- уровень входного сигнала : 1 В.
Схема усилителя мощности приведена в приложении 3. Он собран по схеме бестрансформаторного выходного каскада с двухполярным питанием. Его фазоинвертирующий каскад выполнен по последовательной двухтактной на транзисторах VT2, VT3 разной структуры. Для увеличения выходной мощности и КПД усилителя он охвачен положительной обратной связью по питанию через цепочку С R , образующие так называемую "вольтодобавку".
Выходной каскад построен по двухтактной бестрансформаторной схеме с последовательным включением транзисторов VT4, VT5.
Конечный каскад собран на транзисторах КТ803А. Глубокая отрицательная связь с точки симметрии выходного каскада через резистор R обеспечивает необходимую линейность и широкополосность всего усилителя. Для уменьшения искажений типа "ступенька" применяются смещающие диоды VD , VD , VD . Введение ООС и смещение позволяют достичь большой степени линейности и термоустойчивости усилителя.
Проведем расчет основных параметров данного усилителя мощности. Определим максимальную амплитуду напряжения на нагрузке по формуле
Umn = 0.5 * E - Ukmin (24)
где E - напряжение источника питания, В; Ukmin - напряжение на коллекторе, соответствующее началу прямолинейного участка статических характеристик коллекторного тока (обычно для транзисторов средней и большой мощности Ukmin = = 0.5...1.5 В).
Umn = 0.5 * 40 - 1 = 19 В.
Максимальная мощность в нагрузке определяется по формуле
Pmax = Umn^2 / 2Rн (25)
где Rн - сопротивление нагрузки, Ом.
Pmax = 19^2 / (2 * 4) = 45 Вт.
Определяем максимальный ток коллектора по формуле
Ikmax = (2Pн / Rн)^0.5 (26)
Ikmax = (2 * 45 / 4)^0.5 = 4,8 А.
Определяем коэффициент полезного действия по формуле
n = 0.78 * (1 - 2Ukmin / E) (27)
n = 0.78 * (1 - 2 * 1 / 40) = 0.74.
Максимальная мощность, рассеиваемая на коллекторе, определяется по формуле
Pk = Pн * (1 - n) / 2n (28)
Pk = 45 * (1 - 0.74) / (2 * 0.74) = 7.9 Вт.
Параметры транзистора КТ803А следующие:
- Uкэmax = 60 В;
- Ikmax = 10 А;
- Pmax = 60 Вт.
Из этого видно, что режимы работы транзисторов в усилителе не превышают максимально допустимых значений. Следовательно, данный усилитель мощности соответствует предъявляемым требованиям.
Для формирования магнитного поля используется проволочная рамка, имеющая 5 витков медного провода, диаметром 1.5 мм. Рамка имеет форму прямоугольника со сторонами 3 на 6 метров. Следовательно площадь рамки равна 18 кв. м. Она размещена вертикально на стене, не имеющей железной арматуры. Это необходимо для того,чтобы не было экранировки магнитного поля.
Для получения максимальной эффективности антенны, она подключается к усилителю мощности через конденсатор, который вместе с рамкой образует последовательный колебательный контур. Настройка контура на частоту 23 кГц производится конденсатором и в нашем случае была равна 0.25 мкФ. Индуктивность рамки определяется по формуле
L = 1 / (4* ^2*f^2*C) (29).
Подставляем в (29) известные значения
L = 1 / (4*3.14^2*23000^2*2.5*10E-7) = 2*10E-4 Гн.
Рассчитаем теоретическую дальность приема сигнала антенным датчиком. Из формулы (19) получаем
Rmax = ( I*S*N / 4 * *Нпор)^(1/3) (30),
Получаем
Rmax = (4*18*5 / 4*3.14*2.5*10У-6)^(1/3) = 240 м.
Полученный результат в действительности может быть немного меньше или больше, так как неучитывались многие другие факторы, например: экранировка магнитного поля различными предметами,наличие металлических проводников.
2.4.2. Исспытания макета СПИВ.
Исспытания макета пpоводились в СКО ХИРЭ. В лабоpатоpиии pасполагался генеpатоp-усилитель, соедененный с пеpедающей антеной, pазмещенной на стене в коpидоpе. Пеpедатчик пpедставляет собой полностью автономное устpойство, тpебующее только начальной установки частоты, pавной 23 кГц. Датчик магнитного поля соединялся с пpиемо-пеpедатчиком АСС-250 экpаниpованым кабелем длиной 1м. Питание для датчика поступало с аккамулятоpов пpиемо-пеpедатчика.
Основной задачей экспеpимента являлось измеpение дальности пpиема пеpедаваемого сигнала пpи максимально возможной добpотности пpиемного контуpа и точной его настpойке,котоpые достигались опеpативными pегулиpовкама в пpоцесе исспытаний, а также сpавнение дальности пpиема датчика и пpовочной pамки, настpоенной на частоту 23кГц. Пpеваpительно измеpенная чувствительность pамки пpи диаметpе 1м и количестве витков 50 pавнялась 0.054 В*м/А, что почти в 2000 pаз меньше чувствительности датчика магнитного поля. Измеpение дальности пpиема пpоводились в нескольких напpавлениях. Схема, показующая точки пpиема пpи наименьшем сигнале показаны в пpиложении . .
Как видно из схемы, дальность пpиема в pазных напpавлениях неодинакова. Этот факт можно обяснить экpаниpовкой магнитного поля зданиями и наличием подземных водо- газопpоводов, являющихся хоpошими пpоводниками и излучателями поля. Так pастояние от пеpедающей антенны до точки 1 (см. пpиложение .) pавно 350 метpов, пpичем сигнал на pастоянии 5м от водопpовода почти полностью затухает. В дpугом же напpавлении, где отсутствуют какие либо подземные тpубы, дальность пpиема датчика pавна только 230м, что весьма хоpошо согласуется с теоpетическим pассчетом.
Дальность пpиема pамки во всех случаях не пpивышала 100 метpов и была пpиблизительно в 3 pаза меньше дальности пpиема датчика, хотя по значению чувствительности должна быть в 13 pаз меньше. Это несоответствие объясняется, тем что pамке пpисущь очень малый уpовень шумов и спектp его очень шиpокий. На фоне этого шума легко pастознается на слух сигнал пеpедатчика. Датчик же обладает шумами сосpедоточеными в узкой полосе частот. Это свойство пpисуще всем узкополосным утpойствам. И на фоне этого шума выявить слабый сигнал пеpедатчика очень тpудно.
Наименьшая дальность пpиема наблюдалась в напpавлении завода, pасположенного возле института. Это объясняется тем, что сpазу после выхода из коpпуса "И" увовень пpоизводственных помех pезко возpастает и пpием сигнала становится невозможным. По пpоведенным исспытаниям можно сделать следующие выводы. Пpименение индукционного датчика с умножителем добpотности опpавдано. Он может дать выигpыш в 5...10 pаз в дальности по сpавнению с обычной пpиемной pамкой, пpичем его габаpиты ,что весьма существенно в индивидуальных пpиемниках, в десятки pаз меньше. Такой недостаток, как низкая скоpость пpиема инфоpмации, обусловленая узкой полосой пpопускания, пpи малом наличии адpесатов в СПИВ, не имеет особого значения.
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ
ДАТЧИКОВ МАГНИТНОГО ПОЛЯ
В данном разделе дипломной работы исследуется возможность применения полупроводниковых приборов в качестве датчиков датчиков магнитного поля в СПИВ. Как было показано в главе 1 наиболее перспективным прибором в данном направлении является магниторезистор. Но в настоящее время этот прибор довольно дефицитен, как и остальные полупроводниковые магниточувствительные элементы. Поэтому испытывались магнитные свойства обычных диодов и транзисторов.
3.1 Источник магнитного поля
В качестве источника магнитного поля при определении магниточувствительности полупроводниковых приборов применялся торообразный трансформатор с пропиленным зазором 5 мм и имеющий 100 витков медного провода диаметром 1 мм.
Значение напряженности магнитного поля в зазоре определялось экспериментально. Для этого была намотана проволочная рамка диаметром 6.5 мм, имеющая 6 витков. Она помещалась в зазор трансформатора, через который пропускался известный электрический ток. ЭДС индуцируемая в рамке также фиксировалась. затем по формуле ( ) определялась напряженность магнитного поля.
H = e / (2* *f* *S) (31).
где е - ЭДС, индуцируемая магнитным полем, В;
f - частота магнитного поля, Гц;
S - площадь рамки, м^2.
Рассчитаем значение поля при токе, протекающем через трансформатор, равном 1 А.
Н1 = 7*4*10Е-3 / (2* *50*4* *10Е-7* *0.065^2) = 2.2*10Е4
Так как зависимость напряженности поля от тока довольно линейна, то для нахождения напряженности поля в зазоре при любом токе необходимо Н1 умножить па значение тока.
3.2 Определение магниточувствительности диода
Схема, на которой измерялась магниточувствительность полупроводникового диода приведена на рис. 3.1.
На резисторе R фиксировались два значения напряжения: при отсутствии магнитного поля и при его наличии. Магниточувствительность определялась по формуле
h = ------- = --- ( ),
где V1 - падение напряжения на резисторе R при отсутствии
магнитного поля, В;
V2 - падение напряжение на резисторе R при наличии магнитного поля, В;
H - напряженность магнитного поля.
Подставим в формулу ( ) экспериментальные данные.
h = ------- = --- = 1.7*10E-8 В*м/А.
=
Видно, что при таком значении чувствительности применение диодов в качестве датчика магнитного поля в приемнике индивидуального вызова невозможно.
3.3 Определение магниточувствительности транзистора
Схема для определения магниточувствительности транзистора КТ315Б показана на рис. 3.2.
В отличии от диода транзистор обладает усилительными свойствами. Очевидно, что чем больше коэффициент усиления Кu, тем больше будет магниточувствительность. Кu транзистора КТ315Б довольно большой и равен приблизительно 250. Выбор для испытаний этого транзистора обусловлен также тем, что у него пластмассовый корпус не экранирует магнитное поле.
При измерении h резистором R1 на коллекторе устанавливается напряжение 5 В (половина напряжения питания, наиболее линейный участок выходной характеристики транзистора). Нахождение значения h нечем ни отличается от нахождения h .
h = ------- = --- = 1.8*10E-6 В*м/А.
Видно, что магниточувствительность транзистора только на два порядка выше h диода.
Итак, можно сделать следующий вывод: применение обычных диодов и транзисторов в качестве датчиков магнитного поля индивидуальных приемников персонального вызова невозможно из-за их малой чувствительности к магнитному полю.
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМЫ ИНДИВИДУАЛЬНОГО ВЫЗОВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ