На самом деле, о широкополосном классе Е не так уж много статей, и в основном академического толка. От статей до конкретного изделия обычно проходит достаточное количество времени. На западе те же менеджеры не торопятся внедрять новое, скорее усовершенствуют старое на новых технологиях, тем более, что сами они обычно слабо подкованы в технических вопросах. Вот когда кто-то действительно это продемонстрирует, то тут сразу все бросятся производить именно по этому образцу. А насчет Моторолы, так вот эти малайские ребята из малайского филиала Моторолы сами решили попробовать сделать такой усилитель как работу на степень PhD. И КПД оказался на 20% выше того, что Моторола сейчас имеет в промышленности. Посмотрим, что будет дальше.

2 grandrei

Смотрел схему усилителя класса Е в приложенном файле. Скажу сразу, в принципе построения таких усилителей не силен. Но на первый взгляд схема выглядит странно: к стоку транзистора идет цепь питания с индуктивностью всего 4 нГн! и это на метровом диапазоне! И за ней тут же блокировочный конденсатор на землю и феррит. Т.е. получается что большая часть выходной мощности должна идти прямо в блокировочный конденсатор 1.8 нФ и поглощаться ферритом заодно! Как же все это работает???

Однако, эти 4 нГн создают порядка 4 Ом индуктивного сопротивления, что соизмеримо с выходным сопротивлением транзистора по первой гармонике для данной мощности и питания. И вместе с выходной емкостью транзистора, а она довольно большая, эта индуктивность создает необходимые индуктивное сопротивление по первой гармонике и емкостные по остальным, то есть реализуемый параллельный контур настроен в резонанс между первой и второй гармониками. Как раз это и необходимо для класса Е, см. рисунки 2, 3, 5. Феррит необходим для предотращения очень низкочастотных паразитных возбуждений (он не всегда и нужен), а емкостное сопротивление блокировочных конденсаторов весьма мало. Так что в этом еще одно преимущество такой схемы, в сравнении с классической, что индуктивность выполняет роль как дросселя по питанию, так элемента выходного контура. В статье как раз и приведена формула (10) для ее расчета.

Т.е. эта схема своего рода прототип обычного резонансного усилителя с параллельным LC-контуром в цепи питания стока. Только здесь данный резонанс не на рабочей частоте, а между 1-й и 2-й гармониками (да еще с использованием в контуре выходной емкости самого транзистора). Правильно?

Сообщение отредактировал Isomorphic - Jul 3 2008, 13:41

Совершенно верно, только такая вот расстройка контура при определенных его параметрах создает новое качество, когда напряжение на стоке транзистора уже несинусидально (влияние гармоник с разными фазами), а равно нулю в первую половину периода, когда течет ток через транзистор (если полагать, что транзистор переключается как ключ попеременно и в данный время он открыт), и обеспечивает плавную разрядку емкости контура до нулю в другую половину периода, когда уже ток стока равен нулю (транзистор закрыт), то есть нет пересечения тока и напряжения на транзисторе, то есть нет потерь, и КПД = 100% в идеале.

Сообщение отредактировал grandrei - Jul 3 2008, 13:47

Пиковое напряжение на стоке до 29,4 В, что вблизи критического значения (35 В). Не очень это хорошо, рассогласование более 10:1 убьет транзистор.
А в температурном диапазоне усилитель смотрели, сильно ли падает КПД?
Какой уровень 2-й и 3-й гармоник имеет такой УМ?

Попробую тоже присодиниться
Получается, что довольно многие производители представляют в datasheet S-параметры на транзистор которые измерены когда он находился в неустойчивом состоянии (отрицательное входное сопротивление) следовательно расчитать по данным параметрам входную согласующую цепь не представляется возможным (особенно если частоты высоки). Отсюда возникает вопрос зачем тогда вообще предлагаются такие параметры??? И как составляются dataseets если в них заведомо некорректные данные???
Я сталкивался с такой проблемой с одним из транзисторов NXP, из S-параметров в datasheet следовало, что входное сопротивление отрицательно, измерив же самостоятельно S-параметры, в плоскости транзистора, в тестовых фикстурах с соответствующими стабилизирующими элементами получил что входное сопротиление имеет положительную Re(Zin). Причем разница между измеренными и взятыми из datasheet S-параметрами кардинальная!!!
Вот и получается, что-же теперь не верить данным которые предлагают производители???
Кто что думает по этому поводу...

С гармониками все просто, потому что далее следует фильтр, который снижает их уровень до -50 дВс и менее (доклад на IMS2008), но практически не влияет на характеристики. Относительно пробивного напряжения, то, конечно, это надо иметь ввиду, хотя обычно его промеряют по постоянному уровню, я никогда не слышал и не видел, чтобы это было в динамике. Поэтому в конкретном случае надо проводить тестирование на предмет надежности и КСВ, и предусмотреть защиту при больших КСВ, если необходимо. Про температуру не знаю, но не думаю, что тут какие-то особенности: естественно, падает крутизна, как и усиление и выходная мощность с увеличением температуры, но поскольку транзистор работает в насыщении, то на КПД это сильно не должно отражаться.




В том-то и вопрос, в каких условиях происходит измерения параметров, особенно на низких частотах, когда усиление транзистора очень высокое и даже небольшая положительная обратная связь может приводить к самовозбуждениям. Что ж, как говорится, доверяй, но проверяй. Лично я никогда S-параметрами не пользовался, а либо использовал транзистор с уже имеющейся моделью (когда измеренные малосигнальные S-параметры преобразовывались в Z- или Y-параметры и на их базе оптимизировалась нелинейная модель транзистора, например, с помощью программы ICCAP), либо мерял входной импеданс на измерителе импедансов, предварительно приняв меры по обеспечении устойчивости (что было давно), а выходное сопротивление просто рассчитывал. К тому же, обычно уж емкости-то даются в паспорте на транзистор.

Сообщение отредактировал grandrei - Jul 4 2008, 09:17

Действительно использование готовой нелинейной модели транзистора значительно все упрощает, но в большинстве случаев лишь не многие производители ее предлагают. Создавать модель самому конечно интересно, но все таки процесс довольно долгий, иначе потребуется целая измерительная установка, на что пойдет не всякая фирма! Вот и приходится используя одни лишь S-параметры проектировать усилитель. Для себя я сделал вывод, что доверять S-параметрам которые даны производителем транзистора при проектировании не стоит, их можно лишь использовать для приближенной оценки (например в какой полосе при допустимом КСВ по входу может быть согласован данный транзистор).

Еще вроде как есть программа от IMST "TOPAS" осуществляющая экстракцию измеренных S-параметров транзистора в его малосигнальную модель при различных значениях bias point, что позволяет получать коэффициенты полинома в аппроксимирующем выражении для нелинейных элементов модели. Никто не сталкивался?

В свое время я использовал для моделирования LDMOS транзистора модель Ангелова для ПТШ. У той версии Serenade 7.5 не было возможности для вcтраивания своей модели (user-defined model). Имеющиеся там модели MOS1, 2 или 3 были слишком просты и неверно интерпретировали вольт-амперные характеристики. У ПТШ оказалась подходящей именно модель Ангелова как содержащая функции гиперболического тангенса, которые описывали все его характеристики (у других моделей предполагалось отрицательное смещение на затворе). Для простоты дела я даже оставил емкости транзистора постоянными, так как у MOS транзистора они несильно меняются. А вольт-амперные характериситики несложно померить для разных смещений. Коэффициенты модели подбирал при визуальном сравнении. А результат оказался удивительно точен, за исключением коэффициента усиления, который оказался у макета на 3 дБ меньше, а так на 500 МГц на 25 ваттах при питании 28 вольт КПД был под 80%. Разве что нужна небольшая подстройка. Но усиление, как показала дальнейшая практика, у любых моделей любых транзисторов были завышенным, поскольку в основном определяются крутизной транзистора, то есть производной выходного тока по входному напряжению. Даже при похожих вольт-амперках, производные могут иметь существенные отличия. В принципе, для моделирования усилителя мощности слишком точная модель не нужна, если речь не идет об оценке его линейных свойств, а только выходной мощности и КПД.

Сообщение отредактировал grandrei - Jul 4 2008, 16:54