2. Расчет выходного каскада
 Скачать 366.48 Kb.
|
|
СОДЕРЖАНИЕ Введение.......................................................................................................................2 1. Разработка структурной схемы передатчика....................................................5 2.Расчет выходного каскада......................................................................................7 2.1 Расчет коллекторной цепи...............................................................................8 2.2 Расчет входной цепи..........................................................................................10 2.3 Расчет элементов................................................................................................12 2.4 Расчет выходного согласующего устройства..............................................13 3. Расчет предвыходного каскада............................................................................16 3.1 Расчет коллекторной цепи................................................................................16 3.2 Расчет входной цепи..........................................................................................18 3.3 Расчет элементов................................................................................................21 3.4 Расчет цепи согласования................................................................................22 4. Расчет транзисторного автогенератора............................................................24 4.1 Выбор транзистора............................................................................................24 4.2 Электрический расчет.......................................................................................25 4.3 Энергетический расчет.....................................................................................28 5. Расчет нестандартной детали..............................................................................31 6. Требования к источнику питания.......................................................................33 Заключение................................................................................................................34 Список используемой литературы........................................................................35 Приложение...............................................................................................................36 Введение Радиопередающими называют устройства, предназначенные для выполнения двух основных функций - генерации электромагнитных колебаний высокой или сверхвысокой частоты и их модуляции в соответствии с передаваемым сообщением. Радиопередающие устройства входят в состав радиокомплексов, содержащих, кроме того, антенны, радиоприемные и различные вспомогательные устройства. Под термином «радиопередающие устройства» подразумеваем как радиопередатчики, так и их отдельные каскады. При проектировании задают параметры, которым должен удовлетворять радиопередатчик. Основными из них являются выходная мощность Pвых на рабочей частоте fраб или в диапазоне частот fmin..fmax; относительная нестабильность частоты  ; КПД передатчика  , где  - суммарная мощность, потребляемая от источника первичного питания; относительный уровень побочных излучений  , где  - суммарная мощность колебаний, излучаемых передающей антенной вне рабочей полосы; вид и параметры модуляции.Радиопередатчики классифицируются по назначению, условиям эксплуатации, выходной мощности, частоте, виду модуляции и т. д. Отметим, что по выходной мощности радиопередатчики на полупроводниковых приборах могут быть разделены на маломощные (выходная мощность - десятки милливатт), средней мощности (сотни милливатт - десятки ватт) и мощные (сотни ватт - единицы киловатт); по частоте - на высокочастотные (частота менее 300 МГц) и сверхвысокочастотные (частота более 300 МГц).[1] Общая структурная схема радиопередающего устройства (РПУ) (Приложение 1) может быть представлена в виде, изображенном на рисунке 1. Основными элементами этой схемы являются: возбудитель В, предназначенный для формирования несущего колебания; модулирующее устройство МУ, изменяющее параметры несущего колебания для однозначного отображения в нем передаваемой информации (модуляции), а также формирования временных и спектральных характеристик колебания; выходной усилитель ВУ, предназначенный для обеспечения необходимых энергетических характеристик электромагнитных колебаний; согласующее - фильтрующее устройство СФУ, предназначенное для согласования радиопередатчика с нагрузкой, роль которой обычно выполняет антенная система АС, и фильтрации неосновных компонентов электромагнитного колебания, в частности, возникающих в ВУ. Все приведенные элементы обычно выполняют в виде единой конструкции, называемой радиопередатчиком (РП). В состав всего РПУ наряду с РП входят кодирующее устройство К или устройство формирования сигнала УФС. Кодирующее устройство преобразует первичный сигнал, поступающий от источника информации ИИ, к виду, обеспечивающему высокую эффективность функционирования радиосистемы, надежность и другие показатели. Кодирование позволяет уменьшить влияние помех в линии связи, более эффективно использовать канал связи, и включает в себя выполнение таких операций, как преобразование сообщений из одной формы в другую (например, непрерывных в дискретную), устранение избыточности (эффективное кодирование) или введение искусственной избыточности в сообщение (помехоустойчивое кодирование). При отсутствии источника информации (например, в радиолокационных системах), сигнал, с помощью которого обеспечиваются необходимые временные и спектральные характеристики электромагнитного колебания, создают специальным устройством формирования сигнала УФС. Радиопередающее устройство может не содержать некоторых из приведенных на рисунке 1 элементов схемы. Часто некоторые из элементов выполняют совмещенные функции, например формирование несущего колебания, и модуляцию может осуществлять единый структурный элемент или модуляция и усиление сигнала могут происходить в одном элементе. Тем не менее, схема на рис. 1 характерна для широкого класса радиопередающих устройств.[2] 1. Разработка структурной схемы передатчика Разрабатываемый передатчик должен обеспечивать на своем выходе электромагнитные колебания с однополосной модуляцией с подавлением несущей на 32-40дБ. Уровень выходной мощности должен быть равен 25 Вт. Однополосную модуляцию можно осуществить с помощью балансного модулятора с последующей фильтрацией сигнала. При этом осуществить фильтрацию на рабочей частоте практически невозможно, так как требования к крутизне скатов АЧХ фильтра очень высоки и могут быть обеспечены только электромеханическими фильтрами, неспособными работать на достаточно высоких частотах. Поэтому проведем модуляцию и фильтрацию боковой полосы на фиксированной частоте 500кГц, которую получим путем деления частоты опорного кварцевого генератора на 10. Для сдвига полученного сигнала в рабочую полосу частот применим второй балансный модулятор. Возникающие при этом побочные составляющие могут быть отфильтрованы обычным полосовым фильтром. Передатчик должен работать на частоте 29 МГц. Поскольку необходим шаг перестройки частоты равный 100 кГц, необходимо предусмотреть синтезатор частоты. На вход синтезатора необходимо подать опорный сигнал с частотой 100кГц. Опорный сигнал получим путем деления частоты сигнала 500кГц на 5.Основными элементами синтезатора частоты являются фазовый детектор, фильтр нижних частот, генератор управляемый напряжением и делитель на 1495. Вышеуказанные элементы образуют возбудитель передатчика. Определим структурную схему тракта усиления мощности. Усилительный тракт должен быть способен обеспечит на выходе мощность 25 Вт. Определим число усилительных каскадов, необходимых для обеспечения заданной мощности. Примем мощность на выходе возбудителя равной 10 мВт. Тогда необходимый коэффициент усиления по мощности равен  .Для получения необходимого коэффициента усиления возьмем два каскада по 10 и один 25. Для обеспечения согласования усилительных каскадов между собой и с антенной введем согласующие звенья − Т-образные согласующие цепочки. В качестве оконечного усилительного каскада применим однотактный усилитель на транзисторе КТ948А. Этот транзистор способен обеспечить выходную мощность до 40 Вт. В предвыходном каскаде применим транзистор КТ938Б-2. В опорном генераторе в качестве активного элемента используем транзистор КТ315Б. Для усиления модулирующего сигнала дополнительно введем УНЧ. На основе вышеизложенного составим структурную схему передатчика. Полученная схема приведена на рисунке 2. На рис. 2 (Приложение 2) использованы следующие обозначения: ОГ - опорный генератор, :10 и :5 - делители частоты на 10 и 5 соответственно, СМ1 и СМ2 - преобразователи частоты, ЭМФ - электромеханический фильтр одной боковой частоты, ПФ - полосовой фильтр, УНЧ - усилитель низкой частоты, ФД - фазовый детектор (дискриминатор), ДПКД - делитель частоты с переменным коэффициентом деления, ГУН - Генератор управляемый напряжением, ФНЧ - фильтр нижних частот, Кi - каскады усилителя мощности, СУ - согласующие устройства. 2. Расчет выходного каскада Как было указано ранее, в качестве выходного каскада используем однотактный каскад. Принципиальная схема такого каскада приведена на рис. 3 В качестве активного элемента используем транзистор КТ948А.  Рис. 3 - Принципиальная схема каскада. Таблица 1 - Основные параметры транзистора КТ948А
2.1 Расчет коллекторной цепи Напряжение питания  = 30 В. Угол отсечки выберем θ=90̊.Рассчитаем коэффициент использования источника питания ξкр в критическом режиме  ,где  - коэффициент Берга для первой гармоники.Рассчитаем амплитуду первой гармоники напряжения U1 на коллекторе транзистора в критическом режиме  Максимальное напряжение на коллекторе  Амплитуда первой гармоники коллекторного тока  где P1 =25 Вт - выходная мощность передатчика. Максимальный коллекторный ток  Постоянная составляющая коллекторного тока  Максимальная мощность, потребляемая от источника питания  Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора  Сопротивление коллекторной нагрузки (эквивалентное выходное сопротивление каскада усиления)  10) Коэффициент полезного действия коллекторной цепи при номинальной нагрузке  2.2 Расчет входной цепи Постоянная составляющая коллекторного тока  Постоянные составляющие эмиттерного токов  Расчет дополнительных параметров. Дополнительное сопротивление  Дополнительный параметр χ  Амплитуда тока базы  Максимальное обратное напряжение на эмитерном переходе  где Eотс - напряжение отсечки, для кремниевых транзисторов Eотс ≈0,7 В. Найдем эквивалентные параметры транзистора для включения в схеме с общим эмиттером. Эквивалентная индуктивность транзистора  Эквивалентное сопротивление транзистора   Эквивалентная емкость транзистора  Активная составляющая входного сопротивления транзистора радиопередающий транзисторный автогенератор коллекторный  Реактивная составляющая входного сопротивления транзистора  Входное сопротивление транзистора  Рассчитаем входную мощность  Коэффициент усиления по мощности  |
, Вт40
20-200
, В80
, В3
, А5
, Ом0,4
, Ом0,7
ГГц1,5
, нГн0,24
, нГн1,2
, пФ30
, пФ310