Расчет и конструирование АМ передатчика (стр. 2 из 3)
Рисунок 3.6 – Схема оконечного (модулируемого) каскада
Модуль входного сопротивления транзистора:
|Zвх|=
=1.3 Ом. (3.36)Рассчитываем номиналы блокировочных индуктивностей:
Lбл1³20×|Zвх|/(2×p×f)=0.13 нГн; (3.37)
Lбл2³20×Rэкном/(2×p×f)=0.28 нГн. (3.38)
Рассчитываем номинал разделительного конденсатора:
Ср1³20/(2×p×f×|Zвх|)=73 нФ. (3.39)
По методике, изложенной в [3], произведём расчёт ВКС. Т.к. передатчик является неперестраиваемым, то целесообразно использовать в качестве ВКС, назначение которой – фильтрация высших гармоник и согласование транзистора с нагрузкой, простейший П-образный контур (см.рис.3.7).
На частоте сигнала f входное сопротивление П-контура должно быть чисто активным и равным требуемому сопротивлению нагрузки транзистора Rэк. Таким образом, П – контур на частоте сигнала трансформирует активное сопротивление нагрузки Rн в активное входное сопротивление Rэк.
Рисунок 3.7 – Схема П-образного контура
Порядок расчёта П-контура следующий:
Задаемся величиной волнового сопротивления контура в пределах r=250¸500 Ом: r=250 Ом.
Определяем индуктивность контура L0:
L0=r/(2×p×f)=1.194 мкГн. (3.40)
На частоте сигнала f П-контур сводится к виду, изображённому на рис.3.8, причём L, L0, C0 находятся в соотношении:
2×p×f×L=2×p×f×L0-1/(2×p×f×C0).
Рисунок 3.8 – Схема приведённого П-образного контура
Величиной L необходимо задаться в соответствии с формулой:
L>
/(2×p×f)=0.122 мкГн, (3.41)где Rн=50 Ом – стандартное сопротивление фидера, соединяющего ВКС с антенной. Выбираем L=0.5 мкГн.
Определяем С0:
С0=1/(4×p2×f2×(L0-L))= 33 пФ. (3.42)
Определяем С1 и С2:
С1=
=400 пФ; (3.43)С2=
=138 пФ. (3.44)Внесённое в контур сопротивление:
rвн=Rн/(1+(2×p×f×Rн×С2)2)=16.1 Ом. (3.45)
Добротность нагруженного контура:
Qн=r/(rо+rвн)=14.6, (3.46)
где ro – собственное сопротивление потерь контурной индуктивности, величина которой точно определяется ниже, на данном этапе принимаем ro=1 Ом.
Коэффициент фильтрации П-контура (только для ОК), принимая n=2, т.к. схема ОК однотактная:
Ф=Qн×(n2-1)×n=88. (3.47)
Произведём конструктивный расчёт элементов нагрузочной системы (см.рис.3.7). При этом необходимо выбрать номинальные значения стандартных деталей (С0, C1, C2), входящих в контур, и определить конструктивные размеры нестандартных деталей (L0).
Для настройки контура в резонанс и обеспечения оптимальной связи с нагрузкой в состав ёмкостей С0 и С2 целесообразно включить подстроечные конденсаторы (см.рис.3.9).
Рисунок 3.9 – Схема П-образного контура с подстроечными элементами
Расчёт контурной катушки L0 проводится в следующем порядке:
Размеры катушки показаны на рис.3.10.
Задаёмся отношением V=l/D в пределах 0.5£V£2: V=2.
Задаёмся значением Ks=0.5 Вт/см2 – удельной тепловой нагрузки на 1 см2 сечения катушки.
Определяем площадь продольного сечения катушки S=l×D по формуле:
S=P1ном×hк/Ks=12.04 см2. (3.48)
Рисунок 3.10 – Конструкция контурной катушки
Определяем длину l и диаметр D катушки по формулам:
l=
=4.9 см; (3.49)D=
=2.45 см (3.50)Число витков N катушки:
11. (3.51)Амплитуда контурного тока:
Iк=Uк1кр×2×p×f×C1=2.2 А. (3.52)
Диаметр d провода катушки вычисляем по формуле:
d[мм]³0.18×Iк×
=0.95 мм. (3.53)Выбираем d=1 мм.
Собственное сопротивление потерь контурной катушки на рабочей частоте:
ro=0.525×D[мм]×N×
×10-3/d[мм]=0.81 Ом. (3.54)Коэффициент полезного действия контура:
hк=rвн/(rо+rвн)=0.952. (3.55)
4. Расчёт предоконечного каскада
Рассчитаем мощность первой гармоники коллекторного тока, принимая hк=0.7:
P1ном=
Вт, (4.1)где PвыхКС – мощность на выходе колебательной системы (КС) данного каскада.
В соответствии с требованиями, изложенными в п.3, выбираем транзистор 2Т955А со следующими параметрами:
- выходная мощность Pвых³20 Вт;
- fт=250 МГц;
- сопротивление насыщения rнас=1.9 Ом;
- максимальное импульсное напряжение коллектор-эмиттер Uкэ=70 В;
- максимальный постоянный ток коллектора Iкодоп=6 А;
- напряжение источника коллекторного питания Е`к=28 В;
- средний статический коэффициент усиления по току в схеме с ОЭ bo=80;
- эквивалентная ёмкость база-коллектор Ск=60 пФ;
- барьерная ёмкость Сэ=240 пФ;
- индуктивности выводов Lб=2.4 нГн, Lэ=2 нГн;
сопротивление материала базы rб=0.5 Ом.
Проведя расчёт коллекторной цепи по формулам (3.2)-(3.10), получим следующие параметры (Ек=28 В, q=90°):
Uк1кр=24.02 В; Uк.макс.=56.8 В<Uк.доп=70 В; Iк1=1.05 А;
Iко=0.67 А<Iкодоп=6 А; Iк.макс=2.1 А< Iкодоп=6 А;
Pоном=18.7 Вт; h=0.674; Pк.макс=6.1 Вт; Rэк.ном=22.9 Ом.
Проведя расчёт входной цепи по формулам (3.11)-(3.32), получим следующие параметры:
Rд=212 Ом; c=2.08; Iб=0.447 А; Iбо=8.3 мА; Iэо=0.676 А;
rэ=0.53 Ом; Еб= -2.97 В; rвх=2.08 Ом, Хвх= -9.36 Ом; Rвхэк=44.2 Ом;
Свхэк=486 пФ; Свыхэк=142 пФ; Pвх=0.354 Вт; Кр=35.6.
Данные для расчёта КС: Rэк.ном=22.9 Ом, Свыхэк=142 пФ, СвхОК=1510 пФ, RвхОК=1.42 Ом, где последние 2 параметра – соответственно входные ёмкость и сопротивление оконечного каскада.
Задаёмся величиной r=250 Ом. По формулам (3.40)-(3.44) определяем следующие параметры:
L0=1.194 мкГн; L>0.027 мкГн, выбираем L=0.5 мГн; С0=33 пФ;
С1=254 пФ; С2=3400 пФ.
Схема предоконечного каскада аналогична схеме ОК и приведена на рис.4.1.
Рисунок 4.1 – Схема предоконечного каскада
Выбираем напряжение источника смещения Есм=3 В и производим расчёт номиналов элементов схемы на рис.4.1 по формулам:
(4.1)R2=430 Ом, R1=1.8 кОм (Pr1,2<0.125 Вт); Ср1=10 нФ,
Lбл1=1 мкГн, Lбл2=2.2 мкГн.
5. Расчёт умножителя на 2
Рассчитаем мощность второй гармоники (n=2) коллекторного тока, принимая hк=0.8:
Pnном=
Вт, (5.1)где PвыхКС – мощность на выходе колебательной системы (КС) данного каскада.
В соответствии с требованиями, изложенными в п.3, выбираем транзистор 2Т951В со следующими параметрами:
- выходная мощность Pвых³2 Вт;
- fт=345 МГц;
- сопротивление насыщения rнас=10 Ом;
- максимальное напряжение коллектор-эмиттер Uкэдоп=65 В;
- максимальный постоянный ток коллектора Iкодоп=0.5 А;
- напряжение источника коллекторного питания Е`к=28 В;
- средний статический коэффициент усиления по току в схеме с ОЭ bo=150;
- эквивалентная ёмкость база-коллектор Ск=11 пФ;
- барьерная ёмкость Сэ=80 пФ;
- индуктивности выводов Lб=4 нГн, Lэ=4.7 нГн;
сопротивление материала базы rб=2 Ом.
Расчёт умножителя проводим аналогично расчёту усилителя мощности (см. п.3) при оптимальном угле отсечки для 2-й гармоники q=120/n=60°. При этом a0=0.218, a1=0.391, a2=0.276, g1=0.196, g0=0.109.
Отличие расчёта состоит в том, что в умножителе расчёт выходной цепи и коэффициента усиления по мощности проводится по n-й гармонике.
Проведя расчёт коллекторной цепи по формулам (3.2)-(3.10), получим следующие параметры (Ек=28 В, q=60°, f=16.67 МГц):
Umк=26.8 В; Iкn=33 мА, Iк1=47 мА;
Iко=26 мА<Iкодоп=0.5 А; Iк.макс=120 мА< Iкодоп=0.5 А;
Pоном=0.73 Вт; h=0.606; Rэк.ном=812 Ом.
Проведя расчёт входной цепи по формулам (3.11)-(3.32), получим следующие параметры:
Rд=865 Ом; c=4.78; Iб=56 мА; Iбо=0.174 мА; Iэо=26 мА;
rэ=1.56 Ом; Еб= -2.28 В; rвх=14.7 Ом, Хвх= -95 Ом; Rвхэк=630 Ом;
Свхэк=98 пФ; Свыхэк=20 пФ; Pвх=23 мВт; Кр=Pnном/Рвх=19.3.
КС выполним в виде П-образного контура (см.рис.5.1). Причём схема приведённого контура будет такая же, как в п.3 (см.рис. 3.8).
Рисунок 5.1 – Схема П-образного контура
Данные для расчёта КС: f=33.33 МГц, Rэк=812 Ом, Свыхэк=20 пФ, СвхПОК=486 пФ, RвхПОК=44 Ом, где последние 2 параметра – соответственно входные ёмкость и сопротивление предоконечного каскада.
Задаёмся величиной r=250 Ом. По формулам (3.40)-(3.44) определяем следующие параметры:
L0=1.194 мкГн; L>0.905 мкГн, выбираем L=0.91 мкГн; С0=81 пФ;
С1=26 пФ; С2=37 пФ.
Параллельное соединение СвхОК и L1 на частоте несущей f эквивалентно ёмкости номиналом С2. Определяем L1:
L1=
=51 нГн. (5.2) 
Рисунок 5.2 – Схема П-образного контура с подстроечными элементами
Схема умножителя приведена на рис.5.3.
Рисунок 5.3 – Схема умножителя на 2
Расчёт элементов схемы на рис.5.3 проведем по формулам:
Полученные параметры: С1=Ср=2 нФ, R1=13 кОм, Lбл1=20 мкГн, Lбл2=0.16 мГн.