Рис. 1.
Современные RF MOSFET транзисторы имеют высокую надежность, большую выходную мощность, высокое напряжение стока.
Но у таких транзисторов высока входная емкость: многие сотни pF ... единицы nF. Это вызывает трудности с широкополосным (во всем КВ диапазоне) согласованием входа.
Определяем общую входную емкость Свх одного плеча PA. Она состоит из входной емкости транзистора (или суммы нескольких, включенных параллельно) плюс проходная емкость затвор - сток, умноженная на коэффициент усиления по напряжению от затвора к стоку.
Считаем реактивный импеданс Свх на верхней рабочей частоте –JXc.
Если требуется КСВ в полосе ниже 1,2, то делим 50/Xc. Если устроит КСВ до 1,5, то делим 25/Xc. Округляем полученное число до ближайшего из ряда квадратов целых чисел N: 22 = 4, 32 = 9, 42 = 16, 52 = 25, 62 =36, 72 =49.
Делаем ШПТ на "бинокле", вторичной обмоткой будет один виток трубки, а первичной – витки провода, количеством равным N – корню из числа полученного в предыдущем пункте. Сердечник должен быть таким, чтобы на низшей частоте индуктивный импеданс +JXl первой обмотки был бы не ниже 200 Ом.
Рассчитываем шунтирующие резисторы (оба одинаковые) R = 50/(2N2).
Собираем схему рис. 1 (в ней входные емкости транзисторов заменены эквивалентными внешними конденсаторами). Подбираем компенсирующий конденсатор С1 (несколько десятков pF, зависит от конструктива и сердечника трансформатора) по минимуму КСВ на верхнем краю полосы
Входная емкость одного плеча 3300 pF.
–JXc на 30 MHz –1,6 Ома.
Требуется КСВ < 1,2. 50/1,6 = 31,6. Округляем до 62 = 36.
Делаем ШПТ. Сердечник "бинокль" 2843000202 первичная обмотка N=6 витков, вторичная - один виток трубки.
R = 50/(2*36)= 0,69 Ома. Применяем в качестве каждого из резисторов два параллельных номиналом 1,3 Ома каждый (оставшиеся сотые доберутся на соединительных проводниках). При настройке выясняем, что наилучшая АЧХ получается при С1 = 62 pF
Схема входа РА показана на рис. 2.
Напряжение смещения транзисторов подается на соединение трубок с обратной стороны от выхода трансформатора (именно такой способ подачи смещения не обязателен, можно другой). Обратите внимание на большую емкость С2: она необходима, чтобы получить низкий импеданс внизу полосы. Кроме того, С2 должен иметь резонансную частоту не сильно ниже 30 MHz. Выполнить эти требования одним конденсатором может оказаться сложно, тогда С2 надо набрать из нескольких одинаковых параллельных, с достаточно высокой частотой собственного резонанса.
На рис. 3 показана АЧХ нашего ШПТ, нагруженного на два конденсатора 3300 pF и четыре резистора 1,3 Ом (как на рис. 3). Уровень –15 dB это примерно 1/6, т.е. коэффициент передачи трансформатора по напряжению. Неравномерность АЧХ не превышает 0,1 dB.
КСВ по входу показан на рис. 4. КСВ от 2,5 MHz и выше не превышает 1,2. Повышение до КСВ до 1,25 на 1,8 MHz происходит из-за недостаточной индуктивности обмоток (сердечник маловат).
Входной импеданс в полосе (последовательный эквивалент) по входу показан на рис. 5.
Входная емкость одного плеча 1640 pF.
–JXc на 30 MHz –3,24 Ом.
Допускается КСВ < 1,5. 25/3,235 = 7,7. Округляем до 32 = 9.
Делаем ШПТ. Сердечник из 4 недорогих трубок 2643000801 Трубки склеиваются попарно торцами и потом двух длинных трубок из них делается "бинокль". Первичная обмотка N = 3 витка проводом во фторопластовой изоляции, вторичная - один виток голой проволоки.
R = 50/(2*9)= 2,78 Ома. При настройке выясняем, что наилучшая АЧХ получается при С1 = 82 pF. А также то, что если шунтирующие резисторы увеличить до 3,3 Ома каждый, то КСВ в полосе нигде не превысит 1,4, а неравномерность АЧХ 0,3 dB.
ВЧ напряжение на каждом из затворов Uз в 2N раз меньше входного. Зная необходимую амплитуду напряжения на затворе Uз (по ВАХ транзистора, для получения требуемого импульса тока стока), можно рассчитать требуемую эффективную входную мощность Pвх = (Uз•2N)2/2•50. Pвх будет рассеиваться на шунтирующих резисторах R (по рис. 1), которые должны быть соответствующей мощности (и с этой точки зрения эти шунтирующие резисторы лучше набирать из нескольких, включенных параллельно).
Если входная мощность получается чрезмерно большой, можно ее уменьшить, снизив в 3 пункте расчета требования к КСВ (это увеличивает шунтирующие резисторы и снижает отношение числа витков во входном трансформаторе).
Если входная мощность получается небольшой (чаще всего) и у драйвера есть запас, то разумно на входе PA поставить небольшой аттенюатор. Это повышает устойчивость и исключает перекачку PA по входу.