Расчет и конструирование радиопередатчика (стр. 3 из 6)

Поскольку L, L₀, C₀ находятся в соотношении:

X_L=X_L0-X_C0, (3.37)

то, при введении конденсатора С₀, для постоянства величины эквивалентной индуктивности контура L необходимо увеличить значение индуктивности L₀ (скомпенсировать отрицательную ёмкостную реактивность). Это при определённом соотношении между С₀ и L приведёт к реальности выполнения катушки индуктивности L₀.

Порядок расчета П – контура произведем согласно [3].

Величину характеристического сопротивления контура возьмем в пределах 250-500 Ом. r = 250 Ом. Определяем эквивалентную индуктивность контура L:

. (3.38)

Определяем минимально требуемую индуктивность контура L₀:

. (3.39)

Примем величину L₀ равной 1.53·10^-7 Гн из условий, что L₀> L₀` и L₀>L.

Определим емкость С₀:

. (3.40)

Определяем величины ёмкостей конденсаторов C₁ и C₂, исходя из требуемых коэффициентов включения для согласования нагрузки с транзистором:

(3.41)

(3.42)

Рассчитаем внесённое в контур сопротивление:

. (3.43)

Определим добротность нагруженного контура:

, (3.44)

где r₀=1.5 Ом – сопротивление собственных потерь в контуре. В [3] рекомендуется принимать для этого параметра значения в диапазоне 1¸2(Ом). Рассчитаем фактический коэффициент фильтрации П–контура:

, (3.45)

где n – порядок колебательной цепи. Для одиночного колебательного контура (однотактная схема) n=2, для двухтактной схемы n=3.

3.4 Конструкторский расчет элементов ВКС

В качестве элементов, входящих в ВКС, выступают в основном стандартные, такие как конденсаторы. Но, к сожалению, элемент, обеспечивающий необходимую индуктивность в ВКС, является нестандартным и не гостированным. Поэтому, подобные элементы, т.е. катушки индуктивностей, необходимо проектировать отдельно. Выходными данными в подобных расчетах, являются: параметры сердечника (основания) катушки, толщина намоточного провода, количество витков в намотке, сопротивление потерь. Методика расчета, приведенная ниже, соответствует методике представленной в [3]. На рисунке 3.4 представлено поперечное сечение катушки индуктивности и обозначены габаритные основные величины, используемые в дальнейшем при расчете. Порядок расчета следующий.

Рисунок 3.4 - Поперечное сечение катушки индуктивности

Зададимся соотношением длины катушки к её диаметру:

. (3.46)

Определим площадь продольного сечения катушки при удельной тепловой нагрузке Ks=0.6 Вт/см2:

. (3.47)

Определим длину l и диаметр D катушки по формулам:

, (3.48)

. (3.49)

Число витков N катушки:

. (3.50)

Для определения требуемого диаметра провода необходимо предварительно вычислить величину амплитуды тока, протекающего по катушке индуктивности, а, следовательно, и во всём контуре. В частности, ток контура протекает через конденсатор С₁, который включен параллельно выходу транзистора. Тогда амплитуда колебаний тока контура определится как отношение амплитуды колебаний на конденсаторе (и на коллекторе, т.к. они включены параллельно) к величине ёмкостного сопротивления конденсатора:

. (3.51)

Минимально требуемый диаметр d[мм] провода катушки определяется выражением:

, (3.52)

где I_конт – амплитуда контурного тока в амперах;

f₀ – рабочая частота, МГц.

Вычислим собственное сопротивление потерь контурной катушки на рабочей частоте:

, (3.53)

где f – рабочая частота, МГц;

d - диаметр провода, мм;

D - диаметр катушки, мм.

Определим коэффициент полезного действия контура:

. (3.54)

На этом расчет ВКС считаем законченным. Теперь необходимо произвести электрический расчет выходного каскада передатчика, к чему мы, непосредственно, и переходим.

3.5 Уточнение элементной базы. Коррекция выходного усилителя мощности

В процессе расчета выходного усилителя мощности (см. пункт 3.1) были получены необходимые напряжения и токи, обеспечивающие работу транзистора по постоянному току. Для получения в определенных цепях транзистора требуемого постоянного тока рассчитаем элементную базу усилителя мощности. Начнем с рассмотрения конкретной схемы ГВВ представленной на рисунке 3.1.

Как показано на схеме, в цепи коллектора имеется источник питания, который необходим для усиления высокочастотного колебания (величина напряжения этого источника известна из предыдущих расчетов), но, кроме того, в коллекторной цепи имеются блокировочные конденсатор и низкочастотный дроссель. Данные элементы необходимы для того, чтобы высокочастотный сигнал не поступал на источник питания, что в свою очередь может привести к самовозбуждению. Величина емкости блокировочного конденсатора и индуктивности блокировочной катушки в цепи коллектора определяются следующим образом:

, (3.55)

. (3.56)

Для обеспечения рабочей точки, мы используем схему авто-смещения, которая обеспечивается включением в цепи базы сопротивления смещения и двух реактивных элементов (см. рисунок 3.1). Суть работы автосмещения заключается в следующем: часть энергии (отрицательный полупериод сигнала) поступающей на вход каскада ответвляется в цепь базы и заряжает блокировочную емкость в соответствии с ее импедансом по высокой частоте; напряжение, падающее на конденсаторе, по параллельной цепи, передается на сопротивление смещения, что в свою очередь и обеспечивает рабочую точку. Индуктивность в цепи базы необходима для развязки по переменной составляющей.

Элементы цепи базы рассчитываются следующим образом:

, (3.57)

, (3.58)

. (3.59)

Уточнение элементов произведено, т.е. на данном этапе произведен полный расчет резонансного усилителя мощности передатчика, как оконечного его каскада. На принципиальной схеме будем использовать стандартные номиналы элементов, величина которых близка к рассчитанной выше.

4 Предоконечный усилитель мощности сигнала

Та мощность, которая получена при расчете оконечного каскада (его мощность возбуждения) слишком высока для того, чтобы с ней оперировать (производить при данном уровне сигнала умножение частоты и, тем более, задавать напряжение эталонной частоты). Поэтому необходимо полученный сигнал возбуждения для оконечного ГВВ ослабить, т.е., другими словами, нам необходим еще один усилитель мощности. Этот усилитель мощности по своей структуре не будет отличаться от предыдущего каскада, а поэтому его расчет произведем на основании той же методики по формулам (3.1)–(3.36) и (3.5)–(3.59), при этом приведем лишь основные величины, полученные при расчете.

В качестве мощности на выходе данного каскада примем величину мощности возбуждения для оконечного усилителя мощности:

. (4.1)

Далее необходимо выбрать транзистор, параметры которого отвечали бы требованиям по частоте и выдерживали мощность, развиваемую усилителем. Выберем для предоконечного каскада транзистор КТ922А. Его параметры:

Сопротивление насыщения, rнас	3 Ом
Сопротивление базы, rб	0.94 Ом
Статический коэффициент усиления, h21э	50
Предельная частота усиления, fТ	300 МГц
Емкость перехода коллекторного перехода, Cк	8 пФ
Емкость эмиттерного перехода, Cэ	75 пФ
Предельное напряжение между коллектором и эмиттером, Uкэ.доп	60 В
Предельное питание на коллекторе, Eк	28 В
Предельный постоянный ток коллектора, Iко.мах	0.8 А
Предельный импульсный ток коллектора, Iк.мах	1.5 А

Выбор данного транзистора дает при расчете следующие результаты: