3.3. Метод измерения Рвых

Мощность сигнала в нагрузке Р_вых — один из ос­новных параметров мощных транзисторов, так как именно она в первую очередь определяет его эксплуа­тационные возможности [29]. Описывая метод изме­рения выходной мощности рвых, следует остановиться на двух проблемах: создании непосредственно на вы­ходе транзистора условий, при которых можно полу­чить необходимый уровень мощности в нагрузке, и на измерении этой мощности. Рассмотрим каждую проб­лему в отдельности.

Известно, что, когда речь идет о транзисторе, рабо­тающем в режиме А, условия получения максимальной мощности можно сформулировать достаточно просто: выходное сопротивление транзистора и сопротивление нагрузки должны быть комплексно-сопряженными. При этом их нетрудно определить и измерить, достаточно воспользоваться известными уравнениями линейного четырехполюсника, эквивалентного транзистору, работающему в режиме А:

U₁ ⁼ Z₁₁i₁ +Z₁₂i₂; (3.7)

U₂ = Z₂₁i₁+Z₂₂i₂.

При условии i₁=0 (т. е. холостой ход на входе тран­зистора) и включении генератора малого переменного сигнала на выходе можно вычислить выходное сопро­тивление транзистора z₂₂, измерив напряжение U₂ и ток i₂. Практически такое измерение вполне осущест­вимо для транзистора, работающего в режиме А. Ина­че обстоит дело при работе в режимах АВ, В или С. В этих режимах во входной цепи транзистора смеще­ние по постоянному току отсутствует полностью или оно настолько мало, что эмиттерный переход закрыт. В результате включение генератора в выходную цепь не дает возможности получить токи i₂, соответствую­щие по своим значениям рабочим режимам. Следова­тельно, само понятие «выходное сопротивление» стано­вится настолько неопределенным, что не может быть использовано. Из этого следует, что и понягие «согла­сование» теряет обычный смысл (как это принято для малосигнальной модели транзистора).

Рис. 3.3. Форма двухтонового сигнала в нагрузке

Для характеристик работы мощных транзисторов, работающих в режимах АВ, В и С, приходится поль­зоваться только понятиями «сопротивление эквивалентролировать форму сигна­ла, однако низкая точ­ность подобных измери­тельных приборов, их ог­раниченный частотный диапазон, большая соб­ственная индуктивность привели к тому, что та­кой способ измерений не получил широкого рас­пространения.

В настоящее время наибольшее распростра­нение получил калориме­трический способ измере­ния мощности. Он осно­ван на использовании измерителей мощности, в состав которых вхо­дят элементы, поглощаю­щие попадающую в них высокочастотную энергию (ре­зисторы, водяной поток, терморезисторы и т. д.), Значение мощности определяется по температуре на­греваемого ею тела. Основными достоинствами этого ме­тода являются достаточно большой динамический диа­пазон измеряемых значений (от 10 Вт до 6 кВт) и относительно малая погрешность.

Рассмотрим особенности измерения выходной мощ­ности линейных транзисторов Р_вых(по), т. е. транзисто­ров, работающих в двухтоновом режиме. Для них форма сигнала в нагрузке существенно отличается от синусоидальной и может быть записана в следующем виде:

(3.8)

Для двухтонового сигнала, показанного на рис. 3.3, справедливы следующие соотношения: частота ВЧ сиг­нала w= (w₁ + w₂) /2; частота низкочастотной огибаю­щей Q=(w₁ — w₂) /2. Амплитуды обоих тонов соответ­ствуют следующему условию: U_{l =} U₂ = U. (3.9)

Величина Р_Вых(по), представляющая собой действую­щую мощность синусоиды с максимальной амплитудой 2U, равна:

Р_вых(по)=(2U)²/2R_н. (3.10)

Вообще говоря, определить непосредственно Р_Вых(по) можно, используя вольтметр для измерения максималь­ного значения напряжения на известной нагрузке. Од­нако этот способ не получил широкого распространения по причинам, изложенным ранее, так как в этом слу­чае требуется еще более строгий контроль формы сиг­нала. На практике поступают иным образом. Измеряют значение действующей мощности за период T=2п/Q, а затем вычисляют значение Р_вых(ПО). Чтобы найти со­отношение этих величин, определим Р_вых как сумму действующих мощностей каждого тона:

Р_вых = Р_вых1 + Р_вых2=U²/R_н. (3.11)

Из формул (3.10) и (3.11) следует, что значение Р_вых(по) может быть определено как

Р_вых(по) = 2Р_вых. (3.12)

Заметим, однако, что использование соотношения (3.12) возможно только в том случае, если форма сигнала описывается выражением (3.8). В противном случае возникает значительная погрешность.