РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫХ ТРАНЗИСТОРНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ МОЩНОСТИ

 

На кафедре радиофизики ведутся работы по разработке и исследованию высокоэффективных высокочастотных (ВЧ) и сверхвысокочастотных (СВЧ)  транзисторных усилителей мощности классов E и F.

Основоположником данного направления исследований на кафедре радиофизики является проф., д.т.н. Крыжановский В.Г., работавший в ДонНУ (г. Донецк) до начала гражданской войны в Донбассе.  В состав научной группы входили: к.т.н. Чернов Д.В., Макаров Д.Г. и к.ф.-м.н. Рассохина Ю.В. За время своей успешной и плодотворной работы, в довоенный период, научная группа воспитала среди студентов и аспирантов кафедры радиофизики специалистов, обладающих высокими теоретическими знаниями в области высокоэффективных транзисторных усилителей и навыками работы с современной измерительной аппаратурой. Это позволило сохранить накопленные на протяжении ряда лет знания и не прервать в военное время научных исследований, проводимых в данной области на кафедре радиофизики.

В настоящее время, научные исследования на кафедре радиофизики ДонНУ, в области высокоэффективных транзисторных усилителей мощности (УМ) проводятся под руководством  одного из учеников Крыжановского В.Г.,  Ефимовича А.П.

В настоящий момент, работа кафедры  направлена на решение ряда научно-технических задач, возникающих перед разработчиками высокоэффективных УМ классов Е и F, среди которых: разработка методик расчета и построения УМ, развитие методов и средств манипуляции гармониками тока и напряжения на транзисторе в усилителях, установление физических закономерностей и рекомендаций по оптимизации энергетических характеристик УМ с учетом свойств реального транзистора и нагрузочных цепей. . К работе активно привлекаются студенты старших курсов при выполнении курсовых и дипломных работ.

На практике в УМ классов Е и F удается получать КПД выше 80%, что в среднем на 20%-30% выше, чем в усилителях, выполненных по традиционным схемам (классы А, АВ, В). Положительной особенностью данных усилителей является сочетание максимального КПД с максимальным коэффициентом использования транзистора (КИТ) или максимальной выходной мощностью усилителя, что не является характерным для классического высокоэффективного усилителя класса С, используемого в традиционных схемах радиотехнических устройств.

Основной целью использования УМ классов Е и F в радиотехнических устройствах является  обеспечение высокоэффективного преобразования энергии постоянного тока потребляемого от источника питания в энергию электромагнитных колебаний. Эффективность такого преобразования энергии в УМ зависит от его КПД. Высокий КПД позволяет снизить потребление энергии усилителем от источника питания, уменьшить рассеиваемую мощность на транзисторе (решить проблему охлаждения активного элемента), уменьшить массогабаритные параметры всего усилителя, что в целом существенно улучшает характеристики устройств, где используются данные усилители.

Полученные теоретические и экспериментальные результаты кафедры радиофизики являются весомым вкладом в развитие теории данных усилителей, позволяющим существенно упростить их проектирование. Это в значительной степени расширяет область практического применения УМ классов Е и F в современных радиотехнических устройствах.

Экспериментальные макеты разработанных УМ класов Е и F приведены рис. 1 – рис.6.

sc1.png

Рис. 1. УМ класса F35 на нитрид-галиевом (GaN) транзисторе CGH6008D на рабочую частоту 1,6 ГГц 
 

sc2.png

Рис. 2. УМ класса F3 на арсенид-галиевом (GaAs) транзисторе CLY15 на рабочую частоту 0,4 ГГц 
 

sc3.png

Рис. 3. УМ класса F3 на полевом транзисторе 2N7000 на рабочую частоту 13,56 МГц 
 

sc4.png

Рис. 4. УМ класса E на арсенид-галиевом (GaAs) транзисторе CLY5 на рабочую частоту 0,8 ГГц
 

sc5.png

Рис. 5. УМ класса E на арсенид-галиевом (GaAs) транзисторе CLY5 на рабочую частоту 1,035 ГГц
 

sc6.png

Рис. 6. УМ класса E на арсенид-галиевом (GaAs) транзисторе CLY5 с рабочим диапазоном частот 0,6-1,0 ГГц