Материал: Расчет структурной схемы передатчика для радиолюбительской СИ-БИ радиостанции

В генераторе, управляемом напряжением, будем использовать непроволочные постоянные резисторы типа МЛТ благодаря малым габаритным размерам и тому, что они являются резисторами общего применения и, как правило оказываются более дешевыми .

Воспользовавшись справочником [16], выберем резисторы по расчетным значениям сопротивлений:

R1 = 39 кОм,

R2 = 3,9 кОм,

R3 = 240Ом,

R4 Ом.

и по рассеиваемой на них мощностях (зная сопротивление и ток, протекающий через него, можем найти мощность):(РрасR1 ≈ 3 мВт, РрасR2 ≈ 0,3 мВт, РрасR3 < 0,5 мВт)

Выберем резисторы типа МЛТ - неизолированный непроволочный постоянный резистор в соответствии с рядом номинальных значений сопротивлений.

Таблица 3

6.   Электрический расчет оконечного каскада передатчика

Исходные данные для расчета:

1.   Назначение каскада: усилитель мощности колебаний.

2.      Требующаяся от каскада полезная мощность Р1 ≈ 12 Вт.

.        Диапазон рабочих частот ступени: ƒраб = 26,97…27,86 МГц.

.        Схемное построение оконечного каскада: однотактный.

.        Режим работы оконечного каскада: режим с отсечкой коллекторного тока.

.        Напряжение питания Еп = 12 В.

.        Тип транзистора: КТ997А.

Изобразим принципиальную схему оконечного каскада

Рис.4 Принципиальная схема оконечного каскада

Расчет коллекторной цепи:

Основные параметры транзистора КТ997А

-     сопротивление насыщения: rнас = 0,5 Ом.

-        сопротивление базы: rб = 0,5 Ом

         сопротивление эмиттера: rэ = 0,15 Ом

         сопротивление утечки эмиттерного перехода: Rуэ = 40 Ом

         барьерная емкость эмиттерного перехода: Cэ= 160 пФ

         барьерная емкость коллекторного перехода: Cк= 500 пФ

         индуктивность выводов базы: Lб= 2 нГн

         индуктивность выводов эмиттера: Lэ= 2 нГн

         индуктивность выводов коллектора Lк=3,2 нГн

         напряжение отсечки: Eотс=0,6 В

         граничная частота: fТ=175 МГц

         предельное напряжение на коллекторе: Eкэ доп=25 В

         предельное напряжение на базе: Ебэ доп=5 В

         предельный ток коллектора: Iк0 доп=4 А

Расчет выполняется из заданной номинальной мощности при работе транзистора в граничном режиме, т.к. он является оптимальным на средних частотах.

Обоснуем угол отсечки в котором будет работать данный оконечный каскад:

 может иметь различные значения в зависимости от того чего мы хотим получить от данного каскада: высокий КПД, или максимальную полезную мощность, или высокий коэффициент усиления. Однозначного значения  для всех случаев не существует.

Поэтому в каждом конкретном случае угол отсечки  выбирается исходя из следующих критериев:

-   получение мощности транзистора близкой к максимальной;

-        получение высокого КПД при заданной мощности;

         получение повышенного коэффициента усиления по мощности при заданной мощности.

Поэтому,

·        если требуется получить максимальную мощность, то  =1200 при этом все остальные параметры становятся ниже своих максимальных значений;

·        если важен КПД, то чем меньше угол отсечки , тем больше КПД, но меньше КР и полезная мощность;

·        если важен коэффициент усиления, то он максимален при =1800 ,но при этом самый низкий КПД.

Поэтому для получения хорошей полезной мощности, КПД и КР,  должен лежать в пределах от 85 до 110 градусов. Возьмем =900 , так как он входит в этот промежуток, при этом реализуется максимальный коэффициент усиления по току, получается полезная мощность близкая к максимальной и хороший КПД.

Перейдем к расчету:

1. Амплитуда первой гармоники напряжения на коллекторе:

вторым членом учитываем потери по постоянному току в блокировочном дросселе

Рассчитаем напряженность режима:

Можно видеть, что полученный параметр явно ниже требуемого значения, из конспекта лекций , данное заниженное значение можно пояснить тем, что транзистор заранее питается от заниженного напряжения питания (аккумулятор 12 В).

Проверим условие того, чтобы напряжение на коллекторе не превышало допустимого

Ек=12 В< Eкэ доп=25 В

2.   Расчет амплитуды первой гармоники коллекторного тока

3.   Расчет постоянной составляющей коллекторного тока

Коэффициенты a определим из графика

Допустимое значение постоянной составляющей коллекторного тока Iк0 доп=4 А

4.   Расчет максимального коллекторного тока

5.   Расчет максимальной мощности, потребляемой от источника коллекторного питания

6.   Расчет КПД коллекторной цепи при номинальной нагрузке

Произведем анализ оценку полученного численного значения:

Полученное выражение явно занижено, из [5, стр.36] КПД лежит в пределах: .

Полученный заниженный КПД можно пояснить заниженным

который в свою очередь зависит от напряжения питания.

7.   Расчет максимальной рассеиваемой мощности, на коллекторе транзистора

Произведем тепловой расчет:

Исходные данные:

Рк рас=8,8 Вт

Rпк=1,25 Ом- внутреннее тепловое сопротивление между структурой и корпусом транзистора

tп.доп=200- максимально допустимая температура структуры

Rкт=(1..3)10-4/Sк=3*10-4/10-4=3 Ом- сопротивление теплового контакта между корпусом и теплоотводом.

Определим тепловое сопротивление радиатора:

Теплоотвод можно осуществить двумя путями: при помощи алюминиевой прямоугольной пластины, либо при помощи ребристой пластины. Выберем второй вид, так как этот вид достаточно распространен и он гораздо дешевле, не требует индивидуального изготовления. При это из графика [3, стр 170] объем радиатора должен составлять 25 м3.

8.   Расчет номинального сопротивления коллекторной нагрузки

Расчет входной цепи:

При расчете транзистора с ОЭ предполагается, что между базовыми и эмиттерными выводами транзистора по радио частоте включен резистор, сопротивление которого равно:

-        Расчет сопротивления включенного параллельно база-эмиттер

Выберем из [3] стандартное значение Ом.

(  необходимо для выравнивания постоянной времени эмитерного перехода в открытом и закрытом состоянии, при это ток и напряжения имеют гармонический характер.)

Кроме того, между коллекторным и базовым выводами включен резистор величиной:

-        Расчет сопротивления включенного между коллектором и базой

-        Расчет амплитуды тока базы

где

-        Расчет напряжения смещения на эмитерном переходе

-        Максимальное обратное напряжение на эмиттерном переходе

-        Определим резистивную составляющую входного сопротивления транзистора

Индуктивная составляющая

Емкостная составляющая

-        Резистивная и резестивная составляющая входного сопротивления транзистора

-        Расчет входной мощности

-        Коэффициент усиления по мощности транзистора

Произведем оценку полученных двух последних выражений с принятыми ранее при выборе транзисторов для оконечного каскада:

Можно видеть, что полученные выражение в малой степени отличаются от ранее прогнозируемых. Видно, что при расчете каскада выходная мощность достигается большим коэффициентом усиления при более низкой входной мощности.

-        Расчет постоянных составляющих базового и эмиттерного токов

Расчет цепей питания оконечного каскада:

Исходные данные для расчета цепей питания.

         Напряжение питания: Еп=12В

-        Амплитуда напряжения первой гармоники: Uk1 гр=9,3 В

         Постоянная составляющая коллекторного тока: Ik0=1.65 А

Рассчитаем сопротивления делителей R1 и R2 исходя из следующих соображений:

Таким образом: R1=69 Ом, а R2=3 Ом.

Расчет разделительных и блокировочных емкостей:

Расчет разделительной емкости С1. При её расчете необходимо чтобы выполнялось условие

Из этого условия следует

В связи с тем, что разделительные емкости С1 и С2 равны и включены последовательно, то их номинальные значения будут в 2 раза больше:

С1=С2=4 пФ

Расчет блокировочной индуктивности L1. При её расчете необходимо чтобы выполнялось условие

Из этого условия следует

Расчет блокировочной индуктивности L5. При её расчете необходимо чтобы выполнялось условие

Из этого условия следует

Расчет блокировочной емкости С3. При её расчете необходимо чтобы выполнялось условие

Из этого условия следует

Расчет разделительной емкости С4. При её расчете необходимо чтобы выполнялось условие

Из этого условия следует

7.   Расчет выходной фильтрующей системы

Исходными данными для расчета являются:

o  нижняя и верхняя рабочие частоты передатчика: ƒнп = 26,97 МГц, ƒвп = 27,86 МГц.

o   номинальное нагрузочное сопротивление Rн = 50 Ом;

o   допустимое значение КБВн нагрузки: КБВн = 0,8;

o   допустимое значение КБВвх на входе ВФС: КБВвх = 0,7 для оконечного каскада из [2, стр. 109];

o   допустимый уровень высших гармоник в нагрузке передатчика: адоп = - 40 дБ;

o   дополнительное затухание асу, вносимое СУ с антенной: асу= -10 дБ из [2];

o   относительный уровень n - ой гармоники напряжения или тока на выходе генератора из [2]:

аг2 = - 8 дБ.

Проведем сравнительный анализ фильтров:

Фильтр Баттерворта с максимально гладкой АЧХ используется при значительно небольших затуханиях аф<10..20 дБ и одновременно большом значении >1.8, также предпочтение отдается полосовым фильтрам, так как количество элементов у них меньше. Но полосовые фильтры хуже, чем ФНЧ. Таким образом он нам не подходит.

При аф=20..30 дБ и =1,5..1,8 следует использовать фильтр Чебышева, имеющий равно колебательный АЧХ, а при аф>20..30 дБ и малых <1,5..1,8- фильтр Каура, имеющий равно колебательную АЧХ в полосе пропускания и АЧХ со всплесками затухания в полосе задерживания. Отметим, что для фильтрации на частотах высших гармоник аф при заданном значении или КБВ, следует применять ФНЧ Чебышева, фильтры Каура в этом случае менее пригодны.