Расчет усилителя мощности высокой частоты

Расчет усилителя мощности высокой частоты проводится исходя из заданного значения колебательной мощности и для удобства делится на два этапа: расчет режима генератора и расчет элементов анодной нагрузки и других элементов схемы.

Рассмотрим расчет генератора в оптимальном режиме. Его нужно начинать с выбора лампы. При выборе лампы следует отдавать предпочтение пентодам или лучевым тетродам.

Номинальная колебательная мощность Р_ном выбранной лампы должна быть равна или несколько больше заданной мощности Р. Величина Р_ном указывается в справочниках или паспортах ламп, либо ее можно ориентировочно рассчитать по известным значениям напряжения источника анодного питания Еа и тока эмиссии катода I_э, задавшись углом отсечки θ = 90° и коэффициентами ζ = 0,9 и β = 0,9, по формуле

Р_ном = 0,2I_эE_а.

Следует иметь в виду, что номинальная мощность для триодов с вольфрамовыми катодами определяется по формуле

Р_ном = 0,1I_эE_а.

так как эти лампы работают при значительном недоиспользовании лампы по току (β≈ 0,4÷0,5).

Рабочая частота рассчитываемого усилителя мощности высокой частоты должна быть ниже предельно максимальной рабочей частоты выбранной лампы.

Выбрав лампу, из справочника выписываем ее параметры и электрические данные, необходимые для расчета. Далее задаемся углом отсечки θ в пределах от 70 до 90° и по таблицам или графикам определяем коэффициенты разложения α₀, α₁ и γ = α₁/α₀.

Формулу для определения оптимального значения коэффициента использования анодного напряжения ζ_кр можно получить из очевидного равенства

i_а.макс = S_кр e_а.ост.                                   (288)

Так как

а

то, подставив вместо i_а.макси e_а.остих значения в формулу (288) и решив полученное уравнение относительно ζ_кр, получим расчетную формулу для ζ_кр в окончательном виде:

                                                 (289)

Далее рассчитываем:

амплитуду переменного напряжения на контуре

U_mк == U_mа = ζ_крE_а

амплитуду первой гармоники анодного тока

постоянную составляющую анодного тока

мощность, потребляемую от источника анодного питания,

P₀=I_а0E_а

мощность, рассеиваемую на аноде,

Р_а = Р₀-P≤P_а.доп

Если окажется, что Р_а>Р_а.доп, то следует выбрать более мощную лампу и расчет провести снова.

При использовании ламп с вольфрамовым катодом нельзя допускать, чтобы максимальный импульс анодного тока iа.макс = I_а1/α₁ превышал 70% значения тока насыщения лампы. Если это условие не выполняется, то следует увеличить угол отсечки θ, а если и этого окажется недостаточно, то надо также выбрать более мощную лампу.

При дальнейшем расчете определяются в указанном порядке:

оптимальное сопротивление нагрузки R_э=U_mа/I_а1

электрический к.п.д. усилителя η = P/P₀;

амплитуда напряжения возбуждения

напряжение смещения

E_с=E'_с — (U_mс — DU_mа)cosθ;

максимальное напряжение на управляющей сетке

e_с.макс = │E_с│+U_mс

остаточное напряжение на аноде

e_с.ост =E_а — U_mа.

Если │E_с│≥U_mс, то генератор работает без тока управляющей сетки, и тогда цепь управляющей сетки рассчитывать не надо. Если же │E_с| < U_mс, то это означает, что усилитель мощности высокой частоты работает с током в цепи управляющей сетки и нужно произвести ее расчет.

Максимальное значение импульса сеточного тока лучше всего определить по характеристикам при напряжениях е_с.макс и е_а.ост или же по приближенным формулам:

для триодов

i_с.макс ≈0,1i_а.макс

для тетродов и пентодов

i_с.макс = (0,05÷0,07) i_а.макс

Угол отсечки тока управляющей сетки

Далее по графикам или по таблицам определяем α_0с и α_1с.

Составляющие сеточного тока:

I_с0 = α_0с i_с.макс
I_с1 = α_1с i_с.макс

Мощность, необходимая для возбуждения генератора,

Коэффициент усиления мощности генератора

При определении максимального значения импульса тока экранирующей сетки лучше пользоваться сеточными характеристиками лампы; при отсутствии их постоянную составляющую тока экранирующей сетки определяют по приближенной формуле

I_с0=(0,1÷0,2) α₀i_а.макс.

Мощность рассеивания на экранирующей сетке

P_с2 = I_с200E_с2≤P_{с2 доп}

Если Р_с2> Р_{с2 доп}, то необходимо уменьшить Е_с2.

При расчете двухтактного генератора сначала рассчитывают одно плечо на половину заданной мощности, а затем полученные величины Р> U_mк, I_а0, Р₀, R_э, Р_с удваивают. К.п. д. и ζ, рассчитанные для одного плеча, справедливы для всего усилителя.

Емкость контура определяют по формуле

где λ — длина рабочей волны в метрах.