Проектирование АМ передатчика

ro=0.525×D[мм]×N× ×10-3/d[мм]=0.81 Ом.                   (3.54)

Коэффициент полезного действия контура:

hк=rвн/(rо+rвн)=0.952.                                                            (3.55)

 

4. Расчёт предоконечного каскада

Рассчитаем мощность первой гармоники коллекторного тока, принимая hк=0.7:

P1ном=  Вт,     (4.1)

где PвыхКС – мощность на выходе колебательной системы (КС) данного каскада.

В соответствии с требованиями, изложенными в п.3, выбираем транзистор 2Т955А со следующими параметрами:

-  выходная мощность Pвых³20 Вт;

-  fт=250 МГц;

-  сопротивление насыщения rнас=1.9 Ом;

-  максимальное импульсное напряжение коллектор-эмиттер Uкэ=70 В;

-  максимальный постоянный ток коллектора Iкодоп=6 А;

-  напряжение источника коллекторного питания Е`к=28 В;

-  средний статический коэффициент усиления по току в схеме с ОЭ bo=80;

-  эквивалентная ёмкость база-коллектор Ск=60 пФ;

-  барьерная ёмкость Сэ=240 пФ;

-  индуктивности выводов Lб=2.4 нГн, Lэ=2 нГн;

сопротивление материала базы rб=0.5 Ом.

Проведя расчёт коллекторной цепи по формулам (3.2)-(3.10), получим следующие параметры (Ек=28 В, q=90°):

Uк1кр=24.02 В; Uк.макс.=56.8 В<Uк.доп=70 В; Iк1=1.05 А;

 

Iко=0.67 А<Iкодоп=6 А; Iк.макс=2.1 А< Iкодоп=6 А;

Pоном=18.7 Вт; h=0.674; Pк.макс=6.1 Вт; Rэк.ном=22.9 Ом.

Проведя расчёт входной цепи по формулам (3.11)-(3.32), получим следующие параметры:

Rд=212 Ом; c=2.08; Iб=0.447 А; Iбо=8.3 мА; Iэо=0.676 А;

rэ=0.53 Ом; Еб= -2.97 В; rвх=2.08 Ом, Хвх= -9.36 Ом; Rвхэк=44.2 Ом;

Свхэк=486 пФ; Свыхэк=142 пФ; Pвх=0.354 Вт; Кр=35.6.

Данные для расчёта  КС: Rэк.ном=22.9 Ом, Свыхэк=142 пФ, СвхОК=1510 пФ, RвхОК=1.42 Ом, где последние 2 параметра – соответственно входные ёмкость и сопротивление оконечного каскада.

Задаёмся величиной r=250 Ом. По формулам (3.40)-(3.44) определяем следующие параметры:

L0=1.194 мкГн; L>0.027 мкГн, выбираем L=0.5 мГн; С0=33 пФ;

С1=254 пФ; С2=3400 пФ.

Схема предоконечного каскада аналогична схеме ОК и приведена на рис.4.1.

Рисунок 4.1 – Схема предоконечного каскада

 

Выбираем напряжение источника  смещения Есм=3 В и производим расчёт номиналов элементов схемы на рис.4.1 по формулам:

 (4.1)

R2=430 Ом, R1=1.8 кОм (Pr1,2<0.125 Вт); Ср1=10 нФ,

Lбл1=1 мкГн, Lбл2=2.2 мкГн.

5. Расчёт умножителя  на 2

Рассчитаем мощность второй гармоники (n=2) коллекторного тока, принимая hк=0.8:

Pnном=  Вт, (5.1)

где PвыхКС – мощность на выходе колебательной системы (КС) данного каскада.

В соответствии с требованиями, изложенными в п.3, выбираем транзистор 2Т951В со следующими параметрами:

-  выходная мощность Pвых³2 Вт;

-  fт=345 МГц;

-  сопротивление насыщения rнас=10 Ом;

-  максимальное напряжение коллектор-эмиттер Uкэдоп=65 В;

-  максимальный постоянный ток коллектора Iкодоп=0.5 А;

-  напряжение источника коллекторного питания Е`к=28 В;

-  средний статический коэффициент усиления по току в схеме с ОЭ bo=150;

-  эквивалентная ёмкость база-коллектор Ск=11 пФ;

-  барьерная ёмкость Сэ=80 пФ;

-  индуктивности выводов Lб=4 нГн, Lэ=4.7 нГн;

сопротивление материала базы rб=2 Ом.

Расчёт умножителя проводим аналогично расчёту усилителя мощности (см. п.3) при оптимальном угле отсечки  для 2-й гармоники q=120/n=60°. При этом a0=0.218, a1=0.391, a2=0.276, g1=0.196, g0=0.109.

Отличие расчёта состоит  в том, что в умножителе расчёт выходной цепи и коэффициента усиления по мощности проводится по n-й гармонике.

Проведя расчёт коллекторной цепи по формулам (3.2)-(3.10), получим следующие параметры (Ек=28 В, q=60°, f=16.67 МГц):

Umк=26.8 В; Iкn=33 мА, Iк1=47 мА;

Iко=26 мА<Iкодоп=0.5 А; Iк.макс=120 мА< Iкодоп=0.5 А;

Pоном=0.73 Вт; h=0.606; Rэк.ном=812 Ом.

Проведя расчёт входной цепи по формулам (3.11)-(3.32), получим следующие параметры:

Rд=865 Ом; c=4.78; Iб=56 мА; Iбо=0.174 мА; Iэо=26 мА;

rэ=1.56 Ом; Еб= -2.28 В; rвх=14.7 Ом, Хвх= -95 Ом; Rвхэк=630 Ом;

Свхэк=98 пФ; Свыхэк=20 пФ; Pвх=23 мВт; Кр=Pnном/Рвх=19.3.

КС выполним в виде П-образного  контура (см.рис.5.1). Причём схема приведённого контура будет такая же, как  в п.3 (см.рис. 3.8).

Рисунок 5.1 – Схема П-образного  контура

 

Данные для расчёта  КС: f=33.33 МГц, Rэк=812 Ом, Свыхэк=20 пФ, СвхПОК=486 пФ, RвхПОК=44 Ом, где последние 2 параметра – соответственно входные ёмкость и сопротивление предоконечного каскада.

Задаёмся величиной r=250 Ом. По формулам (3.40)-(3.44) определяем следующие параметры:

L0=1.194 мкГн; L>0.905 мкГн, выбираем L=0.91 мкГн; С0=81 пФ;

С1=26 пФ; С2=37 пФ.

Параллельное соединение СвхОК и L1 на частоте несущей f эквивалентно ёмкости номиналом С2. Определяем L1:

L1= =51 нГн.       (5.2)

Рисунок 5.2 – Схема П-образного  контура с подстроечными элементами

Схема умножителя приведена  на рис.5.3.

 

Рисунок 5.3 – Схема умножителя на 2

Расчёт элементов схемы  на рис.5.3 проведем по формулам:

Полученные параметры: С1=Ср=2 нФ, R1=13 кОм, Lбл1=20 мкГн, Lбл2=0.16 мГн.

6. Расчёт кварцевого автогенератора

Данный кварцевый генератор (КГ) предназначен для формирования частоты f=16670 кГц. КГ представляет собой  ёмкостную трёхточку, где кварцевый резонатор заменяет индуктивность. Достоинства данной схемы: схема имеет меньшую склонность к паразитной генерации на частотах выше рабочей; схема построена без индуктивностей.

Выбор транзистора АГ. В  АГ следует применять маломощный транзистор с граничной частотой много больше рабочей. В этом случае можно не учитывать инерционные  свойства транзистора, в этом случае упрощается расчёт АГ, уменьшается  нестабильность частоты, связанная  с нестабильностью фазового угла крутизны.

Рисунок 6.1 – Схема автогенератора по ёмкостной трёхточке

Используя [5,6], выбираем маломощный транзистор КТ371А со следующими параметрами:

-  fт=3000 МГц;

-  максимальное постоянное напряжение коллектор-эмиттер Uкэдоп=15 В;

-  средний статический коэффициент усиления по току в схеме с ОЭ bo=120;

-  сопротивление материала базы rб=10 Ом;

-  максимальная мощность рассеяния на коллекторе Pкдоп=0.1 Вт.

Выбираем кварцевый резонатор  РГ-27: fкв=16.67 МГц, Pкв.доп=2 мВт, rкв=2 Ом.

Нижеприведённая методика расчёта  АГ взята из [3].

Расчёт по постоянному  току.

Задаём Iко=7 мА, Екэ=10 В, Еэ=2 В, откуда             

R3=Еэ/Iко=286 Ом;                                                                           (4.1)

Еп=Екэ+Еэ=12 В.                                                                              (4.2)

 

Определяем ток базы:

Iбо=Iко/bo=58 мкА.                                                                           (4.3)

Задаём ток делителя:

Iдел=15×Iбо=875 мкА,                                                                       (4.4)

откуда определяем

Rдел=R1+R2=Еп/Iдел=13.7 кОм.                                                     (4.5)

Определяем Еб:

Еб=Еэ+0.7=2.7 В,                                                                              (4.6)

откуда находим

R2=Еб/Iдел=3.09 кОм;                                                                      (4.7)

R1=Rдел-R2=10.6 кОм.                                                                    (4.8)

Расчёт по переменному  току.

Определяем сопротивление  эмиттерного перехода:

rэ=0.026/Iко=3.71 Ом.                                                                       (4.9)

Определяем крутизну транзистора:

 

S=bo/(rб+bo×rэ)=0.263 См. (4.10)

Задаём коэффициент регенерации  Gр=5.115 и определяем сопротивление управления:

Rу=Gр/S=19.4 Ом(4.11)

Задаём отношение Кос`=C3/C2£1 – Кос`=1 и вычисляем

Х3= =6.23 Ом,         (4.12)

откуда

С3=1/(2×p×f×X3)=2.74 нФ;(4.13)

С2=С3/Кос`=2.74 нФ.(4.14)

Ёмкость блокировочного конденсатора определим из формулы:

С1=20/(2×p×f×rэ)=0.1 мкФ.(4.15)

Дроссель Lк рассчитаем по формуле:

Lк=30×X3/(2×p×f)=3.3 мкГн.(4.16)

Дроссель Lб необходим, если не выполняется условие

 

R1||R2³30×X2 (2.39 кОм>187 Ом).(4.17)

Энергетический расчёт АГ.

Определяем коэффициент  Берга g1(q)=1/Gр=1/5.115=0.196, находим соответстующий этому значению q=60° и коэффициенты a1(q)=0.391 и a0(q)=0.218 для стационарного режима.

Вычисляем амплитуду импульса коллекторного тока:

Imк=Iко/aо(q)=32 мА<Imкдоп=40 мА.(4.18)

Определяем амплитуду  первой гармоники коллекторного  тока:

Iк1=a1(q)×Imк=12.6 мА.(4.19)

Рассчитываем амплитуду  напряжения на базе:

Umб=Iк1×Rу=0.244 В. 4.20)

Вычисляем модуль коэффициента ОС:

|Кос|= 0.952.    (4.21)

Находим амплитуду напряжения на коллекторе:

Umк=Umб/|Кос|=0.24/0.993=0.239 В < Еп=12 В(4.22)

(условие недонапряжённого режима).

Определим мощность, потребляемую от источника коллекторной цепью:

Po=Iко×Екэ=70 мВт.(4.23)

Мощность, рассеиваемая кварцевым  резонатором:

Pкв=0.5×rкв×(Umб/X2)2=1.53 мВт£Pквдоп=2 мВт.(4.24)

Мощность, рассеиваемая транзистором

Pк=Po-Pкв=68 мВт<Pкдоп=100 мВт.(4.25)

Оцениваем величину допустимого  сопротивления нагрузки из условия, что нагрузка будет потреблять мощность в 10 раз меньше мощности рассеиваемой кварцевым резонатором:

Rндоп³5×Umк2/Pкв=214 Ом.(4.26)

Для уменьшения влияния нагрузки и повышения стабильности частоты  целесообразно включение на выходе АГ эмиттерного повторителя (ЭП) (см.рис.6.2).

Рисунок 6.2 – Принципиальная схема эмиттерного повторителя  на выходе АГ

 

По справочникам [5,6] выбираем транзистор ЭП – КТ373Б со следующими параметрами: fт=300 МГц, rб=38 Ом, bo=250, Iкmax=50 мА, Iкmaxи=200 мА, UкэRmax=25 В, Pкmax=150 мВт.

Рассчитываем ЭП аналогично п.3.3. В результате расчёта получаем следующие параметры: Ек=12 В, Uко=6 В, Rб1=15.5 кОм, Rб2=20 кОм.

 

 

Заключение

В результате проделанной  работы получили структурную и принципиальную схемы АМ передатчика, рассчитанного  на несущую длину волны l=9 м (f=33.33 МГц), мощностью несущей в антенне 30 Вт.

Модуляция производится путем  изменения смещения модулируемого  оконечного каскада.

Для питания передатчика  требуется 3 источника питания: +28 В  – для питания УМК и МК, +12 В – для питания ЭП, умножителя У и АГ, +3 В – для подачи начального смещения на базу транзисторов УМК и МК.

Чертёж контурной катушки  ВКС приведён на РТФ КП.723500.001.

Использование транзисторов при конструировании передатчика  позволит получить оптимальные массо-габаритные характеристики.

Разработанный передатчик можно  использовать в качестве связного.

 

 

Список использованных источников

1 Шумилин М.С, Козырев  В.Б., Власов В.А. Проектирование  транзисторных каскадов передатчиков. Уч.пособие для техникумов. – М.: Радио и связь, 1987. – 320 с.

2 Проектирование радиопередающих  устройств: Уч.пособие для ВУЗов/В.В. Шахгильдян, В.А. Власов, В.Б. Козырев и др.,М.: Радио и связь, 1993. – 512 с.

3 Проектирование радиопередающих  устройств на транзисторах: Методические  указания к курсовому проектированию/Г.Д.  Казанцев, А.Д. Бордус, А.Г. Ильин, Ротапринт ТУСУР, 1987. – 79 с.

4 Радиоприёмные устройства  под ред. Жуковского: Уч.издание/ Ю.Т. Давыдов, Ю.С. Данич, А.П. Жуковский и др., М.: Высш.шк., 1989. – 342 с.

5 Полупроводниковые приборы:  Транзисторы. Справочник/ В.А. Аронов, А.В. Баюков, А.А. Зайцев и др., М.: Энергоиздат, 1982. – 904 с.

6 Транзисторы для аппаратуры  широкого применения: Справочник/ К.М.  Брежнева, Е.И. Гантман, Т.И. Давыдова и др., М.: Радио и связь, 1981. – 656 с.