Проектирование радиолокационной станции для обнаружения надводных целей в пределах речного шлюза (стр. 5 из 14)
Выберем значение коэффициента обратной связи. Наибольшая стабильность частоты в транзисторном автогенераторе получается при Kос=1…3. Обычно в задающих автогенераторах на биполярных транзисторах выбирают Kос=1.
Рассчитаем основные параметры генератора:
 |
амплитуда первой гармоники коллекторного тока:
 |
амплитуда постоянной составляющей коллекторного тока:
 |
амплитуды первой гармоники напряжения на базе и коллекторе транзистора с коррекцией:
 |
сопротивление нагрузки транзистора:
 |
колебательная, потребляемая и рассеиваемая в транзисторе мощности:
рассеиваемая мощность не превышает допустимого значения 22,1мВт<225 мВт.
 |
электронный КПД:
 |
напряжение смещения на базе:
 |
необходимо чтобы
условие выполняется.
 |
Рассчитаем напряженность режима x, напряженность граничного режима xгр и сравним их, должно выполняться неравенство:
данное условие выполняется.
Расчет колебательной системы. Колебательная система автогенератора состоит из контура C1, C2, C3 и Qz.
Параметры кварцевого резонатора РКМ-14:
| - Диапазон частот fр, МГц | 5…300 |
| - Добротность Q, 103 | 12 |
| - Сопротивление кварца rкв, Ом | 10 |
| - |
Шунтирующая емкость C0, пФ
 |
Характеристическое сопротивление кварца:
 |
частота колебаний равна резонансной частоте системы:
 |
из чего следует, что суммарная емкость контура:
сопротивление контура при резонансе:
 |
 |
коэффициент включения контура к транзистору:
Одна из емкостей делителя (с учетом емкостной связи с нагрузкой):
C`2=CS/p=0,01·10-12/1,79·10-4=55,9·10-12Ф;
другая емкость делителя:
C1=C`2/Kос=55,9·10-12/1=55,9·10-12Ф;
тогда:
Чтобы сопротивление нагрузки R`н, пересчитанное к выходным электродам транзистора, не снижало заметно добротности контура, нужно выполнить условие R`н>>Rн. На практике достаточно, чтобы R`н=3Rн, обычно Rн = 50 Ом. Тогда R`н=150 Ом.
 |
Добротность последовательной цепочки CсвRн:
 |
емкость связи:
 |
емкость связи, пересчитанная в параллельную к емкости C2:
 |
емкость делителя (без учета емкости связи с нагрузкой):
 |
Расчет цепи смещения.
Чтобы делитель R1R2 не шунтировал колебательную систему, должно выполнятся неравенство Rр(CΣ/C1)2<<Rист.
 |
Расчет цепи питания. Значение сопротивления Rбл выбирают равным (5…10)Rк.
 |
сопротивление емкости блокировочного конденсатора Cбл1 на рабочей частоте должно быть много меньше внутреннего сопротивления источника питания, выбираем 1/2πfрСбл=0,1 Ом. Тогда:
 |
напряжение питания:
 |
Обозначения элементов в расчете соответствует обозначениям на схеме (рисунок 5.1).
Рисунок 5.1 – Принципиальная электрическая схема кварцевого автогенератора.
6 РАСЧЕТ УСИЛИТЕЛЬНОГО ТРАКТА
6.1 Расчет оконечного каскада усилительного каскада
Произведем расчет оконечного каскада усилителя исходя из предъявляемых к нему требований: выходная мощность 0,1 Вт, частота 7,5 ГГц.
Руководствуясь исходными данными, выбираем транзистор 3П602Д-2, со следующими характеристиками:
| - uраничная частота ft, ГГц | 12; |
| - rрутизна переходной характеристики S, А/В | 0,1; |
| - напряжение отсечки Eотс, В | -5,1; |
| - yапряжение отсечки затвора Eотс з, В | 0,5; |
| - уапряжение Eс0, В | 0,65; |
| - cопротивление насыщения rнас, Ом | 3; |
| - допустимое напряжение стока Uс доп, В | 7,5; |
| - допустимое напряжение на затворе Eзи доп, В | 3,5; |
| - допустимая температура tдоп | 130; |
| - допустимая мощность рассеяния Pрас. доп, Вт | 1,35; |
| - контактная разность потенциалов Uφ, В | 0,8; |
| - емкость затвор-канал Сзк, пФ | 1,3; |
| - емкость сток-затвор Ссз, пФ | 0,4; |
| - емкость сток-канал Сск, пФ | 0,08; |
| - сопротивление истока rз, Ом | 1; |
| - сопротивление истока rи, Ом | 1,25; |
| - сопротивление стока rс, Ом | 1,5; |
| - сопротивление канала rк, Ом | 5; |
| - индуктивность исток Lи, нГн | 0,075; |
Произведем расчет электрического режима работы транзистора. Расчет производится по методике приведенной в [6].
 |
Существует ограничение на максимально допустимое значение напряжение на стоке Uс доп, тогда должно выполнятся неравенство:
пусть Ec=4 В.
Для достижения наибольшего коэффициента усиления по мощности угол отсечки тока стока θ выбираем равным 180˚ (режим А).
 |
Определим амплитуду первой гармоники тока стока:
где мощность Pс1 задают в 1,1…1,2 раза больше мощности требуемой в нагрузке Pн. Из предварительного расчета мощность излучения должна быть 30 мВт, но так как существуют потери в выходной колебательной системе и в волноводном тракте мощность оконечного каскада должна быть больше.
 |
Затухание в волноводе α=0,0794 дБ/м, длина волноводной линии 30·2 м. Тогда общее затухание в волноводном тракте:
 |
КПД выходной колебательной системы обычно не меньше 95%, тогда мощность выходного каскада должна быть:
то есть выходная мощность, с учетом небольшого запаса, составит Рн=100 мВт. Одновременно Pс1 не должна превышать Pс max. Примем Pс1=1,1·Pн=1,1·0,1=0,11 Вт. Коэффициенты Берга для угла отсечки θ=180˚: α0=0,5; α1=0,5; γ0=1; γ1=1.
 |
Тогда:
 |
Рассчитаем амплитуду первой гармоники напряжения на стоке в граничном режиме:
 |
Находим эквивалентное сопротивление нагрузки:
 |
Постоянная составляющая тока стока и мощность потребляемую от источника питания:
 |
Определяем усредненные по первой гармонике емкости Сзк и Ссз:
 |
где
тогда: