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]

остается создать линейную цепь "микрофон - ШИМ - усилитель", предварительно сняв статические и динамические характеристики с полевика, и АМ обеспечен. правда при формировании ШИМ с помощью треугольника и компаратора, начало меандра будет совпадать с несущей, а при модуляции центры меандров будут гулять относительно центров предполагаемой синусоиды (после фильтрации), что приведет к паразитной частотной модуляции. надо как-то тут подумать

Да нет. Паразитной ЧМ не будет. Ведь АМ это и фазовая и амплитудная составляющие. Ведь в АМ образуются две боковые полосы относительно центра несущей, соответствующие +-частоте НЧ модуляции. Вот это и есть фазовая составляющая или по другому ЧМ с индексом 1. Меандр в схеме только до ШИМ. Что бы не ошибались в дальнейшем, меандром называется форма импульсов со скважностью ровно 2. Импульс и пауза имеют одинаковую длительность. После ШИМ-модулятора у нас несущая не меандр, а импульсный сигнал с переменной скважностью. Наибольшую скважность будет иметь сигнал на отрицательном пике модулирующего сигнала. И наименьшую скважность будет иметь сигнал при положительном пике модуляции НЧ. В режиме молчания выставляется скважность 1/4. При модуляции вектор фазы будет перемещаться +-90 градусов относительно центра несущей частоты, так как полупериод колебания несущей и есть 180град. Это и будет фазовой компонентой АМ сигнала. Если НЧ сигнал модуляции превысит необходимый уровень, то на выходе ШИМ-модулятора просто будут пропуски импульсов несущей в виду того, что скважность будет иметь значение безконечности. И просто на выходе передатчика получатся сильные искажения типа перемодуляции и на экране осцилографа будет видно эти разрывы, так же как и при обычной модуляции.

Пробую моделировать ШИМ-модулятор. Но от треугольника пока отказался. Есть еще способ получения ШИМ с помощью одновибратора. Одновибратор настаиваем в молчании на длительность импульса 1/4 периода несущей. Паралельно резистору времязадающей цепи подключаю биполярный транзистор выводами К-Э. На базу подаем с делителя напряжения смещение а также и сам НЧ сигнал. Модуляция по скважности есть. Есть и на выходе передатчика АМ сигнал. Но пока модуляция с искажениями, так как надо поймать линейный участок транзистора. А время симуляции до появления результата приличное. Вот и приходится запускать и ждать значительное время при каждом изменении смещения. Нудное занятие. Нужен более производительный комп. (IMG:style_emoticons/default/sad.gif)
А этот одновибратор запускается от генератора несущей и на выходе одновибратора уже и имеем ШИМ.
В общем обрабатываю схему и моделирую по тихоньку.

[индикатор]

да точно... меандр - это скважность равна 2. ну Вы поняли, что я имел ввиду прямоугольный импульс (ПИ). Одновибратор однозначно лучше и проще треугольника. А одновибратор синусоидой синхронизируется? Не знаю какой у Вас транзистор в управлении, но я бы посоветовал полевой (у него чисто активное сопротивление сток-исток). Насчет модуляции понял. я чето думал, что изменение скважности будет только в сторону увеличения длительности положительного импульса. ну а если в обе стороны, то все нормально.

а может всеже отказаться от столь сложной идеи и загнать каскад в жесткий класс С в линейном режиме? хотя основное преимущество - минимум рассеиваемой мощности будет потеряно.
Тут мне сегодня идея стукнула: подать синусоиду в линейном режиме усиления, а стоковым напряжением управлять с помощью еще одного полевика ПИ с частотой раз в 5 больше. Тогда синусоида просто будет прерываться, за счет чего можно увеличивать мгновенный ток импульса при той же рассеиваемой мощности. Но это получится преобразователь с производными частотами (сумма и разность), поэтому, наверно, не получится...

а насчет компьютера могу подсказать. я тоже както чето симулировал и для увеличения скорости обдумывания при низкой производительности просто снижал рабочие частоты в симуляторе. Например, вместо 1,7 МГц можно взять 100 кГц. возможно, быстрее будет обдумывать. Когда убедитесь, что метод работает, нужно просто трансформировать времязадающие цепи на исходную частоту.