Методика разработки и характеристики автогенератора класса Е
Рассчитан и экспериментально исследован автогенератор с выходной мощностью 1 Вт и КПД 86% на частоте 800 кГц. Особенностью автогенератора является низкое напряжение питания и слабая зависимость частоты генерации от напряжения питания. Автогенератор продемонстрировал основные особенности функциониров...
Saved in:
| Published in: | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
|---|---|
| Date: | 2002 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
2002
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70735 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Методика разработки и характеристики автогенератора класса Е / В.Г. Крыжановский, А.Н. Рудякова, Д.В. Чернов // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2002. — № 2. — С. 9-12. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860218704541777920 |
|---|---|
| author | Крыжановский, В.Г. Рудякова, А.Н. Чернов, Д.В. |
| author_facet | Крыжановский, В.Г. Рудякова, А.Н. Чернов, Д.В. |
| citation_txt | Методика разработки и характеристики автогенератора класса Е / В.Г. Крыжановский, А.Н. Рудякова, Д.В. Чернов // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2002. — № 2. — С. 9-12. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| description | Рассчитан и экспериментально исследован автогенератор с выходной мощностью 1 Вт и КПД 86% на частоте 800 кГц. Особенностью автогенератора является низкое напряжение питания и слабая зависимость частоты генерации от напряжения питания. Автогенератор продемонстрировал основные особенности функционирования усилителя класса Е и может использоваться для построения высокоэффективных преобразователей энергии.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:17:15Z |
| format | Article |
| fulltext |
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2002, ¹ 2
9
ÏÐÎÅÊÒÈÐÎÂÀÍÈÅ. ÊÎÍÑÒÐÓÈÐÎÂÀÍÈÅ
Äàòà ïîñòóïëåíèÿ â ðåäàêöèþ
07.12 2001 ã.
Îïïîíåíò ê. ò. í. Ë. Ä. ÇÓÁÊÎ
(ÍÈÈÊÀ, ã. Äîíåöê)
Ê. ô.-ì. í. Â. Ã. ÊÐÛÆÀÍÎÂÑÊÈÉ, À. Í. ÐÓÄßÊÎÂÀ,
Ä. Â. ×ÅÐÍÎÂ
Óêðàèíà, Äîíåöêèé íàöèîíàëüíûé óíèâåðñèòåò
E-mail: apex@dongu.donetsk.ua
Àâòîãåíåðàòîð ïðîäåìîíñòðèðîâàë îñ-
íîâíûå îñîáåííîñòè ôóíêöèîíèðîâàíèÿ
óñèëèòåëÿ êëàññà Å è ìîæåò èñïîëüçî-
âàòüñÿ äëÿ ïîñòðîåíèÿ âûñîêîýôôåê-
òèâíûõ ïðåîáðàçîâàòåëåé ýíåðãèè.
Èñïîëüçîâàíèå ïîëèãàðìîíè÷åñêèõ (ïîëèðåàêòèâ-
íûõ) ðåæèìîâ ðàáîòû óñèëèòåëåé ïîçâîëÿåò ïîëó÷èòü
ÊÏÄ, áëèçêèé ê ïðåäåëüíîìó [1�4]. Ïðåäñòàâëÿåò
èíòåðåñ ðàññìîòðåòü èñïîëüçîâàíèå ðåæèìà êëàññà
Å â àâòîãåíåðàòîðàõ [5]. Ýòîò âîïðîñ èíòåðåñåí äëÿ
îïðåäåëåíèÿ ïîëíîãî ÊÏÄ óñèëèòåëÿ êëàññà Å.
Öåëü äàííîé ðàáîòû � èçëîæèòü ìåòîäèêó ïðîåê-
òèðîâàíèÿ è èññëåäîâàòü àâòîãåíåðàòîð êëàññà Å ñ äå-
ìîíñòðàöèåé õàðàêòåðíûõ îñîáåííîñòåé åãî ðàáîòû.
Òåîðåòè÷åñêèé àíàëèç
 ïîñëåäíåå âðåìÿ óñèëèëñÿ èíòåðåñ ê ïðèìåíå-
íèþ íèçêîâîëüòíîãî ïèòàíèÿ äëÿ ðàçëè÷íûõ ðàäèî-
òåõíè÷åñêèõ óñòðîéñòâ. Îäíîé èç ïðè÷èí ÿâëÿåòñÿ
îïòèìàëüíîå èñïîëüçîâàíèå åìêîñòè áàòàðåé ïðè èõ
íèçêîì íàïðÿæåíèè [6]. Ñ ïîíèæåíèåì íàïðÿæåíèÿ â
óñèëèòåëÿõ êëàññà Å íåïðåìåííûì óñëîâèåì ñòàíî-
âèòñÿ ïîëó÷åíèå íèçêîãî íàïðÿæåíèÿ íà òðàíçèñòîðå,
íàõîäÿùåìñÿ â ñîñòîÿíèè "âêëþ÷åíî" [2]. Òàêîìó
óñëîâèþ óäîâëåòâîðÿþò ïîëåâûå òðàíçèñòîðû, ó êî-
òîðûõ ñîïðîòèâëåíèå â îòêðûòîì ñîñòîÿíèè ñîñòàâ-
ëÿåò 0,1 Îì è ìåíåå [7]. Îäíàêî íåêîòîðûå èç ýòèõ
òðàíçèñòîðîâ èìåþò âûñîêîå íàïðÿæåíèå "çàòâîð�
èñòîê", òðåáóåìîå äëÿ îòêðûâàíèÿ òðàíçèñòîðà. Â òî
æå âðåìÿ àìïëèòóäà âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ óñèëèòå-
ëÿ êëàññà Å ñâÿçàíà ñ åãî íàïðÿæåíèåì ïèòàíèÿ ñîîò-
íîøåíèåì Um=1,074Udc [3]. Ïðè ðàçðàáîòêå àâòîãå-
íåðàòîðà ýòî ïðèâîäèò ê ïðîòèâîðå÷èþ ìåæäó òðåáó-
åìûì âõîäíûì íàïðÿæåíèåì íà òðàíçèñòîðå è âîç-
ìîæíûì âûõîäíûì íàïðÿæåíèåì íèçêîâîëüòíîãî óñè-
ëèòåëÿ êëàññà Å, ðàçðåøèòü êîòîðîå ìîæíî ïðèìåíå-
íèåì ñõåì ïîâûøåíèÿ íàïðÿæåíèÿ.
Îäíèì èç ïðîñòåéøèõ âàðèàíòîâ ñõåìû ÿâëÿåòñÿ
èñïîëüçîâàíèå òðàíñôîðìàòîðà íà âûõîäå óñèëèòåëÿ
êëàññà Å. Ïðè ýòîì ìîæíî ñîãëàñîâàòü ãåíåðàòîð ñ
íèçêîâîëüòíûì ïèòàíèåì ñî ñòàíäàðòíîé íàãðóçêîé
(íàïðèìåð 50 Îì) è îáåñïå÷èòü òðåáóåìîå íàïðÿæå-
íèå íà çàòâîðå ïîëåâîãî òðàíçèñòîðà. Îäíàêî èñïîëü-
çîâàíèå òðàíñôîðìàòîðà ñ ìàãíèòíûì ñåðäå÷íèêîì
ïðèâåäåò ê ïîâûøåíèþ ïîòåðü â àâòîãåíåðàòîðå è ñíè-
æåíèþ ïîëíîãî ÊÏÄ. Ïîýòîìó ìû ðàññìîòðèì ïðî-
åêòèðîâàíèå ãåíåðàòîðà áåç èñïîëüçîâàíèÿ òàêîãî
òðàíñôîðìàòîðà.
 ðåçóëüòàòå ïðåäâàðèòåëüíîãî ðàññìîòðåíèÿ âû-
áîð áûë ñäåëàí â ïîëüçó ïðèìåíåíèÿ ñõåìû èç [5]
(ðèñ. 1), ò. ê. îíà ïîçâîëÿåò âûïîëíèòü óñëîâèÿ ðåà-
ëèçàöèè àâòîãåíåðàòîðà êëàññà Å ïðè ðàçíîîáðàçíûõ
âõîäíûõ äàííûõ. Äåëèòåëü íàïðÿæåíèÿ íà ðåçèñòî-
ðàõ Rd1 è Rd2 ñîçäàåò óñëîâèÿ äëÿ çàïóñêà àâòîãåíå-
ðàòîðà è åãî ðàáîòû ïðè êîýôôèöèåíòå çàïîëíåíèÿ
áëèçêîì ê 50%. Ñòàáèëèòðîí VD îáåñïå÷èâàåò çàùè-
òó çàòâîðà òðàíçèñòîðà ïðè âîçìîæíîì ïðåâûøåíèè
âõîäíûì íàïðÿæåíèåì íàïðÿæåíèÿ ïðîáîÿ çàòâîðà.
Ýòîò àâòîãåíåðàòîð ïðåäñòàâëåí ýêâèâàëåíòíîé ñõå-
ìîé (ðèñ. 2) êàê óñèëèòåëü êëàññà Å, îõâà÷åííûé öå-
ïüþ îáðàòíîé ñâÿçè.
Äëÿ àâòîãåíåðàòîðà â ðåæèìå êëàññà Å íåîáõîäè-
ìî âûïîëíèòü ñëåäóþùèå óñëîâèÿ [5]:
1. Íàïðÿæåíèå "ñòîê�èñòîê" äîëæíî èìåòü òó æå
ôîðìó, ÷òî è íàïðÿæåíèå ñîîòâåòñòâóþùåãî óñèëè-
òåëÿ êëàññà Å.
2. Ýíåðãèÿ, íàêîïëåííàÿ â êîëåáàòåëüíîé ñèñòå-
ìå, äîëæíà áûòü äîñòàòî÷íîé äëÿ îáåñïå÷åíèÿ òðåáó-
åìîé ñòàáèëüíîñòè ÷àñòîòû.
3. Ñèãíàë îáðàòíîé ñâÿçè íà çàòâîðå òðàíçèñòîðà
äîëæåí èìåòü òó æå àìïëèòóäó è ôàçó (îòíîñèòåëüíî
ñèãíàëà íà ñòîêå), ÷òî è ñèãíàë ñîîòâåòñòâóþùåãî
óñèëèòåëÿ êëàññà Å.
ÌÅÒÎÄÈÊÀ ÐÀÇÐÀÁÎÒÊÈ È ÕÀÐÀÊÒÅÐÈÑÒÈÊÈ
ÀÂÒÎÃÅÍÅÐÀÒÎÐÀ ÊËÀÑÑÀ Å
C32
L2
Udc
L3
C21
C1
VT C31
Rd1
VD
L1
RL
Ðèñ. 1. Cõåìà àâòîãåíåðàòîðà êëàññà Å
RLRout Rin
OC
Ðèñ. 2. Áëîê-ñõåìà
àâòîãåíåðàòîðà
êëàññà Å
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2002, ¹ 2
10
ÏÐÎÅÊÒÈÐÎÂÀÍÈÅ. ÊÎÍÑÒÐÓÈÐÎÂÀÍÈÅ
 àâòîãåíåðàòîðå êëàññà Å äîëæíû âûïîëíÿòüñÿ
ñòðîãèå ñîîòíîøåíèÿ ìåæäó ÷àñòîòîé, ñîïðîòèâëå-
íèåì íàãðóçêè è íîìèíàëàìè ðåàêòèâíûõ ýëåìåíòîâ,
òðåáóåìûõ äëÿ îáåñïå÷åíèÿ ðåæèìà ðàáîòû óñèëèòå-
ëÿ êëàññà Å. Äëÿ ïîëó÷åíèÿ ãåíåðàöèè íà çàäàííîé
÷àñòîòå íåîáõîäèìû îïðåäåëåííûå çíà÷åíèÿ ýëåìåí-
òîâ öåïè îáðàòíîé ñâÿçè, ÷òîáû ïîëó÷èòü ðàâíûé íóëþ
(2π) íàáåã ôàçû îò âõîäà (çàòâîðà) òðàíçèñòîðà äî
âûõîäà öåïè îáðàòíîé ñâÿçè ãåíåðàòîðà. Îäíàêî âû-
ïîëíåíèå ýòîãî òðåáîâàíèÿ ìîæåò èçìåíèòü ïðåäûäó-
ùåå óñëîâèå. Òàêèì îáðàçîì, ïðîáëåìà ñîñòîèò â
ó÷åòå èìïåäàíñà, âíîñèìîãî öåïüþ îáðàòíîé ñâÿçè,
ïðè îïðåäåëåíèè ýëåìåíòîâ âûõîäíîé öåïè óñèëèòå-
ëÿ êëàññà Å.
Àìïëèòóäà íàïðÿæåíèÿ îáðàòíîé ñâÿçè àâòîãåíåðà-
òîðà (ò. å. íàïðÿæåíèå íà çàòâîðå òðàíçèñòîðà) äîëæíà
áûòü äîñòàòî÷íîé äëÿ ðåàëèçàöèè êëþ÷åâîãî ðåæèìà
òðàíçèñòîðà (â íàøåì ñëó÷àå íå íèæå 10�12 Â). Äðó-
ãèì íåîáõîäèìûì óñëîâèåì ìîæåò áûòü ñîïðîòèâëå-
íèå íàãðóçêè; äëÿ áîëüøèíñòâà ïðèìåíåíèé åãî ìîæíî
ïðèíÿòü ðàâíûì 50 Îì.
Ðàñ÷åò ýëåìåíòîâ àâòîãåíåðàòîðà
Äëÿ ðàñ÷åòà ãåíåðàòîðà çàäàäèì èñõîäíûå äàííûå;
èìè ÿâëÿþòñÿ ÷àñòîòà (f), âûõîäíàÿ ìîùíîñòü (P),
ñîïðîòèâëåíèå íàãðóçêè ãåíåðàòîðà (RL), íàïðÿæå-
íèå ïèòàíèÿ è òèï èñïîëüçóåìîãî àêòèâíîãî ýëåìåí-
òà. Åùå îäíî óñëîâèå âîçíèêàåò ïðè ó÷åòå òðåáîâà-
íèÿ óðîâíÿ ãàðìîíèê íà âûõîäå ãåíåðàòîðà íå âûøå
çàäàííîãî çíà÷åíèÿ. ×òîáû ïîëó÷èòü, íàïðèìåð, óðî-
âåíü âòîðîé ãàðìîíèêè �20 äÁ áåç ïðèìåíåíèÿ äî-
ïîëíèòåëüíûõ ôèëüòðîâ, íàãðóæåííàÿ äîáðîòíîñòü
QLäîëæíà áûòü íå ìåíåå 5,1 [8].
Äëÿ ñðàâíåíèÿ ñ èçâåñòíûìè ðåçóëüòàòàìè èñïîëü-
çîâàíèÿ íèçêîãî íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ â óñèëèòåëÿõ
êëàññà Å ïðèìåíèì òðàíçèñòîð MTP3055E [2,7,9].
Âûáèðàåì äëÿ ðàñ÷åòà ñëåäóþùèå ïàðàìåòðû ãå-
íåðàòîðà: f=800 êÃö, P=1Âò, RL=50 Îì, Udc=4,5 Â.
Íàãðóæåííàÿ äîáðîòíîñòü L2 çàäàåòñÿ ïî èçìåðåííî-
ìó ýêñïåðèìåíòàëüíî çíà÷åíèþ 11,2.
Äëÿ àâòîãåíåðàòîðà ÷àñòü âûõîäíîé ìîùíîñòè
óñèëèòåëÿ ïîñòóïàåò íà åãî âõîä, è íà âûõîä ãåíåðà-
òîðà ïîñòóïàåò ìîùíîñòü, ìåíüøàÿ, ÷åì ðàññ÷èòûâà-
åòñÿ, ïîýòîìó óñèëèòåëü êëàññà Å â ñîñòàâå ãåíåðà-
òîðà íåîáõîäèìî ðàññ÷èòûâàòü íà ìîùíîñòü, áîëü-
øóþ ÷åì âûõîäíàÿ. Òî åñòü âûõîäíîå ñîïðîòèâëåíèå
íàãðóçêè óñèëèòåëÿ Rout áóäåò ðàâíî ñóììå ïàðàë-
ëåëüíî ñîåäèíåííûõ ñîïðîòèâëåíèé íàãðóçêè ãåíå-
ðàòîðà RL è âõîäíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ öåïè îáðàòíîé
ñâÿçè Rin (ðèñ. 2). Rin ìîæíî îöåíèòü èç ýíåðãåòè÷åñ-
êèõ ñîîòíîøåíèé.
Ìîùíîñòü íà âõîäå ïîëåâîãî òðàíçèñòîðà [10,
ñ. 362�365]
PG=fUGSmQG, (1)
ãäå UGSm � ìàêñèìàëüíîå íàïðÿæåíèå íà çàòâîðå òðàí-
çèñòîðà;
QG � çàðÿä íà çàòâîðå ïðè ýòîì íàïðÿæåíèè.
Îòñþäà
Rin=U2
L/Pin=PRL/Pin, (2)
ãäå UL � âûõîäíîå íàïðÿæåíèå àâòîãåíåðàòîðà.
Cîîòâåòñòâåííî,
inL
inL
out RR
RR
R
+
= . (3)
Âåëè÷èíà Rout ÿâëÿåòñÿ òðàíñôîðìèðîâàííûì
ñîïðîòèâëåíèåì R, îïðåäåëÿåìûì êàê
R=0,577U2
dc/P. (4)
Ñõåìà óñèëèòåëÿ êëàññà Å ñ òðàíñôîðìèðóþùåé
öåïüþ è áåç íåå [5] ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ. 3.
Âíà÷àëå îïðåäåëÿåì Ñ1 ïî ôîðìóëàì èç [2, 3]:
Ñ1=0,1836/2πfR=0,1836/ωR. (5)
Åìêîñòè Ñ21 è Ñ3 îïðåäåëÿþòñÿ èç óñëîâèÿ ïîëó-
÷åíèÿ òðåáóåìîãî Rout ïðè çàäàííîì R. Èñõîäÿ èç óñ-
ëîâèÿ ðàâåíñòâà èìïåäàíñîâ Zs=Zp (Zs=Rs+Xs, 1/Zp=
=1/Rp+1/Xp, X � ðåàêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå) è äîáðîò-
íîñòè (q) ïðè ïîñëåäîâàòåëüíîì (èíäåêñ "s") è ïàðàë-
ëåëüíîì ("p") âêëþ÷åíèè ýëåìåíòîâ [11, ñ. 153�156]
q=Rp/Xp=Xs/Rs, (6)
â íàøåì ñëó÷àå ïîëó÷èì:
Xp=Rout/q; (7)
1––1
R
R
R
R
q out
s
p =−±= . (8)
Òîãäà Ñ3=q/ωRout. Åìêîñòü Ñ21 îïðåäåëÿåòñÿ èç
óñëîâèÿ ïîëó÷åíèÿ òðåáóåìîãî ðåàêòèâíîãî ñîïðî-
òèâëåíèÿ âûõîäíîé öåïè óñèëèòåëÿ [2] X=ωL2�
�1/ωC21+qR, îòñþäà
( ) ( )RqQqRXL
C
L +−ω
=
+−ωω
=
152,1
11
2
21 . (9)
Äëÿ ðàñ÷åòà àâòîãåíåðàòîðà íåîáõîäèìî îïðåäå-
ëèòü ýëåìåíòû öåïè îáðàòíîé ñâÿçè èñõîäÿ èç çàäàí-
íûõ ðàíåå óñëîâèé. Äëÿ ýòîãî ðàññìîòðèì öåïü îò
ñòîêà òðàíçèñòîðà äî åãî çàòâîðà ñ ó÷åòîì âõîäíîãî
ñîïðîòèâëåíèÿ òðàíçèñòîðà. Ñîïðîòèâëåíèå äåëèòåëÿ
è àêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå âõîäà òðàíçèñòîðà ïåðå-
C22
L1
Udc
L2
C21
C1
VT1
C3
Rout R
Ðèñ. 3. Âûõîäíàÿ öåïü óñèëèòåëÿ êëàññà E
H G F Å D C B A
Ðèñ. 4. Ñõåìà âûõîäíîé öåïè è öåïè îáðàòíîé ñâÿçè
àâòîãåíåðàòîðà äëÿ ðàñ÷åòà óñëîâèé áàëàíñà ôàç
L2 C21 C31 L3
C1 RL C32
RΣ
CG
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2002, ¹ 2
11
ÏÐÎÅÊÒÈÐÎÂÀÍÈÅ. ÊÎÍÑÒÐÓÈÐÎÂÀÍÈÅ
ñ÷èòàíû â ñîïðîòèâëåíèå RΣ, âõîäíàÿ åìêîñòü òðàí-
çèñòîðà � â CG. Êàê â [5], îáîçíà÷èì ñå÷åíèÿ öåïè
(ðèñ. 4) áóêâàìè îò A äî H. Äëÿ êàæäîãî ñå÷åíèÿ
öåïè ââåäåì äîáðîòíîñòü è àðãóìåíò âõîäíîãî èìïå-
äàíñà, íàïðèìåð
;Σω== RC
X
R
q G
p
p
A (10)
ϕA=arctgqA. (11)
Òîãäà ñäâèã ôàç ìåæäó äâóìÿ ñå÷åíèÿìè öåïè
áóäåò âûðàæàòüñÿ òàê:
ϕAÂ=ϕA�ϕÂ=arctgqA�arctgqÂ. (12)
Ïîëíûé ñäâèã ôàçû ϕAG äîëæåí ðàâíÿòüñÿ ïîâî-
ðîòó ôàçû â òðàíçèñòîðå îò çàòâîðà äî ñòîêà. Ýòó ôàçó
ìîæíî íàéòè èñõîäÿ èç óñëîâèé ðàáîòû óñèëèòåëÿ
êëàññà Å. Ñîãëàñíî [5], îíà ðàâíà ϕT=196°. Êàê ïîêà-
çûâàåò ìîäåëèðîâàíèå, ýòî ñïðàâåäëèâî è äëÿ íàøå-
ãî ñëó÷àÿ. Òîãäà
ϕAG = �ϕT= �196°. (13)
 ñâîþ î÷åðåäü,
ϕAG=ϕEG+ϕAD. (14)
Ôàçîâûé ñäâèã ϕEG=ϕE�ϕG=arctgqE�arctgqG îïðå-
äåëÿåòñÿ óñëîâèÿìè ðàáîòû óñèëèòåëÿ êëàññà Å, ãäå
qE äàíî â (8), à qG îïðåäåëåíà â [2]:
( )4
16
2 −ππ==
R
X
qG . (15)
Òàêèì îáðàçîì, çàäà÷à ñâîäèòñÿ ê îïðåäåëåíèþ
ýëåìåíòîâ öåïè îáðàòíîé ñâÿçè äëÿ ïîëó÷åíèÿ òðåáó-
åìîãî ôàçîâîãî ñäâèãà è íåîáõîäèìîãî êîýôôèöèåí-
òà òðàíñôîðìàöèè íàïðÿæåíèÿ îò íàãðóçêè ê çàòâîðó
òðàíçèñòîðà.
Ñëåäóÿ [5], îïðåäåëèì
ϕAD=ϕA�ϕÂ+ϕC�ϕD=arctgqA�arctgqÂ+arctgqC �
�arctgqD . (16)
Äîáðîòíîñòü qA äàíà (10), qD ìîæíî íàéòè, çíàÿ,
÷òî XD=XE (7), è èç (2).
Ñëåäîâàòåëüíî, ýëåìåíòû öåïè îáðàòíîé ñâÿçè
íåîáõîäèìî îïðåäåëèòü èç ñèñòåìû óðàâíåíèé
−+=
ϕ+ϕ−ϕ=−
.1)1(
;)arctan()arctan(
2
C
BS
CS
B
DAADBC
q
R
R
q
qq
(17)
Âòîðîå óðàâíåíèå ïîëó÷àåòñÿ èç ñëåäóþùèõ ñî-
îòíîøåíèé: ïîñëåäîâàòåëüíîå àêòèâíîå ñîïðîòèâëå-
íèå â òî÷êå B ðàâíî òàêîâîìó â òî÷êå A, à â òî÷êå Ñ
� D.
21 A
ss
q
R
RR
BA +
== Σ . (18)
21 D
in
ss
q
R
RR
DC +
== . (19)
Ïàðàëëåëüíûå ñîïðîòèâëåíèÿ â ñå÷åíèÿõ  è Ñ
ðàâíû:
( ) ( )22 11 CsBspp qRqRRR
CBCB
+=+== . (20)
Ðåøèâ ñèñòåìó (17), íàõîäèì ýëåìåíòû öåïè ïî
ñëåäóþùèì ñîîòíîøåíèÿì:
( )
ω
−
= AsAB Rqq
L3 ; (21)
( )
Bp
BC
R
qq
C
ω
−=32 ; (22)
( ) inCD
D
Rqq
q
C
−ω
+=
2
31
1 . (23)
Îñíîâíûìè èñòî÷íèêàìè ïîòåðü ýíåðãèè â óñè-
ëèòåëå êëàññà Å ÿâëÿþòñÿ ïîòåðè â îòêðûòîì òðàíçè-
ñòîðå, â èíäóêòèâíîñòè L2 è êîíäåíñàòîðàõ [2, 3].
Èñïîëüçóÿ çíà÷åíèÿ ýòèõ ñîïðîòèâëåíèé ïîòåðü (â
ò. ÷. èçìåðåííîå çíà÷åíèå ïîñëåäîâàòåëüíîãî ýêâèâà-
ëåíòíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ L2), ìû ìîæåì îïðåäåëèòü
çàâèñèìîñòü ÊÏÄ îò íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ (ðèñ. 5). Íà
ýòîì ãðàôèêå ïðåäñòàâëåíû ëèíèè ðàâíîãî ÊÏÄ óñè-
ëèòåëÿ êëàññà Å (äëÿ íàøèõ çíà÷åíèé ÷àñòîòû è ïîòåðü
â ýëåìåíòàõ), ñâÿçûâàþùèå íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ è
âûõîäíóþ ìîùíîñòü. Ýòè çíà÷åíèÿ ÊÏÄ áóäóò îæèäà-
åìûìè è äëÿ àâòîãåíåðàòîðà êëàññà Å ñ ó÷åòîì äîïîë-
íèòåëüíîé ìîùíîñòè, çàòðà÷èâàåìîé íà óïðàâëåíèå
òðàíçèñòîðîì è ðàññåèâàåìîé â öåïè îáðàòíîé ñâÿçè.
 òàáëèöå ïðèâåäåíû ïàðàìåòðû ãåíåðàòîðà, ðàñ-
ñ÷èòàííûå è ýêñïåðèìåíòàëüíûå. Îòëè÷èÿ ìåæäó íèìè
1
2
3
4
5
Â
û
õî
äí
àÿ
ì
îù
íî
ñò
ü,
Â
ò
10
8
6
4
2
0 2 4 6 8 10
Íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ Udc, Â
Ðèñ. 5. Çàâèñèìîñòü âûõîäíîé ìîùíîñòè óñèëèòåëÿ
êëàññà E îò íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ ïðè çàäàííîì ÊÏÄ:
1 � 5 Îì, ÊÏÄ=80%; 2 � 10 Îì, ÊÏÄ=88%; 3 � 15 Îì,
ÊÏÄ=91%; 4 � 20 Îì, ÊÏÄ=93%; 5 � 25 Îì, ÊÏÄ=94%
Ýëåìåíòû Òåîðèÿ Ýêñïåðèìåíò
L1, ìÃí 2,1 2,1
Ñ1, ïÔ 3290 3320
L2, ìêÃí 27,2 27,2
C2, ïÔ 1933 1840
C31, íÔ 8,7 11,2
C32, íÔ 48 60,6
L3, ìêÃí 44,43 48
Rd1, êÎì 120 120
Rd2, êÎì 750 750
f, êÃö 800 800
P, Âò 1 1,19
ÊÏÄ, % 88 86
Ïàðàìåòðû àâòîãåíåðàòîðà êëàññà Å
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2002, ¹ 2
12
ÏÐÎÅÊÒÈÐÎÂÀÍÈÅ. ÊÎÍÑÒÐÓÈÐÎÂÀÍÈÅ
îáúÿñíÿþòñÿ îòëè÷èåì êîýôôèöèåíòà çàïîëíåíèÿ îò
ðàñ÷åòíîãî çíà÷åíèÿ 50 ïðîöåíòîâ. Ýòî îòëè÷èå îáúÿñ-
íÿåòñÿ õàðàêòåðèñòèêàìè òðàíçèñòîðà ïðè åãî ðàáîòå
îò èñòî÷íèêà ñèíóñîèäàëüíîãî íàïðÿæåíèÿ.
Âìåñòå ñ òåì ÊÏÄ àâòîãåíåðàòîðà íå ñëèøêîì îò-
ëè÷àåòñÿ îò ðàñ÷åòíîãî, ÷òî ïîäòâåðæäàåò âûñîêèé
ÊÏÄ êëàññà Å äàæå ïðè çíà÷èòåëüíîì âðåìåíè ïåðå-
êëþ÷åíèÿ òðàíçèñòîðà.
Íà ðèñ. 6 ïðåäñòàâëåíû çàâèñèìîñòè ÊÏÄ ãåíå-
ðàòîðà îò ÷àñòîòû ãåíåðàöèè ïðè åãî ïåðåñòðîéêå ïó-
òåì èçìåíåíèÿ èíäóêòèâíîñòè L3 è êîíäåíñàòîðà Ñ2;
Udc=4,5 Â. Èçìåíåíèå L3 â ôàçîñäâèãàþùåé öåïè áî-
ëåå ïðèãîäíî äëÿ èçìåíåíèÿ ÷àñòîòû ãåíåðàòîðà.
Ïîëó÷åííûå ôîðìû òîêà ñòîêà è íàïðÿæåíèÿ íà
òðàíçèñòîðå (ðèñ. 7) ñîîòâåòñòâóþò óñëîâèÿì ìèíè-
ìèçàöèè ïîòåðü â òðàíçèñòîðå [3, 12].
Ðàáîòà òðàíçèñòîðà â ðåæèìå ïåðåêëþ÷àòåëÿ, îò-
íîñèòåëüíî âûñîêàÿ äîáðîòíîñòü âûõîäíîé è ôàçîñ-
äâèãàþùåé öåïåé ãåíåðàòîðà ïîçâîëÿþò ïîëó÷èòü
õîðîøóþ ñòàáèëüíîñòü ÷àñòîòû ãåíåðàòîðà, ÷òî ìî-
æåò ïîçâîëèòü åìó ðàáîòàòü íåïîñðåäñòâåííî îò áàòà-
ðåè (ðèñ. 8).
Óðîâåíü âòîðîé ãàðìîíèêè âûõîäíîãî ñèãíàëà
ðàâåí �29 äÁ, òðåòüåé � <�40 äÁ.
Ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèÿ àâòîãåíåðàòîðà êëàññà Å
ïîêàçûâàþò, ÷òî äàííûé òèï ãåíåðàòîðà ìîæåò îáåñ-
ïå÷èòü âûñîêîå çíà÷åíèå ÊÏÄ ïðè ïðèåìëåìûõ ïðî-
÷èõ õàðàêòåðèñòèêàõ. ×àñòü âõîäíîé ìîùíîñòè óñè-
ëèòåëÿ êëàññà Å ïåðåäàåòñÿ íà åãî âûõîä, î ÷åì ñâè-
äåòåëüñòâóþò ïîëó÷åííûå çíà÷åíèÿ âûõîäíîé ìîùíî-
ñòè è ÊÏÄ. Ýòî ãîâîðèò î âîçìîæíîñòè ïîëó÷åíèÿ âû-
ñîêèõ çíà÷åíèé ïîëíîãî ÊÏÄ â óñèëèòåëÿõ êëàññà Å.
Âûâîäû
Íà îñíîâå îïèñàííûõ ïðèíöèïîâ ïîñòðîåíèÿ àâ-
òîãåíåðàòîðà êëàññà Å ðàññ÷èòàíà ñõåìà è ýêñïåðè-
ìåíòàëüíî èññëåäîâàí àâòîãåíåðàòîð ñ ïîëíûì ÊÏÄ
86% íà ÷àñòîòå 800 êÃö. Àâòîãåíåðàòîð ïðîäåìîíñò-
ðèðîâàë îñíîâíûå îñîáåííîñòè ôóíêöèîíèðîâàíèÿ
óñèëèòåëÿ êëàññà Å è ìîæåò èñïîëüçîâàòüñÿ äëÿ ïîñò-
ðîåíèÿ âûñîêîýôôåêòèâíûõ ïðåîáðàçîâàòåëåé ýíåðãèè.
ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÍÛÅ ÈÑÒÎ×ÍÈÊÈ
1. Êðûæàíîâñêèé Â. Ã., Ðàññîõèíà Þ. Â., Ðóäÿêîâà
À. Í., Øåâ÷åíêî È. Í. Òðàíçèñòîðíûå óñèëèòåëè ñ âûñî-
êèì ÊÏÄ: îáùèå óñëîâèÿ ðåàëèçàöèè // Òåõíîëîãèÿ è
êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå.� 2000.�
¹ 5�6.� Ñ. 5�8.
2. Êðûæàíîâñêèé Â. Ã., Ðóäÿêîâà À. Í., ×åðíîâ Ä. Â.
Ìåòîäèêà ðàñ÷åòà è èññëåäîâàíèå óñèëèòåëÿ êëàññà Å //
Òàì æå.� 2001.� ¹ 4�5.� Ñ. 11�15.
3. Sokal N. O. Class-E switching-mode high-efficiency
tuned RF/microwave power amplifier: improved design equa-
tions / 2000 MTT-S International Microwave Symposium
Digest.� 2000.� Vol. 11.� P. 779�782.
4. Pat. 3919656 US. High-efficiency tuned switching pow-
er amplifier / N. O. Sokal, A. D. Sokal.� Nov. 11, 1975.
5. Ebert J., Kazimierczuk M. Class E high-efficiency tuned
power oscillator // IEEE J. of Solid-State Circuits.� April
1981.� Vol. SC-16, N 2.� P. 62�66.
6. Golio M. The push toward low voltage devices // Mi-
crowave magazine.� March 2000.� Vol. 1, N 1.� P. 38�45.
7. Designer's data sheet, MTP3055, http: /
www.motorola.com
8. Socal N. O., Raab F. H. Harmonic output of class-E RF
power amplifiers and load coupling network design // IEEE
J. of Solid-State Circuits.� February 1977.�Vol. SC-12,
N 1.� P. 86�88.
9. Cantrell W. H. Tuning analysis for the high-Q class-E
power amplifier // IEEE Trans. on MTT.� 2000.� Vol. 48,
N 12.� P. 2397�2402.
10. Kazimierczuk M. K., Czarkowski D. Resonant ðower
ñonverters.� New York: John Wiley & Sons, 1995.�
P. 362�365.
11. Ôóñêî Â. ÑÂ× öåïè.� Ì.: Ðàäèî è ñâÿçü, 1990.
12. Êîçûðåâ Â. Á. Òðàíçèñòîðíûå óìíîæèòåëè ÷àñòîòû
â êëþ÷åâîì ðåæèìå // Ðàäèîòåõíèêà.� 1975.�Ò. 30,
¹ 2.� Ñ. 54�65.
Ðèñ. 6. Çàâèñèìîñòè ÊÏÄ (à) è âûõîäíîé ìîùíîñòè (á)
ãåíåðàòîðà ïðè ïåðåñòðîéêå åãî ÷àñòîòû èçìåíåíèåì
èíäóêòèâíîñòè L3 è êîíäåíñàòîðà Ñ2
Ðèñ. 7. Ôîðìû òîêà è
íàïðÿæåíèÿ ñòîêà
Ðèñ. 8. Íîðìèðîâàííàÿ ÷àñòîòà ãåíåðàòîðà â çàâèñèìî-
ñòè îò íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ
1,005
1,000
0,995
4,0 4,5 5,0 5,5
Íàïðÿæåíèå ïèòàíèÿ, Â
Î
òí
îñ
èò
åë
üí
àÿ
ֈ
ñò
îò
à
Ê
Ï
Ä
L3
C2
0,88
0,84
0,80
0,76
0,72
770 790 810 830
×àñòîòà, êÃö
à)
2,2
1,8
1,4
1,0
0,6
0,2
770 790 810 830
×àñòîòà, êÃö
á)
Â
û
õî
äí
àÿ
ì
îù
íî
ñò
ü,
Â
ò
L3
C2
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-70735 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2225-5818 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:17:15Z |
| publishDate | 2002 |
| publisher | Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Крыжановский, В.Г. Рудякова, А.Н. Чернов, Д.В. 2014-11-11T19:49:44Z 2014-11-11T19:49:44Z 2002 Методика разработки и характеристики автогенератора класса Е / В.Г. Крыжановский, А.Н. Рудякова, Д.В. Чернов // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2002. — № 2. — С. 9-12. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 2225-5818 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70735 621.373.52 Рассчитан и экспериментально исследован автогенератор с выходной мощностью 1 Вт и КПД 86% на частоте 800 кГц. Особенностью автогенератора является низкое напряжение питания и слабая зависимость частоты генерации от напряжения питания. Автогенератор продемонстрировал основные особенности функционирования усилителя класса Е и может использоваться для построения высокоэффективных преобразователей энергии. ru Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України Технология и конструирование в электронной аппаратуре Проектирование. Конструирование Методика разработки и характеристики автогенератора класса Е Article published earlier |
| spellingShingle | Методика разработки и характеристики автогенератора класса Е Крыжановский, В.Г. Рудякова, А.Н. Чернов, Д.В. Проектирование. Конструирование |
| title | Методика разработки и характеристики автогенератора класса Е |
| title_full | Методика разработки и характеристики автогенератора класса Е |
| title_fullStr | Методика разработки и характеристики автогенератора класса Е |
| title_full_unstemmed | Методика разработки и характеристики автогенератора класса Е |
| title_short | Методика разработки и характеристики автогенератора класса Е |
| title_sort | методика разработки и характеристики автогенератора класса е |
| topic | Проектирование. Конструирование |
| topic_facet | Проектирование. Конструирование |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70735 |
| work_keys_str_mv | AT kryžanovskiivg metodikarazrabotkiiharakteristikiavtogeneratoraklassae AT rudâkovaan metodikarazrabotkiiharakteristikiavtogeneratoraklassae AT černovdv metodikarazrabotkiiharakteristikiavtogeneratoraklassae |