3. Расчёт принципиальной схемы передатчика.

3.1 Расчёт выходного каскада. В качестве активного элемента в вых. Каскаде используется биполярный транзистор.

Его включение осуществляется по схеме с ОЭ , что позволяет получить мах. коэф. Передачи по мощности.

Для дальнейшего расчёта нам нужно задаться такими параметрами как :

• I_kmax,

• ,

• Eп.

Максимальная мощность будет выделяться в нагрузку при угле отсечки  = 120.Но оптимальным он считается = 90 потому что при таком угле мощность снизится на 7%,но КПД , что очень важно , повысится на 10% и почти вдвое снизится рассеиваемая мощность на коллекторе. Следовательно выберем = 90.

Активный элемент в основном задаётся из параметров :

• f = 400 МГц ,

• P_kmax = (2..3)P_вых = 60 Вт.

Исходя из этого , наиболее качественно подходит транзистор КТ930А. Его параметры :

• f_m = 900 МГц – предельная частота,

• T_k <= 313 – предельный нагрев коллектора,

• P_оп = 75 Вт – макс. рассеиваемая на коллекторе мощность,

• S_тр = А/В = 1 – крутизна статической хар–ки,

• C_н = 60 пФ – ёмкость КБ,

• C_э = 60 пФ – ёмкость ЭБ,

• I_kдоп = 6 А – макс. допустимый ток коллектора,

• U_kдоп = 50 B – макс. допустимое напряжение КЭ.

•  U_бдоп= 4 В – макс. модуль напряжения базы,

• L_э = 1,42 нГн – индуктивность вывода эммитера,

• L_к = 1,6 нГн – индуктивность вывода коллектора,

• f_ = f_/B – граничная частота.

Пусть В = 30 – постоянный усреднённый по времени коэф-т усиления по току

f_ = 900/30 = 30 МГц

Коэффициенты разложения косинусоидального импульса – нормированные отношения ряда Фурье. При  = 90 они находятся :

₁(90) = 0.5 , ₀ = 0.316

₁(Q) = ₁(Q) = ₁( - Q) = 0.5

₀(Q) = ₁(Q) = ₀( - Q) = 0.316

Запас мощности для компенсации потерь в целях согласования :

Пусть _ц.с. = 0,8 – КПД цепей согласования. Тогда

P₁ = P_вых/_ц.с. = 30/0,8 = 37,5 Вт

Зададимся

I_kмах = 0,9* I_kдоп = 0,9*6 = 5,4 А

Зададимся Eп при условии , что :

Eп<= U_kдоп/2 = 50/2 = 25 B

Пусть Eп= 25 В . Исходя из выше перечисленных параметров произведём расчёт :

1. Нормированная высота импульса коллек. тока : J_кр = 0,5 – 0,5(1 – 8Р₁/₁(Q)*S_кр*E_кр²)^1/2 = 0.4 A

2. Коэффициент напряжённости режима : _кр = 1 - _кр = 1 – 0.4 = 0.6

3. Амплитуда первой гармоники коллекторного тока :

I_к1 = ₁(90)*i_кмах = 0.5*0.54 = 2,7 (А)

4. Амплитуда первой гармоники коллекторного напряжения : U_к1 = _кр * Eк = 0.6*25 = 15 (В)

5. Постоянная составляющая коллекторного тока : I_к0 = ₀(90)* i_кмах = 0.318 * 5.4 = 1.717 (А)

6. Мощность потребляемая от ист. питания : P₀ = I_к0* Eк= 1.717*25 = 42.93 (Вт)

7. Мощность , рассеиваемая на коллекторе : P_рас = P₀ – P₁ = 42.93 – 37.5 = 5.43 (Вт)

Проверим на допустимую величину : P_рас < P_доп = 75 (Вт)

8. Электронный КПД : _э = P₁/ P₀ *100% =87.35%

9. Амплитуда управляющего заряда : Q_у=i_кмах/2f₁(1-cosQ) = 5.4/(2*3.14*900*10⁶) = = 954.9*10^-12 (Кл)

10. Минимальное мгновенное напряжение на эммитерном переходе : Uэ_min = U_отс – Q_у/C_э*(1 – cos(+Q)) = -0.394 (B)

Проверка : Uэ_min < Uб_доп = 4 В

11. Постоянное напряжение на эммитерном переходе : Uэ_по = U_отс - ₀(-Q)Q_у/C_э = = 0.6 – 0.318 *954.9/800 = 0.42 (B)

12. Сопротивление нагрузки : R_н = U_к1/I_к1 = 15/2.7 = 5.556 (Oм)

13. Коэффициент умножния : x = 1 + ₁(Q)*2f_mC_к*R_н = 1.942

14. Амплитуда первой гармоники суммарного тока : I_б1^= 2fQ_у*x=2*3.14*400*10⁶*9.5*10^-10*1.9= = 4.66 (A)

15. Для восстановления симметр. , косинусоидальной формы импульсов i_н(t) парал. Входу транзистора подключаем корректирующий резистор :R₃ = 1/2f_C_э = 6,63 (Ом)

16. Часть выходной мощности потреблямая в R₃ : P_вх^ =1/2* ₁(-Q)Q_у²/( R₃ - C_э² ) = 0,0554 (Вт)

17. Входное сопротивление :

R_вх = ₁Q2 f_mC_э/x = =0.5*2*3.14*0.03*0.24/1.778 = 0.349 (Ом)

18. Часть мощности в R_вх,обусловленная прямым прохождением мощности в нагрузку черезL_э : P_вх^” = I_бэ²*R_вх/2 = 3,796 (Вт)

19. Суммарная мощность расходуемая в сопротивлениях R₃ и R_вх :P_вх = P_вх^ + P_вх^” = 0.054 + 3.796 = 3.85 (Вт)

20. Коэффициент усиления по мощности : K_кр = (Р₁ + P_вх^”)/ P_вх = (37.5 + 3.796)/3.85 = = 10.726

21. Входная индуктивность : L_вх = L_б + L_э/x = 1.42 + 0.24/1.924 = 1.544 (нГн)

22. Входная ёмкость : C_вх = x*C_э/₁(- Q) = 3.108 (нФ)

23. Усреднённое сопротивление коррекции : R_кор = ₁(- Q)* R₃ = 0.5*6.63 = 3.316 (Ом)

Цепь питания выходного каскада содержит источник питания и блокировачные элементы.

Используем параллельную схему питания коллекторной цепи (Рис.2.)

г

Рис.2

деС_р предотвращает попаданиеE_п на выходные цепи ,С_бл служит в качестве фильтра , а также предотвращает

высокочастотные наводки. дроссель L_бл блокирует закорачивание высокочастотной составляющей через источник питания. Здесь номиналыL_бл иС_бл выбираются из условия :

2fL_бл R_н

1/2fС_бл R_н

Допустим :

L_бл = R_н/(200*3,14*400*10⁶) =22,2 пГн ,

Выберем

L_бл = 1 мкГн > 22,2 пГн

Допустим :

100R_н = 2fС_бл

С_бл = 1/200fR_н = 0.61 пФ – выберем6 пФ

Для практического осуществления выбранного режима нужно организовать цепь смещения рабочей точки , где E_см = U_эп0 = 0.42 B .Чтобы не применять отдельный источник смещения рабочей точки , напряж. смещения получаем от ист. питания с помощью резистивного делителя .

Напряжение смещения имеет ту же полярность , что и E_пит и содержит 2 составляющих :

• постоянное напряжение (образовано ист. питания и резистивным делителем),

• автосмещение вследствие протекания постоянной составляющей входного тока I₉через параллельное соединение резисторовR₁иR₂(Рис.3.).

Требуемый режим устанавливается при выполнении следующих условий :

E_п/(R₁ + R₂) = U_отс ;

R₂ R₂/(R₁ + R₂) = R_см = R₃ ;

Наиболее оптимально данным условиям соответствует R₂ = 21 Ом , тогда

l₁ = E_п/U_отс - R₂ = 10.25 Ом

Проверим 1^оеусловие

R₂ R₂/(R₁ + R₂) = 210/31 =6.7 Ом  R₃ = 6,63 Ом =>выполняется