3. Расчет структурной схемы передатчика.

Проведем предварительный расчет и разработаем структурную схему транзисторного передатчика.

В соответствии с заданием, мощность в антенне P_A = 10 Вт, диапазон частот 26 ÷ 27.8 МГц . В качестве активного элемента усилителя мощности выбран биполярный транзистор КТ912А.

В соответствии со справочными данными η =70/100 = 0,7 и коэффициент усиления K_P = 15, примем для расчета КПД каждого УМ η = 0,7.

Для обеспечения требуемой мощности в антенне, решено использовать 2 каскада усиления (УМ1, УМ2) с параметрами:

Р_ВЫХ2 = Р_А/η = 10/0,7 = 15 Вт

Р_ВХ2 = Р_ВЫХ2/К_Р = 15/15 = 1 Вт

Р_ВЫХ1 = Р_ВХ2/η = 1/0,7 = 1,45 Вт

Р_ВХ1 = Р_ВЫХ1/К_Р = 1,45 /25 = 0,06 Вт

Для УМ1 выбран транзисторы:

BD135, структура npn

Макс. напр. к-б при заданном обратном токе к и разомкнутой цепи э.(Uкбо макс),В 50

Максимально допустимый ток к ( Iк макс.А) 1.5

Статический коэффициент передачи тока h21э мин 40

Граничная частота коэффициента передачи тока fгр.МГц 50

Максимальная рассеиваемая мощность ,Вт 12.5

2N5551, структура npn

Макс. напр. к-б при заданном обратном токе к и разомкнутой цепи э.(Uкбо макс),В 180

Макс. напр. к-э при заданном токе к и разомкнутой цепи б.(Uкэо макс),В 160

Максимально допустимый ток к ( Iк макс.А) 0.6

Статический коэффициент передачи тока h21э мин 50

Граничная частота коэффициента передачи тока fгр.МГц 100

Максимальная рассеиваемая мощность ,Вт 0.35

Перед УМ1 устанавливаются каскады предварительного усиления:

Р_ВЫХ3 = 0,06 /0,7 = 0,09 Вт

Р_ВХ3 = 0,1/50 = 2 мВт

Р_ВЫХ2 = 2/0,7 = 2.9 мВт

Р_ВХ2 = 2.9 /50 = 0,06 мВт

Р_ВЫХ1 = 0,06 /0,7 = 0,086 мВт

Р_ВХ1 = 0,086 /50 = 2 мкВт.

В передатчике применен высокостабильный, Δf/f = 10^-6, КАГ выдающий сигнал на рабочей частоте. Исходя из предварительного расчета, строим структурную схему радиопередатчика (рис. 1). В соответствии с полученной структурной схемой (рис. 1) и ее параметрами построим электрическую принципиальную схему связного транзисторного передатчика и рассчитаем параметры ее элементов.

Рис.1. Структурная схема передатчика с прямой ЧМ.

3.1. Расчет выходного усилителя мощности (ум2).

Для генератора в узком диапазоне частот рабочая частота определяется по формуле:

где F_H, F_B – нижняя и верхняя частоты диапазона.

Исходные данные для расчета:

F_P = Мгц

Р_ВЫХ2 = 15 Вт

Е_к = Е_П = 30 В

R_A = 50 Ом

В качестве активного элемента усилителя мощности выбран биполярный транзистор КТ912А.

Основные технические характеристики транзистора КТ912А:

• Структура транзистора: n-p-n;

• Рк т max - Постоянная рассеиваемая мощность коллектора с теплоотводом: 30 Вт;

• fгр - Граничная частота коэффициента передачи тока транзистора для схемы с общим эмиттером: более 90 МГц;

• Uкэr max - Максимальное напряжение коллектор-эмиттер при заданном токе коллектора и заданном сопротивлении в цепи база-эмиттер: 70 В (0,01кОм);

• Uэбо max - Максимальное напряжение эмиттер-база при заданном обратном токе эмиттера и разомкнутой цепи коллектора: 5 В;

• Iк max - Максимально допустимый постоянный ток коллектора: 20 А;

• Iкэr - Обратный ток коллектор-эмиттер при заданных обратном напряжении коллектор-эмиттер и сопротивлении в цепи база-эмиттер: не более 50 мА (70В);

• h21э - Статический коэффициент передачи тока, для схем с общим эмиттером: 10... 50;

• Ск - Емкость коллекторного перехода: не более 200 пФ;

• Ку.р. - Коэффициент усиления мощности: не менее 10 дБ;

• Рвых - Выходная мощность транзистора: не менее 70 Вт на частоте 30 МГц.

Справочные данные для расчета:

r_Б = 0,129 Ом

C_Э0 = 180 пФ

L_Э = 0,54 нГн

C_Э3 = 60 пФ

S_ГР = 0,4

r_НАС = 1,2 Ом

Выбираем критический режим работы. Примем угол отсечки θ = 90°C.

Параметры, определяющие свойства эквивалентной схемы входной цепи транзистора:

Коэффициент:

Активное сопротивление:

r_Б0 = r_Б  α_Б = 0,129 12,83 = 1,65 Ом

Постоянная времени при открытом эмитторном переходе:

τ_r_Б0 C_Э0 = 1,65  180  10^-12 = 0,297 нс

Постоянная времени при закрытом эмиттерном переходе:

_З = r_Б0 C_ЭЗ = 1,65 ^нс

Характерные значения частот:

Обобщенные параметры:

Действительное значение угла отсечки θ_вч определяется по графику, при ξ_В= 0,91 и при θ_вч= 90° с учетом поправочного коэффициента:

тогда θ_вч = 100°

Для этого значения θ_вч коэффициенты гармонического разложения косинуидального импульса:

_

_

g₁ = 1,49

Обобщенный коэффициент для первой гармоники:

где K_a = 1,05 определен по графику с учетом поправочного коэффициента.

Амплитуда первой гармоники напряжения на коллекторе:

Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:

Требуемое сопротивление коллекторной нагрузки:

Постоянная составляющая коллекторного тока:

Мощность потребляемая по коллекторной цепи:

Мощность, рассеиваемая на коллекторе:

КПД по коллекторной цепи:

Крутизна по эмиттерному переходу:

Требуемая амплитуда напряжения на входе транзистора:

Требуемая мощность возбуждения:

Коэффициент усиления по мощности:

Расчет выходной цепи согласования.

R₀ выбирается из условия (0,2 … 0,5) R_min, где R_min — меньшее сопротивление из R_H2 = 10,58 Ом, R_A = 20 Ом.

Принимаем R₀ = 5 Ом.