УГФС. Транзисторный радиопередатчик с амплитудной модуляцией
 Скачать 1.63 Mb.
|
Анализ технического заданияНеобходимо спроектировать транзисторный передатчик с амплитудной модуляцией, позволяющий осуществлять связь машиниста электропоезда с диспетчером станции. Из этого следует, что несущая частота модулируется спектром звуковых частот от 20 Гц до 20 кГц. Мощность в фидере в режиме молчания на несущей частоте f=320 МГц равна 2,5 Вт, что говорит о необходимости использования в выходном каскаде мощного СВЧ-транзистора. Связь осуществляется на фиксированной частоте, и, следовательно, в качестве задающего генератора можно использовать кварцевый генератор, позволяющий обеспечить заданную стабильность частоты. Место установки – кабина электровоза. Это означает, что имеется необходимость обеспечения удобства включения и управления передатчиком при отсутствии с ним визуального контакта (чтобы машинист мог на ощупь передать сообщение, не отвлекаясь от наблюдения за путём), а также отсутствие на корпусе острых углов и краёв. Напряжение в бортовой сети электровоза составляет 50 В постоянного напряжения, отрицательный полюс которого выведен на корпус электровоза. Это необходимо учесть при проектировании корпуса передатчика. Так же место установки определяет диапазон температур. Примем, что минимальная температура в кабине может составлять 0 оС, а максимальная – 30 оС. Зимой в кабине включен электрический обогреватель и температура ниже нуля не опускается. Штыревую антенну с целью обеспечения её всенаправленного действия целесообразно разместить на крыше кабины. Тогда от передатчика до антенны прокладывается фидер, подсоединяемый к устройству при помощи высокочастотного разъема. Выходной каскад необходимо согласовывать с волновым сопротивлением фидера (50 или 75 Ом). Схема передатчикаВыбор и обоснование структурной схемыДля реализации указанных характеристик передатчик строится по схеме с кварцевым автогенератором (АГ) и умножителями частоты (УЧ). Для обеспечения высокого КПД и линейности модуляционной характеристики применим коллекторную модуляцию в двух последних каскадах. Тогда структурная схема передатчика будет иметь вид, изображенный на рисунке (см. Рисунок 1).  Рисунок 1 – Структурная схема передатчика Большое количество усилительных каскадов объясняется тем, что на несущей частоте f=320 МГц усилительные каскады имеют коэффициент усиления не выше KМАКС=10 [2, стр. 37]. В нашем случае мощность на выходе кварцевого генератора PГЕН, имеющую порядок единиц милливатт, необходимо усилить до уровня пиковой мощности PМАКС, которая, с учетом глубины модуляции m=0,8 равна PВЫХ(1+m)2=8,1 Вт. Учитывая потери, примем PМАКС=10 Вт. В таком случае коэффициент усиления системы KС=PМАКС/PГЕН=1000. Учитывая величину KМАКС, определим минимальное число усилительных каскадов как NМИН=logКМАКС(КС)=lg(1000)=3. С учетом потерь в согласующих цепях количество усилительных каскадов принято равным четырём. Выбор и обоснование принципиальной схемыПринципиальная схема платы передатчика приведена на рисунке (см. ). Согласующие цепи СЦ2 – СЦ6 ввиду достаточно высокой рабочей частоты представляют собой Г-образные реактивные цепочки, которые имеют более высокий КПД, чем контуры с неполным включением. На выходе умножителей помимо согласующей цепи устанавливается фильтр-пробка. Согласующая цепь СЦ1 представляет собой П-образную реактивную цепочку.  Рисунок 2 – Принципиальная схема передатчика Расчёт режима оконечного каскада на транзисторе КТ913БПринципиальная схема каскада приведена на рисунке (см. Рисунок 3). Мощность в максимальном режиме должна быть равна
С учетом потерь в выходной согласующей цепи примем мощность, отдаваемую транзистором, равной 10 Вт.  Рисунок 3 – Оконечный каскад Рекомендованный для выходного каскада транзистор КТ913Б в типовом режиме применяется на выходную мощность P`ВЫХ=6 Вт на рабочей частоте 1000 МГц. На частоте 320 МГц потери меньше и, следовательно, выше КПД и транзистор может работать на большую мощность. Произведем расчет режима транзистора КТ913Б, в ходе которого будет установлена возможность его применения. Напряжение питания этого транзистора в типовом режиме EКМАКС равно 28 В (см. Приложение 1). Это напряжение требуется, однако, только в максимуме модуляции. Напряжение источника питания должно быть равно
От этого источника целесообразно питать все мощные каскады. Маломощные каскады необходимо питать меньшим напряжением. Для этого предусмотрим напряжение EП2 равное 5 В. Оба напряжения (+15 В и +5 В) поступают с блока питания передатчика. Сначала проведем расчёт в максимальной точке на мощность PВЫХ1=10 Вт при напряжении EП1МАКС=27 В. Режим – граничный, с нулевым смещением. Для расчёта используем формулы, приведенные в [2]. Параметры транзистора даны в приложении (см. Приложение 1). UК0=EП1МАКС=27 В. Перед расчётом необходимо уточнить величину SГР из неравенства значения формулы (4) величине 0,7 (для схемы с ОЭ). Если полученная величина больше 0,7, необходимо уточнить SГР.
0,73>0,7. Это значит, что необходимо уточнить величину Sгр. Пусть SГРУТ=SГР(1+0,1)=0,33. Для величины SГРУТ значение формулы (3) равно 0,67, что меньше 0.7. Далее принимаем SГР=SГРУТ=0,33.  Рисунок 4 – Эквивалентная схема мощного усилителя по схеме с ОЭ Величину мощности эквивалентного генератора PГ определим по формуле (4.
Напряженность граничного режима ξгр:
Амплитуда напряжения и тока первой гармоники эквивалентного генератора:
Пиковое напряжение на коллекторе:
На этом этапе необходимо проверить, не превышает ли величина UКПИК величины UКЭДОП. Для транзистора КТ913Б UКЭДОП=55 В. Так как 49,053<55, то можно заключить, что режим работы и тип транзистора менять не следует. Параметры транзистора:
Находим значения параметров A и B:
С помощью графика A(γ1), приведенного в [2, стр. 31], получаем коэффициент разложения γ1=0,6. Для него угол отсечки θ=100о, коэффициент формы g1=1,49. Пиковое обратное напряжение на эмиттере:
Из формулы (12) необходимо сделать вывод о том, не превышает ли абсолютная величина UБЭПИК величины UБЭДОП транзистора КТ913Б. UБЭДОП для выбранного транзистора равно 3,5 В. Так как 2,553<3,5, транзистор менять не следует. Рассчитываются комплексные амплитуды токов и напряжений на элементах эквивалентной схемы (см. Рисунок 4).
Определяются величины входного сопротивления транзистора для первой гармоники тока, мощности возбуждения и мощности, отдаваемой в нагрузку.
Постоянная составляющая коллекторного тока, мощность, потребляемая от источника питания, и электронный КПД соответственно.
Коэффициент усиления по мощности, мощность, рассеиваемая транзистором и допустимая мощность рассеяния при данной температуре корпуса транзистора.
Так как 8>6,206, транзистор может работать в выбранном режиме при указанной в техническом задании максимальной температуре. Глубина модуляции предоконечного каскада, обеспечивающая заданную глубину модуляции тока оконечного каскада
Сопротивление эквивалентной нагрузки на внешних выводах транзистора.
|
