Однополосный связной передатчик Характеристика и (стр. 4 из 5)

7. Определим необходимое число витков:

w₁ » 19 витков

Девятнадцать витков кабеля КВФ – 25 будут занимать:

l_КАБ.1 = w × bl_КАБ.1 = 4,731 см

Периметр кольца по внутреннему диаметру:

l_КОЛ.1 = p × dl_КОЛ.1 = 5,027 см

Так как l_КОЛ.1 > l_КАБ.1 все 19 витков кабеля уместятся на кольце в один слой.

Оценим продольную индуктивность:

L_{ПР. РАСЧ.1} = 70,89 мкГн

Поскольку L_{ПР.РАСЧ.1} значительно больше требуемой L_{ПР.ТРЕБ.1} и объем кольца К28´16´9 также много больше минимально необходимого сделаем перерасчет трансформатора.

Выберем кольцо К20´10´5. Для него:

S₁ = 0,25 см²

V₁ = 1,178 cм³ > V_МИН1 = 0,213 см³

w₁ » 11 витков ( для l_Л = 40 см )

l_КОЛ.1 = 3,142 см > l_КАБ.1 = 2,739 см

L_{ПР. РАСЧ.1} = 16,13 мкГн > L_{ПР.ТРЕБ.1} = 13,263 мкГн

8. Определим значение магнитной индукции:

B_fнРАБ.1 = 3,858 ×10 ^-3 Тл < В_{fнРАБ.МАКС.} = 0,01 Тл

В_fвРАБ.1 = 2,105 ×10 ^-3 Тл < В_{fвРАБ.МАКС.} = 0,006 Тл

9. Удельные тепловые потери в феррите первой линии:

P_Ф1¢ = 0,022 Вт/см³на частоте f_Н = 6 МГц для Q = 50

P_Ф1¢ = 0,015 Вт/см³на частоте f_В = 11 МГц для Q = 40

10. Мощность потерь в объеме сердечника первой линии:

P_Ф1 = P_Ф1¢_МАКС. × V₁

P_Ф1 =0,026 Вт

11. Аналогичные расчеты проводим для второй линии:

V_МИН2 = 0,107 см³ на f_Н = 6 МГц

Сердечник - кольцо К12´9´4, две штуки. Для них:

S₂ = 0,12 см²

V₂ = 0,396 cм³ > V_МИН2 = 0,107 см³

w₂ » 11 витков ( для l_Л = 40 см )

l_КОЛ.2 = 2,827 см > l_КАБ.2 = 2,739 см

L_{ПР. РАСЧ.2} = 11,06 мкГн > L_{ПР.ТРЕБ.2} = 6,631 мкГн

B_fнРАБ.2 = 4,019 ×10 ^-3 Тл < В_{fнРАБ.МАКС.} = 0,01 Тл

В_fвРАБ.2 = 2,192 ×10 ^-3 Тл < В_{fвРАБ.МАКС.} = 0,006 Тл

P_Ф2¢ = 0,024 Вт/см³на частоте f_Н = 6 МГц для Q = 50

P_Ф2¢ = 0,017 Вт/см³на частоте f_В = 11 МГц для Q = 40

P_Ф2 = 9,5 ×10 ^-3 Вт

12. Третья линия согласующего трансформатора является фазокомпенсирующей и не содержит ферритового сердечника. Ее длину примем равной длинам первой и второй линий l_Л = 40 см.

13. Входная мощность и КПД трансформатора:

P_ВХ = P_Н + P_Ф1 + P_Ф2P_ВХ = 24,0355 Вт

h_ТР = P_Н / P_ВХh_ТР = 0,998

РАСЧЕТ ФИЛЬТРУЮЩЕЙ ЦЕПИ

Высшие гармоники тока или напряжения, образованные в результате работы транзистора УМ в нелинейном режиме с Q = 90°, должны быть ослаблены в нагрузке передатчика (фидере) до уровня, определенного в задании на курсовую работу. С этой целью на выходе передатчика включается фильтр. Заданную фильтрацию гармоник, в первую очередь наиболее интенсивных - второй и третьей, фильтрующая цепь должна обеспечить в рабочем диапазоне частот передатчика при заданном уровне колебательной мощности и высоком КПД.

Исходные данные для расчета:

- диапазон рабочих частот от f_Н = 6 МГц до f_В = 11 МГц

- R_Н = W_Ф = 75 Ом – сопротивление нагрузки

- К_Б.Н. ³ 0,8 – допустимое значение КБВ нагрузки

- К_Б.ВХ. ³ 0,7 – допустимое значение КБВ на входе фильтрующей цепи

- a_ДОП = -50 дБ – допустимый уровень высших гармоник в нагрузке передатчика

- a_СЦ » 0 – дополнительное затухание, вносимое согласующей цепью

- a_ГN – относительный уровень высших гармоник напряжения (или тока) на выходе УМ. Величина a_ГN определяется схемой и режимом работы УМ. Для рассматриемого случая (однотактный УМ в недонапряженном или критическом режиме):

Для наиболее значимой второй гармоники при Q = 90° a₂(Q) = 0,212.

Тогда a_Г2 » -7,5 дБ.

Непосредственно расчет:

1. Коэффициент перекрытия передатчика по частоте:

К_fП = f_В / f_НК_fП = 1,833

Так как К_fП < (1,6 ¸ 1,9) устанавливаем один фильтр.

2. Граничные частоты фильтра совпадают с соответствующими частотами f_Н = 6 МГц и f_В = 11 МГц передатчика.

3. КБВ, который должна обеспечить колебательная система:

К_Б.Ф. = К_Б.ВХ / К_Б.НК_Б.Ф. = 0,875

4. Неравномерность АЧХ в полосе пропускания фильтрующей цепи:

d = 0,004

Da = 0,02 дБ

5. Минимальное затухание, которое должен обеспечить фильтр в полосе задерживания:

a_ФN ³ -a_ДОП + a_ГN + a_СЦa_Ф2 ³ 42,5 дБ

6. Нормированная частота в полосе задерживания (для ФНЧ):

W_ЗN = N / К_fПW_З2 = 1,09

7. При выборе схемы фильтра необходимо обеспечить малое входное сопротивление на частотах высших гармоник. В частности, для однотактного УМ ФНЧ должен начинаться с параллельной емкости С1. Для рассматриемого случая a_Ф2 > (20 ¸ 30) дБ и W_З2 < (1,5 ¸ 1,8), поэтому необходимо применять фильтры Кауэра ( эллиптические ), имеющие равноколебательную АЧХ в полосе пропускания и АЧХ со “всплесками” затухания в полосе задерживания. Используя диаграмму для оценки порядка эллиптических ФНЧ на рис.2.7 [2] и данные таблицы 9, выбираем фильтр 9-го порядка С09 – 05 – 67 с Da = 0,0109 дБ, W_З = 1,086360377, a_Ф = 46,4 дБ, r = 5%.

8. Принципиальная схема фильтра приведена на рисунке 8.

Рисунок 8. Схема фильтра Кауэра 9-го порядка.

Нормированные значения элементов:

c1 = 0,693482l2 = 1,235453c2 = 0,163150

c3 = 1,172824l4 = 0,748031c4 = 1,008319

c5 = 0,793057l6 = 0,575410c6 = 1,456578

c7 = 0,908201l8 = 0,765453c8 = 0,707124

c9 = 0,351309

Производим денормирование:

; ;R_B = R_Н = 75 Ом

L_B = 1,085147 мкГнС_В = 192,915 пФ

С1 = С_В × с1 = 133,783 пФС2 = С_В × с2 = 31,474 пФ

С3 = С_В × с3 = 226,255 пФС4 = С_В × с4 = 194,52 пФ

С5 = С_В × с5 = 152,993 пФС6 = С_В × с6 = 280,996 пФ

С7 = С_В × с7 = 175,206 пФС8 = С_В × с8 = 136,415 пФ

С9 = С_В × с9 = 67,773 пФ

L2 = L_B × l2 = 1,341 мкГн

L4 = L_B × l4 = 0,812 мкГн

L6 = L_B × l6 = 0,624 мкГн

L8 = L_B × l8 = 0,831 мкГн

9. КПД фильтра:

h_Ф = 1- r²h_Ф = 0,9975

Произведем конструктивный расчет катушек L2, L4, L6, L8. Приближенно можно считать, что действующие на LC – элементах напряжения и токи в 3¸5 раз больше номинальных значений напряжения и тока в нагрузке R_Н.

Действующее значение тока в нагрузке:

I_НД » 0,6 А

Действующее значение напряжения на нагрузке:

U_НД = Р_Н / I_НДU_НД » 43 В

Тогда действующие напряжения и токи на LC – элементах не превосходят:

I_Д = 3× I_НДI_Д » 1,8 А

U_Д = 3× U_НДU_Д » 130 В

U_МАКС = Ö2× U_ДU_МАКС » 185 В

1. Уточним расчетные значения индуктивностей с учетом размагничивающего влияния близко расположенных проводников, деталей конструкции, каркаса и стенок блока:

L2_РАСЧ = 1,1× L2L2_РАСЧ = 1,475 мкГн

L4_РАСЧ = 1,1× L4L4_РАСЧ = 0,893 мкГн

L6_РАСЧ = 1,1× L6L6_РАСЧ = 0,686 мкГн

L8_РАСЧ = 1,1× L8L8_РАСЧ = 0,914 мкГн

2. Выберем диаметр провода катушки исходя из соображений ее допустимого перегрева. Для цилиндрической однослойной катушки с естественным (конвекционным) охлаждением:

, где

DТ² = 40 К – разность температур провода и окружающей среды.

Примем d = 1 мм.

3. Шаг намотки:

g = (1,3¸1,5)×dg = 1,5 мм

4. Число витков спирали катушки:

, где

D – диаметр намотки катушки, см

F – коэффициент формы катушки, зависящий от отношения длины намотки катушки l к ее диаметру D. Для катушек диаметром до 5 см обычно берут l/D = 0,5¸0,8. Примем l/D = 0,6. Тогда из графика рис.10.3 [] F = 12×10^-3.

Поскольку величины D, l/D, g = l/N выбираются произвольно, необходимо проверить правильность их выбора – должно выполняться равенство N = l/g. При совпадении результатов с точностью ±(5¸7)% расчет можно считать законченным. В противном случае расчет повторяют при новом значении D.

Таким образом, с учетом приведенных выше требований проверки имеем:

Для L2: D = 1,98 см, l = 1,188 см, N = 7,879 витков.

Для L4: D = 1,66 см, l = 0,996 см, N = 6,696 витков.

Для L6: D = 1,52 см, l = 0,912 см, N = 6,134 витков.

Для L8: D = 1,68 см, l = 1,008 см, N = 6,734 витков.

5. Вычислим электрическую прочность катушек.

Напряжение между соседними витками:

U_В = U_МАКС / N_МИНU_В » 30 В

Напряженность поля между витками:

Е = U_В / (g – d)Е » 60 В/мм < Е_МАКС = (250¸700) В/мм

6. Длина провода катушки:

l_ПР »p×D×Nl_ПРМАКС » 50 см

Условие l_ПРМАКС » 50 см < 0,3×l_МИН » 820 см выполняется, значит катушки фильтра можно считать элементами с сосредоточенными параметрами.

Для рассчитанного ФНЧ с помощью пакета схемотехнического моделирования OrCAD 9.1 был получен график 1 АЧХ, приведенный в приложении 2.