Связные радиопередающие устройства с частотной модуляцией (стр. 2 из 5)

Амплитуда тока базы:

= 1,34 А

3. Максимальное обратное напряжение на закрытом эмиттерном переходе:

= 4,41 В

где E' - напряжение отсечки транзистора.

Т.к. U_{бэ. макс} > U_{бэ доп} = 3,5 В, необходимо уменьшить сопротивление R_д, чтобы выполнялось соотношение U_{бэ. макс} < U_{бэ доп}.

R_д =

R_д = 30,11 Ом, тогда U_{бэ. макс}=3,5 В.

4. Постоянные составляющие базового и эмиттерного токов:

=20 мА

I_э0=I_ко+I_бо=0,63+0,02=0,65 А

5. Напряжение смещения на эмиттерном переходе

0,66 В

6. Эквивалентная схема входного сопротивления транзистора:

Рис.5 Эквивалентная схема входного сопротивления транзистора

2,6 нГн

,

где С_ка=0,5С_к барьерная емкость активной части коллекторного перехода

= 1,75 Ом,

28,6 Ом,

=0,31 нФ,

7. Резистивная и реактивная составляющие входного сопротивления:

2,06 Ом

-25,36 Ом

8. Входная мощность

= 1,85 Вт

9. Коэффициент усиления по мощности

= 6

После выполнения расчёта входной (базовой) и коллекторной цепи транзистора видно, что в выбранном режиме транзистор может обеспечить требуемую мощность 8 Вт на выходе передатчика с K_p = 6, имеет при этом достаточно высокий КПД » 76%.

2. Расчет цепи согласования оконечного каскада с нагрузкой

2.1 Расчет цепи согласования

При расчете коллекторной цепи оконечного каскада получили сопротивление коллекторной нагрузки R_{эк. ном} = 23,61 Ом. К такому сопротивлению необходимо трансформировать сопротивление фидера R_ф = 50 Ом, который является нагрузкой разрабатываемого оконечного каскада.

Так как коэффициент перекрытия рабочего диапазона частот передатчика K_f=

= 1,13 < 1,1 - 1,2, в качестве цепи согласования можно использовать простые Г, П, Т-образные четырехполюсники, т.к во-первых они обеспечивают лучшую фильтрацию высших гармоник, а во-вторых такую колебательную цепь легче выполнить конструктивно, в-третьих при структуре ФНЧ выходная емкость и индуктивность выводов транзисторов достаточно просто включаются в LC-элементы трансформирующих цепочек или образуют дополнительные Г-цепочки.

Выберем в качестве цепи согласования П-образный четырехполюсник.

Рис.6 Схема согласующей П-цепочки.

Рассчитаем значения элементов согласующей цепи.

Согласующую П-образную цепочку можно представить как две последовательно соединенных Г-образных цепочек. Правая цепочка (Г₂) трансформирует R₂ в некоторое сопротивление R₀, а левая (Г₁) - R₀ в R₁, где R₀ должно быть меньше в 2 - 5 раз R₁ и R₂.

Примем R₀ равным R₁/2 = 11,8 Ом.

Рассчитаем Г₁:

1. Добротность

;

2. Значения элементов С₁ и L₁

пФ,

мкГн.

Рассчитаем Г₂:

1. Добротность

;

2. Значения элементов С₁ и L₁

пФ,

мкГн.

мкГн.

Исходя из приведенных расчетов добротность нагруженного П-контура: Q» 3. Определим коэффициент фильтрации высших гармоник:

,

где n = 2 - номер гармоники.

дБ

На второй гармонике рабочего диапазона частот данная П-образная цепь обеспечивает затухание примерно 14 дБ, что не соответствует техническому заданию, следовательно, необходимо после цепи согласования поставить фильтр нижних частот, обеспечивающий подавление гармоники на 36 дБ.

2.2 Расчет фильтрующей цепи

Заданную фильтрацию гармоник фильтрующая цепь должна обеспечить в рабочем диапазоне частот передатчика при заданном уровне колебательной мощности высоком КПД.

Исходные данные:

диапазон рабочих частот f_н = 160 МГц, f_в = 180 МГц;

R_н = W_ф = 50 Ом - сопротивление нагрузки;

К_{б. н} > 0,8 - допустимое значение коэффициента бегущей волны (КБВ) нагрузки;

К_{б. вх} > 0,7 - допустимое значение КБВ на входе фильтрующей цепи;

a_доп = -50 дБ - допустимый уровень высших гармоник в нагрузке передатчика;

a_цс = 19 дБ - дополнительное затухание, вносимое согласующей цепью;

a_гN- относительный уровень высших гармоник напряжения (или тока) на выходе УМ.

Для рассматриваемого случая (одноактный УМ в критическом режиме):

.

Расчет проводится для наиболее значимой второй гармоники.

1. a_г2 = -7,5 дБ при q = 90⁰a₂ = 0,212.

2. Как уже выше было сказано коэффициент перекрытия рабочего диапазона частот передатчика K_f= 1,13.

3. Граничные частоты фильтра совпадают с соответствующими частотами f_н = 160 МГц, f_в = 180 МГц передатчика.

4. КБВ, который должна обеспечить колебательная система

.

5. Неравномерность амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) в полосе пропускания фильтрующей цепи

.

дБ.

6. Минимальное затухание, которое должен обеспечить фильтр в полосе задерживания

a_фN > -a_доп + a_цс + a_г2 = 50 - 14 - 7,5 = 28,5 дБ.

7. Нормированная частота в полосе задерживания (для ФНЧ)

W_зN =

= = 1,77.

8. При выборе схемы фильтра необходимо обеспечить малое входное сопротивление на частотах высших гармоник. В частности, для однотактного УМ ФНЧ должен начинаться с емкости. Для рассматриваемого случая a_ф2 = (20 - 30) дБ и W_з2 = (1,5 - 1,8) необходимо применить фильтр Кауэра (эллиптический), имеющий равноколебательную АЧХ в полосе пропускания и АЧХ с "всплесками" в полосе задерживания. Используя диаграмму для оценки порядка эллиптического ФНЧ и данные таблиц "Справочника по расчету фильтров" Р. Зааля, выбираем фильтр 4-го порядка С0408b-37 с Da = 0,0279 дБ, W_з = 1,771353621, a_ф = 28,1 дБ, коэффициентом отражения r = 8%.

Рис.7 Схема эллиптического ФНЧ

Нормированные значения элементов фильтра:

С₁’ = 0,642980 Ф

С₂’ = 0,288778 Ф

С₃’ = 1,344509 Ф

L₂’ = 0,942820 Гн

L₄’ = 0,750226 Гн

Для преобразования нормированных величин в реальные их необходимо умножить на коэффициент преобразования. Нормированная индуктивность и емкость умножаются на постоянные К_L и К_С, которые вычисляем с помощью следующих формул:

,

где все величины выражены в генри, фарадах, омах и герцах.

Вычисляем требуемые значения элементов фильтра:

С₁ = С₁’^. K_C = 11,37038 пФ

С₂ = С₂’^. K_C = 5,106716 пФ

С₃ = С₃’^. K_C = 23,77614 пФ

L₂ = L₂’. K_L = 41,6818 нГн

L₄ = L₄’. K_L = 33,16727 нГн

Для рассчитанного ФНЧ с помощью пакета схемотехнического моделирования OrCAD9.1 был получен график АЧХ, приведенный на рис.8.