--PAGE_BREAK--
, тогда
6. Мощность возбуждения и коэффициент усиления по мощности:
4.3 Расчет элементов схемы усилителя и согласующих цепей
4.3.1 Расчет цепей питания
1. Блокировочная индуктивность во входной цепи автосмещения:
2. Блокировочная индуктивность, развязывающая цепь источника питания по высокой частоте:
3. Для исключения прохождения постоянной составляющей тока в нагрузку:
4. Для исключения прохождения постоянной составляющей тока в источник питания (примем RИП=10 Ом ):
4.3.2 Расчет входной согласующей цепи
Требуется согласовать выходное сопротивление транзистора УМ по первой гармонике Rн1= 50(Ом) и входное сопротивление транзистора оконечного каскада .
Т.к. согласовываем каскад мощного усилителя (возбуждение током) с малым входным сопротивлением и , то можно использовать простую входную ВЧ цепь, представляющую ячейку ФНЧ Г- образного реактивного четырехполюсника, его эквивалентная схема представлена на рисунке:
Обозначим: R1=R`н1=50 (Ом), R2= rвх1, X2= xвх1.
Рассчитываем необходимую величину добротности Г-звена
-достаточно мала, следовательно, цепь не превратится в колебательный контур и ее можно использовать для согласования.
Рассчитаем цепь с емкостью в параллельной ветви, т.к. она имеет лучшие фильтрующие свойства в отношении высших гармоник, чем цепь с параллельной индуктивностью:
Определяем реактивные сопротивления
Ом; Ом.
Вычисляем величины индуктивности и емкости с учетом реактивностей выходного сопротивления транзистора УМ и входного сопротивления транзистора рассчитываемого каскада
4.3.3 Расчет выходной согласующей цепи
1. Находим действующее сопротивление:
,
проверяем выполнение условия иначе, согласование было бы невозможным.
2. Определим реактивные сопротивления:
3. Рассчитываем необходимую величину добротности второго Г-звена:
4. Определяем реактивное сопротивление:
5. Находим последовательное реактивное сопротивление П-цепи:
.
6. Вычислим величину индуктивностей и емкостей:
С учетом емкости СК, стоящей параллельно С1 пересчитаем:
С1'=C1-CК=5.17пФ-4.5пФ=0.67пФ.
.
Основные параметры каскада:
Напряжения питанияUКо=12.6 В
Выходная мощность(до согласующей цепи)РВЫХ = 1.625 Вт
Рабочая частотаf= 310 МГц
Коэффициент усиления по мощностиKp= 9.229
КПДη = 73%
Мощность, потребляемая от источникаР0= 3 Вт
Мощность, рассеиваемая на коллектореРК = 1.39 Вт
5. Расчет кварцевого автогенератора
5.1 Выбор кварцевого резонатора и транзистора
Исходными данными для расчета:
рабочая частота f=51.333 МГц,
мощность в нагрузке РН=0.4 мВт.
Приняв частоту fкв=f, выбираем КР желательно с меньшим значением rкв*Со и выписываем его справочные параметры:
Колебательная мощность генератора с КР невелика, поэтому АГ будем выполнять на маломощном транзисторе КТ306Б, с граничной частотой . Его параметрами:
продолжение
--PAGE_BREAK--
Для расчета выбираем схему частотно модулируемого автогенератора с кварцем, включенным в контур:
Схема с КР в контуре удобна тем, что возбуждение может происходить как на основной частоте, так и на механических гармониках. Так же схема позволяет включить в колебательный контур варикап, для осуществления прямой частотной модуляции.
1. Вычислим нормированную статическую емкость КР:
2. Коэффициенты разложения косинусоидального импульса при угле отсечки θ=60 градусов:
, ,,,
3. Режим автогенератора выбираем недонапряженным для уменьшения тока во входной цепи:
, возьмем
4. Сопротивление резистора R и коэффициент m:
5. Определим мощности, рассеиваемые на кварце и отдаваемая транзистором:
возьмем
6. Параметр
удовлетворяет рекомендованному значению а ≤ 0.25.
7. Максимальное значение импульсного коллекторного тока:
где
Условие выполняется.
8. Рассчитаем аппроксимированные параметры транзистора:
— крутизна по переходу,
— сопротивление рекомбинации,
— крутизна,
— граничная частота по крутизне,
— нормированная частота по ,
— модуль крутизны на частоте , а
5.2 Расчет параметров колебательной системы АГ
Рассчитываем параметры колебательной системы АГ (при условии самофазирования):
1) Сопротивление ветвей контура:
2) Ёмкости контура:
3) Эквивалентное реактивное сопротивление КР с учетом резистора R:
Тогда сопротивление плеча контура между коллектором и базой:
4) Оценим индуктивность:
для этого возьмем характеристическое сопротивление
Из условия найдем :
5.3 Расчет параметров режима работы транзистора
Параметры режима работы транзистора:
1) Постоянная составляющая и первая гармоника коллекторного тока:
2) Постоянная составляющая тока базы:
3) Амплитуда напряжения возбуждения:
Модуль коэффициента обратной связи:
4) Амплитуда коллекторного напряжения:
5) Напряжение смещения на базе:
6) Мощности, потребляемая в цепи коллектора, колебательная и рассеиваемая транзистором:
5.4 Расчет параметров элементов цепи питания и смещения
Параметры цепи элементов питания и смещения:
1) Выбираем значения сопротивлений Rэ и Rб из соотношений:
и
2) Напряжение источников коллекторного питания:
3) Начальное напряжение смещения:
4) Сопротивление делителя в цепи питания базы:
Ток делителя выбирается из соотношения
5) Мощность источника питания:
КПД цепи коллектора:
КПД АГ:
5.5 Расчет варикапа
Для осуществления частотной модуляции в АГ будем использовать варикап КВ109В с параметрами:
Так как он обладает высокой добротностью на рабочей частоте.
Возьмем показатель , зависящий от технологии изготовления варикапа. Для максимального изменения емкости варикапа величину целесообразно принимать из соотношения :
В режиме запертого p-n перехода емкость варикапа СВ зависит от напряжения модулирующего сигнала. Средняя емкость варикапа, соответствующая равна , тогда:
при U=12,5 В.
Обозначим емкость . Так как то из схемы исключается и
Рассчитаем амплитуды высокочастотного и модулирующего напряжений на варикапе, для этого вычислим коэффициент включения варикапа в контур:
, где
Амплитуда модулирующего напряжения, подаваемого на варикап:
Так как условие: выполняется, то продолжаем расчет.
Рассчитаем значения и :
Частота девиации будет определяться формулой:
Так как требования к величине коэффициента нелинейных искажений не предъявляются, то оставляем его в пределах рассчитанного значения.
Данный варикап обеспечивает заданную величину девиации частоты.
Основные параметры автогенератора:
Pвых = 0,4 мВт
5.6 Расчет элементов цепи генератора
Расчет блокировочных элементов:
Выбор , включенной параллельно сопротивлению Rэ. Блокировочные функции этой емкости осуществляются при условии . Но при большой может возникнуть прерывистоая автогенерация. Условием ее отсутствия будет , где Q– добротность колебательной системы АГ (примем Q=100).
,
,
отсюда , примем .
Полагая, что внутреннее сопротивление источника питания мало(10 Ом):
Блокировочная индуктивностьпредотвращает заземление транзистора по высокой частоте:
Блокировочные индуктивности развязывающие по частоте и частоту модуляции :и
Примем , тогда:
Блокировочная емкость выбирается из соотношения:
Рассчитаем резистивный делитель в цепи смещения варикап:
-напряжение источника питания варикапа.
максимальная частота в спектре модулирующего сигнала.
Зададимся R4=500 Ом, тогда найдем значение R3 из соотношения :
Откуда
6. Расчет умножителя частоты
Генераторные каскады малой мощности РПУ могут выполнять функции умножителей частоты, в основе которых лежит принцип выделения гармоники нужной частоты из импульсов коллекторного тока.
Выходная мощность умножителя ограничена несколькими факторами. К ним относятся предельно допустимые значения обратного напряжения на эмиттерном переходе и мощности рассеяния , а также критический коллекторный ток .
При выборе угла отсечки надо учитывать следующее. Пиковое обратное напряжение увеличивается при уменьшении угла отсечки , что может ограничить мощность, отдаваемую умножителем частоты. При больших углах отсечки уменьшается КПД и растет мощность РК, что может привести к нереализуемости режима транзистора. Если при оптимизации мощности УЧ опираться только на ограничения по коллекторному току, считая , то оптимальный угол отсечки равен . При n=2 — , а при n=3 — . При этих углах отсечки КПД будет достаточно высоким, но надо не допустить превышение . Поэтому часто угол отсечки и для n=2, и для n=3 выбирают равным .
Расчет режима транзистора ведут на заданную мощность транзистора на рабочей частоте n*f, определенную по выходной мощности умножителя продолжение
--PAGE_BREAK--