Усилитель мощности Российский патент 2024 года по МПК H03F3/04 

Описание патента на изобретение RU2824751C1

Предлагаемое устройство относится к области радиотехники и может быть использовано в приемо-передающей и измерительной радиоаппаратуре, работающей на частотах, включая СВЧ диапазон. В частности, это устройство относится к широкополосным усилителям мощности, которые имеют малые неравномерности их АЧХ и которые содержат несколько непосредственно связанных между собой транзисторов с разными типами включения своих общих по отношению к входу и выходу электродов.

Известен усилитель мощности (см. его принципиальную и упрощенную схемы на рисунках 1 и 2 в статье «Повышение эффективности избирательных усилителей на дифференциальных каскадах» / Г.В. Уточкин // Сборник статей под ред. И.Ф. Николаевского «Полупроводниковая электроника в технике связи». - 1986. - Вып.26. - С.99 - 104). При прохождении высокочастотного сигнала рассмотрим на фиг.1 упрощенную схему этого усилителя. Усилитель выполнен на основе дифференциального каскада, который по высокой частоте (ВЧ) является комбинацией трех транзисторов 1 - 3, включенных по схеме «общий эмиттер - общий эмиттер - общая база» или ОЭ-ОЭ-ОБ. В отличие от известных дифференциальных каскадов с генератором стабильного тока здесь ВЧ сигнал усиливается тремя, а не двумя транзисторами. Элемент 4 представляет собой образованную резисторами в цепях смещения транзисторов 1 и 2 проводимость, при помощи которой в транзисторе 2 корректируется его внутренняя обратная связь и, следовательно, неравномерность АЧХ усилителя в целом. По сравнению с каскодными усилителями типа ОЭ-ОБ и ОК-ОБ данный аналог на частоте 35 МГц обеспечивает в ~6 раз больший коэффициент усиления и в ~2 раза шире полосу рабочих частот по уровню мощности - 3дБ. Вместе с тем, по сравнению с усилителями на тройках транзисторов это устройство не имеет преимуществ по неравномерности АЧХ и по ширине полосы частот.

Недостатком первого аналога являются большая неравномерность его АЧХ и относительно узкая полоса рабочих частот, где усилитель удовлетворительно согласован со стандартными сопротивлениями входного и выходного трактов.

Известен сверхширокополосный усилитель мощности (см. рисунок 10.2 в книге Титов, А.А. Транзисторные усилители мощности MB и ДМВ. Расчет, изготовление, настройка / А.А. Титов. - М.: «СОЛОН», 2006. - 325 с.). Его упрощенная принципиальная схема изображена на фиг.2. Данное устройство содержит три транзистора 5-7, которые включены по схеме ОЭ-ОЭ-ОБ, широкополосный датчик ВЧ тока 8, устройство 9 ввода питающих 10 и управляющих напряжений каскадов, а также элементы развязок СВЧ цепей по постоянному току 11-15, разделительный конденсатор 16 и элементы цепей согласования и коррекции АЧХ 17-25. Усилитель обеспечивает в полосе пропускания от 0.03 до 1 ГГц неравномерность АЧХ величиной ±1.5 дБ относительно коэффициента усиления 19 дБ. При этом значения входного и выходного КСВН устройства не приводятся, а входное согласование в широкой полосе достигается, в основном, путем использования пассивно-реактивной RL-цепи на элементах 17 и 18, где R=75 Ом. Вместе с тем, выходной согласующей цепи и вовсе нет, а связанные с ее отсутствием проблемы согласования решаются, используя схему защиты от рассогласования нагрузки, или при помощи устройств 8 и 9. Известно, что типовой коэффициент усиления включенных по схеме с общим эмиттером транзисторов обратно пропорционален рабочей частоте в степени, которая при уменьшении рабочей частоты соответствует росту величины этой передачи ~6 дБ на октаву [1]. Можно предположить, что для двух каскадов на транзисторах 5 и 6 общий рост будет составлять ~12 дБ при каждом уменьшении рабочей частоты в два раза. Вместе с тем, частотная зависимость коэффициента передачи транзисторов, включенных по схеме с общей базой, обычно имеет резонансную форму в виде колокола, где его максимальное значение гораздо меньше, чем в первом случае, зависит от частоты [2]. Кроме того, при изменении частоты за полосой резонанса АЧХ усилителя на транзисторе с общей базой падение его коэффициента усиления на хвостах АЧХ может составлять от ~6 до ~12 дБ на октаву. Очевидно, что в рассматриваемом диапазоне частот такое разнонаправленное поведение коэффициентов усиления каскадов с общим эмиттером и общей базой приводит к выравниванию суммарной АЧХ. Дополнительное выравнивание общей АЧХ происходит также при помощи цепей согласования на 20, 21 и 23, 24 элементах, которые работают исключительно в верхней части частотного диапазона. В средней и нижней части выбранного диапазона частот неравномерность АЧХ в данном аналоге дополнительно выравнивается при помощи разделительных конденсаторов 19 и 22 малой величины 9.1 и 11 пФ или за счет высоких величин их последовательных реактивных сопротивлений на низких частотах. Так, даже на частоте 100 МГц эти сопротивления достаточно велики и составляют 175 и 145 Ом.

Недостатком второго аналога являются относительно высокая неравномерность его АЧХ и недостаточно широкая полоса рабочих частот, где обеспечивается нормированное согласование усилителя с сопротивлениями стандартных трактов на его входе и выходе.

Известен усилитель мощности (см. Fig. 5 в статье Kobayashi, K.W. A DC - 3 GHz cryogenic AlGaAs/GaAs HBT low noise MMIC amplifier with 0.15 dB noise figure / K.W. Kobayashi, et. al. // International Electron Devices Meeting 1999. - Technical Digest, 05-08 December 1999, Washington, DC, USA. - IEDM-99. - P. 775-778). Принципиальная схема устройства приведена на фиг.3. Усилитель мощности содержит три транзистора 26-28, которые непосредственно связаны друг с другом, а по отношению к входу и выходу образуют соединение типа «общий эмиттер - общий коллектор - общий эмиттер» или ОЭ-ОК-ОЭ. Выходные транзисторы 27 и 28 включены по схеме Дарлингтона [3], где в базовой цепи транзистора 27 резистор на землю заменен на транзистор 26. Резистивные элементы 29-33 обеспечивают режим работы усилителя мощности, который характерен для типовых устройств на основе схемы Дарлингтона [4]. Для транзисторов с непосредственной связью данный режим работы предполагает компенсацию реактивности одного транзистора создаваемой другим транзистором отрицательной реактивностью того же типа [5]. В результате, при работе аналога в диапазоне рабочих частот от 100 МГц до 3 ГГц обеспечивается удовлетворительное согласование со стандартными трактами на его входе и выходе. При этом неравномерность АЧХ третьего аналога не превышает 3 дБ, а аналогичная характеристика подобного ему устройства [3] составляет 3.4 дБ.

Недостатком третьего аналога являются относительно высокая неравномерность АЧХ при его работе в широкой полосе частот, где обеспечивается удовлетворительное согласование усилителя с сопротивлениями стандартных трактов на его входе и выходе.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является усилитель мощности (см. Баранов А.В. Усилитель мощности // Патент РФ на изобретение №2796545 с приоритетом 26.01.2023 МПК-2006.01 H03F 3/04 Опубл.25.05.2023, БИ №15).

Принципиальная схема прототипа представлена на фиг.4. Усилитель мощности состоит из двух СВЧ транзисторов 34 и 35, включенных по схеме Дарлингтона, управляющего по постоянному току транзистора обратной проводимости 36, семи резисторов 37-43, с помощью которых обеспечивается режим работы СВЧ транзисторов по постоянному току. В состав усилителя входит также входная и выходная согласующие цепи. Входная цепь образована индуктивным 44 и емкостным 45 элементами, выходная цепь представляет собой зеркальное Г-образное звено из индуктивных элементов 46 и 47. Конденсаторы 48 и 49 являются разделительными, остальные элементы 50-53 выполняют функцию блокировочных емкостей. 50-Омные вход и выход устройства обозначены цифрами 54 и 55, а положительная клемма источника питания - цифрой 56.

Принципиальной особенностью прототипа является то, что при изменении температуры окружающей среды собственная нестабильность перехода «эмиттер-база» его управляющего транзистора 36 целенаправленно используется для термокомпенсации уходов крутизны проходной характеристики основного транзистора 35. В результате при достижении температурной стабилизации коэффициента передачи прототипа требуются относительно меньшие энергозатраты. Вместе с тем, с точки зрения согласования устройства в широком диапазоне частот и уменьшения неравномерности его АЧХ прототип ведет себя ровно также как и третий аналог, то есть также как и типовой усилитель мощности, разработанный на основе схемы Дарлингтона. Для непосредственно связанных транзисторов 34 и 35 в прототипе также характерен режим работы, когда взаимно компенсируются их однотипные реактивности, имеющие разные знаки [5]. В результате, при работе прототипа в диапазоне рабочих частот от 100 МГц до 1.2 ГГц выполняется согласование со стандартными трактами на его входе и выходе с КСВН ≤1.7. При этом неравномерность АЧХ прототипа составляет 2-3 дБ, если рабочая частота изменяется всего лишь с 1 ГГц до 650 МГц.

Недостатком прототипа является относительно высокая неравномерность АЧХ при его работе в недостаточно широкой полосе частот, где удовлетворительно выполняется согласование устройства с сопротивлениями стандартных трактов на его входе и выходе.

Технический эффект, на достижение которого направлено предлагаемое решение, заключается в уменьшении частотной неравномерности коэффициента усиления при широкополосном двухстороннем согласовании устройства со стандартными трактами.

Этот эффект достигается тем, что в усилителе мощности, содержащем три транзистора 57, 58 и 59 (первые два - 57 и 58 n-p-n проводимости), семь резисторов 61-67, семь конденсаторов 68, 72, 74, 75, 78, 79, 82 и три индуктивности 70, 71, 76, причем резистор 65 присоединен к общей шине через конденсатор 72, а индуктивность 76 к общей шине подключена через конденсатор 75 и она же одновременно через резистор 64

- к положительной клемме 83 источника питания, который через конденсатор 82 соединен с общей шиной, являющейся для этого источника отрицательной клеммой, кроме того, коллектор и база транзистора 57 соединены друг с другом через резистор 62, а его эмиттер

- через резистор 63 с общей шиной, дополнительно база транзистора 57 подключена ко входу устройства 80 через последовательно соединенные индуктивность 70 и конденсатор 78, общая точка которых подключена к общей шине через параллельную цепь, образованную конденсатором 68 и резистором 61, в свою очередь, коллектор транзистора 58 подключен через последовательно соединенные индуктивность 71 и конденсатор 79 к выходу устройства 81, а база транзистора 59 подключена к общей точке резистора 66 и параллельной цепи, образованной резистором 67 и конденсатором 74, другая общая точка которых соединена с общей шиной, согласно изобретению введены резистор 60, индуктивность 77 и два конденсатора 69 и 73, причем резистор 60 установлен между положительной клеммой источника питания 83 и коллектором транзистора 57, который присоединяется с базой транзистора 58, в свою очередь, эмиттер транзистора 58 подключен к общей точке конденсатора 72 и резистора 65, другой вывод которого соединяется с общей шиной, индуктивность 77 установлена между коллектором транзистора 58, соединенным со свободными выводами резистора 66 и индуктивности 76, и коллектором транзистора 59, который имеет ту же проводимость, что и транзисторы 57, 58, конденсатор 69 установлен между общей шиной и общей точкой индуктивности 71 и конденсатора 79, а конденсатор 73 - между общей шиной и эмиттером транзистора 59, который объединен с эмиттером транзистора 57, кроме того величины основных элементов удовлетворяют соотношениям:

где ω - циклическая частота; R - сопротивление стандартного тракта; - комплексные входные проводимости в основном канале, который образован транзисторами 57 и 58, включенными по схеме общий эмиттер - общий эмиттер; комплексные входные проводимости во второстепенном канале, который образован транзисторами 57 и 59, включенными по схеме общий коллектор - общая база; индексы i = 1,2 соответствуют входу 80, выходу 81, по отношению к которым и образованы схемы.

Принципиальная схема предложенного устройства представлена на фиг. 5. Усилитель мощности состоит из трех транзисторов 57-59, которые образуют два параллельно соединенные между собой СВЧ канала - основной и второстепенный. По отношению к входу и выходу устройства транзисторы 57 и 58 основного канала включены по схеме общий эмиттер - общий эмиттер (ОЭ-ОЭ), а во второстепенном канале на транзисторах 57 и 59 реализована каскодная схема типа общий коллектор - общая база (ОК-ОБ). Режимы работы всех транзисторов по постоянному и переменному токам устанавливаются при помощи резистивных элементов 60 - 67. В усилителе дополнительно на входе и выходе предусмотрены согласующие цепи, которые выполнены на емкостных (68 и 69) и индуктивных (70 и 71) элементах. Конденсаторы 72-75 и индуктивности 76, 77 представляют собой элементы цепей коррекции АЧХ устройства. Усилитель содержит также разделительные конденсаторы 78 и 79 на входе 80 и выходе 81 соответственно и блокировочный конденсатор 82, который подключен к клемме 83 источника питания.

Предложенное устройство работает следующим образом. Так как корректирующие АЧХ элементы 72-75 не являются блокировочными, а индуктивности 76, 77 не служат для развязки, входное колебание, с одной стороны, дважды усиливается в основном канале каскадами на транзисторах 57 и 58, сохраняя тем самым свою фазу. С другой стороны, это колебание, выделяясь на резисторе 63 и поступая на эмиттер транзистора 59 с общей базой, усиливается второстепенным каналом без изменения исходной фазы, а затем объединяется с выходным колебанием той же фазы в точке соединения с основным каналом - на коллекторе транзистора 58. Общей точкой основного и второстепенного каналов на входе устройства является база транзистора 57. Суммирование поступающих с одинаковой фазой мощностей колебаний способствует выравниванию АЧХ в области частот, где эффективно работает каскад с общей базой, а усиление каскадов с общим эмиттером резко падает. В то же время в области нижних и средних частот объединение усиленных в разной степени колебаний приводит к коррекции чрезмерных усилительных свойств основного канала устройства. Известно, что включение транзисторов по схеме с общей базой крайне редко применяется в широкополосных усилителях СВЧ диапазона, особенно, если перекрытие рабочих частот составляет 5 октав и выше [1]. В предлагаемом устройстве каскад на транзисторе 59 с общей базой в составе второстепенного каскодного усилителя включен необычным образом - параллельно основному каналу. При таком включении отмеченное выше выравнивание АЧХ усилителя происходит одновременно с двухсторонним его согласованием в широкой полосе частот, которое характерно для устройств с непосредственной связью между транзисторами, например, для усилителей на основе схемы Дарлингтона. По аналогии с усилителями с непосредственными связями [3 - 5] продемонстрируем возможности предлагаемого устройства при двухстороннем согласовании в широкой полосе частот.Обозначив на входе и выходе основного канала комплексные входные проводимости на частоте со и аналогичные характеристики во второстепенном канале запишем общее соотношение:

где - суммарная комплексная входная проводимость каналов на входе и выходе, которым соответствуют индексы i=1,2. Очевидно, что в предлагаемом усилителе для обеспечения двухстороннего согласования в широком диапазоне частот ƒ=ω/(2π) необходимо, чтобы величина была вещественной и в идеале, она должна стремиться к значению 1/R, где R - сопротивление стандартного тракта на входе и выходе устройства. С учетом этого замечания перепишем соотношение (1) в развернутом виде:

Таким образом, основным условием для широкополосного двухстороннего согласования является то, что измеренные в общих точках на входе усилителя или на его выходе мнимые части реактивностей двух каналов должны иметь одинаковые величины и одновременно разные знаки. Именно при таком условии в предлагаемом устройстве производится объединение мощностей колебаний с одинаковыми фазами основного и вспомогательного каналов, что способствует выравниванию АЧХ усилителя в целом.

Пример конкретного выполнения устройства. Рассмотрим усилитель мощности, выполненный в соответствии со схемой на фиг.5 на трех СВЧ транзисторах 2Т3202А9 (элементы 57-59). В качестве пассивных элементов используем чип-резисторы (Р1-12), чип-индуктивности (КИК-1608) и чип-конденсаторы (К10-79) с типовыми размерами 0603. Все элементы устройства разместим на стеклотекстолитовой подложке FR-4 размером 12.7x12.7x0.8 мм в корпусе СК1113, который является для некоторых управляемых напряжением генераторов зарубежного производства стандартным [2]. Отличие привязок усилителя от генераторов состоит лишь в том, что вход управления варикапами задействован в данном усилителе для подачи его входного колебания. Данный макет усилителя разработан на основе представленной на фиг.6 модели, где в качестве характеристик транзисторов 2Т3202А9 использованы [S]-параметры транзисторов BFQ67, которые являются их аналогами, рекомендованными производителями. На фиг.7 а) для рассмотренной модели усилителя изображены частотные зависимости его коэффициента передачи |S21| в дБ, а также основного К и вспомогательного В1 коэффициентов устойчивости. Для той же модели усилителя на фиг.7б) приведены зависимости его КСВ входа и выхода от частоты. Из приведенных характеристик следует, что при согласовании в широкой полосе частот (~5 октав) с КСВ входа и выхода, в основном, меньшим величины 1.6 (лишь на нижних частотах КСВ выхода достигает значения 2.04), модель усилителя при высоком уровне его устойчивости обеспечивает неравномерность АЧХ меньшую 1.5 дБ. Улучшенные характеристики данной модели достигаются за счет взаимной компенсации реактивностей основного и вспомогательного каналов на входе и выходе усилителя. Возможности такой компенсации реактивностей продемонстрированы при помощи графиков зависимостей проводимостей от частоты ƒ=ω/(2π), которые измерены в точках объединения колебаний на входе и выходе той же модели усилителя. При измерении выходных характеристик второстепенного канала и коллектор транзистора 58 отключался от индуктивного элемента 77, а затем нагружался на сопротивление стандартного тракта. Аналогичным способом, нагрузив отключенный элемент 77 от коллектора транзистора 58 и от общей точки элементов 66, 71 и 76, выполнялось измерение выходных характеристик для основного канала. Полученные таким образом частотные зависимости приведены для удобства друг за другом на фиг.8 а) и б), соответственно. Если измерялись входные характеристики второстепенного канала, то база транзистора 58 отсоединялась от коллектора транзистора 57, а для получения входных характеристик основного канала эмиттер транзистора 59 отключался от точки соединения резистора 63 и половинной емкости 73 с эмиттером транзистора 57. В обоих случаях эмиттер транзистора 59 и база транзистора 58 нагружались сопротивлениями стандартных трактов. В результате, получены частотные зависимости входных характеристик, которые также последовательно друг другу представлены на фиг.9 а) и б). Анализ приведенных на фиг.8 a) и б) зависимостей показывает, что, по крайней мере, в диапазоне частот 0.1 до 1.2 ГГц выходные проводимости основного и второстепенного каналов практически до нуля компенсируют друг друга. Вместе с тем, на основе анализа характера поведения зависимостей на фиг.9 а) и б) можно сделать вывод о такой же взаимной компенсации входных проводимостей основного и второстепенного каналов, но на частотах от 0.4 до 2.1 ГГц. Из анализа графиков на фиг.8 и 9 следует также, что для окончательного завершения процедуры широкополосного согласования на входе и выходе рассматриваемой модели усилителя требуются дополнительные трансформаторы, повышающие их активные сопротивления до величин сопротивлений стандартных трактов. Так, на выходе модели усилителя предусмотрен повышающий трансформатор комбинированного типа, где элементы 71, 76, 69, 75 образуют две повышающие сопротивления цепи, одну с частотно независимым, а другую с зависимым от частоты коэффициентами трансформации [6]. При этом в данной модели суммарное входное сопротивление двух каналов повышается с помощью трансформатора на элементах 68, 70.

На основе полученных результатов моделирования разработан макет усилителя мощности, АЧХ и КСВ входа которого представлены на фиг.10, а его КСВ выхода - на фиг.11. Общий ток макета усилителя составляет 60 мА при напряжении питания +10 В. При этом потребляемые токи транзисторов 57, 58 и 59 распределяются следующим образом: 20, 30 и 10 мА, соответственно. Окончательная регулировка усилителя заключается в выборе токового режима транзистора с общей базой 59 и величин элементов коррекции АЧХ - индуктивности 77 и емкостей 72, 73. Так, оптимальные величины неравномерности АЧХ в широкой полосе частот достигаются в предлагаемом устройстве при значении индуктивности 77, равном 6.2 нГн, емкости 73 величиной 8.2 пФ, емкости 72 с номиналом 1.8 пФ. Оптимальным значениям неравномерности АЧХ также соответствует выбор тока потребления транзистора 59, который устанавливается в пределах от до по отношению к токам потребления транзисторов 57 и 58. Приведенные на фиг.10 и 11 характеристики свидетельствуют о том, что в полосе рабочих частот от 10 МГц до 2.6 ГГц неравномерность АЧХ устройства не превышает 2 дБ, а КСВ входа и выхода в диапазоне частот 8 октав имеют удовлетворительные величины и лишь на отдельных участках частот достигают значений ~3.

Таким образом, приведенный пример конкретной реализации предлагаемого устройства, подтверждают возможность получения малых величин неравномерности АЧХ усилителя при его согласовании в широкой полосе рабочих частот. Так, при удовлетворительном уровне двухстороннего согласования усилителя, работающего в полосе частот с перекрытием ~8 октав, расчетная и экспериментальная неравномерности его АЧХ составляют 1.5 и 2 дБ, соответственно. По сравнению с лучшими аналогами и прототипом в предлагаемом усилителе достигаются, как минимум на 1 дБ меньшие величины неравномерностей его АЧХ. Кроме того, по сравнению с прототипом рабочая полоса частот, где он согласован по входу и выходу, увеличена почти на 4 октавы. Экспериментальные результаты подтверждают основные теоретические предположения и сделанные на основе моделирования выводы.

Источники информации

1. Шварц, Н.З. Линейные транзисторные усилители СВЧ / Н.З. Шварц. - М: Советское радио, 1980. - 368 с.

2. Баранов, А.В. Транзисторные усилители-ограничители мощности гармонических СВЧ колебаний / А.В. Баранов, С.Л. Моругин. - М.: Горячая линия - Телеком, 2019. - 332 с.

3. Monolithic amplifier ERA-2SM+[Электронный ресурс] // Mini-Circuits, Inc. - 2022. - Режим доступа: http://www.minicircuits.corn).

4. Berman, Byron D. Transistor-resistor synthesis of voltage transfer functions / B.D. Berman, R. W. Newcomb // IEEE Transactions on Circuits Theory. - 1973. - N 9 (September). - P. 591-593

5. Холодняк, Д.В. Широкополосные СВЧ устройства с использованием нефостеровских отрицательных индуктивных и емкостных элементов / Д.В. Холодняк, В.М. Тургалиев // Всероссийская научно-техническая конференция «Электроника и микроэлектроника СВЧ», 04-07 июня 2012. - СПбГЭТУ «ЛЭТИ». - 2012

6. Баранов, А.В. Пассивные цепи с распределенными и сосредоточенными параметрами / А.В. Баранов, Э.Л. Привер. - М.: Горячая линия - Телеком, 2023. - 264 с.

Похожие патенты RU2824751C1

название год авторы номер документа
Усилитель мощности 2023
  • Баранов Александр Владимирович
RU2823121C1
Усилитель высокой частоты 1985
  • Уточкин Геннадий Васильевич
SU1282309A1
Каскодный генератор, управляемый напряжением 2017
  • Баранов Александр Владимирович
RU2644067C1
Усилитель мощности 2023
  • Баранов Александр Владимирович
RU2796545C1
ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ БАЛАНСНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ 2013
  • Львов Владислав Федорович
  • Белых Сергей Владимирович
RU2511331C1
АВТОГЕНЕРАТОР 2009
  • Лищишин Виктор Петрович
  • Богданов Александр Сергеевич
RU2394356C1
Широкополосный RC-усилитель 1987
  • Прищепов Геннадий Федорович
SU1504787A1
Видеоусилитель 1985
  • Зарукин Александр Игоревич
  • Шестаков Геннадий Федорович
SU1322415A1
УСТРОЙСТВО ОХРАНЫ АВТОТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА 1991
  • Каштанов В.Д.
  • Дроздов О.М.
RU2082636C1
ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ КВАРЦЕВЫЙ ГЕНЕРАТОР 2010
  • Гуськов Юрий Станиславович
  • Силаев Евгений Александрович
RU2439775C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 824 751 C1

Реферат патента 2024 года Усилитель мощности

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат - уменьшение частотной неравномерности коэффициента усиления при широкополосном двухстороннем согласовании устройства со стандартными трактами, достигается тем, что усилитель мощности состоит из трех транзисторов 57-59, которые вместе с элементами задания режимов и цепями согласования и развязки образуют два параллельно соединенных между собой СВЧ канала - основной и второстепенный. По отношению к входу и выходу устройства транзисторы 57 и 58 основного канала включены по схеме общий эмиттер - общий эмиттер (ОЭ-ОЭ), а во второстепенном канале на транзисторах 57 и 59 реализована каскодная схема типа общий коллектор - общая база (ОК-ОБ). Суммирование поступающих с одинаковой фазой мощностей колебаний способствует выравниванию АЧХ в области частот, где эффективно работает каскад с общей базой, а усиление каскадов с общим эмиттером резко падает. Такое объединение происходит при условии, когда измеренные на входе и выходе каждого из каналов мнимые части их входных реактивностей имеют одни и те же величины, но с разными знаками, что способствует широкополосному двухстороннему согласованию усилителя. 11 ил.

Формула изобретения RU 2 824 751 C1

Усилитель мощности, содержащий три транзистора (57, 58 и 59) (первые два (57 и 58) n-р-n проводимости), семь резисторов (61-67), семь конденсаторов (68, 72, 74, 75, 78, 79, 82) и три индуктивности (70, 71, 76), причем резистор (65) присоединен к общей шине через конденсатор (72), а индуктивность (76) к общей шине подключена через конденсатор (75) и она же одновременно через резистор (64) - к положительной клемме (83) источника питания, который через конденсатор (82) соединен с общей шиной, являющейся для этого источника отрицательной клеммой, кроме того, коллектор и база транзистора (57) соединены друг с другом через резистор (62), а его эмиттер - через резистор (63) с общей шиной, дополнительно база транзистора (57) подключена ко входу устройства (80) через последовательно соединенные индуктивность (70) и конденсатор (78), общая точка которых подключена к общей шине через параллельную цепь, образованную конденсатором (68) и резистором (61), в свою очередь, коллектор транзистора (58) подключен через последовательно соединенные индуктивность (71) и конденсатор (79) к выходу устройства (81), а база транзистора (59) подключена к общей точке резистора (66) и параллельной цепи, образованной резистором (67) и конденсатором (74), другая общая точка которых соединена с общей шиной, отличающийся тем, что введены резистор (60), индуктивность (77) и два конденсатора (69 и 73), причем резистор (60) установлен между положительной клеммой источника питания (83) и коллектором транзистора (57), который присоединяется с базой транзистора (58), в свою очередь, эмиттер транзистора (58) подключен к общей точке конденсатора (72) и резистора (65), другой вывод которого соединяется с общей шиной, индуктивность (77) установлена между коллектором транзистора (58), соединенным со свободными выводами резистора (66) и индуктивности (76), и коллектором транзистора (59), который имеет ту же проводимость, что и транзисторы (57, 58), конденсатор (69) установлен между общей шиной и общей точкой индуктивности (71) и конденсатора (79), а конденсатор (73) - между общей шиной и эмиттером транзистора (59), который объединен с эмиттером транзистора (57), кроме того, величины основных элементов удовлетворяют соотношениям

где ω - циклическая частота; R - сопротивление стандартного тракта; - комплексные входные проводимости в основном канале, который образован транзисторами (57 и 58), включенными по схеме общий эмиттер - общий эмиттер; - комплексные входные проводимости во второстепенном канале, который образован транзисторами (57 и 59), включенными по схеме общий коллектор - общая база; индексы i = 1, 2 соответствуют входу (80), выходу (81), по отношению к которым и образованы схемы.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2024 года RU2824751C1

Усилитель мощности 2023
  • Баранов Александр Владимирович
RU2796545C1
КЛЮЧЕВОЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ 2008
  • Баранов Александр Владимирович
RU2393624C1
КЛЮЧЕВОЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ 2009
  • Баранов Александр Владимирович
RU2402149C1
US 5406226 A1, 11.04.1995.

RU 2 824 751 C1

Авторы

Баранов Александр Владимирович

Даты

2024-08-13Публикация

2023-10-19Подача