Технические разделы

Построение усилителей мощности на основе ИМС

Микросхемы усилителей мощности (УМ) предназначены в основном для использования в РЛС на активных фазированных антенных решетках, состоящих из большого числа идентичных приемопередающих модулей, а также в различных системах связи и передачи информации. Особенностью этих усилителей является сравнительно высокий уровень выходной мощности (более 0,5 Вт) при относительно большом КПД (около 15 . 20%). При таком режиме работы напряжения и токи на электродах прибора могут меняться от минимальных до максимальных значений. В этом случае нелинейные зависимости характеристик транзистора от- амплитуды сигнала приводят к возникновению нелинейных искажений на выходе усилителя, которые проявляются в появлении гармоник основного сигнала.

При наличии на входе УМ нескольких сигналов с различными частотами на выходе устройства появляются сигналы с частотами, представляющими собой линейные комбинации частот входных сигналов (интермодуляционные искажения - ИМИ). Обычно рассматривают ИМИ третьего порядка, попадающие в рабочую полосу частот усилителя. Эти искажения в СВЧ усилителях на

ПТШ рассчитываются по его эквивалентной схеме, учитывающей нелинейную зависимость элементов от мощности сигнала.

Интермодуляционные искажения в СВЧ усилителях мощности можно уменьшать технологическими и схемотехническими методами, а также выбором режима смещения по постоянному току. Исследования показали, что профиль легирования активного слоя прибора может быть оптимизирован для получения минимальных ИМИ. Ионная имплантация позволяет формировать такие профили.

К схемотехническим методам относится согласование транзистора с нагрузкой на минимум ИМИ. В некоторых случаях удается уменьшить уровень ИМИ на 20 .30 дБ при незначительном уменьшении коэффициента усиления. Использование балансных усилителей также позволяет снизить искажения, так как на каждый транзистор подается сигнал с уровнем мощности, равным половине мощности входного сигнала. Так, в случае кубической зависимости интермодуляционного сигнала от входной мощности уровень ИМИ в каждом каскаде усилителя на 9 дБ ниже, чем при использовании в тех же условиях одиночного каскада. На практике фазы интермодуляционных сигналов, как правило, различаются даже в транзисторах с одинаковыми характеристиками. В результате уровень ИМИ в балансном усилителе по сравнению с уровнем в одиночном каскаде ниже более чем на 6 дБ.

Рассмотрим некоторые микросхемы усилителей мощности. На рис. 10 приведена схема УМ, состоящего из двухтактных каскадов. Выходной каскад содержит пару ПТШ с шириной затвора 1,2 мм, а во входном используются транзисторы с шириной затвора 0,6 мм. Согласующие цепи на входе (выходе) усилителя рассчитаны для подключения к двум 50-омным линиям передачи или к одной балансной линии с волновым сопротивлением 100 Ом.

Двухкаскадный двухтактный усилитель мощности

L1=0.9 нГн; L2=L3=0.8 нГн; L4=4 нГн; L6=L7= 0.3 нГн; L8= 1.5 нГн; C1=C2=1 пФ

Рис. № 10

Применение двухтактных каскадов в СВЧ усилителях мощности имеет два преимущества. Первое связано с тем, что в обычном однотактном УМ, где ширина затвора ПТШ достигает нескольких миллиметров, входное сопротивление мало и возникает проблема с проектированием цепей согласования, обеспечивающих большой коэффициент трансформации. Входное сопротивление двухтактного каскада, транзисторы которого имеют ту же суммарную ширину затвора, что и однотактного, выше. В данном случае действительная часть входного сопротивления возрастает с 3 (ширина затвора 2,4 мм) до 6 Ом (2x1,2 мм).

Второе преимущество заключается в том, что ток СВЧ сигнала с основной частотой, как видно из рис. 10, следует непосредственно от истока одного транзистора двухтактного каскада к истоку второго. Следовательно, если транзисторы находятся в одинаковых условиях по согласованию и по режиму работы, расположены рядом и их истоки соединены в верхней стороне кристалла, лишь незначительная часть сигнала основной частоты проходит через металлизацию на обратной стороне кристалла и влияние паразитной индуктивности в цепи истоков значительно уменьшается.

Поскольку транзисторы двухтактного каскада симметричны относительно общей шины, расчет цепей согласования можно проводить как для обычного однотактного каскада с ОИ. В этом случае значения индуктивностей, включенных между двумя симметричными параллельными каналами, следует удвоить.

Перейти на страницу: 1 2

Еще статьи по технике и технологиям

Способы увеличения пропускной способности оптических волокон
В настоящее время телекоммуникационная индустрия претерпевает беспрецедентные изменения, связанные с переходом от голосоориентированных систем к системам передачи данных, что является следствием бурного развития Internet технологий и ...

Функциональный и качественный анализ работы линейных систем автоматического управления
Дано: Общая расчетная схема системы автоматического управления: Хвх Хвых - - Ди ...

© 2021 | www.techexpose.ru