Связной передатчик коммерческой связи на полупроводниках

α₀ (90⁰)=0.318, α₁ (90⁰)=0.5, γ₀ (90⁰)=0.318, γ ₁ (90⁰)=0.5.

Определим ξ_ГР исходя из того, что режим работы – критический.

                                                    (7).

Определим амплитуду выходного  напряжения первой гармоники

                                                       (8). Определим амплитуду тока первой гармоники

                                                        (9).

Определим постоянную составляющую тока коллектора 

                                                 (10).

Определим мощность колебаний  первой гармоники

                                               (11).

Определим мощность, потребляемую от источника питания

                                                   (12).

Определим рассеиваемую на коллекторе мощность

                                            (13).

Проверка:  - можно продолжать расчёт.

Определим электронный КПД

 или   η=65.9 %.                                          (14).

Определим амплитуду  входного напряжения первой гармоники

                                                (15).

Определим напряжение смещения на базе транзистора                                                (16).

 

 Определим необходимое сопротивление нагрузки

                                                               (18).

Рассчитаем номиналы элементов цепи согласования на выходе усилителя мощности. Её цель – согласовать выход каскада с сопротивлением антенны и трансформировать сопротивление нагрузки Rн=50 Ом в необходимое для работы в критическом режиме сопротивление Rк=5.222 Ом. Условие согласование имеет вид:

                                                                                            (19)    

или                                                                                                      (20).

Определим  входное сопротивления  цепи согласования в общем виде

                  (21).

 После приведения к более удобному виду получаем

                                               (22),

 

                                          (23).

Вещественная часть  входного сопротивления цепи согласования должна быть равна Rк=5.222 Ом. Это достигается при С₃=С₄=25 пФ. Мнимая часть входного сопротивления цепи согласования должна компенсировать выходную ёмкость транзистора, которая определяется по выражению

              (24).

Это достигается при L₂=11 нГн.

Блокировочная индуктивность L₅ должна удовлетворять неравенству

                                               (25).

Выбираем L₅=300 нГн.

Входная согласующая  цепь должна преобразовывать входное  сопротивление транзистора в  чисто активное сопротивление номиналом 50 Ом. Согласно техническим данным производителя входной импеданс при номинальной выходной мощности 60 Вт, напряжении питания 28 В и согласовании нагрузки составляет Z_in=2.1-0.8j Ом. Аналитическое выражение для входного сопротивления транзистора имеет слишком громоздкий вид, поэтому рационально воспользоваться программой численных расчётов MathCAD Professional. В результате расчёта были получены следующие данные: входное сопротивление каскада составляет Z_вх=50.815-0.392j Ом при следующих номиналах элементов С₁=39 пФ, С₂=5 пФ, С₁₁=46 пФ, L₁=11.2 пФ. 

 Определим входную мощность первой гармоники

                                                   (26).

Определим коэффициент усиления по мощности

   или                                                     (27)

                                                          (28).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выбор и энергетический расчёт предоконечного каскада УМ

 

В качестве каскада  предварительного усиления выберем  схему на полевом транзисторе, включенном по схеме с общим истоком.

 

 

Рис.6. Схема предоконечного каскада УМ.

 

В качестве полевого транзистора  выбираем модель MRF160 – СВЧ МДП транзистор с индуцированным каналом n-типа. При питающем напряжении 28 В и согласованном входе и выходе на частоте 300 МГц его матрица рассеяния имеет вид:

.

Оценим максимально возможный коэффициент усиления по мощности

                     (29)

или                                                   (30).

По графику определим  реальный коэффициент усиления по мощности

К_р=17.38   или К_р=12.4 дБ.

Определим общий коэффициент  усиления по мощности

                                         (31)

или                                                              (32).

Мощность на входе должна составлять

                                                     (33).

Эту мощность вполне может обеспечить модулятор  совместно с утроителем частоты.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выбор и энергетический расчёт частотного модулятора

 

 

Рис.7. Схема  частотного модулятора [6]. 

Модуляцию будем  осуществлять на частоте 100 МГц, а затем  с помощью утроителя частоты  получим частоту 300 МГц с девиацией 0.4 МГц (на частоте 100 МГц девиация должна быть в три раза меньшей).

 В качестве  активного элемента выберем биполярный  транзистор КТ331 малой мощности с параметрами [1]:

f_t=250 МГц, С_к=5 пФ, С_э=8 пФ, τ_ос=120 пс, U_отс=0.6 В, U_кдоп=15 В, U_бдоп=3 В, i_кдоп=20 мА, Р_доп=15 мВт, S_гр=20 мА/В, β=20

Определим граничные  частоты

                                                             (34)

                                     (35).

Определим активную ёмкость коллектора

                                                               (36).

Определим сопротивление  базы

                                                              (37).

Определим номиналы элементов корректирующей цепочки

            (38)

                               (39)

                               (40)

                                            (41).

Определим крутизну переходной характеристики с коррекцией

                                                                (42).

По рекомендации [2] зададимся:

максимальным током коллектора i_кmax=0.8·i_кдоп=16 мА

напряжением на коллекторе U_ко=0.3·U_кдоп=4.5 В

коэффициентом обратной связи К_ОС=1

углом отсечки  θ=65^о.

Рассчитаем  основные параметры генератора.

Для угла отсечки  θ=65^о коэффициенты Берга равны: α_о=0.235, α₁=0.414,  γ_о=0.136, cos(65^о)=0.423.

Определим амплитуду тока первой гармоники

                                       (43).                                

Определим постоянную составляющую тока коллектора

                                      (44).

Определим амплитуду напряжения на базе

                           (45).

Определим амплитуду  напряжения на коллекторе

                                                                (46).

Определим необходимое  сопротивление нагрузки коллектора

                                                      (47).

Определим колебательную  мощность первой гармоники

                                      (48).

Определим мощность, потребляемую от источника питания

                                        (49).                                                   

Определим рассеиваемую на коллекторе мощность

                                         (50).                                           

Проверка:  - можно продолжать расчёт.

Определим электронный  КПД

 или η=21.14 %                                     (51).                                         

Определим напряжение смещения на базе транзистора                                     (52).

Проверка:  - можно продолжать расчёт.

Рассчитаем параметры  резонансной системы модулятора.

По рекомендациям [2] выбираем катушку индуктивности с параметрами

L=100 нГн и Q_L=100. Будем считать, что Q_O=Q_L.

Определим реактивное сопротивление  индуктивности

                                             (53).

Определим необходимую  суммарную ёмкость контура

                                    (54).

Определим резонансное сопротивление контура

                                                     (55).

Определим необходимый  коэффициент включения транзистора в контур

                                                           (56).

Определим ёмкость обратной связи С₄^’

                                                        (57).

Определим ёмкость обратной связи С₅^’

                                                      (58).

Определим разделительную ёмкость С₃

    (59).

Чтобы нагрузка не шунтировала  контур необходимо выполнить условие

                                                       (60).

Определим ёмкость связи  с нагрузкой и пересчитаем  её в параллельную С₈

                                                  (61),

                                  (62),

                                                   (63).

Тогда

                               (64).

Определим параметры  цепи автоматического смещения

               (65),

проверка                           (66),

                                                     (67),

                                              (68).

Определим номиналы элементов  фильтрующей цепочки

                                                              (69),

                                              (70).

Определим необходимое  напряжение питания

                                      (71).

Определим номиналы элементов  цепи смещения по постоянному току

          (72),

                                                  (73),

                                                    (74).

В качестве варикапа выбираем модель КВ105А с параметрами [1]:

С_во=500 пФ, U_во=4 В, Q_в=500 при f_p=10 МГц, U_доп=45 В, Р_доп=100 мВт, γ=0.5.

Определим необходимую  амплитуду модулирующего напряжения

                                              (75),

                          (76).

Определим относительное  изменение ёмкости варикапа при  заданном К_Г

                                                    (77).