Posted on Leave a comment

Бифилярный трансформатор против катушек индуктивности в выходном каскаде усилителя на LDMOS транзисторе

Некоторые последующие расчеты, демонстрирующие трансформаторное действие бифилярной катушки питания.

Ниже приведен некоторый анализ, демонстрирующий, что бифилярная катушка действует как трансформатор импеданса в дополнение к своим другим функциям. Также ниже дан ответ на вопрос: «Как он может действовать как трансформатор, если я могу заменить его двумя отдельными дросселями сток / коллектор, а схема по-прежнему функционирует должным образом?»

Сначала некоторые расчеты напряжения / тока / мощности, чтобы продемонстрировать его функцию в качестве трансформатора импеданса.
Ниже приведена схема из заметки по применению «Microsemi Application Note 1819: широкополосный усилитель мощностью 700 Вт с использованием VRF2944». Этот усилитель выдает 700 Вт на нагрузке 50 Ом при напряжении питания 65 В. Посмотрим, как это возможно. Давайте пойдем в обратном направлении от нагрузки.

Напряжение и ток нагрузки
• Учитывая 700 Вт на нагрузку 50 Ом, напряжение нагрузки будет 187,1 В (среднеквадратичное), 264,6 В пике.
• Ток нагрузки составит 3,74 А (среднеквадратичное), 5,29 А (пиковое).

Первичное напряжение и ток T3:
Конечный выходной трансформатор представляет собой трансформатор линии передачи Guanella 1: 4 (соотношение витков 1: 2).
Таким образом, напряжение на первичной обмотке конечного трансформатора будет в два раза меньше, чем на вторичной обмотке, а ток будет вдвое больше, чем на вторичной обмотке.
• Первичное напряжение составит 93,5 В (среднеквадратичное значение), 132,3 В (пиковое значение).
• Первичный ток будет 7,48 А (среднеквадратичное значение), 10,58 А (пиковое значение).

Источник постоянного тока: у нас есть только источник постоянного тока на 65 В. Как мы получаем 132 В пиковое или 264 В пиковое значение на первичной обмотке выходного трансформатора?

Ответ заключается в том, что, как показано ранее в этой цепочке, бифилярная питающая катушка действует как трансформатор с соотношением витков 1: 2 или соотношением импедансов 1: 4. Он удваивает напряжение источника постоянного тока 65 вольт, что приводит к пику 130+ вольт на первичной обмотке выходного трансформатора.

Вкратце, на пике цикла проводимости Q1 на полной мощности Q1 вызывает полное напряжение 65 В на одной обмотке бифилярной катушки. Это дает еще 65 вольт на другой катушке. Последний трансформатор видит напряжение на двух последовательно соединенных катушках или в два раза больше напряжения на отдельных катушках. IE; на полной мощности бифилярной катушки удваивается независимо от напряжения источника постоянного тока (при полной нагрузке).

Если бы бифилярная питающая катушка не удваивала напряжение питания постоянного тока, пиковое напряжение на первичной обмотке конечного трансформатора было бы 1/2 от первоначального, а выходная мощность была бы 1/4 от номинальной.

Взаимосвязь между напряжением источника постоянного тока и сопротивлением цепи.


Таким образом, очевидно, что в примечаниях к применению, в которых используется приведенная выше формула, предполагается, что пиковое напряжение на первичной обмотке конечного трансформатора будет тем или иным образом в два раза превышать напряжение питания постоянного тока. При использовании бифилярная катушка питания удваивает напряжение питания постоянного тока через действие трансформатора, так что пиковое напряжение на первичной обмотке конечного трансформатора будет в 2 раза больше напряжения питания постоянного тока.

Другой метод удвоения напряжения питания постоянного тока – это  “flywheel action” действие маховика или “inductive kick” индуктивный толчок, обеспечиваемый двумя отдельными большими катушками индуктивности между источником постоянного тока и коллекторами или стоками.

Почему я могу заменить Т2 двумя катушками индуктивности и получить те же результаты?

Кто-то предположил, что если вы можете заменить T2 двумя катушками индуктивности, и схема по-прежнему будет работать практически так же, то T2 не может действовать как трансформатор. Вот в этой логике изъян. Трансформатор T2 удваивает напряжение питания Vdd. Индукторы также удваивают напряжение питания.

Короче говоря, при правильном выборе двух индуктивностей стока – они обеспечивают “маховик” (Маховик (маховое колесо) — массивное вращающееся колесо, использующееся в качестве накопителя (инерционный аккумулятор) кинетической энергии или для создания инерционного момента), очень похожий на индукторы стока или коллектора в усилителях классов C, D, E и F, и в конечном итоге они удваивают напряжение на первичной обмотке конечного трансформатора. так же, как бифилярная катушка Т2.

Если вы посмотрите анализ несимметричного усилителя класса B, вы увидите, что при правильной настройке выходное напряжение от пика до пика будет в два раза больше напряжения питания постоянного тока из-за маховикового действия катушки индуктивности стока. В линейных усилителях класса B или AB выходы двух несимметричных усилителей класса B подключены к первичной обмотке конечного трансформатора, поэтому размах напряжения на первичной обмотке конечного трансформатора в четыре раза превышает напряжение питания постоянного тока, как и в случае с бифилярной катушкой питания.

Двухтактные схемы класса B или AB по существу объединяют два несимметричных усилителя, сдвинутых по фазе на 180 градусов.

Прямое сравнение с использованием коллекторных дросселей и бифилярной питающей катушки с идентичными результатами
В обоих случаях размах напряжения на первичной обмотке конечного трансформатора составляет 4 x Vcc.
В одном случае напряжение питания постоянного тока удваивается за счет маховика коллекторных дросселей.
В другом случае напряжение питания постоянного тока удваивается бифилярной катушкой питания.


Пример: W6PQL 1 кВт SSPA для 1,8-54 МГц – использование бифилярной катушки и запорных дросселей
http://www.w6pql.com/1_kw_sspa_for_1_8-54_mhz.htm
Это реальный пример замены бифилярного трансформатора на дросселя.
Ниже показаны схемы стока для линейного усилителя W6PQL мощностью 1 кВт до и после замены бифилярной питающей катушки на дроссели стока по различным техническим причинам. Обратите внимание, что это было единственное изменение, внесенное в выходную часть усилителя.

В обоих случаях выходная мощность составляет около 1000 Вт при нагрузке 50 Ом с использованием источника постоянного тока 50 Вольт. См. URL-адрес выше для получения полной схемы и подробностей.
T3 и T4 – это трансформаторы Ruthroff 1: 4, изготовленные с использованием коаксиального кабеля.
Т3 и Т4 подключены к цепи стока и выходному балуну таким образом, что они образуют трансформатор с импедансом 1: 9 (соотношение витков 1: 3).

Расчет мощности, напряжения и тока одинаков для обоих случаев.
В обоих случаях для получения 1 кВт нам нужно около 100 вольт пикового напряжения на входе трансформатора T3 / T4, но у нас есть только 50 вольт постоянного тока.
В одном случае бифилярная катушка удваивает напряжение питания постоянного тока за счет действия трансформатора. В другом случае напряжение питания постоянного тока удваивается за счет эффекта маховика индуктивных дросселей на стоках.


Выводы:

Т2 явно действует как трансформатор. Транзистор вызывает появление сигнального напряжения на одной катушке трансформатора. T2 вызывает появление копии этого напряжения на другой катушке T2. Сумма этих двух сигнальных напряжений появляется на первичной обмотке конечного трансформатора.
Такое действие трансформатора позволяет пиковому напряжению на конечном трансформаторе в два раза превышать напряжение источника постоянного тока. Если бы T2 не выполнял эту функцию, напряжение на выходном трансформаторе было бы половиной желаемого значения, а выходная мощность была бы четвертью желаемого значения.
При замене T2 на два дросселя питания стока или коллектора правильного размера использует индуктивное реактивное сопротивление по принципу «маховика» или «индуктивного толчка», чтобы по существу удвоить напряжение сигнала, в результате чего пиковое напряжение на первичной обмотке T3 в два раза превышает напряжение питания постоянного тока, как в случае использования бифилярного трансформатора.
Было предоставлено несколько рабочих примеров, показывающих, что тех же результатов можно достичь, используя бифилярный трансформатор или дроссели правильного размера.
Рабочие примеры показывают, что для получения заявленной выходной мощности как использование дросселей стока, так и использование бифилярной катушки должны иметь возможность вызывать на первичной обмотке конечного трансформатора пиковое напряжение, вдвое превышающее напряжение питания постоянного тока.

BY KD2NCU from QRZ dot com

На фото парные катушки индуктивности рабочего усилителя на ART1K6FH (BLF188XR) по схеме W6PQL с доработками по питания и BIAS от UT3UJN

Leave a Reply