляющего напряжения на выводе 12 DА1. По управляющему входу 12 DA1 возможно осуществление автоматической регулировки усиления (ALC). ручной регулировки, а также запирание усилителя. Опорное напряжение может изменяться резистором R5 в пределах 0,5…9 В. Терморезистор R25, закрепленный в непосредственной близости от транзисторов VT1…VT4, с дополнительным сопротивлением R10 производит регулировку опорного напряжения в зависимости от температуры радиатора.

Rambler's Top100 Яндекс.Метрика