Выходные каскады УМ на полевиках, Все про усилители на мощных полевиках Опции

[perezvon]

Ну коль меня пытаются опустить, то я поведаю о том, миф это или банальная реальность.
Я предложил идею использования мощных высоковольтных полевых транзисторов серий IRF740 и других в передатчиках на частоты 1.6-3.2МГц. в импульсном режиме и с регулируемой скважностью. И высказал то, что в таком режиме и при питании выпрямителя прямо из сети~220В, а это примерно 310В постоянки, можно на выходе получить большую мощность при малых габаритах и весе передатчика.
Некоторые учатники форума, а именно RW3FR, пытаются высказать свое недоверие, что это не согласуется с теорией и т.д.
Так вот, коль я высказал, что с IRF740 можно снять 0.5кВт и более полезной мощности, то постараюсь это доказать. Хотя человеку имеющему понятия об физике и элетротехнике и знающему закон Ома, не составит много труда даже грубо прикинуть и он будет согласен, что я прав.
Начну из грубой прикидки прямо в голове. Для такой прикидки даже калькулятора не надо. Имеем полевик IRF740. Его параметры можете посмотреть скачав даташит. Ссылку не даю. В поиске найдете.
Я только в кратце. Может работать в цепях постоянного тока до 400В. Ток 10А. Сопротивление открытого состояния 0.48 Ом. Постоянно рассеиваемая мощность 125Вт.
Так вот если подвести к такому полевику мощность по питанию 1000Вт. и учитывая что при управлении на затвор будут поданны импульсы положительной полярности и для экперимента частотой 1.7МГц, будем иметь импульный режим работы выходного каскада. А как известно из теории КПД в таком режиме 90% и выше. Что же у нас будет на активной нагрузке при таком КПД. 90% от 1000Вт. будет 900Вт. Значит на нагрев(потери) у нас уйдет 100Вт. Эта мощность пойдет на разогрев транзистора, конденсаторов, катушки и пр. Нам известно, что постоянная мощность рассеиваемая на этом полевике равна 125Вт. При этом ток стока припитании 300В будет 3.333333А. Как видим и ток не выходит за рамки допустимого для этого полевика. Значит даже при таком грубом расчете оказывается мы можем ожидать 900Вт. полезной мощности.
А теперь давай проверим это в виртуальной машине. То есть используем виртуальный паяльник в виде специальной программы для моделирования физико-электрических схем в виде хорошо известной и популярной прогhаммы Proteus. В приложении схема набранная в этой программе а также снимок экрана моделирования этой схемы, где видно осцилогаммы и по ним можно посчитать что у нас на выходе получается. А так же в приложении и сам файл проекта в формате этого моделировщика. У кого есть эта программа, могут загрузить проект и сами все посмотрят.
И так входная частота 1.7МГц. Форма входного сигнала меандр со скважностью 2. Амплитуда импульсов 12В. Для наглядности я еще и промодулировал в АМ. Модуляция комбинированная и по затвору и по стоку. Если использовать только одну из указанных, то при модуляции только по затвору не удается получить глубокую модуляцию. Как и в теории по лампам и биполярным транзисторам более 30% не получается. Появляются искажения. А по стоку, так как и по отзывам на разных форумах, модуляция при любой глубине имеет большие искажения, так как я предполагаю что нелинейная зависимость тока от напряжения. Я экспериментальным путем подобрал уровни НЧ сигналов в обох ветвях и получилось на мой взгляд не дурно.
На виртуальном осцилографе по осцилограмах теперь определим какое же напряжение у нас получилось на нагрузке 50 Ом. Голубая осцилограмма и есть по выходу. Посчитайте сколько клеток по вертикали занимает размах напряжения. А это составляет 12 с кусочком. Смотрим на каком пределе измерения у нас канал В. А он на пределе 5В. Если посмотреть по схеме, то канал В подключен через резистивный делитель на 10. Значит цена измерения в таком случае будет 50В на клетку. То выходит 12*50=600В. Я тот маленький кусочек что выше 12 клеток опускаю. Достаточно и этого. Значит на выходе у нас 600В. Теперь преобразуем это амплитудное значение к действующему значению, в котором и принято все измерять. Значит 600/2*0.7=210В. 210В это уже действующее значение напряжения на выходе передатчика, нагруженного на 50 Ом.
Теперь посчитаем мощность, которая выделяется на нагрузке в 50 Ом. 210 в квадрате разделяем на 50. Итого на нагрузке у нас 882Вт.
Теперь посмотрим сколько же подводится мощности к выходному каскаду. Ток выходного каскада где то 3.35А. Питание выходного каскада я сделал 260В с учетом того, что мы еще модулируем по стоку. А напряжение измеренное на трансформаторе где то 52В. Значит на пике напряжение будет 260+52=312В. Мощность теперь равна 312+3,35=1045Вт.
Теперь можно определить, какая же мощность идет на нагрев. 1045-882=163Вт. Немного выше указанной для этого полевика. Но мы же не учли тот маленький кусочек к 12 клеткам по осцилограмме. А так же не учли и то что высшие гармоники то же имеют свою порцию мощности, которую мы срезали П-контуром. Если просумировать мощность всего спектра, то рассеваемая мощность на транзисторе соответственно уменьшится на ту мощность верхних гармоник. И еще одно. Рассеваемая мощность дана для статического режима. А здесь идет речь о импульсном режиме, где есть пропуски в потреблении тока. В эти периоды полевик остывает. Значит все хорошо стыкуется с теорией и мы действительно получили КПД ~90%. И полезной мощности на выходе 882Вт. Я в своих грубых предположениях давал возможность иметь 0.5кВт и более. И по моему сдержал это предположение. (IMG:style_emoticons/default/biggrin.gif) А как Вы думаете?
В другой раз поговорим о ШИМ-модуляции. Сейчас я устал клацать на клаве рукой калекой

Что то я не смог вставить файлы. Пробую еще раз.

[perezvon]

А я открыл (IMG:style_emoticons/default/biggrin.gif) для себя конечно (IMG:style_emoticons/default/biggrin.gif) возможность глубокой модуляции в полевиках без энергетических затрат. Хотел попробовать использовать полевик включенный по схеме с общим затвором. При таком включении как известно частотные параметры лучше, чем с включением с общим истоком. Все прекрасно работает. Решил попробовать промодулировать по затвору и обалдел. Модуляция глубокая и без искажений. А в схеме с общим истоком до 30% а дальше искажения. При этом потребление мощности по затвору нуль. Можно прямо с ОУ или транзистора на затвор подавать через емкость и затвор посадить на общий провод паралельной цепочкой из резистора и конденсатора номиналами 10-100кОм и 0.01мкФ. Амплитуда НЧ при этом 6.1В. Полевик можно раскачать биполярным транзистором допустим КТ805 по схеме эмитерного повторителя. Пробовал вводить комплексную модуляцию дополнительно еще и по стоку. Мощность конечно больше, так как плюсуется НЧ напряжение к стоковому а глубина модуляции остается прежней. Но преимуществ такой модуляции не вижу лиш лишние затраты на мощность модулятора. А вот по затвору вот это класс! (IMG:style_emoticons/default/biggrin.gif) Зазсеяли все мои сомнения по отзывам многих о не применении полевиков в связи с плохой модуляцией. Как я писал в предыдущем посте только комбинированная в том виде и был вариант, но значительные все же затраты на подмодуль модуляции по стоку.

А то что это кажется невероятно, то это и нет тут ничего невероятного. Усилители в ключевом режиме так и работают. Я уже приводил пример с БП импульсным. В нем же то же ключевой режим. Ведь в класике с синусом пока синус наберет амплитуду на лампе, транзисторе схема плавно потребляет ток и при этом на активном элементе рассеивается мощность. В ключевом режиме импульс сразу резко набирает полную амплитуду от нуля к максимальному. Время набора максимальной амплитуды очень мало. В остальное время активный элемент находится в насыщенном режиме с минимальным сопротивлением. У IRF740 в таком состоянии всего 0.48 Ом. Падение напряжения на таком малом сопротивлении очень мало. И на транзисторе рассеивается малая мощность при довольно большом токе проходящем через полевик. Больше всего важно время перехода в такое минимальное состояние и выхода с него. Это так называемые параметры как фронты включения и выключения. Вот во время этих переходных процесов больше всего рассеивается тепло на активном элементе, даже больше чем в стабильно открытом режиме. Вот почему линейный режим имеет низкий КПД. А в радиолюбительской практике ключевой режим в передатчиках в оконечных каскадах практически мало используется в связи стем, что в принципе сейчас меньше намного работают телеграфом а усложнять весь аппарат ради только телеграфа да и АМ нет смысла. Вот и делают линейное усиление. А ранее не было такой возможности, когда телеграф и АМ были популярны, не было такой замечательной элементной базы.
Но может все же обратят на это немного погодя. Ведь есть еще замечательный метод так называемый синтетический, где искуственно создается в нескольких раздельных ветках исходные о частотном и амплитудном спектре и это уже модулирует генератор охваченный ФАПЧ и модулятор с обратным контролем с выхода УМ по амплитуде НЧ сигнала. Тогда УМ усиливает только частотно-модулированный сигнал одной из боковых SSB сигнала с ГУН-а и в таком же ключевом режиме а АМ модулятор модулирует УМ восполняя амплитудную сотавляющую SSB сигнала или АМ сигнала.
Как видим это не ново. Но для любителей и поклонников АМ это будет как новое. И сложного здесь нет. Все узлы те же. Только вместо синуса импульсы. Как видим схемы выходного каскада практически те же. Только переведены в ключевой режим. И форма модулированного сигнала та же. И на выходе по ВЧ тот же синус востанавливается с помощью тех же селективных схем того же П-контура. Одна только разность, что качество настройки выходных фильтров дожна быть намного лучше. Я еще не показал как лучше делать эту фильтрацию. Но если есть у вас желание то продолжу.

А вы можете посмотреть файлы по этому посту в приложении. Неправда ли классная модуляция и без затрат.
Желтая осцилограмма это форма тока истока. Голубая это как раз и есть сам АМ сигнал на выходе нагрузки УМ.