Связной передатчик коммерческой связи на полупроводниках

Определим коэффициент  вклада варикапа с суммарную ёмкость  контура

                                                   (78).

Определим коэффициент  включения варикапа в контур

                                              (79).

Определим номинал разделительной ёмкости С₂

                                                                         (80),

                          (81).

Определим ёмкость, вносимую варикапом и С₂

                            (82).

Определим номиналы ёмкостей С₄ и С₅

                               (83),

                          (84).

Определим номиналы цепи смещения варикапа по постоянному току

                                                                          (85).

Решая данное неравенство, получаем:

                          (86),

                                                           (87).

Определим номинал блокировочной  индуктивности L₁ из условия

                         (88).

Определим ёмкость блокировочного конденсатора С₉ из условия

                                                (89).

Определим ёмкость разделительного  конденсатора С₁ из условия

                                       (90).

В заключение расчёта оценим коэффициент гармоник по методике [5]

         (91),

или К_Г2=1.929 %, что соответствует техническому заданию.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выбор и энергетический расчёт опорного генератора

 

 

Рис.8. Схема опорного генератора . 

Генерацию будем  осуществлять на частоте 10 МГц (для  этого используем кварцевый резонатор  с частотой последовательного резонанса 10 МГц).

 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

                                                               (92)

                                     (93).

Определим активную ёмкость коллектора

                                                               (94).

Определим сопротивление  базы

                                                              (95).

Определим номиналы элементов корректирующей цепочки

            (96)

                               (97)

                              (98),

                                            (99).

Определим крутизну переходной характеристики с коррекцией

                                                                 (100).

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=60^о.

Рассчитаем  основные параметры генератора.

Для угла отсечки  θ=60^о коэффициенты Берга равны: α_о=0.218, α₁=0.391,  γ_о=0.109, cos(65^о)=0.5.

Определим амплитуду  тока первой гармоники

                                     (101).                                

Определим постоянную составляющую тока коллектора

                                   (102).

Определим амплитуду  напряжения на базе

                                (103).

Определим амплитуду  напряжения на коллекторе

                                                                (104).

Определим необходимое  сопротивление нагрузки коллектора

                                                    (105).

Определим колебательную  мощность первой гармоники

                                      (106).

Определим мощность, потребляемую от источника питания

                                     (107).                                                   

Определим рассеиваемую на коллекторе мощность

                                       (108).                                           

Проверка:  - можно продолжать расчёт.

Определим электронный  КПД

 или η=6.377 %                                   (109).                                         

Определим напряжение смещения на базе транзистора                                         (110).

Проверка:  - можно продолжать расчёт.

Рассчитаем параметры  резонансной системы модулятора.

По рекомендациям [2] выбираем кварцевый резонатор с параметрами

L=100 мГн и R_O=112 Ом и. Из [2] известно, что максимальное значение действительной части проводимости равно

                                                          (111).

Тогда резонансное сопротивление  контура равно

                                                              (112).

Определим добротность  резонатора

                                          (113).

Определим необходимую  суммарную ёмкость контура

                                         (114).

Определим резонансное  сопротивление контура

                                             (115).

Определим необходимый  коэффициент включения транзистора  в контур

                                                     (116).

Определим ёмкость обратной связи С₂

                                                          (117).

Определим ёмкость обратной связи С₃^’

                                                           (118).

Определим разделительную ёмкость С₁

        (119).

Чтобы нагрузка не шунтировала  контур необходимо выполнить условие

                                                     (120).

Определим ёмкость связи  с нагрузкой и пересчитаем  её в параллельную С₆

                                                (121),

                              (122),

                                                (123).

Тогда

                                      (124).

Определим параметры  цепи автоматического смещения

                    (125),

проверка                             (126),

                                                     (127),

                                            (128).

Определим номиналы элементов  фильтрующей цепочки

                                                            (129),

                                         (130).

Определим необходимое  напряжение питания

                                (131).

Определим номиналы элементов цепи смещения по постоянному току

          (132),

                                               (133),

                                               (134).

 

Определим ёмкость блокировочного конденсатора С₇ из условия

                                            (135).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Разработка  конструкции и конструктивный расчёт 

 

В качестве системы ФАПЧ воспользуемся конструкцией, описанной  в журнале Радио Любитель 4-92. Сигнал с выхода модулятора с помощью делителей частоты делится на 10⁴, а сигнал с выхода опорного генератора с помощью делителей частоты делится на 10³. В результате сравнение происходит на частоте 10 кГц.  В качестве делителей частоты используются десятичные счётчики К193ИЕ3. Фазовый дискриминатор выполнен на Т-триггерах серии К561ТМ2. В схеме также имеется индикатор вхождения в синхронизм. Для согласования входа делителя частоты с выходом модулятора и опорного генератора сигнал подаётся через усилитель на ПТ.

В качестве умножителя частоты  воспользуемся стандартной схемой из [2].

Так как выходной каскад рассеивает мощность 27.4 Вт, то транзистор выходного каскада необходимо установить на радиатор. Произведём расчёт радиатора выходного транзистора. Исходными данными для расчёта являются:

Рассеиваемая мощность Р_РАС=27.4 Вт,

Максимальная температура  перехода t_ПМАКС=160 ^оС,

Максимальная температура  окружающей среды t_СМАКС=40 ^оС,

Тепловое сопротивление  переход-корпус R_{t ПК}=1.2 ^оС/Вт.

Определим тепловое сопротивление радиатора

                                      (136).

Определим необходимую  площадь радиатора

                                                                 (137).

Выберем соотношение размеров 8×15 см. Определим необходимое число рёбер радиатора:

                                                  (138).

Примем высоту рёбер  радиатора равной 1 см, тогда число  рёбер определяется как:

                                                       (139).

Шаг между рёбрами  будет составлять 1 см. Тогда общий  вид радиатора смотри в приложении. В качестве материала радиатора  выберем алюминиевый сплав Д16.

 

 

 

 

 

 

Разработка схемы контроля, защиты и управления

 

Для нормального функционирования передатчика необходимо знать и  контролировать его параметры (выходную мощность, рабочую температуру). Для контроля выходной мощности предлагаю использовать амперметр постоянного тока, включённый в цепь питания выходного каскада, так как именно выходной каскад потребляет наибольший ток. Для контроля стабильности средней частоты можно использовать блок частотомера (например, на микроконтроллере 84 серии или специализированной СБИС). Кроме того, в случае выхода выходного каскада из строя можно использовать преимущество конструкции, заключающееся в том, что каскад предварительного усиления также может работать на нагрузку с сопротивлением 50 Ом. Таким образом, достаточно переключить выход каскада предварительного усиления и отключить выходной каскад. В этом случае выходная мощность значительно упадёт, но в чрезвычайной ситуации это может оказать неоценимую помощь. Для защиты выходного каскада и каскада предварительного усиления предлагаю применить плавкие предохранители, которые обязательно необходимо вынести на заднюю панель для их быстрой замены (кроме того это позволит отключить выходной каскад от источника питания в случае выхода его из строя).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчёт промышленного КПД передатчика

 

Промышленный КПД передатчика определяется как отношение выходной мощности передатчика к мощности, потребляемой от источника питания, которая равна сумме мощностей, потребляемых в каждом блоке, в цепях согласования.

                                                                                          (140).

Рвых=52.875 Вт,

Р_оS=Ровоз+Ромод+Роунч+Рпу+Рфапч+Рок                               (141).