Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

где ω_β – частота, на которой модуль коэффициента усиления тока в динамическом режиме уменьшается в √2 раз по сравнению со статическим режимом. ω_β находится по формуле ω_β = ω_гр / B , где В – средний коэффициент усиления тока (15…30).

Определим мощность, рассеивающуюся на корректирующем сопротивлении

= 0.55 Вт.

Найдем входное сопротивление транзистора

R_вх = γ₁ (θ) ∙ ω_гр∙ L_э / æ = 0.5 ∙2 ∙ π ∙ 100 ∙ 10⁶ ∙ 1 ∙ 10^-9 / 1.217 = 0.26 Ом,

где L_э – индуктивность эмиттерного вывода транзистора (справ.).

Определим мощность, обусловленную прямым прохождением мощности в нагрузку через L_э и связанную с R_вх

P^’’_вх =I²_б1 ∙ R_вх / 2 = 2.43² ∙ 0.26 / 2 = 0.76 Вт.

Рассчитаем входную мощность, требуемую для обеспечения заданной выходной мощности

P_вх = P^’_вх + P^’’_вх = 0.55 + 0.76 = 1.31 Вт.

Найдем коэффициент передачи по мощности усилителя

K_p = (P₁ + P^’’_вх) / P_вх = ( 36.8 + 0.76 ) / 1.31 = 28.7

Определим входную индуктивность усилителя

L_вх = L_б + L_э / æ = 1 ∙ 10^-9 + 2 ∙ 10^-9 / 1.217 = 2.82 нГн,

где L_б – индуктивность базового вывода транзистора (справ.).

Рассчитаем входную емкость усилителя

С_вх = æ ∙ С_э / γ₁ (π - θ) = 1.217 ∙ 2300 ∙ 10^-9 / 0.5 = 5.6 нФ.

Найдем усредненное за период колебаний сопротивление коррекции R_пар

R_пар = R_З ∙ γ₁ (π - θ) = 13.8 ∙ 0.5 = 6.9 Ом.

3.3 Расчет цепи питания усилителя мощности.

Выбор схемы цепи питания.

Цепь питания содержит источник постоянного напряжения и блокировочные элементы. Благодаря блокировочным элементам исключаются потери высокочастотной мощности в источнике питания, и устраняется нежелательная связь между каскадами через источник питания.

В качестве схемы цепи питания выберем параллельную схему (рис. 6.), когда источник питания, активный элемент и выходная цепь включены параллельно. Последовательная схема цепи питания не будет использоваться, потому что требуется, чтобы выходная согласующая цепь пропускала постоянный ток.

Рис. 6.

Емкость С_бл с индуктивностью L_бл и емкостью С_р образуют колебательный контур резонирующий на частоте меньшей рабочей частоты усилителя, что может привести к возбуждению колебаний. Чтобы исключить их применяют антипаразитный резистор R_ап и проектируют цепь питания как ФНЧ.

Определим блокировочную индуктивность из условия

ω_min ∙ L_бл >> R_k

L_бл >> R_k / ω_min = 4.6 / 2 ∙ π ∙ 25 ∙ 10^-6 = 29.3 ∙ 10^-9

L_бл = 10 мкГн.

Рассчитаем сопротивление антипаразитного резистора из условия

R_ап << 0.1 ∙ R_k = 0.1 ∙ 4.6 = 0.46

Определим емкость блокировочного и разделительного конденсаторов

С_бл = С_р = L_бл / 2 ∙ R_ап = 10 ∙ 10^-6 / 2 ∙ 0.46 = 10.9 мкФ.

3.4 Расчет цепи смещения усилителя мощности.

Выбор схемы цепи смещения.

Напряжение смещения биполярного транзистора в оптимальном режиме зависит от входного напряжения, а следовательно от входной мощности.

Обеспечить требуемое напряжение смещения с помощью фиксированного смещения нецелесообразно, поскольку изменение входной мощности приведет к отклонению режима работы транзистора по постоянному току от оптимального.

Для стабилизации режима работы транзистора применяют комбинированное смещение, при этом к базе транзистора необходимо подвести постоянное напряжение отсечки u_отс и обеспечить автосмещение U_авт = γ₀( π – θ) ∙ Q_y1 / C_э.

Рассчитаем требуемое сопротивление автосмещения и элементов схемы смещения

R_см = ,

так как θ = 90˚ формула приимет вид

R_см = R_з = ,

где τ_β –постоянная времени на частоте ω_β (частота, на которой модуль коэффициента усиления тока в динамическом режиме уменьшается в √2 раз по сравнению со статическим режимом. ω_β находится по формуле ω_β = ω_гр / B , где В – средний коэффициент усиления тока) и находится по формуле τ_β = 1 / ω_β = 1 / 2 ∙ π ∙ 5 ∙ 10⁶ = 31.8 нс.

+E_G

R1

АЭ

R2

Рис. 7

R_см = 13.8 Ом.

П рименяя схему смещения, приведенную на рисунке7,

н еобходимо чтобы выполнялись условия:

E _п ∙ R2 / ( R1 + R2 ) = U_отс , R1 ∙ R2 /( R1 + R2 ) = R_см.

Э ти условия выполняются при

R 1 = 278.6 Ом ≈ 280 Ом и R2 = 14.6 Ом ≈ 15Ом.

4. РАСЧЕТ ВЫХОДНОЙ НАГРУЗОЧНОЙ СИСТЕМЫ УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ.

Назначение нагрузочной системы – фильтрация высших гармоник и согласование транзистора с нагрузкой. Для обеспечения фильтрации высших гармоник в усилителе мощности нагрузочная система настраивается на частоту первой гармоники сигнала. Настроенная в резонанс нагрузочная система обладает на частоте первой гармоники чисто активным входным сопротивлением. Согласование нагрузки заключается в том, чтобы , подключив нагрузочную систему к транзистору и к нагрузке, обеспечить оптимальное (критическое) сопротивление нагрузки транзистора R_к.при согласовании не должно нарушаться условие резонанса, должен обеспечиваться по возможности большой к.п.д. нагрузочной системы η_к, добротность нагрузочной системы должна оставаться достаточно высокой для сохранения хорошей фильтрации высших гармонических составляющих.

В усилителях мощности на транзисторах широкое применение получил П – образный контур, схема которого изображена на рисунке 8.

Рис. 8.

На частоте сигнала f входное сопротивление П – контура должно быть чисто активным и равным требуемому критическому сопротивлению нагрузки транзистора R_к. таким образом П – контур на частоте сигнала f трансформирует активное сопротивление нагрузки R_н в активное входное сопротивление R_к.

1. Электрический расчет нагрузочной системы

Зададимся величиной волнового сопротивления контура

ρ = 2 ∙ π ∙ f ∙ L₀ = 250 – 500 Ом

ρ = 300 Ом.

Определяем индуктивность контура L₀

L₀ = ρ / 2 ∙ π ∙ f = 300 / 2 ∙ π ∙ 25 ∙10⁶ = 1.91 мкГн.

На частоте сигнала f П – контур сводится к виду, изображенному на рисунке 9, причём L, L₀, C₀ находятся в соотношении

2 ∙ π ∙ f ∙ L = 2 ∙ π ∙ f ∙ L₀ – 1 / 2 ∙ π ∙ f ∙ C₀.

Рис. 9.

Величиной L необходимо задаться в соответствии с формулой

L > = = 118∙ 10^-9 ≈ 120 нГн.

Определяем С₀

С₀=1 / (4 ∙ π ²∙ f² ∙ (L₀ – L)) =1 / (4 ∙ π ²∙ (25 ∙10⁶)² ∙(1.91∙10^-6 – 120∙10^-9))=22.6 пФ.

Определяем емкости С1 и С2

С1 = = = =

= 573 пФ.

С2 = = = =

= 352 пФ.

Рассчитываем внесенное в контур сопротивление

r_вн = = = 4.12 Ом.

Определим добротность нагруженного контура

Q_н = ρ / (r₀ +r_вн ),

где r₀ – собственное сопротивление потерь контурной индуктивности L₀. Эта величина точно определяется при конструктивном расчете контурной катушки индуктивности, а на данном этапе можно принять r₀ = (1…2) Ом = 1 Ом.

Q_н = ρ / (r₀ +r_вн ) = 300 / ( 1 + 4.12) = 58.6.

Найдем коэффициент фильтрации П – контура

ф = Q_н ∙( n² –1 ) ∙ n = 58.6 ∙ ( 2² – 1) ∙2 = 351.6,

где n =2 для однотактной схемы усилителя.

Определим к.п.д. (ориентировочный) нагрузочной системы

η_к = r_вн / (r_вн + r₀) = 4.12 / ( 1 + 4.12) = 0.8.

4.2 Конструктивный расчет элементов нагрузочной системы

В процессе конструктивного расчета нагрузочной системы необходимо выбрать номинальные значения стандартных деталей (С₀, С1, С2 ), входящих в контур, и определить конструктивные размеры контурной катушки L₀.

При выборе номинального значения конденсатора С1 необходимо учитывать, что параллельно ему подключена выходная емкость транзистора усилителя мощности.

Для настройки контура в резонанс и обеспечения оптимальной связи с нагрузкой в состав емкостей С₀ и С2 целесообразно включить подстроечные конденсаторы. При включении в цепь подстроечных конденсаторов схема контура примет вид изображенный на рисунке 10.

Рис. 10.

Номинальные значения элементов входящих в контур:

С₀ = 22 пФ; С2 =360 пФ.

Учитывая, что выходная емкость транзистора С_к = 150 пФ емкость С1 определится так С1 = 573 – 150 = 423 пФ, номинальное значение равно 430 пФ.

Произведем расчет контурной катушки:

Зададим отношение длины намотки катушки ( l ) к диаметру намотки ( D )

v = l / D = (0.5…2) = 1.25.

Определим площадь продольного сечения катушки S = l ∙ D по формуле

S = P₁ ∙ η_к / K_s = 36.8 ∙ 0.8 / 0.5 = 58.9 см²,

где K_s = (0,1 – 1) – удельная тепловая нагрузка на 1 см² сечения катушки, [Вт/см²].

Определим длину l и диаметр D катушки

см;

= 6.86 см.

Рассчитаем число витков контурной катушки

= 6.86 ≈ 7,

где L0 – индуктивность катушки в мкГн.

Определим диаметр провода катушки d (мм)

I_к = U_k1 ∙2 ∙ π ∙ f ∙ C1 = 18.4 ∙2 ∙ π ∙25 ∙ 10⁶ ∙ 430 ∙ 10^-12 = 1.2 A;

d ≥ 0.18 ∙ I_к ∙ = 0.18 ∙ 1.2 ∙ = 0.48 мм ≈ 1 мм,

где U_k1 – амплитуда импульсов коллекторного напряжения; I_к – амплитуда контурного тока в амперах, f – рабочая частота в МГц.

Найдем собственное сопротивление потерь контурной катушки на рабочей частоте

r₀ = 1.25 Ом,

где f – рабочая частота, МГц; d – диаметр провода, мм; D – диаметр катушки, мм.

Определим к.п.д. контура

η_к = r_вн / ( r₀ + r_вн ) = 4.12 / (1.25 + 4.12 ) = 0.77.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проектирования и расчетов отдельных блоков получились следующие результаты:

Кварцевый генератор построен по схеме емкостной трехточки и обеспечивает стабильность частоты порядка 10^-6. Имеет выходную мощность 0.134 мВт и к.п.д. 0.14 %.

Усилитель мощности построен по схеме с общим эмиттером, имеет выходную мощность 36.8 Вт, к.п.д. равен 72 %.

Выходная согласующая цепь построена в виде П-образного контура с к.п.д. 77% и коэффициентом фильтрации 351.6.

Также в результате проектирования предъявлены требования к нерассчитанным блокам.

Проделанная работа закрепила полученные на лекциях знания в области проектирования и анализа работы радиопередающих устройств.

Список литературы

1. Терещук Р. М., Фукс Л. Б. Малогабаритная радиоаппаратура: Справочник радиолюбителя – Киев: Наукова думка. – 1967

1. Лаповок Я. С. Я строю КВ радиостанцию. – 2-е изд., прераб. И доп. – М.: Патриот, 1992.

1. Шахгильдян В.В. и др., Радиопередающие устройства: Учебник для вузов. – 3-е изд., перераб. И доп. – М.: Радио и связь, - 1996.

1. Петров Б. Е., Романюк В. А., Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах.: Учебное пособие для радиотехн. Спец. Вузов. – М.: Высшая школа – 1989.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Параметры транзистора КТ 315Б

Обратный ток коллектора при U_КБ = 10 В 1 мкА;

Обратный ток эмиттера при U_ЭБ = 5 В 30 мкА;

Выходное сопротивление h_11Б 40 Ом;

Коэффициент передачи тока h_21Э 50…350;

Выходная полная проводимость h_22Б 0.3 мкСм;

Режим измерения h- параметров:

напряжение коллектора U_К 10 В,

ток коллектора I_К 1 мА;

Граничная частота коэффициента передачи f_гр 250 МГц;

Емкость коллекторного перехода С_К 7 пФ;

Постоянная времени цепи обратной связи τ_К 300 пс;

Максимально допустимые параметры

постоянное напряжение коллектор – эмиттер U_{КЭ MAX} 15 В;

постоянный ток коллектора I_К 100 мА;

рассеиваемая мощность без теплоотвода Р_MAX 150 мВт;

Диапазон рабочих температур +100…-55˚С.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Параметры транзистора КТ 927Б

Обратный ток эмиттера при U_к = 3.5В 0.1 мА;

Напряжение насыщения коллектор – эмиттер при I_к = 10 А 0.5 В;

Модуль коэффициента передачи тока на высокой частоте 5;

Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ 30;

Емкость эмиттерного перехода 2300 пФ;

Емкость коллекторногоперехода 150 пФ;

Максимально допустимые параметры

постоянный ток коллектора 10 А;

импульсный ток коллектора 30 А;

постоянное напряжение эмиттер – база 3.5 В;

постоянное напряжение коллектор – база 70 В;

постоянное напряжение коллектор – эмиттер 70 В;

рассеиваемая мощность коллектора 83.3 Вт;

Диапазон рабочих температур -60…+100˚С.

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Схема электрическая принципиальная задающего генератора.

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Схема электрическая принципиальная усилителя мощности.

ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Спецификация к принципиальной схеме задающего генератора

Поз. Обозначение	Наименование	Кол.	Примечание
C1, C3 C2 R1 R2 R3 VT1 ZQ1 L1	Конденсаторы КМ-6 - М75 – 2 нФ ±5% КМ-6 - М75 – 220 нФ ±5% Резисторы МЛТ - 0,125 – 5,6 кОм ± 10% МЛТ - 0,125 – 12 кОм ± 10% МЛТ - 0,125 – 430 Ом ± 10% Транзистор КТ315Б Кварцевый резонатор на частоту 3125 кГц Катушки индуктивности 28 мкГн	2 1 1 1 1 1 1

ПРИЛОЖЕНИЕ 6. Спецификация к принципиальной схеме усилителя мощности

Поз. Обозначение	Наименование	Кол.	Примечание
C1, C2 C3 С4 С5 С6 R1 R2 VT1 L1 L2 L3	Конденсаторы Рассчитываются во входной согласующей цепи К73-11 – 10 мкФ ± 10% КТ – Н70 - 430 пФ ± 10% КТ – Н70 - 22 пФ ± 10% КТ – Н70 - 360 пФ ± 10% Резисторы МЛТ - 0,5 – 280 Ом ± 10% МЛТ - 0,5 – 15 Ом ± 10% Транзистор КТ927Б Катушки индуктивности Рассчитывается во входной цепи 10 мкГн 2 мкГн	1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Характеристики

Список файлов реферата