Расчет и конструирование радиопередатчика (стр. 2 из 6)

Из сказанного выше, не обременяя себя лишними проблемами, выберем в качестве усилителя мощности генератор с внешним возбуждением по однотактной схеме построения. Активный же элемент, используемый в качестве усилительного, включим по схеме с общим эмиттером (ОЭ). Принципиальная схема усилителя мощности, выбранная в нашем случае, представлена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1- Принципиальная электрическая схема ГВВ

Для расчета генератора с внешним возбуждением, построенного на биполярном транзисторе включенного по схеме с ОЭ, воспользуемся методикой изложенной в [3].

Рассчитаем амплитуду переменного напряжения на коллекторе (предварительный расчет):

, (3.1)

Рассчитываем напряжение источника коллекторного питания (предварительный расчет):

, (3.2)

Из ряда стандартных значений напряжений питания выберем напряжение равное Ek=30В. Рассчитываем амплитуду напряжения на коллекторе:

, (3.3)

Рассчитываем остаточное напряжение на коллекторе:

, (3.4)

Рассчитываем амплитуду импульса коллекторного тока:

. (3.5)

Рассчитываем постоянную составляющую тока коллектора:

. (3.6)

Произведём расчёт высокочастотных Y–параметров на рабочей частоте. При расчёте значение тока эмиттера I_э принимаем равным I_ko. Расчёт вспомогательных параметров:

, (3.7)

, (3.8)

, (3.9)

. (3.10)

Расчёт Y–параметров:

, (3.11)

, (3.12)

. (3.13)

Активная составляющая выходного сопротивления транзистора:

, (3.14)

где R_e(Y₂₂)-действительная часть выходной проводимости.

Теперь, зная R₂₂, найдем первую гармоники тока, протекающую через выходное сопротивление транзистора:

. (3.15)

Амплитуда первой гармоники коллекторного тока

. (3.16)

Первая гармоника тока, протекающая через нагрузочный контур:

. (3.17)

Сопротивление нагрузочного контура, необходимое для обеспечения критического режима:

, (3.18)

Максимальная мощность, потребляемая от источника коллекторного питания:

. (3.19)

Мощность переменного тока, поступающая в нагрузочный контур:

, (3.20)

Таким образом, в нагрузочный контур поступает не вся генерируемая транзистором мощность Р₀, а лишь её часть Р₁₁, причём разность Р₀-Р₁₁ составляет высокочастотные потери в транзисторе за счёт наличия паразитного сопротивления R₂₂. Эти потери снижают К.П.Д. генератора и ухудшают тепловой режим работы транзистора.

Коэффициент полезного действия коллекторной цепи при номинальной нагрузке:

. (3.21)

Максимальная рассеиваемая мощность на коллекторе транзистора:

. (3.22)

На этом расчет коллекторной цепи можно считать законченным. Единственно, в дальнейшем необходимо будет учесть влияние выходного сопротивления транзистора в виде ослабления нагрузочного сопротивления, что приводит к уходу от критического режима работы, обеспечивающего оптимальный режим работы ГВВ.

Переходим к энергетическому расчёту цепей эмиттера и базы, используя методику, приведенную в [3].

Угол дрейфа на рабочей частоте (в градусах):

, (3.23)

Угол отсечки импульсов эмиттерного тока:

Q_э = Q_к – 0.5·j_др=90-0.5·17.23=1.42⁰, (3.24)

Модуль коэффициента усиления по току в схеме с общей базой на рабочей частоте:

, (3.25)

Первая гармоника тока эмиттера:

, (3.26)

Высота импульса тока эмиттера:

, (3.27)

Модуль комплексной крутизны транзистора на рабочей частоте:

, (3.28)

Амплитуда напряжения возбуждения на рабочей частоте:

, (3.29)

Постоянная составляющая тока базы:

, (3.30)

Напряжение смещения, обеспечивающее требуемый угол отсечки тока эмиттера:

Е_б = 0.7 – U_mб·cosQ_э – I_бо·r'_б=0.7-2.19·0.15-0.062·0.6=-0.34 B, (3.31)

Угол отсечки импульсов тока базы:

, (3.32)

Определяем коэффициенты разложения базового тока: a_об=0.26, a_1б=0.44. Активная составляющая входного сопротивления:

, (3.33)

Мощность возбуждения на рабочей частоте без учёта потерь во входном согласующем контуре:

, (3.34)

Коэффициент усиления по мощности, без учёта потерь во входном и выходном согласующих контурах:

, (3.35)

Общая мощность, рассеиваемая транзистором:

P_тр=P_К+P_возб=32.23+2.42=29.82 Вт (3.36)

3.2 Расчет выходной колебательной системы

При проектировании выходных колебательных систем (ВКС), устанавливаемых после оконечного каскада передатчика, на первом плане стоит обеспечение заданной фильтрации высших гармоник. Высшие гармоники тока или напряжения, образованные в процессе работы транзистора в нелинейном режиме, должны быть ослаблены в нагрузке передатчика (антенне, фидере) до уровня, определяемые международными нормами.

Кроме всего прочего, к ВКС ставиться требование к трансформации нагрузочного сопротивления при достаточно простой конструктивной реализации даже ценой некоторого снижения требований к КПД цепей связи и к фильтрации побочных составляющих. В отдельных случаях цепи согласования и коррекции могут включать полную или частичную трансформацию нагрузочных сопротивлений.

В узкополосных усилителях мощности на транзисторах широкое применение получил П-образный контур, принципиальная схема которого изображена на рисунке 3.2. Этот контур сводится к приведённому П-образному контуру (см. рис. 3.3).

Рисунок 3.2 Рисунок3.3

Данная цепь согласования – это, по сути, параллельный колебательный контур с разделёнными ёмкостями. Такое разделение и обеспечивает получение коэффициентов включения транзистора и нагрузки в контур, отличных от единицы. При определённом выборе коэффициентов включения осуществляется трансформация сопротивления нагрузки в оптимальное для каскада.

Очень важна в применяемой ЦС роль конденсатора С₀. Во-первых, он осуществляет развязку каскадов по постоянному току, а главное, – обеспечивает реальность выполнения катушки индуктивности L (рис.3.3). Часто при расчётах величина индуктивности L₀ оказывается невыполнимо малой.