Однополосный связной передатчик Характеристика и (стр. 2 из 5)

Р_1МАКС = Р_Ф.МАКС / h_ТР×h_ФР_1МАКС = 26,144 Вт

При выборе типа транзистора УМ учтем следующее:

- для снижения уровня нелинейных искажений транзистор должен удовлетворять условию 3×f_Т / b₀ > f_В

- выходная мощность транзистора Р_ВЫХ ³ Р_1МАКС

Таким образом, в качестве активного элемента (АЭ) УМ применим кремниевый транзистор 2Т950А, имеющий следующие параметры:

- сопротивление насыщения r_НАС = 0,4 Ом;

- сопротивление утечки эмиттерного перехода в закрытом состоянии

R_УЭ > 0,04 кОм

- средний статический коэффициент усиления по току в схеме с ОЭ b₀ » 60;

- частота единичного усиления f_Т» 250 МГц;

- емкость коллекторного перехода С_К » 150 пФ;

- емкость эмиттерного перехода С_Э » 1100 пФ;

- индуктивности выводов L_Б = 2,3 нГн; L_Э = 2,1 нГн; L_К = 4 нГн;

- максимальное импульсное напряжение коллектор-эмиттер U_{КЭ ИМП} = 60 В;

- максимально-допустимое обратное напряжение эмиттерного перехода U_{БЭ ДОП} = 4 В;

- максимальный постоянный ток коллектора I_{К0 ДОП} = 10 А;

- диапазон рабочих частот ( 1,5 ¸ 80 ) МГц

- допустимая температура переходов t_{П. ДОП} = 200 °С

- тепловое сопротивление между переходами и корпусом R_ПК = 1,25 °С/Вт

Напряжение питания УМ с учетом падения в блокировочном дросселе примем равным Е_К = Е_П – 0,25 = 23,75 В , где Е_П = 24 В – напряжение питания передатчика. Так как УМ должен усиливать сигнал с минимальными искажениями, то есть иметь линейную амплитудную характеристику, и, кроме того, возможно больший КПД, примем угол отсечки коллекторного тока Q = p / 2. При этом a₀(Q) = 0,319, a₁(Q) = 0,5, g₀(Q) = 0,319, g₁(Q) = 0,5. При усилении сигналов с ОБП УМ должен работать в недонапряженном режиме, в крайнем случае допустим критический режим.

Использованная методика расчета приведена в [1].

РАССЧЕТ КОЛЛЕКТОРНОЙ ЦЕПИ

1. Амплитуда первой гармоники напряжения U_К1 на коллекторе в критическом режиме:

U_{К1 КР} = 21,834 В

2. Максимальное напряжение на коллекторе:

U_{К МАКС} = Е_К + 1,2× U_{К1 КР}U_{К МАКС} = 49,951 В < U_{КЭ ИМП} = 60 В

3. Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:

I_К1 = 2,395 А

4. Постоянная составляющая коллекторного тока:

I_К0 = 1,528 А < I_{К0 ДОП} = 10 А

5. Максимальная величина коллекторного тока:

I_{К МАКС} = 4,79 А

6. Максимальная мощность, потребляемая от источника коллекторного напряжения:

Р_{0 МАКС} = Е_К × I_К0Р_{0 МАКС} = 36,287 Вт

7. КПД коллекторной цепи при номинальной нагрузке:

h = 0,72

8. Максимальная мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора:

Р_{К МАКС} = Р_{0 МАКС} – Р_1МАКСР_{К МАКС} = 10,143 Вт

9. Номинальное сопротивление коллекторной нагрузки:

R_{ЭК НОМ} = 9,118 Ом

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ СОГЛАСУЮЩЕЙ ЦЕПИ НА ВЕЛИЧИНУ R_{ЭК НОМ}.

Разрабатываемый передатчик должен обеспечивать работу на нагрузку (фидер) сопротивлением W_Ф = 75 Ом. Для выполнения этого требования в состав передатчика необходимо включить согласующую цепь с коэффициентом трансформации N = 75/9,118 = 8,225. В качестве согласующей цепи применим трансформатор на линиях с коэффициентом трансформации N = 9. Отсюда:

R_ЭК = 75/9 = 8,333 Ом

РАСЧЕТ ВЫХОДНОЙ ЦЕПИ СВЯЗИ

Оценим влияние реактивного элемента на выходе УМ (выходной емкости АЭ):

a_ВХ = 2×p×f_В ×C_К ×R_ЭКa_ВХ = 0,086

Так как a_ВХ оказалось меньше 0,1¸0,2 влияние выходной емкости транзистора незначительно и им можно пренебречь. Поэтому нет необходимости включать на выходе транзистора цепи связи, содержащие дополнительные LC элементы.

ПЕРЕРАСЧЕТ КОЛЛЕКТОРНОЙ ЦЕПИ

Сделаем перерасчет коллекторной цепи с учетом нового значения сопротивления R_ЭК = 8,333 Ом.

1. Амплитуда переменного напряжения на коллекторе при заданной мощности Р_1МАКС:

U_К = 20,874 В

2. Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:

I_K1 = 2,505 А

3. Постоянная составляющая коллекторного тока:

I_К0 = 1,598 А < I_{К0 ДОП} = 10 А

4. Максимальная величина коллекторного тока:

I_{К МАКС} = 5,01 А

5. Максимальное напряжение на коллекторе:

U_{К МАКС} = E_K + U_KU_{К МАКС} = 44,624 В < U_{КЭ ИМП} = 60 В

6. Максимальная мощность, потребляемая от источника коллекторного напряжения:

Р_{0 МАКС} = Е_К × I_К0Р_{0 МАКС} = 37,955 Вт

7. КПД коллекторной цепи:

h = 0,689

8. Максимальная мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора:

Р_{К МАКС} = Р_{0 МАКС} – Р_1МАКСР_{К МАКС} = 11,812 Вт

Значение Р_{К МАКС} является исходным параметром для расчета температуры в структуре транзистора и системы его охлаждения.

РАССЧЕТ ВХОДНОЙ ЦЕПИ УМ В СХЕМЕ С ОЭ

Предполагается, что между базой и эмиттером АЭ по радиочастоте включен резистор R_Д, предназначенный для устранения перекосов в импульсах коллекторного тока. Его сопротивление:

R_Д = 113,663 Ом

При R_Д = 113,663 Ом обратное напряжение, приложенное к эмиттерному переходу составляет U_{БЭ МАКС} = 18,108 В, что значительно превосходит допустимое U_{БЭ ДОП} = 4 В. Для снижения напряжения U_{БЭ МАКС} до приемлемого значения примем R_Д = 27 Ом.

1. Амплитуда тока базы:

, где

c = 1 + g₁(Q)× 2 × p × f_Т × С_К × R_ЭКc = 1,982

2. Максимальное обратное напряжение на эмиттерном переходе:

, где

E` = 0,7 В – напряжение отсечки транзистора

U_{БЭ МАКС} = 3,768 В < U_{БЭ ДОП} = 4 В

3. Постоянные составляющие базового и эмиттерного токов:

I_Б0 = 0,027 А

I_Э0 = I_К0 + I_Б0I_Э0 = 1,625 А

4. Напряжение смещения на эмиттерном переходе:

, где

r_Э = 0,09 Ом;r_Б » 0 Ом

E_Б = -0,579 В

5. Значения L_ВХ.ОЭ, r_ВХ.ОЭ, R_ВХ.ОЭ, C_ВХ.ОЭ в эквивалентной схеме входного сопротивления транзистора (рисунок 4):

Рисунок 4. Эквивалентная схема входного сопротивления транзистора.

L_ВХ.ОЭ = 3,36 нГн

, где

С_КА = 0,25×С_К – барьерная емкость активной части коллекторного перехода

r_ВХ.ОЭ = 0,878 Ом

R_ВХ.ОЭ = 14,033 Ом

С_ВХ.ОЭ = 2,722 нФ

6. Резистивная и реактивная составляющие входного сопротивления транзистора

Z_ВХ(f) = R_ВХ(f) + jХ_ВХ(f):

Входная мощность:

P_ВХ(f ) = 0,5×I_Б(f )² ×R_ВХ(f )

7. Коэффициент усиления по мощности:

РАСЧЕТ ВХОДНОЙ ЦЕПИ СВЯЗИ

Для транзистора в схеме с ОЭ в диапазоне средних и высоких частот (f_Н > 0,3×f_Т/b₀) необходимо использовать эквивалентную схему входного сопротивления транзистора, приведенную на рисунке 4, а также учесть снижение модуля коэффициента усиления b от частоты.

Для компенсации снижения величины b от f амплитуда входного базового тока I_Б транзистора УМ должна изменяться приблизительно обратно пропорционально частоте. Для этого на входе транзистора включают дополнительные корректирующие элементы L_ДОП, r_ДОП, R_ДОП, C_ДОП (Рисунок 5). Чтобы входное сопротивление цепи связи, являющееся нагрузкой для предыдущего каскада было близким к постоянному и резистивному Z_ВХ(f) = R_ВХå = r_{ВХ ОЭ} + r_ДОП во всем диапазоне рабочих частот, дополнительно включают корректирующие элементы r_ПАР, C_ПАР, L_ПАР, R_ПАР.

Рисунок 5. Входная цепь связи транзистора с ОЭ

Примем неравномерность АЧХ d = 0,023, что соответствует Da = 0,1 дБ. Исходными данными служат рассчитанные выше значения L_ВХ.ОЭ, r_ВХ.ОЭ, R_ВХ.ОЭ, С_ВХ.ОЭ.

1. Расчет вспомогательных коэффициентов: