Расчет радиопередатчика с ЧМ модуляцией

[pic] = 26 / IК0 = 26 / 5 = 5.2 Ом.

S = 100 / ( 71.43 + 100 ? 5.2) = 169 мА/В.

Зададим коэффициент регенерации GP = (3…7) = 5 и определим управляющее

сопротивление

RУ = GP / S = 5 / 169 ? 10-3 = 29.6 Ом.

Зададим коэффициент обратной связи автогенератора К’ОС = С3 / С2 = 1 и

вычислим реактивное сопротивление емкости С3

X3 = [pic]=[pic]= 27.5 Ом,

где rкв - сопротивление кварцевого резонатора, которое находится по формуле

rкв = 1 / ? ? Ck ? Qk = 1 / 2 ? ? ? 3.125 ? 106 ? 1 ? 10-15 ? 2 ? 106 =

25.5 Ом.

Ck - емкость кварцевого резонатора, Qk – додротность кварцевого

резонатора.

Найдем емкость конденсаторов С2 и С3

С2 = С3 = 1 / ?кв ? X3 = 1 / 2 ? ? ? 3.125 ? 106 ? 27.5 = 1.85 нФ.

Стандартное значение: С2 = С3 = 2 нФ.

Вычислим ёмкость блокировочного конденсатора

С1 = (10…20) [pic] = 20 / 2 ? ? ? 3.125 ? 106 ? 5.2 = 196 нФ,

стандартное значение С1 = 220 нФ.

Рассчитаем индуктивность блокировочного дросселя

Lk = (20…30) [pic] = 20 ? 27.5 / 2 ? ? ? 3.125 ? 106 = 28 мкГн.

Определим необходимость дросселя LБ из условия

R1 ? R2 / (R1 + R2 ) ? (20…30) ? X2,

если оно не выполняется, то дроссель необходим.

Проверка

5.6 ? 103 ? 12 ? 103 ? 25 ? 27.5

67200 ? 687.5

Условие выполняется, следовательно, дроссель не нужен.

4. Энергетический расчёт автогенератора.

Определим коэффициент Берга ?1 = 1 / Gp и через него коэффициенты ?0 и ?1.

?1 = 1 / Gp = 1 / 5 = 0.2; ? = 60?;

?0 = 0.11; ?0 = 0.21; ?1= 0.4.

Вычисляем амплитуду импульса коллекторного тока

Imk = Ik0 / ?0(?) = 5 ? 10-3 / 0.21 = 23.8 mA.

Проверяем условие Imk < Imk доп, 23.8 mA < 100 mA.

Определяем амплитуду первой гармоники коллекторного тока

Ik1 =?1(?) ? Imk = 0.4 ? 23.8 ? 10-3 = 9.5 mA.

Рассчитываем амплитуду напряжения на базе транзистора

UmБ = Ik1 ? Ry = 9.5 ? 10-3 ? 29.6 = 0.282 B.

Вычисляем модуль коэффициента обратной связи

[pic]= [pic] = 0.73.

Находим амплитуду напряжения на коллекторе

Umk = [pic]= 0.282 / 0.73 = 0.386 B.

Определяем мощность, потребляемую от источника коллекторной цепью

P0 = Ik0 ? EКЭ = 5 ? 10-3 ? 7 = 35 мВт;

мощность, рассеиваемая кварцевым резонатором

Pкв = 0.5 ? ( UmБ / X2 ) 2 ? rкв = 0.5 ? ( 0.282 / 27.5 ) 2 ? 25.5 = 1.34

мВт;

Проверяем условие Pкв < Pкв доп, где Pкв доп - допустимая мощность

рассеиваемая на кварцевом резонаторе, 1.34 мВт < 100 мВт.

мощность, рассеиваемая транзистором

Pk = P0 – Pкв = 35 – 1,34 = 33.66 мВт;

Проверяем условие Pк < Pк доп, где Pк доп – допустимая мощность

рассеиваемая транзистором, 33.66 мВт < 150 мВт.

Оценим величину допустимого сопротивления нагрузки

R н доп ? 5 ? U2mk / Pкв = 5 ? 0.3862 / 1.34 ? 10-3 = 556 Ом.

Из условия, что будет потребляться мощность

Pн = 0.1 ? Pкв = 0.1 ? 1.34 = 0.134 мВт

найдем к.п.д. автогенератора

? =Pн / P0 = ( 0.134 / 35 ) ? 100% = 0.14 %.

3. РАСЧЕТ УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ.

Требования к усилителю мощности:

рабочая частота – 25 МГц;

выходная мощность – не менее 25 Вт.

В качестве активного элемента в усилителе мощности будет использоваться

биполярный транзистор КТ927Б т. к. он обеспечивает требуемую выходную

мощность и может работать на требуемой частоте. Параметры транзистора

приведены в ПРИЛОЖЕНИИ 2.

1. Схема усилителя мощности.

Схема усилителя мощности приведена на рисунке 5.

[pic]

Рис.5.

Назначение элементов схемы усилителя мощности:

R1 и R2 - используются как делитель напряжения для обеспечения

фиксированного смещения; обеспечивают автосмещение; корректируют

частотную характеристику;

С1 и С5 – разделительные емкости;

L2 – блокировочная индуктивность;

С3 – блокировочная емкость;

L1 и С2 – входная согласующая цепь;

L3 и С3 – выходная согласующая цепь.

2. Расчет режима работы и энергетический расчет

Выбираем амплитуду импульсов коллекторного тока ik max из условия:

ik max ? (0.8 … 0.9) ? ik доп,

где ik доп – допустимая амплитуда импульсов коллекторного тока (справ.);

ik max = 0.8 ? 10 = 8 А.

Выбираем напряжение источника питания из условия:

Еп ? Uк доп /2,

где Uк доп – допустимая амплитуда напряжения на коллекторе (справ.);

Еп ? 70 / 2 = 35, выбираем Еп = 20 В.

Рассчитываем напряженность граничного режима работы активного элемента ?гр

?гр = 1- iк max / Sгр? Еп = 1- 8 / 5 ? 20 = 0.92,

где Sгр – крутизна граничного режима (справ.).

Найдем амплитуду импульсов первой гармоники коллекторного напряжения

Uk1 = ?гр ? Еп = 0.92 ? 20 = 18.4 В.

Определим амплитуду импульсов первой гармоники коллекторного тока

Ik1 = ?1(?)? ik max = 0.5 ? 8 = 4 А,

где ?1(?) – коэффициент Берга, ? = 90?.

Рассчитаем постоянный ток, потребляемый коллекторной цепью транзистора

Ik0 = ?0(?)? ik max = 0.318 ? 8 = 2.54 А,

где ?0(?) – коэффициент Берга, ? = 90?.

Найдем мощность первой гармоники

P1 = Ik1 ? Uk1 / 2 = 4 ? 18.4 / 2 = 36.8 Вт.

Определим мощность, потребляемую от источника питания

P0 = Ik0 ? Eп = 2.54 ? 20 = 50.8 Вт.

Рассчитаем мощность, рассеиваемую на активном элементе

Pрас = Р0 – Р1 = 50.8 – 36.8 = 14 Вт.

Найдем к.п.д. усилителя

? = Р1 / Р0 = 36.8 / 50.8 = 0.72, т.е 72%.

Определим амплитуду управляющего заряда

Qy1 = ik max / [?гр ? ( 1- cos ? )]= 8 / [2 ? ? ? 100 ? 106 ? ( 1- cos 90?

)] = 12.73 ? 10-9 Кл,

где ?гр – граничная частота работы транзистора, ? – угол осечки

коллекторного тока.

Найдем постоянную составляющую напряжения эмиттерного перехода

Uэп = uотс – ?0 (? –?) ? Qy1 /Cэ = 1 – 0.5 ? 12.73 ? 10-9 / 2300 ? 10-12 =

-0.76 В,

где uотс – напряжение отсечки, ?0 - коэффициент Берга, Cэ – емкость

эмиттерного перехода (справ.).

Определим минимальное мгновенное напряжение на эмиттерном переходе

uэ min = uотс – (1 – cos (? –?) ) ? Qy1 / Cэ = 1 – 12.73 ? 10-9 / 2300 ?

10-12 = - 4.5 В.

Рассчитаем выходное сопротивление транзистора

Rk = Uk1 / Ik1 = 18.4 / 4 = 4.6 Ом.

Определим коэффициент, показывающий во сколько раз увеличивается входная

емкость транзистора счет паразитной емкости коллекторного перехода

ж = 1 + ?1 (?) ? ?гр? Ск ?Rk = 1 + 0.5 ?2 ? ? ? 100 ? 106 ? 150 ? 10-12 ?

4.6 = 1.217,

где Ск – емкость коллекторного перехода.

Найдем амплитуду первой гармоники тока базы с учетом тока через емкость Ск

Iб = ? ? Qy1 ? ж = 2 ? ? ? 25 ? 106 ? 12.73 ? 10-9 ? 1.217 = 2.43 A.

Рассчитаем сопротивление корректирующего резистора, подключаемого

параллельно входу транзистора, служащего для симметрирования импульсов

коллекторного тока

RЗ = 1 / ?? ? Cэ = 1 / 2 ? ? ? 5 ? 106 ? 2300 ? 10-12 = 13.8 Ом,

где ?? – частота, на которой модуль коэффициента усиления тока в

динамическом режиме уменьшается в ?2 раз по сравнению со статическим

режимом. ?? находится по формуле ?? = ?гр / B , где В – средний

коэффициент усиления тока (15…30).

Определим мощность, рассеивающуюся на корректирующем сопротивлении

[pic]= 0.55 Вт.

Найдем входное сопротивление транзистора

Rвх = ?1 (?) ? ?гр? Lэ / ж = 0.5 ?2 ? ? ? 100 ? 106 ? 1 ? 10-9 / 1.217 =

0.26 Ом,

где Lэ – индуктивность эмиттерного вывода транзистора (справ.).

Определим мощность, обусловленную прямым прохождением мощности в нагрузку

через Lэ и связанную с Rвх

P’’вх =I2б1 ? Rвх / 2 = 2.432 ? 0.26 / 2 = 0.76 Вт.

Рассчитаем входную мощность, требуемую для обеспечения заданной выходной

мощности

Pвх = P’вх + P’’вх = 0.55 + 0.76 = 1.31 Вт.

Найдем коэффициент передачи по мощности усилителя

Kp = (P1 + P’’вх) / Pвх = ( 36.8 + 0.76 ) / 1.31 = 28.7

Определим входную индуктивность усилителя

Lвх = Lб + Lэ / ж = 1 ? 10-9 + 2 ? 10-9 / 1.217 = 2.82 нГн,

где Lб – индуктивность базового вывода транзистора (справ.).

Рассчитаем входную емкость усилителя

Свх = ж ? Сэ / ?1 (? - ?) = 1.217 ? 2300 ? 10-9 / 0.5 = 5.6 нФ.

Найдем усредненное за период колебаний сопротивление коррекции Rпар

Rпар = RЗ ? ?1 (? - ?) = 13.8 ? 0.5 = 6.9 Ом.

3.3 Расчет цепи питания усилителя мощности.

Выбор схемы цепи питания.

Цепь питания содержит источник постоянного напряжения и блокировочные

элементы. Благодаря блокировочным элементам исключаются потери

высокочастотной мощности в источнике питания, и устраняется нежелательная

связь между каскадами через источник питания.

В качестве схемы цепи питания выберем параллельную схему (рис. 6.),

когда источник питания, активный элемент и выходная цепь включены

параллельно. Последовательная схема цепи питания не будет использоваться,

потому что требуется, чтобы выходная согласующая цепь пропускала постоянный

ток.

[pic]

Рис. 6.

Емкость Сбл с индуктивностью Lбл и емкостью Ср образуют колебательный

контур резонирующий на частоте меньшей рабочей частоты усилителя, что может

привести к возбуждению колебаний. Чтобы исключить их применяют

антипаразитный резистор Rап и проектируют цепь питания как ФНЧ.

Определим блокировочную индуктивность из условия

?min ? Lбл >> Rk

Lбл >> Rk / ?min = 4.6 / 2 ? ? ? 25 ? 10-6 = 29.3 ? 10-9

Lбл = 10 мкГн.

Рассчитаем сопротивление антипаразитного резистора из условия

Rап [pic] = [pic] = 118? 10-9 ? 120 нГн.

Определяем С0

С0=1 / (4 ? ? 2? f2 ? (L0 – L)) =1 / (4 ? ? 2? (25 ?106)2 ?(1.91?10-6 –

120?10-9))=22.6 пФ.

Определяем емкости С1 и С2

С1 = [pic]= =[pic]=

= 573 пФ.

С2 = [pic]= =[pic]=

= 352 пФ.

Рассчитываем внесенное в контур сопротивление

rвн = [pic] = [pic]= 4.12 Ом.

Определим добротность нагруженного контура

Qн = ? / (r0 +rвн ),

где r0 – собственное сопротивление потерь контурной индуктивности L0. Эта

величина точно определяется при конструктивном расчете контурной катушки

индуктивности, а на данном этапе можно принять r0 = (1…2) Ом = 1 Ом.

Qн = ? / (r0 +rвн ) = 300 / ( 1 + 4.12) = 58.6.

Найдем коэффициент фильтрации П – контура

ф = Qн ?( n2 –1 ) ? n = 58.6 ? ( 22 – 1) ?2 = 351.6,

где n =2 для однотактной схемы усилителя.

Определим к.п.д. (ориентировочный) нагрузочной системы

?к = rвн / (rвн + r0) = 4.12 / ( 1 + 4.12) = 0.8.

4.2 Конструктивный расчет элементов нагрузочной системы

В процессе конструктивного расчета нагрузочной системы необходимо

выбрать номинальные значения стандартных деталей (С0, С1, С2 ), входящих в

контур, и определить конструктивные размеры контурной катушки L0.

При выборе номинального значения конденсатора С1 необходимо учитывать,

что параллельно ему подключена выходная емкость транзистора усилителя

мощности.

Для настройки контура в резонанс и обеспечения оптимальной связи с

нагрузкой в состав емкостей С0 и С2 целесообразно включить подстроечные

конденсаторы. При включении в цепь подстроечных конденсаторов схема контура

примет вид изображенный на рисунке 10.

[pic]

Рис. 10.

Номинальные значения элементов входящих в контур:

С0 = 22 пФ; С2 =360 пФ.

Учитывая, что выходная емкость транзистора Ск = 150 пФ емкость С1

определится так С1 = 573 – 150 = 423 пФ, номинальное значение равно 430

пФ.

Произведем расчет контурной катушки:

Зададим отношение длины намотки катушки ( l ) к диаметру намотки ( D )

v = l / D = (0.5…2) = 1.25.

Определим площадь продольного сечения катушки S = l ? D по формуле

S = P1 ? ?к / Ks = 36.8 ? 0.8 / 0.5 = 58.9 см2,

где Ks = (0,1 – 1) – удельная тепловая нагрузка на 1 см2 сечения катушки,

[Вт/см2].

Определим длину l и диаметр D катушки

[pic] см;

[pic]= 6.86 см.

Рассчитаем число витков контурной катушки

[pic]= 6.86 ? 7,

где L0 – индуктивность катушки в мкГн.

Определим диаметр провода катушки d (мм)

Iк = Uk1 ?2 ? ? ? f ? C1 = 18.4 ?2 ? ? ?25 ? 106 ? 430 ? 10-12 = 1.2 A;

d ? 0.18 ? Iк ?[pic]= 0.18 ? 1.2 ?[pic]= 0.48 мм ? 1 мм,

где Uk1 – амплитуда импульсов коллекторного напряжения; Iк – амплитуда

контурного тока в амперах, f – рабочая частота в МГц.

Найдем собственное сопротивление потерь контурной катушки на рабочей

частоте

r0 = [pic][pic]1.25 Ом,

где f – рабочая частота, МГц; d – диаметр провода, мм; D –

диаметр катушки, мм.

Определим к.п.д. контура

?к = rвн / ( r0 + rвн ) = 4.12 / (1.25 + 4.12 ) = 0.77.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проектирования и расчетов отдельных блоков получились

следующие результаты:

Кварцевый генератор построен по схеме емкостной трехточки и обеспечивает

стабильность частоты порядка 10-6. Имеет выходную мощность 0.134 мВт и

к.п.д. 0.14 %.

Усилитель мощности построен по схеме с общим эмиттером, имеет выходную

мощность 36.8 Вт, к.п.д. равен 72 %.

Выходная согласующая цепь построена в виде П-образного контура с к.п.д. 77%

и коэффициентом фильтрации 351.6.

Также в результате проектирования предъявлены требования к нерассчитанным

блокам.

Проделанная работа закрепила полученные на лекциях знания в области

проектирования и анализа работы радиопередающих устройств.

Список литературы

1. Терещук Р. М., Фукс Л. Б. Малогабаритная радиоаппаратура: Справочник

радиолюбителя – Киев: Наукова думка. – 1967

2. Лаповок Я. С. Я строю КВ радиостанцию. – 2-е изд., прераб. И доп. – М.:

Патриот, 1992.

3. Шахгильдян В.В. и др., Радиопередающие устройства: Учебник для вузов. –

3-е изд., перераб. И доп. – М.: Радио и связь, - 1996.

4. Петров Б. Е., Романюк В. А., Радиопередающие устройства на

полупроводниковых приборах.: Учебное пособие для радиотехн. Спец. Вузов.

– М.: Высшая школа – 1989.

5.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Параметры транзистора КТ 315Б

Обратный ток коллектора при UКБ = 10 В 1 мкА;

Обратный ток эмиттера при UЭБ = 5 В 30 мкА;

Выходное сопротивление h11Б 40 Ом;

Коэффициент передачи тока h21Э 50…350;

Выходная полная проводимость h22Б 0.3 мкСм;

Режим измерения h- параметров:

напряжение коллектора UК 10 В,

ток коллектора IК 1 мА;

Граничная частота коэффициента передачи fгр 250 МГц;

Емкость коллекторного перехода СК 7 пФ;

Постоянная времени цепи обратной связи ?К 300 пс;

Максимально допустимые параметры

постоянное напряжение коллектор – эмиттер UКЭ MAX 15 В;

постоянный ток коллектора IК 100 мА;

рассеиваемая мощность без теплоотвода РMAX 150 мВт;

Диапазон рабочих температур +100…-55?С.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Параметры транзистора КТ 927Б

Обратный ток эмиттера при Uк = 3.5В 0.1 мА;

Напряжение насыщения коллектор – эмиттер при Iк = 10 А 0.5 В;

Модуль коэффициента передачи тока на высокой частоте 5;

Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ 30;

Емкость эмиттерного перехода 2300 пФ;

Емкость коллекторногоперехода 150 пФ;

Максимально допустимые параметры

постоянный ток коллектора 10 А;

импульсный ток коллектора 30 А;

постоянное напряжение эмиттер – база 3.5 В;

постоянное напряжение коллектор – база 70 В;

постоянное напряжение коллектор – эмиттер 70 В;

рассеиваемая мощность коллектора 83.3 Вт;

Диапазон рабочих температур -60…+100?С.

[pic]

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Схема электрическая принципиальная задающего генератора.

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Схема электрическая принципиальная усилителя мощности.

ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Спецификация к принципиальной схеме задающего генератора

|Поз. |Наименование |Кол.|Примечание |

|Обозначение | | | |

| | | | |

| |Конденсаторы | | |

| | | | |

|C1, C3 |КМ-6 - М75 – 2 нФ ±5% |2 | |

|C2 |КМ-6 - М75 – 220 нФ ±5% |1 | |

| | | | |

| | | | |

| |Резисторы | | |

| | | | |

|R1 |МЛТ - 0,125 – 5,6 кОм ± |1 | |

|R2 |10% |1 | |

|R3 |МЛТ - 0,125 – 12 кОм ± 10%|1 | |

| | | | |

| |МЛТ - 0,125 – 430 Ом ± 10%| | |

|VT1 | | | |

| | | | |

| | | | |

|ZQ1 |Транзистор КТ315Б | | |

| | |1 | |

| | | | |

| |Кварцевый резонатор на | | |

| |частоту 3125 кГц | | |

|L1 | |1 | |

| |Катушки индуктивности | | |

| | | | |

| |28 мкГн | | |

| | | | |

ПРИЛОЖЕНИЕ 6. Спецификация к принципиальной схеме усилителя мощности

|Поз. |Наименование |Кол.|Примечание |

|Обозначение | | | |

| | | | |

| |Конденсаторы | | |

| | | | |

|C1, C2 |Рассчитываются во входной | | |

| |согласующей цепи |1 | |

|C3 |К73-11 – 10 мкФ ± 10% |1 | |

|С4 |КТ – Н70 - 430 пФ ± 10% |1 | |

|С5 |КТ – Н70 - 22 пФ ± 10% |1 | |

|С6 |КТ – Н70 - 360 пФ ± 10% |1 | |

| | | | |

| |Резисторы | | |

| | | | |

|R1 |МЛТ - 0,5 – 280 Ом ± 10% |1 | |

|R2 |МЛТ - 0,5 – 15 Ом ± 10% |1 | |

| | | | |

| | | | |

|VT1 |Транзистор КТ927Б |1 | |

| | | | |

| | | | |

| |Катушки индуктивности | | |

| | | | |

|L1 |Рассчитывается во входной |1 | |

| |цепи | | |

|L2 |10 мкГн |1 | |

|L3 |2 мкГн |1 | |

| | | | |

-----------------------

?

[pic]

?

+EG

R1

АЭ

R2

Рис. 7

Страницы: 1, 2