Расчет радиопередатчика с ЧМ модуляцией (стр. 4 из 5)
где ωβ – частота, на которой модуль коэффициента усиления тока в динамическом режиме уменьшается в √2 раз по сравнению со статическим режимом. ωβ находится по формуле ωβ = ωгр / B , где В – средний коэффициент усиления тока (15…30).
Определим мощность, рассеивающуюся на корректирующем сопротивлении
= 0.55 Вт.Найдем входное сопротивление транзистора
Rвх = γ1 (θ) ∙ ωгр∙ Lэ / æ = 0.5 ∙2 ∙ π ∙ 100 ∙ 106 ∙ 1 ∙ 10-9 / 1.217 = 0.26 Ом,
где Lэ – индуктивность эмиттерного вывода транзистора (справ.).
Определим мощность, обусловленную прямым прохождением мощности в нагрузку через Lэ и связанную с Rвх
P’’вх =I2б1 ∙ Rвх / 2 = 2.432 ∙ 0.26 / 2 = 0.76 Вт.
Рассчитаем входную мощность, требуемую для обеспечения заданной выходной мощности
Pвх = P’вх + P’’вх = 0.55 + 0.76 = 1.31 Вт.
Найдем коэффициент передачи по мощности усилителя
Kp = (P1 + P’’вх) / Pвх = ( 36.8 + 0.76 ) / 1.31 = 28.7
Определим входную индуктивность усилителя
Lвх = Lб + Lэ / æ = 1 ∙ 10-9 + 2 ∙ 10-9 / 1.217 = 2.82 нГн,
где Lб – индуктивность базового вывода транзистора (справ.).
Рассчитаем входную емкость усилителя
Свх = æ ∙ Сэ / γ1 (π - θ) = 1.217 ∙ 2300 ∙ 10-9 / 0.5 = 5.6 нФ.
Найдем усредненное за период колебаний сопротивление коррекции Rпар
Rпар = RЗ ∙ γ1 (π - θ) = 13.8 ∙ 0.5 = 6.9 Ом.
3.3 Расчет цепи питания усилителя мощности.
Выбор схемы цепи питания.
Цепь питания содержит источник постоянного напряжения и блокировочные элементы. Благодаря блокировочным элементам исключаются потери высокочастотной мощности в источнике питания, и устраняется нежелательная связь между каскадами через источник питания.
В качестве схемы цепи питания выберем параллельную схему (рис. 6.), когда источник питания, активный элемент и выходная цепь включены параллельно. Последовательная схема цепи питания не будет использоваться, потому что требуется, чтобы выходная согласующая цепь пропускала постоянный ток.
Рис. 6.
Емкость Сбл с индуктивностью Lбл и емкостью Ср образуют колебательный контур резонирующий на частоте меньшей рабочей частоты усилителя, что может привести к возбуждению колебаний. Чтобы исключить их применяют антипаразитный резистор Rап и проектируют цепь питания как ФНЧ.
Определим блокировочную индуктивность из условия
ωmin ∙ Lбл >> Rk
Lбл >> Rk / ωmin = 4.6 / 2 ∙ π ∙ 25 ∙ 10-6 = 29.3 ∙ 10-9
Lбл = 10 мкГн.
Рассчитаем сопротивление антипаразитного резистора из условия
Rап << 0.1 ∙ Rk = 0.1 ∙ 4.6 = 0.46
Определим емкость блокировочного и разделительного конденсаторов
Сбл = Ср = Lбл / 2 ∙ Rап = 10 ∙ 10-6 / 2 ∙ 0.46 = 10.9 мкФ.
3.4 Расчет цепи смещения усилителя мощности.
Выбор схемы цепи смещения.
Напряжение смещения биполярного транзистора в оптимальном режиме зависит от входного напряжения, а следовательно от входной мощности.
Обеспечить требуемое напряжение смещения с помощью фиксированного смещения нецелесообразно, поскольку изменение входной мощности приведет к отклонению режима работы транзистора по постоянному току от оптимального.
Для стабилизации режима работы транзистора применяют комбинированное смещение, при этом к базе транзистора необходимо подвести постоянное напряжение отсечки uотс и обеспечить автосмещение Uавт = γ0( π – θ) ∙ Qy1 / Cэ.
Рассчитаем требуемое сопротивление автосмещения и элементов схемы смещения
Rсм =
,так как θ = 90˚ формула приимет вид
Rсм = Rз =
,где τβ –постоянная времени на частоте ωβ (частота, на которой модуль коэффициента усиления тока в динамическом режиме уменьшается в √2 раз по сравнению со статическим режимом. ωβ находится по формуле ωβ = ωгр / B , где В – средний коэффициент усиления тока) и находится по формуле τβ = 1 / ωβ = 1 / 2 ∙ π ∙ 5 ∙ 106 = 31.8 нс.
Rсм = 13.8 Ом. 
необходимо чтобы выполнялись условия:  |
Eп ∙ R2 / ( R1 + R2 ) = Uотс , R1 ∙ R2 /( R1 + R2 ) = Rсм. 
Эти условия выполняются при 
R1 = 278.6 Ом ≈ 280 Ом и R2 = 14.6 Ом ≈ 15Ом.4. РАСЧЕТ ВЫХОДНОЙ НАГРУЗОЧНОЙ СИСТЕМЫ УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ.
Назначение нагрузочной системы – фильтрация высших гармоник и согласование транзистора с нагрузкой. Для обеспечения фильтрации высших гармоник в усилителе мощности нагрузочная система настраивается на частоту первой гармоники сигнала. Настроенная в резонанс нагрузочная система обладает на частоте первой гармоники чисто активным входным сопротивлением. Согласование нагрузки заключается в том, чтобы , подключив нагрузочную систему к транзистору и к нагрузке, обеспечить оптимальное (критическое) сопротивление нагрузки транзистора Rк.при согласовании не должно нарушаться условие резонанса, должен обеспечиваться по возможности большой к.п.д. нагрузочной системы ηк, добротность нагрузочной системы должна оставаться достаточно высокой для сохранения хорошей фильтрации высших гармонических составляющих.
В усилителях мощности на транзисторах широкое применение получил П – образный контур, схема которого изображена на рисунке 8.
Рис. 8.
На частоте сигнала f входное сопротивление П – контура должно быть чисто активным и равным требуемому критическому сопротивлению нагрузки транзистора Rк. таким образом П – контур на частоте сигнала f трансформирует активное сопротивление нагрузки Rн в активное входное сопротивление Rк.
4.1 Электрический расчет нагрузочной системы
Зададимся величиной волнового сопротивления контура
ρ = 2 ∙ π ∙ f ∙ L0 = 250 – 500 Ом
ρ = 300 Ом.
Определяем индуктивность контура L0
L0 = ρ / 2 ∙ π ∙ f = 300 / 2 ∙ π ∙ 25 ∙106 = 1.91 мкГн.
На частоте сигнала f П – контур сводится к виду, изображенному на рисунке 9, причём L, L0, C0 находятся в соотношении
2 ∙ π ∙ f ∙ L = 2 ∙ π ∙ f ∙ L0 – 1 / 2 ∙ π ∙ f ∙ C0.
Рис. 9.
Величиной L необходимо задаться в соответствии с формулой
L >
= 
= 118∙ 10-9 ≈ 120 нГн.Определяем С0
С0=1 / (4 ∙ π 2∙ f2 ∙ (L0 – L)) =1 / (4 ∙ π 2∙ (25 ∙106)2 ∙(1.91∙10-6 – 120∙10-9))=22.6 пФ.
Определяем емкости С1 и С2
С1 =
= = 
== 573 пФ.
С2 =
= = 
== 352 пФ.
Рассчитываем внесенное в контур сопротивление
rвн =
= 
= 4.12 Ом.Определим добротность нагруженного контура
Qн = ρ / (r0 +rвн ),
где r0 – собственное сопротивление потерь контурной индуктивности L0. Эта величина точно определяется при конструктивном расчете контурной катушки индуктивности, а на данном этапе можно принять r0 = (1…2) Ом = 1 Ом.