Проектирование связного радиопередатчика с частотной модуляцией (стр. 2 из 7)

Граничная частота усиления по току в схеме с ОЭ f_т =570 МГц

Барьерная емкость коллекторного перехода С_к = 200 пФ

Индуктивность вывода эмиттера 0,18 нГн

Индуктивность вывода базы 0,56 нГн

Индуктивность вывода коллектора 0,1 нГн

Допустимые параметры

Предельное напряжение на коллекторе U_{кэ доп} = 50 В

Обратное напряжение на эмиттерном переходе U_{бэ доп} = 4 В

Постоянная составляющая коллекторного тока I_{ко. доп} = 17А

Максимально допустимое значение коллекторного тока I_{к. макс. доп}=30А

Диапазон рабочих частот 50 –200 МГц

Тепловые параметры

Максимально допустимая температура переходов транзистора t_п.доп=160 ºС

Тепловое сопротивление переход – корпус R_пк=0,6 ºС/Вт

Энергетические параметры

P_н = 150 Вт

Р_вх=50 Вт

Е_к=24 В

h=55–84%

К_р=3–9

Режим работы – класс В.

Оценим мощность Р₁, которую должен отдавать один транзистор, исходя из следующих параметров:

КПД выходного трансформатора –

КПД фильтрующей системы –

КПД устройства сложения мощностей –

количество модулей в схеме сложения – М = 4

количество транзисторов в модуле – m = 2

Вт – мощность модуля,

Вт – мощность одного транзистора в модуле.

2.2 Расчет коллекторной цепи выходного каскада

Расчет коллекторной цепи проводится по методике, изложенной в [1], для одного из транзисторов двухтактной схемы, работающего в критическом режиме с углом отсечки – Q=90° (класс В). При данном угле отсечки отсутствуют нечетные гармоники тока коллектора 3, 5 и высшего порядков, а четные гармоники компенсируются при сложении колебаний от двух плеч двухтактной схемы. Исходные данные для расчета следующие:

Вт – колебательная мощность транзистора,

В – напряжение питания коллектора,

– коэффициенты Берга при Q=90°,

r_{нас ВЧ}=0,15 Ом – сопротивление насыщения транзистора,

I_{ко. макс. доп} = 17А – предельный постоянный ток коллектора.

1. Амплитуда первой гармоники напряжения на коллекторе в критическом режиме

В

2. Максимальное напряжение на коллекторе при заданном Ек

В

3. Амплитуда первой гармоники коллекторного тока

А

4. Постоянная составляющая коллекторного тока и КПД

А;

5. Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора

Вт

6. Сопротивление коллекторной нагрузки (для одного транзистора)

Ом

7. Блокировочная емкость

Поскольку оконечный каскад должен работать на 50-омный фидер, то сопротивление коллектора требует трансформации. Стандартный ряд трансформации сопротивлений 1/9;1/4;4/9. Для данной схемы этот коэффициент составит:

,

получили стандартное отношение N_TR= 1/9, тогда можно применить стандартную схему согласования активного элемента с нагрузкой с помощью ТДЛ.

Рис.5. ТДЛ с коэффициентом трансформации 1:3 по напряжению.

Здесь W = 16,5Ом. В дальнейшем проведем преобразование этой схемы к схеме ТДЛ для двухтактного каскада (введем симметрирующую линию).

Расчет конструктивных особенностей ТДЛ будет приведен ниже. Принципиальная схема представлена в Приложении В.

Перейдем к расчету входной цепи оконечного каскада.

2.3 Расчет входной цепи оконечного каскада

Расчет входной цепи проведем по методике, изложенной в [1]. В широкодиапазонных двухтактных генераторах при работе транзисторов с углом отсечки θ=90º (класс В) важно, чтобы в импульсах ток перекосов не было так, как при этом отсутствуют нечетные гармоники (3ω, 5ω,…) устранение перекосов в импульсах достигается включением шунтирующего добавочного сопротивления R_доп между выводами базы и эмиттера транзистора. Сопротивление R_доп выбирают так, чтобы выровнять постоянные времени эмиттерного перехода в закрытом и открытом состояниях.

Для расчета входной цепи потребуются следующие параметры транзистора 2Т971А:

1. Амплитуда тока базы

А,

где

2. Добавочное сопротивление и сопротивление ОС

3. Максимальное обратное напряжение на эмиттерном переходе

В

4. Постоянные составляющие базового и эмиттерного токов

5. Напряжение смещения на эмиттерном переходе

6. Значения

, , ,

рис.6. Схема замещения входной цепи

7. Резистивная и реактивная составляющие входного сопротивления транзистора (Zвх=Rвх + jXвх)

8. Входная мощность

9. Коэффициент усиления по мощности

2.4 Расчет согласующего устройства входной цепи

Расчет входной цепи в предыдущем пункте показал, что входное сопротивление транзистора отличается от сопротивления коллекторной нагрузки. А поскольку на входе оконечного каскада используется аналогичная схема трансформации сопротивлений на длинных линиях (для распределения мощности по модулям), то необходимо включить во входную цепь согласующее устройство, которое бы преобразовало входное сопротивление транзистора (

) до значения сопротивления коллекторной нагрузки . Для этих целей подойдет узкополосная Г-образная согласующая схема. Рассчитаем ее элементы:

– требуемая добротность схемы;

– элементы схемы согласования;

После данного согласования на входе двухтактного усилителя можно поставить ТДЛ, аналогичный выходному (см. рис. 7), но являющийся его зеркальным отображением (можно без симметрирующей линии).

Полная принципиальная схема оконечного каскада представлена в Приложении В.

2.5 Конструктивный расчет ТДЛ

Трансформатор на выходе оконечного каскада (см. рис.7) предназначен для согласования низкоомного выходного сопротивления оконечного каскада (5,46 Ом) со стандартным волновым сопротивлением 50 Ом. Для решения этой задачи подойдет схема с коэффициентом трансформации по сопротивлению 1/9. Она имеет следующие параметры:

Рис.7. ТДЛ для двухтактного каскада

– волновое сопротивление симметрирующей линии,

волновое сопротивление линий 2,3,6 (см. рис.7):

волновое сопротивление линий 4,5 (см. рис.7):