Пятиватный выходной каскад на 13,56МГц, Проблемы с тепловым режимом Опции

[Vitаha]

Есть выходной каскад на 13.56МГц, сделанный по этой схеме:

Схема работает, но греется транзистор Q3 (IRL510) - с небольшим радиатором 50х25х15мм при комнатной температуре нагревается до 70°С. Если в закрытой коробке, да летом на солнышке, думаю, даст концы минут за 5.
Предположительно виноват транзистор, медленно открывается/закрывается, хотя может и схема раскачки недораскачивать. Перепробовал много схем, пока наилучшая на рисунке сверху.
Посему вопрос: какой транзистор в моём случае лучше использовать? Было бы здорово сразу со схемой раскачки.

[Kerapoxel]

А радиатор не маловат у Вас? Мне кажется, что при работе в непрерывном режиме транзистор на схеме будет рассеивать по меньшей мере 5 Вт. (КПДmax=50%)

[deemon]

А выходной П-контур настраивать пробовали ? По идее , правильная настройка позволяет сильно повысить КПД . В этой схеме он должен быть не хуже 80% .......

[НЕХ]

что-то тут намудрили с предоконечным каскадом...
не используйте IRL510 - велика емкость. С IRF510 работать будет, но
транзистор не откроется полностью.

Делал так : перед полевиком 74АСхх 5-6 инверторов впараллель. можно затвор отделить емкостью и постоянное смещение подстроечным резистором. можно питать 74АС 6..8 вольтами.

Транзистор возьмите RD06HVF1
Бывают на свете драйвера ISL55110

А главное - выходной каскад должен работать в классе "E".
на 3 W точно без радиатора

Сообщение отредактировал НЕХ - Sep 28 2007, 11:39

[Vitаha]

Не прошло и года, как смог купить транзисторы от Mitsubishi. Представительство в Европе мелкой продажей не занимается, а в on-line магазинах нигде не нашёл, пришлось везти с Украины.
Купил RD01MUS1, RD06HVF1 и RD16HHF1.
Собрал референсную схему из pdf-ки на RD16HHF1:

Схема запустилась, но транзистор сильно греется, собака, и склонен к самовозбуду.
Дело в том, что номиналы компонентов расчитаны на 30МГц (рабочая частота для RD16HHF1), а у меня всего 13.56МГц. Как пересчитать правильно, ума не приложу.
Да и вообще, так ли вся эта обвеска необходима? Видел в инете пару схем с RD16HHF1, обвешанного только парой-тройкой компонент. Хотя умом понимаю, что согласовывать сопротивления и задавать рабочую точку чем-нибудь да надо. Но практики мне не хватает...
Подсажите, как правильно этот транзюк раскачать, желательно в классе Е. Спасибо

[Microwatt]

Есть выходной каскад на 13.56МГц, сделанный по этой схеме:
Схема работает, но греется транзистор Q3 (IRL510) - с небольшим радиатором 50х25х15мм при комнатной температуре нагревается до 70°С.

Интересно. а какая амплитуда напряжения на этом транзисторе?

Сообщение отредактировал Microwatt - Sep 4 2008, 17:53

[grandrei]

Да уж, многовато элементов в выходной цепи при такой небольшой выходной мощности. Вообще-то, интересно было бы посмотреть осциллограммы на входе и выходе. В принципе, даже в классе Е входной сигнал может быть и синусоидальным, просто его достаточно немного увеличить по сравнению с классом В, поскольку простые расчеты показывают, что, например, при времени переключении в 20 градусов потери на переключении составляют только 1%, в 60 градусов - 10%. Что касается цепи нагрузки, то она может быть очень проста, и вообще ее вариантов бесконечное множество. Так, например, меньшее сопротивление нагрузки получается при классическом ее варианте с параллельной емкостью и последовательной индуктивностью (и дросселем в цепи питания), максимальное сопротивление нагрузки получается при схеме с параллельным контуром. Тогда не надо никакой последовательной реактивности, а индуктивность включить вместо дросселя. В любом другом варианте только меняются параметры цепи и последовательной реактивности, от индуктивной до емкостной. Затем за этой цепью должна следовать согласующая цепь, можно простую Г-образную. В общем, КПД более 80% на этих частотах и с такой мощностью получить несложно.

В привязанной статье приведены простые формулы для расчета цепи нагрузки в классе Е.

Сообщение отредактировал grandrei - Sep 4 2008, 18:00

Прикрепленные файлы

 HFE_2004.pdf ( 215.15 килобайт ) Кол-во скачиваний: 131

 

[TheMad]

1. Вызывает подозрение напряжение на затворе - оно должно быть ну никак не +12В для этого транзистора.
2. Конечно же, схема на 30 МГц на 13.5 МГц работать не будет. Начните с того что увеличьте все индуктивности и емкости в число раз, равное соотношению частот. Дальше - настройка.
3. Такие развесистые цепи действительно не нужны, достаточно г-контура на входе и на выходе. Можно посчитать, можно просто намотать и настроить. Я сторонник более "практического" метода

[grandrei]

1. Вызывает подозрение напряжение на затворе - оно должно быть ну никак не +12В для этого транзистора.

Совершенно верно, если взглянуть на передаточную характеристику Ids(Vgs), то порядка 5 В.

Сообщение отредактировал grandrei - Sep 6 2008, 09:54

[Vitаha]

Спасибо всем ответившим, продолжаю знакомиться с рекомендованной литературой.
Появились вопросы. В принципе, понятно, как согласовывать сопротивления, с помощью программы Smith легко считается, но для этого надо знать комплексное входное и выходное сопротивление транзистора для нужной частоты (в моём случае 13МГц), но в даташите это сопротивление указано только для рабочей частоты транзистора - 30МГц. Есть, правда, S-параметры (S11, S21, S12, S22), только как их перечситать в комплексное сопротивление не знаю. Не подскажите?

[grandrei]

Имея ввиду, что частоты достаточно близки, а граничная частота по току fТ явно существенно выше, то можно использовать данные Z-параметров на 30 МГц, пересчитав их на 13 МГц. Для этого надо сначала пересчитать Z-параметры, указанные на 30 МГц, в эквивалентные Y-параметры, а затем в параллельном эквивалентe соответственно рассчитать параллельные сопротивление и емкость на 13 МГц. В принципе, там также указаны входная емкость Сiss, проходная емкость Сrss и выходная емкость Соss, можно сверить. Что касается выходного сопрoтивления, то нужно иметь ввиду, что оно зависит от режима и будет различным в классе В (что, видимо, соответствует приведенному в Data Sheet на транзистор) и классе Е (здесь расчет по предыдущей ссылке). А из S-параметров надо образовать data файл и в ADS в Harmonic Balanc посмотреть его входной импеданс (на диаграмме Смита или напряжение поделить на ток), с выходным сложнее, поскольку S-параметры - малосигнальные. По входной цепи достаточно скомпенсировать входную емкость параллельной индуктивностью и включить шунтирующий резистор (но все зависит от оптимальной нагрузки для предыдущей цепи, и если она велика, то нужна согласующая цепь).

Сообщение отредактировал grandrei - Sep 8 2008, 15:50

[grandrei]

Только с транзистором RD16HHF1 можно получить и все 50 Вт на выходе, если обеспечить хороший КПД при наличии необходимой раскачки, что там 5 Вт. Для этого достаточно и транзистора RD06HVF1, хотя у него точно будет очень высокое входное сопротивление в параллельном эквиваленте, и скорее всего нужен будет трансформатор импедансов на входе.

Сообщение отредактировал grandrei - Sep 8 2008, 18:39

[Stanislav]

Не прошло и года, как смог купить транзисторы от Mitsubishi.
...........................................
Подсажите, как правильно этот транзюк раскачать, желательно в классе Е. Спасибо

Попытаюсь помочь, если поясните внятно, для чего сия конструкция предназначена. Нехорошие мысли посещают, глядя на Ваше творчество.

[TheMad]

Наверное чтобы стоять около входа в метро с чемоданом, считывая все карточки у всех проходящих людей
Я другого применения генератора именно на эту частоту не вижу. Не радиомаяк же на КВ для изучения особенностей прохождения!

[Vitаha]

Подскажите, а как можно изменять мощность на нагрузке (R=50 Om)? В голову приходит только изменение питания коллекторной цепи выходного транзистора. А не "поплывут" ли от этого рабочие точки и настройки выходных контуров?

И еще. Каким способом оптимально раскачать выходной транзистор? Имеется логический выход (0..5В) с меандром, потом думаю этот сигнал подать на затворы полевиков, включённых по схеме push/pull, как на схеме вверху. Или есть более предпочтительные варианты?

Сообщение отредактировал Vitаha - Sep 13 2008, 14:19

[Vitаha]

Попытаюсь помочь, если поясните внятно, для чего сия конструкция предназначена.

Проектирую систему для для измерения температуры объектов. Без проводов и без батареек. Антенна передатчика (Reader) излучает несущую и принимает ответ от приемника (Tag), который сначала аккумулирует энергию, стартует, измеряет и передает данные на комп. Расстояние между антенной передатчика и платкой приёмника (Tag) около 20..30 см, только вот вокруг много железа. Tag реализовал на PIC12F683, который, в отличии от state-machine, используемой в чипах RFID, потребляет далеко не наноамперы... Поэтому и приходится в эфир посылать ватты.
Система работает, измеряет температуру барабана на конвейере; основную идею и схему спёр у Микрочипа, кардинально всё переделав. Но вот в области RF я не силён...
Вот так выглядит рабочий прототип

Сообщение отредактировал Vitаha - Sep 13 2008, 16:34

[grandrei]

Подскажите, а как можно изменять мощность на нагрузке (R=50 Om)? В голову приходит только изменение питания коллекторной цепи выходного транзистора. А не "поплывут" ли от этого рабочие точки и настройки выходных контуров?

Можно и питанием на стоке и смещением на затворе, ничего особо не поплывет. Первый случай, например, используют для стоковой/коллекторной модуляции, когда характеристика Vвых(Eпит) достаточно линейна, хотя естественно присутствует мощность прямого прохождения через емкость затвор-сток Cзс.

И еще. Каким способом оптимально раскачать выходной транзистор? Имеется логический выход (0..5В) с меандром, потом думаю этот сигнал подать на затворы полевиков, включённых по схеме push/pull, как на схеме вверху. Или есть более предпочтительные варианты?

В первую очередь надо оперировать понятием мощности, а не напряжения, и померить ее на выходе логических устройств, в приведенной схеме на резисторе 27 Ом. Если это амплитуда меандра в 5 В на 27 омах, то мощность по первой гармонике будет больше, чем (5^2)/(2*27), то есть 0.5 Вт. Если это так, то и драйвер не нужен, просто какой-нибудь буферный каскад для лучшей изоляции. А затем исходить из требуемой выходной мощности и коэффициента усиления выбранного транзистора оконечного каскада. Но в принципе драйвер может быть и двухтактный (push/pull), и однотактный. Но надо иметь ввиду, что у транзистора IRL510 напряжение отсечки Vth меньше 2 В, тогда как у транзистора RD16HHF1 это напряжение порядка 5 В.

Сообщение отредактировал grandrei - Sep 13 2008, 21:04