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

demodos

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