Rezonansowe wzmacniacze mocy
Rezonansowe wzmacniacze mocy
klasa A
< 50%
małe zniekształcenia
klasa B
< 78%
duże zniekształcenia,
ale można je skompensować
klasa C
< 100%
duże zniekształcenia,
nie można ich skompensować.
Można je tylko odfiltrować
(jeżeli częstotliwość pracy jest stała).
Podstawowy układ wzmacniacza kl. C
polaryzacja
wstępna
obciążenie
separacja obwodu
polaryzacji od wzbudzenia
wzbudzenie
lub
Stany pracy wzmacniacza
określone są przez kształt impulsów prądu,
a ten zależy od minimalnej wartości chwilowej napięcia na elemencie aktywnym.
stan
niedowzbudzony
stan
krytyczny
stan
przewzbudzony
U
cemin
> U
ces
U
cemin
U
ces
U
cemin
< U
ces
U
cemin
< 0
Obliczanie kąta przepływu prądu przez element aktywny
Analityczne ujęcie przebiegów
we wzmacniaczu
...
t
3
cos
I
t
2
cos
I
t
cos
I
I
)
t
(
i
m
3
m
2
m
1
o
c
)
,
i
(
f
I
max
o
)
,
i
(
f
I
max
1
m
1
)
,
i
(
f
I
max
2
m
2
)
(
i
I
i
~
I
i
max
im
max
im
max
im
i
i
I
)
(
klasa A
klasa B
klasa
C
głęboka płytka
Zależności energetyczne we wzmacniaczu
wy
1
wy
U
I
P
wym
m
1
wy
U
I
2
1
P
wym
1
max
wy
U
)
(
i
2
1
P
cc
o
zas
U
I
P
skuteczne
cc
wym
o
1
cc
o
max
wym
1
max
zas
wy
U
U
)
(
)
(
2
1
U
)
(
i
U
)
(
i
2
1
P
P
cc
o
max
zas
U
)
(
i
P
zakłada się sinusoidalność napięcia wyjściowego
)
(
)
(
2
1
o
1
cc
wym
o
1
U
U
)
(
)
(
2
1
= współczynnik wykorzystania
napięcia zasilania
1
o
1
/
o
90
o
0,50 0,32 1,51
80
o
0,47 0,29 1,62
70
o
0,44 0,25 1,76
60
o
0,39 0,22 1,77
50
o
0,34 0,19 1,80
40
o
0,28 0,15 1,86
Przykład obliczeń
Wzmacniacz kl. C
nie
nadaje się do wzmacniania przebiegu zmodulowanego AM
zanik sygnału
(przemodulowanie)
przebieg napięcia wcz…
Wzmacniacz kl. B
nadaje się do wzmacniania przebiegu zmodulowanego AM
Wzmacniacz nadający się do wzmacniania przebiegu zmodulowanego AM
= wzmacniacz liniowy
przebieg napięcia wcz…
Zastosowanie powielaczy częstotliwości
obecnie taka funkcja spełniana jest przez układy PLL
Zastosowanie wzmacniacza liniowego
lub np. sygnał QAM
Wzmacniacz klasy C jako powielacz częstotliwości
powielacz
optymalne kąty
n = 1 n = 2 n = 3 n = 4 …
120º
60º
40º
30º
Obwody rezonansowe we wzmacniaczach kl. C
3 funkcje do spełnienia:
1) rezonans, tzn. Im(z) = 0,
2) tłumienie harmonicznych,
3) dopasowanie rezystancji Robc do Rwy.
Obwody muszą być złożone z większej liczby reaktancji
Obwody muszą zawierać co najmniej 3 elementy
obwody typu „”
obwody typu „”
Obwody muszą zawierać co najmniej 3 elementy
Obliczanie obwodu typu pi
2
b
obc
we
we
b
we
a
X
R
R
R
X
R
X
2
b
obc
we
obc
b
obc
X
R
R
R
X
R
Xc
obc
we
2
b
R
R
X
c
b
a
obc
we
b
X
X
X
R
R
X
ale zwykle wtedy
dobroć jest za mała !
Jak wyznaczyć dobroć takiego obwodu?
te dwa obwody są równoważne przy częstotliwości pracy
Tłumienie harmonicznych przez obwód
dla 1. harmonicznej
obwód w rezonansie
dla 2. harmonicznej
obwód daleko od rezonansu
35k
j456
Sprawność energetyczna obwodu rezonansowego
U
Q
Q
1
o
obw
22
rozstrojenie obwodu
Modulacja we wzmacniaczu kl. C
stan pracy wzmacniacza = przewzbudzony
dem
o
modulacja w obwodzie bazy lub obwodzie kolektora
23
kształty impulsów prądu elementu aktywnego
przy wchodzeniu w stan przewzbudzony
spada zawartość podstawowej harmonicznej – spada napięcie na obwodzie
24
Zależności energetyczne w modulatorze amplitudy
26
t
cos
m
1
U
U
cc
zas
t
cos
m
1
I
I
o
zas
t
cos
U
m
U
cc
mod
zakładając liniowość
modulacji
moc modulatora
t
cos
m
t
cos
m
I
U
t
cos
m
1
I
t
cos
U
m
2
2
o
cc
o
cc
zas
o
cc
P
2
I
U
2
2
m
I
U
2
o
cc
moc szczytowa modulatora
moc średnia modulatora
moc pobierana z zasilacza
t
cos
m
1
I
U
o
cc
cała moc doprowadzona do wzmacniacza
2
o
cc
t
cos
m
1
I
U
Dlaczego dobra liniowość modulacji w obwodzie kolektora?
R
I
U
m
1
wym
)
U
U
(
f
)
U
(
f
I
wym
cc
min
ce
m
1
wym
cc
min
ce
U
U
U
)
U
U
(
f
I
wym
cc
m
1
jakiś taki związek istnieje,
funkcja f (.) prawie dowolna
R
I
U
m
1
wym
funkcjonalnie może to zachowywać się
jak wtórnik napięciowy,
a więc liniowo
znaczna poprawa liniowości
Dlaczego dobra liniowość modulacji w obwodzie kolektora?
Układy praktyczne wzmacniaczy klasy C
na obciążeniu występuje
stałe napięcie zasilania
(niekiedy wysokie)
źródło napięcia modulującego
jest pod napięciem względem masy
np. antena
dlatego tzw. równoległy układ zasilania
dobór elementów…
gdy jeszcze modulacja…
dobór elementów…
Wzmacniacz klasy E
27
O typowym proporcjonalnym wzmacnianiu nie ma mowy
– to jest klucz sterowany prostokątem, a na wyjściu mamy
sinus.
Sygnał wejściowy tylko zadaje częstotliwość.
Dobry do modulacji FSK, PSK, MSK, niedobry do QAM czy
OFDM
(1975)
96%
27
napięcie na kluczu
prąd cewki
praca klucza
prąd kondensatora
przebiegi idealizowane przy założeniu braku obwodu wyjściowego;
dzięki obecności szeregowego obwodu rezonansowego, na wyjściu otrzymuje się
~ sinus
symulacja przykładowego układu w PSpice
napięcie wyjściowe
napięcie na bramce
napięcie na drenie
Wzmacniacz kl. E o mocy wyj. 500 W, 27 MHz, moc wzbudzenia 10W,
szczytowe napięcie na tranzystorze 430V,
Straty w cewce szeregowej 4W
Sprawność 83%
wybrane parametry
tranzystora
C
wej
=1400 pF
C
wyj
= 150 pF
Driver klasy F, wzmacniacz klasy E, tranzystory MESFET (GaAs)
wzmacniacz 3 kW 13,56 MHz