Проектирование автомобильного передатчика (стр. 2 из 3)
Наиболее широко применяют два способа получения ФМ. Один из них состоит в расстройке контура усилительного каскада и примечателен своей универсальностью: в модуляторе одновременно с ФМ происходит усиление мощности. Второй способ – использование фазовращающих цепей.
Следующим каскадом в нашем передатчике является фазовый модулятор, в котором ФМ осуществляется в контурах усилительного каскада путём управления его расстройкой с помощью модулирующего сигнала. В качестве управляемого реактивного элемента здесь используется варикап. Для увеличения индекса модуляции варикапы подключены ко всем контурам усилителя. Изменение резонансной частоты контура усилителя изменяет фазу высокочастотных колебаний в контуре в соответствии с его фазовой характеристикой. Схема имеет вид:
После фазового модулятора ставим умножители частоты. В основе работы маломощных транзисторных умножителей частоты обычно лежит принцип выделения гармоники нужной частоты из импульсов коллекторного тока. На высоких частотах на режим и параметры влияет реакция нагрузки, и её необходимо учитывать.
При достаточно высокой добротности контуров умножителя его входное и выходное напряжения имеет форму, близкую к гармонической. Но в общем случае ток и напряжение на входе транзистора в режиме с отсечкой имеют негармоническую форму, и это усложняет расчёт.
Трудность создания резонансных умножителей частоты заключается в низких значениях коэффициентов Берга при большой кратности умножения. Поэтому следует выбирать углы отсечки максимизирующие соответствующие коэффициенты Берга. Также известно, что коэффициент усиления уменьшается при увеличении кратности умножения. Схемы умножителей бывают с параллельным питанием или с последовательным. Схема умножителя:
Мы взяли схему с последовательным питанием. Для уменьшения влияния нагрузки на параметры контура и согласования контура с VT мы нагрузку подключаем частично. Можно добавить фильтр " пробка" в коллекторную цепь, для уменьшения влияния первой гармоники на параметры контура. После умножителя ставим выходной каскад – ГВВ с резонансной схемой согласования в коллекторной цепи. Генератор с внешним возбуждением относится к классу усилителей высокой частоты. В отличие от малосигнальных усилителей ВЧ ГВВ имеет дело с большими уровнями сигналов, действующими на его входе и выходе, и работает как в линейном, так нелинейном режимах. В этой связи ГВВ принято характеризовать рядом энергетических показателей. К ним относятся выходная колебательная мощность, мощность, потребляемая от источника питания, мощность рассеяния по выходному электроду, коэффициент полезного действия по выходному электроду, коэффициент усиления по мощности и ряд других. Качество генератора во многом зависит от уровня достигнутого КПД и Кр при заданном уровне выходной мощности. Поэтому ГВВ можно рассматривать как устройство, осуществляющее преобразование энергии источника питания в ВЧ энергию с достаточно высоким КПД и управляемое внешним ВЧ сигналом. В ГВВ с избирательными цепями согласования можно реализовать три возможных режима работы: недонапряжённый, критический, перенапряжённый. Если напряжение источников питания, смещения и амплитуды возбуждения неизменно, то требуемый режим работы ГВВ достигается подбором нагрузки, по выходному электроду. При энергетическом расчёте ГВВ в критическом режиме на заданную мощность одним из параметров, которым приходится задаваться, является угол отсечки. Его значение можно выбирать из интервала от 0 до 180 градусов. Однако при разных значениях углов отсечки получаются различными такие важные характеристики ГВВ как электронный КПД, Кр, насыщенность выходного тока высшими гармониками и ряд других. Известно, что усилительные свойства АЭ наиболее высоки в классе А. При выборе угла отсечки из интервала 120 – 180 усилительные свойства АЭ уменьшаются, но незначительно. Однако электронный КПД ГВВ получается при этом невысоким и лишь немного превышает 50%. При выборе угла отсечки < 120 начинает расти требуемая амплитуда напряжения возбуждения и заметно снижается коэффициент усиления по мощности. Одновременно увеличивается вес высших гармоник в импульсной последовательности выходного тока. Максимум амплитуды второй гармоники наблюдается при угле отсечки 60 градусов, а третьей – при 40 градусов. Изменение веса третьей гармоники имеет колебательный характер, и при угле отсечки 90 градусов её вес равен нулю. Одновременно с уменьшением угла отсечки наблюдается рост электронного КПД. Максимум его получается при угле отсечки (50 - 60) градусов, а затем идёт резкое снижение. При угле отсечки < 90 градусов начинает быстро убывать Кр и увеличивается требуемая мощность возбуждения.
Приходится искать компромиссное решение, при котором можно получить приемлемые усилительные свойства АЭ и достаточно высокий КПД. Это компромиссное решение получается при выборе угла отсечки в окрестности 90 градусов. При этом электронный КПД становится близким к максимальному, Кр уменьшается всего лишь в два раза в сравнении с максимально возможным. Кроме того, минимизируется третья гармоника тока выходного электрода. Мы использовали ГВВ с включением транзистора по схеме с общим эмиттером.
Вычислим колебательную мощность выходного каскада, для этого зададим значения следующих величин:
hпк – КПД промежуточного контура (0.7 – 0.9) – берём равным 0.8;
hак – КПД антенного контура (0.8 – 0.95) – берём равным 0.9;
hм – КПД моста сложения мощности (0.8 – 0.95) – берём равным 0.9;
hпз – коэффициент производственного запаса (1.1 – 1.3) – берём равным 1.1;
P~ = 37 Вт - выходная мощность. f = 108 МГц - рабочая частота.
Определим колебательную мощность выходного каскада:
Выходной каскад передатчика будем выполнять по однокаскадной схеме усилителя мощности с общим эмиттером. Однокаскадная схема применяется из-за простоты исполнения, а также исходя из достаточно низкой величины выходной мощности.
Определяем необходимое значение общего коэффициента умножения, который будет обеспечен несколькими умножителями: Nобщ = 32
Для получения такого коэффициента умножения будем использовать пять удвоителей частоты, так как это позволит нам получить заданную мощность в нагрузке без использования очень мощных транзисторов и дополнительных каскадов усиления.
Рабочая частота автогенератора:
fАГ =
= 3,375 МГц.В качестве активных элементов во всех каскадах используются транзисторы.
Параметры транзисторов :
КТ 802 : fт = 20 МГц ; Ркмах = 30 Вт.
КТ 922 Б : fт = 175 МГц ; Р~ = 20 Вт ; Кр = 10
КТ 930 Д : fт = 450 МГц ; Р~ = 75 Вт ; Кр = 2.5
4. Генератор с внешним возбуждением
передатчик генератор кварцевый колебательный энергетический
Генератор с внешним возбуждением (ГВВ) относится к классу усилителей высокой частоты (ВЧ). В отличие от малосигнальных усилителей ВЧ ГВВ имеет дело с большими уровнями сигналов, действующими на его входе , и работает как в линейном , так и нелинейном режимах. ГВВ можно рассматривать как устройство , осуществляющее преобразование энергии источника питания в ВЧ энергию с достаточно высоким КПД и управляемое внешним высокочастотным сигналом.
В диапазонах ДВ , СВ , КВ , УКВ , СВЧ широкое применение при создании ГВВ находят различные типы транзисторов и ламп. Верхняя частотная граница их применения достигает 50 ГГц ( и выше ) и имеет тенденцию к росту. ГВВ, выполненные на лампах и транзисторах , имеют много общих признаков , т.к. решают задачу получения требуемой мощности ВЧ колебаний в нагрузке.
Вместе с тем ламповые и транзисторные ГВВ обладают рядом существенных отличий. Причина этого кроется в различии физических процессов протекающих в указанных типах активных элементов (АЭ).
Такой АЭ , как лампа ( триод , тетрод , пентод ), имеет высокий уровень анодного питания , относительно малую величину крутизны проходных характеристик , большие уровни внутреннего и входного сопротивлений. Для получения от лампы её номинальной мощности требуется высокоомная анодная нагрузка. Проходные характеристики у ламп левые. Возбуждение лампового ГВВ проще реализовать от источника напряжения.
Транзисторы в отличие от ламп являются токовыми приборами. Они имеют большую величину крутизны входной и проходной характеристик, низковольтное напряжение источника коллекторного питания и требуют низкоомную коллекторную нагрузку для отбора номинальной мощности. Проходная характеристика биполярных транзисторов правая. Принимая во внимание, что в области средних и высоких частот коэффициент усиления по току транзистора существенно ниже, чем в области низких частот, и базовый ток сравним по величине с коллекторным током, входное сопротивление транзистора в схеме с общим эмиттером получается низкоомным и его возбуждение удобнее реализовать от источника тока.