Настройка выходого каскада усилителя мощности, Как грамотно настраивать выходной каскад, и почему происходит самовозб Опции

[serega_sh]

День добрый.
Разработал следующую схему

вход->предварительный усилитель (SPA-2118 Sirenza)->выходной каскад (LP802 Polifet)->ФНЧ->вентиль->ТЛМп-ТЛМо->выход

Подробнее:Схема включения spa-2118 = Evaluation Board 100%. Цепи согласования у транзистора состоят из регулировочных квадратиков на поликоре. F=1GHz

Проблема:
Предварительный усилитель настраивается идеально, выдает требуемый коэф усиления и выходную мощность.
Настройка цепей согласования транзистора идет нормально при малом токе СИ и согласованым входом (включен предварительный усилитель), входной сигнал - маленький, соизмерим с шумом. Как только рассогласовываю вход (выключаю предварительный усилитель) - транзистор входит в режим самовозбуждения при токе СИ примерно 10мА. Гудит на частоте 160МГц. При данной проблеме я не могу гарантировать хорошую работу при включении и выключении.
Какие могут быть возможные причины вызывающие самовозбуждение? Кто нибудь сталкивался с подобным? Как устранить?

[Isomorphic]

Какие могут быть возможные причины вызывающие самовозбуждение? Кто нибудь сталкивался с подобным? Как устранить?

Самовозбуд на низких частотах у полевых RF транзисторов - распространенная вещь.
Причины самовозбуждения - потенциальная неустойчивость данного транзистора в низкочастотном диапазоне. Здесь входное сопротивление транзистора чисто емкостное и отрицательное. Методы борьбы с этим - введение во входную цепь резистивных элементов. Резистивные цепи компенсируют отрицательное сопротивление транзистора, превращающее его в автогенератор. В любом случае должен быть последовательный резистор небольшого номинала (десятки ом) в цепи управления затвором.
А фирма Polyfet, транзистор к-рой вы применили, выложила у себя на сайте соответствующий апноут.

Прикрепленные файлы

 POLYFET_Stabilzing_MOSFET_Amplifiers.pdf ( 89.63 килобайт ) Кол-во скачиваний: 124

 

[nickes]

День добрый.
Разработал следующую схему

вход->предварительный усилитель (SPA-2118 Sirenza)->выходной каскад (LP802 Polifet)->ФНЧ->вентиль->ТЛМп-ТЛМо->выход

Подробнее:Схема включения spa-2118 = Evaluation Board 100%. Цепи согласования у транзистора состоят из регулировочных квадратиков на поликоре. F=1GHz

Проблема:
Предварительный усилитель настраивается идеально, выдает требуемый коэф усиления и выходную мощность.
Настройка цепей согласования транзистора идет нормально при малом токе СИ и согласованым входом (включен предварительный усилитель), входной сигнал - маленький, соизмерим с шумом. Как только рассогласовываю вход (выключаю предварительный усилитель) - транзистор входит в режим самовозбуждения при токе СИ примерно 10мА. Гудит на частоте 160МГц. При данной проблеме я не могу гарантировать хорошую работу при включении и выключении.
Какие могут быть возможные причины вызывающие самовозбуждение? Кто нибудь сталкивался с подобным? Как устранить?

День добрый!
Сам работаю c Полифетом. Можете попробовать(если позволяет схемотехника усилителя, конечно) с затвора на землю последовательно дроссель и маленький резистор. Либо через кондер, но на совсем низких частотах, очевидно, эта цепочка работать не будет. Ещё имейте ввиду(так, на всякий случай), я имел дело с полифетом купленным в америке и полифетом привезенным из китая. Китай имел другие статические характеристики и был склонен к дроссельным автоколебаниям(это часом не Ваш случай?).

С уважением, Николай

[grandrei]

Polyfet не делает кристаллов, он только помещает их в корпус. А покупает, или по крайней мере, до недавнего времени покупал эти кристаллы в Сингапуре в Институте Микроэлектроники (хозяин этой небольшой фирмы - сингапурец, и страшно счастлив, что работает в Силиконовой долине). Да, полевые транзисторы любят возбуждаться на низких частотах, но ставить шунтирующие резисторы с небольшим сопротивлением на частотах порядка 1 ГГц невозможно ввиду существенного ухудшения усиления. Я проектировал усилители на 500 МГц (см. привязанные материалы) и на 900 МГц (здесь результаты были чуть похуже с Кр = 13 дБ) на кристаллах, которые были базовыми для LP801, и возбуждения не было. Не нужно использовать никаких дросселей: цепь смещения затвора должна быть исключительно резистивная, а линия между стоком и питанием очень короткой, тогда она шунтирует транзистор на низкой частоте и работает как индуктивность на высокой.

Прикрепленные файлы

 MTT_2000.pdf ( 264.94 килобайт ) Кол-во скачиваний: 460
 IMS_2000.pdf ( 68.21 килобайт ) Кол-во скачиваний: 1018

 

[nickes]

Polyfet не делает кристаллов, он только помещает их в корпус. А покупает, или по крайней мере, до недавнего времени покупал эти кристаллы в Сингапуре в Институте Микроэлектроники (хозяин этой небольшой фирмы - сингапурец, и страшно счастлив, что работает в Силиконовой долине). Да, полевые транзисторы любят возбуждаться на низких частотах, но ставить шунтирующие резисторы с небольшим сопротивлением на частотах порядка 1 ГГц невозможно ввиду существенного ухудшения усиления. Я проектировал усилители на 500 МГц (см. привязанные материалы) и на 900 МГц (здесь результаты были чуть похуже с Кр = 13 дБ) на кристаллах, которые были базовыми для LP801, и возбуждения не было. Не нужно использовать никаких дросселей: цепь смещения затвора должна быть исключительно резистивная, а линия между стоком и питанием очень короткой, тогда она шунтирует транзистор на низкой частоте и работает как индуктивность на высокой.

Вечер добрый!

Про Полифет и кристаллы для меня новость(значить будем брать транзисторы в Китае).
Сейчас в работе усилитель на SR341(4 палеты, 1500Вт в импульсе, 200МГц). Проблема была в стабильности набега фазы во время импульса, поэтому была сгенерирована схема предварительного каскада где параллельно сток-исток через емкость подключена индуктивность(в расчетах 4-5нГн потом подгоняли на плате, плюс согласование), меняя напряжение питания - двигали ФЧХ. Такой каскад потенциально неустойчив, проблему решили резистором с кондером с затвора на землю, особое усиление и мощность не требовались, каскад не свистел(не знаю резистор или не резистор тому причиной, проверять не стали, транзисторы дорогие). Я упоминал дроссель в предыдущем посте имея ввиду "отключение" шунтирующей цепочки в рабочем диапазоне.

С уважением, Николай

Polyfet не делает кристаллов, он только помещает их в корпус. А покупает, или по крайней мере, до недавнего времени покупал эти кристаллы в Сингапуре в Институте Микроэлектроники (хозяин этой небольшой фирмы - сингапурец, и страшно счастлив, что работает в Силиконовой долине). Да, полевые транзисторы любят возбуждаться на низких частотах, но ставить шунтирующие резисторы с небольшим сопротивлением на частотах порядка 1 ГГц невозможно ввиду существенного ухудшения усиления. Я проектировал усилители на 500 МГц (см. привязанные материалы) и на 900 МГц (здесь результаты были чуть похуже с Кр = 13 дБ) на кристаллах, которые были базовыми для LP801, и возбуждения не было. Не нужно использовать никаких дросселей: цепь смещения затвора должна быть исключительно резистивная, а линия между стоком и питанием очень короткой, тогда она шунтирует транзистор на низкой частоте и работает как индуктивность на высокой.

Кстати, совсем забыл. Вы не сталкивались с проблемой выхода транзисторов из строя при "резкой" подаче стокового напряжения. Как результат, они начинают открываться при повышении стокового напряжения до некоторого предела, когда затвор закорочен на землю. Одно из объяснений, это пробой паразитного n-p-n транзистора в полупроводниковой структуре.

Так ли это и как с этим бороться(кроме медленной подачи питания)?

С уважением, Николай

[grandrei]

Кстати, совсем забыл. Вы не сталкивались с проблемой выхода транзисторов из строя при "резкой" подаче стокового напряжения. Как результат, они начинают открываться при повышении стокового напряжения до некоторого предела, когда затвор закорочен на землю. Одно из объяснений, это пробой паразитного n-p-n транзистора в полупроводниковой структуре.

Так ли это и как с этим бороться(кроме медленной подачи питания)?

Честно говоря, с таким эффектом не сталкивался, все в основном по затвору, который всегда должен быть заземлен, обычно через резистор. Но надо всегда иметь ввиду, что напряжение пробоя у такого транзистора не очень высокое, например, для того же LP801 (или LP802 - это два кристалла в параллель) оно порядка 65-70 В. Поэтому, даже в обычном классе В с пик фактором около 2 при питании 28 В оно не так далеко от предельного. Однако, если использовать короткую линию по питанию, то это позволяет улучшить КПД за счет приближения к классу Е (создает индуктивный импеданс по первой гармонике и емкостной по остальным), но за счет роста пик-фактора. Хотя, с другой стороны, никто точно не скажет, означает ли это напряжение пробоя для статического или динамического режима, поскольку в динамике такие испытания обычно на проводятся.

[serega_sh]

Спасибо за ответ. Помогло решить самовозбуд. Правда пока смог добится усиления всего 3-4 dB.
И в продолжении темы:
При подаче смещения на затвор, нужно ли использовать 1/4 волновый проводник? ведь вход этого проводника не посажен на землю через конденсатор. Значит цепь смещения оказывает влияние на Полезный сигнал. Кстати нормально если резистор 10-20 Ом рессеивает мощность полезного сигнала и греется?
Как правильно развести печать цепей смещения по входу и выходу, с учетом выше сказанных проблем?

[Isomorphic]

Спасибо за ответ. Помогло решить самовозбуд. Правда пока смог добится усиления всего 3-4 dB.
И в продолжении темы:
При подаче смещения на затвор, нужно ли использовать 1/4 волновый проводник? ведь вход этого проводника не посажен на землю через конденсатор. Значит цепь смещения оказывает влияние на Полезный сигнал. Кстати нормально если резистор 10-20 Ом рессеивает мощность полезного сигнала и греется?
Как правильно развести печать цепей смещения по входу и выходу, с учетом выше сказанных проблем?

Четвертьволновый проводник обычно используют на частотах более 1,5 ГГц, т.к. при этом он будет занимать немного места на подложке. На УКВ и меньших частотах строят обычную резистивную цепь смещения.
Цепь смещения в СВЧ усилителях, начиная от затвора транзистора строят так: антипаразитный резистор, четвертьволновая линия с большим волновым сопротивлением 80...100 Ом, конденсатор на землю и далее следующие цепочки фильтрации, если необходимо.
Входное сопротивление цепи смещения должно превыщать входное сопротивление транзистора раз в 10-20.
Четвертьволновая линия, заземленная конденсатором по ВЧ, в идеале должна иметь бесконечное сопротивление (со стороны затвора) и, таким образом, она исключает попадание в цепь смещения полезного сигнала. На низких частотах в цепи смещения начинает работать антипаразитный резистор, исключая появление возможных паразитных частот.
Если этот резистор греется, значит его номинал соизмерим со входным сопротивлением транзистора и его (номинал) надо увеличить, либо ставить резистор с большей допустимой мощностью. В то же время большой номинал этого резистора неприемлем, т.к. при этом усилитель потеряет устойчивость на низких частотах. Если подложка усилителя - поликор, лучше сделать резистор напыленным, а не ЧИП, чтобы теплоотвод был эффективнее.
В любом случае, улучшая стабильность усилителя, мы теряем в усилении. Но 3-4 дБ усиления - действительно маловато.
Цепи питания и смещения следует располагать подальше друг от друга во избежание перекрестного взаимодействия по ВЧ и возможного возбуждения усилителя.

Сообщение отредактировал Isomorphic - Apr 7 2008, 06:28

[grandrei]

В продолжение:

Если вы ставите резистор номиналом 10-20 Ом, то это нормально, к тому же для выходной мощности в 30 Вт применительно к LP802, ничего удивительного, что обычные резисторы, наверное, с мощностью рассеяния 2 Вт, греются, так как даже при Kp = 10, основная входная мощность на нем и рассеивается. На частотах порядка 200 МГц у транзисторов с fТ = 4-5 ГГц усиление очень большое, поэтому использование на входе резистора оправдано. Для небольшого увеличения усиления, как и для компенсации емкостной входной составляющей транзистора можно использовать небольшое в 10-20 нГ индуктивность последовательно с этим резистором (этой индуктивностью могут просто служить выводы резистора). Но в любом случае надо согласовывать вход транзистора с 50-ю омами на входе схемы. Использовать же четвертьволновую линию, что во входной цепи смещения, что в выходной цепи смещения не нужно, они слишком длинные. На входе - резистивная цепь смещения, а на выходе через короткую линию, индуктивность которой можно рассматривать как параметр согласования в общей выходной цепи согласования.

Сообщение отредактировал grandrei - Apr 7 2008, 09:03