Расчет оконечного каскада

Разработка структурной схемы передатчика.

Основная часть

Для описания радиопередатчика удобно использовать следующую схему:

Частотный модулятор

R ОК

		ПУ		Входная согласующая цепь		Активный элемент		Выходная согласующая цепь

Rн

Опишем схему. Из задающего генератора сигнал поступает в формирователь, куда так же подается информационный сигнал. На выходе формирователя получаем ЧМ-сигнал малой мощности с частотой, заданной по техническому заданию. Далее этот сигнал усиливаем в предварительном усилителе, поскольку оконечный каскад не почувствует такую небольшую мощность. Передатчик работает на антенну, перед антенной сигнал усиливается в оконечном каскаде до требуемого по ТЗ значения.

Основой оконечного каскада является активный элемент. Перед тем как его выбрать, необходимо понять, какова будет схема каскада и какими характеристиками должен обладать активный элемент.

Кстати сказать, в качестве активного элемента будет выбран транзистор, поскольку в нагрузочном элементе рассевается менее 100 Вт.

В ТЗ оговорено, что на выходе ОК расположен симметричный фидер, следовательно, необходимо использовать двухтактную схему построения ОК. Сделаем схему, которая будет работать во всех диапазонах. Поскольку необходимо обеспечить широкополосность передатчика, то будем использовать в ОК типовую схему двухтактного транзисторного усилителя на трансформаторах типа длинных линий. В нашем случае она будет выглядеть следующим образом:

Рисунок 1 Схема оконечного каскада

В этой схеме транзисторы и необходимы для повышения входного сопротивления каждого транзистора. Конденсаторы и необходимы для шунтирования резисторов на высокой частоте. В такой схеме четные гармоники компенсируются длинной линии с волноводным сопротивление . Нечетные же гармоники (все, кроме первой) на выход тоже не проходят, поскольку в режиме «В» граничном с углом отсечки эти гармоники равны нулю. Это подтверждается графиками Берга.

По техническому заданию в нагрузке должно рассеется 50 Ом. Необходимо сделать запас по мощности, т.к. у антенны существует реактивное сопротивление, которое приводит к понижению мощности. Тогда ОК будем рассчитывать с учетом рассеиваемой мощности в 60 Вт.

Поскольку в схеме используется 2 транзистора, то на каждом из них будет рассеваться 30 Вт.

Далее необходимо выбрать транзистор. Как уже было сказано, . Еще одним параметром, определяющим выбор транзистора является частота. Согласно техническому заданию транзистор должен быть высокочастотный.

Выбранным транзистором будет КТ958А. Этот транзистор обладает следующими характеристиками:

Поскольку , а , то форма тока на высоких частотах будет расплываться и угол отсечки будет не , а несколько больше. Для того чтобы избежать этого вредного явления можно сделать путем того, что замкнуть на землю две катушки индуктивности во входной цепи. Тогда в области низких частот угол осечки будет меньше, зато в области высоких частот за счет явления «расплывания» формы тока получим угол отсечки .

Изобразим режим работы активного элемента:

Рисунок 2 Режим работы оконечного каскада

Теперь можно произвести расчет.

Если , то положим , а отсюда:

При угле отсечки получим, что:

Тогда =>

Расчет выходной цепи:

Расчет сопротивления, которое чувствует транзистор, :

Поскольку, , следовательно, необходимо согласовать с сопротивлением фидера.

4,8 Ом

9,6 Ом 38,4 Ом

19,2 Ом 76,8 Ом

9,6 Ом 38,4 Ом

Расчет входной цепи:

Входное сопротивление транзистора:

-

· Расчет КПД:

1) Постоянная составляющая коллекторного тока

2) Потребляемая мощность

3) КПД

3 Расчет предварительного усилителя:

Поскольку схема оконечного каскада является широкополосной, то и схема предварительно усилителя тоже должна быть широкополосной. Причем, для работы предварительного усилителя будет реализована в режиме А.

Оговорим условия работы. Сигнал на предварительный усилитель поступает с модулятора, т.е. это небольшой сигнал с амплитудой, например, 1 В. Тогда на вход усилителя должен поступать сигнал с мощностью

А на выходе усилителя должны получить

Рисунок 3 Режим работы предварительно усилителя

Рисунок 4 Схема работы ПУ

Используем транзистор КТ920А, имеющий параметры:

1. Расчет коллекторной цепи

а) Амплитуда переменного напряжения:

б) Максимальное напряжение на коллекторе не должно превышать допустимое:

в) Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:

г) Постоянная составляющая тока:

д) Максимальный коллекторный ток:

е) Максимальная мощность, потребляемая от источника коллекторного питания:

ж) КПД:

з) Максимальная рассеиваемая мощность:

и) Номинальное сопротивление коллекторной нагрузки:

Отметим, что такое сопротивление не равно сопротивлению фидера, следовательно, схема нуждается в трансформаторе с коэффициентом трансформации .

2. Расчет выходной цепи.

Для того, чтобы рассчитать номиналы элементов схемы необходимо воспользоваться вольтамперными характеристиками транзистора КТ958А. Поскольку характеристики отсутствуют, то попробуем на основе данных справочника примерно их построить. Будем использовать кусочно-линейную аппроксимацию. Полученный график выходных характеристик транзистора с отмеченной на них рабочей точной приведен в Приложении 1.

Итак, полученные параметры рабочей точки:

По полученной характеристике можем определить ток .

Произведем расчет:

но поскольку в коллекторной цепи стоит индуктивность, а для расчета по постоянному току индуктивность всего лишь провод, то будем использовать следующее уравнение:

По закону Кирхгофа:

Отсюда:

3. Расчёт входной цепи.

Можно показать, что:

Отсюда:

Тогда:

Сопротивления входной цепи можно показать только в виде сопротивлений, поскольку для их расчета необходимо знать параметр выбранной рабочей точки . Этот параметр определяется по графику зависимости , который, к сожалению, неизвестен. Для восстановления графика, как это было сделано выше, не позволяет отсутствие данных.

Результат:

1) Максимальная мощность, потребляемая от источника коллекторного питания:

2) КПД:

3) Максимальная рассеиваемая мощность:

Дата добавления: 2015-08-31