В данной статье описан двухкаскадный усилитель на 30 Вт для диапазона VHF, обладающий высоким коэффициентом усиления, широкой полосой пропускания и высокой стойкостью к несогласованным нагрузкам, что достигается благодаря использованию нового мощного транзистора MRF1946A. В нем используется структура кристалла, предназначенная для мощных СВЧ-устройств, работающих в диапазоне UHF. Соотношение периферии эмиттера (EP) к площади базы (BA) этого кристалла составляет 4.9, что выше обычного диапазона EP/BA от 1.5 до 3.5 для VHF-устройств. Распределение мощности и тока в кристалле контролируется с помощью диффузных эмиттерных резисторов. В результате получается VHF-транзистор с очень высоким коэффициентом усиления мощности (более 10dB), достаточным для выполнения технологических процессов, обеспечивающих устойчивость к несогласованной нагрузке при сохранении отличных характеристик. Установка кристалла в корпус с фланцем или шпилькой диаметром 9.6мм и предоставление данных о его характеристиках в диапазоне от 136 до 220 MHz позволили Motorola создать очень универсальный компонент для разработчиков ВЧ-устройств.
ОПИСАНИЕ СХЕМЫ
Методы работы с диаграммой Смита были использованы для разработки двухкаскадного усилителя, показанного на рисунке 1 и изображенного схематически на рисунке 2. В результате получился усилитель, способный обеспечивать общий коэффициент усиления 20 дБ в заданном диапазоне (144–174 МГц) с КПД в середине диапазона 50%. Транзистор Motorola MRF237 был выбран для каскада драйвера. Этот мощный ВЧ-транзистор с общим эмиттером (корпус TO-39) обеспечивает высокий коэффициент усиления, простота монтажа и экономичность делают MRF237 привлекательным вариантом. В этой конструкции транзистор MRF237 вставляется в отверстие на печатной плате и припаивается к заземляющему слою для теплоотвода (корпус транзистора конструктивно сделан тут эмиттером) , как показано на рисунках 1 и 3. Этот метод крепления также обеспечивает очень эффективное заземление эмиттера.
Подача небольшого прямого смещения (5–15mA) на MRF237 позволяет отслеживать низкие уровни входного сигнала и помогает поддерживать стабильность на входном каскаде. (усилитель работает по сути в классе AB, смещение подаётся через резистор R1 со стабилизацией по температуре на диоде D1) Усилитель собран на двусторонней плате из материала G-10 (Er =4.8) толщиной 1.6мм с медным покрытием толщиной 70мкм (2 унции).
На рисунке 4 представлен фотошаблон печатной платы. Верхний и нижний заземляющие слои платы соединяются путем обертывания краев платы тонкой медной фольгой толщиной 0.05мм и последующей их пайки. Рисунки 1 и 3 показывают, как и где края платы оборачиваются в прототипе усилителя. Для достижения указанного уровня производительности здесь не требуются заклепки или металлизированные сквозные отверстия печатные проводники используются для согласования входного и выходного импедансов устройств с 50 Ом, а также для индуктивности и двух конденсаторов. Формирование согласования между каскадами позволяет обеспечить некоторую гибкость в формировании общей частотной характеристики и помогает экономить площадь платы. Каскад на базе MRF1946A работает в классе C и монтируется на радиатор с использованием стандартных методов, т.е. с помощью шпильки 8–32, вставленной в соответствующим образом подготовленный радиатор. Альтернативное решение с использованием фланца диаметром 9.6мм позволяет закрепить транзистор на верхней стороне радиатора двумя винтами. Примечание к приложению Motorola о методах крепления различных полупроводников доступно и содержит подробную информацию об установке любого из этих типов корпусов (см. ссылку 1). Дополнительная информация о тепловых характеристиках представлена в ссылке 2.
ВЫВОДЫ
Описанный двухкаскадный усилитель обеспечивает коэффициент усиления более 20 дБ при выходной мощности 30 Вт в диапазоне частот от 144 до 174 МГц. Высокая стойкость и стабильность достигаются благодаря использованию нового мощного транзистора MRF1946/A. Усилитель демонстрирует, что относительно простые технологии сборки, правильно реализованные с использованием соответствующих высокоусилительных устройств, могут обеспечить экономичный усилитель на 30 Вт для диапазона VHF, предназначенный для применения в наземных мобильных системах.Ссылки
- Roehr, Bill: «Mounting Techniques for Power Semiconductors», AN778. Motorola Semiconductor Products, Inc.
- Johnsen, Robert J.: «Thermal Rating of RF Power Transistors», AN790. Motorola Semiconductor Products, Inc.
Original Name AN955_ A Cost Effective VHF Amplifier for Land Mobile Radios Motorola
Комментариев нет:
Отправить комментарий