Расчет радиопередатчика с ЧМ модуляцией (стр. 3 из 5)

R₂ = R_ДЕЛ – R₂ = 18 – 5.4 = 12.6 кОм.

Выбираем стандартные значения сопротивлений R₁ и R₂:

R₁ = 5.6 кОм, R₂= 12 кОм.

2.3 Расчёт по переменному току.

Определяем крутизну транзистора:

S =

,

где

- высокочастотное сопротивление базы, - сопротивление эмиттерного перехода.

= τ_К / С_К = 500 ∙ 10^-12 / 7 ∙ 10^-12 = 71.43 Ом,

где τ_К – постоянная времени цепи обратной связи, С_К – ёмкость коллекторного перехода

= 26 / I_К0 = 26 / 5 = 5.2 Ом.

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

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

R_У = G_P / 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 =

= = 27.5 Ом,

где r_кв - сопротивление кварцевого резонатора, которое находится по формуле

r_кв = 1 / ω ∙ C_k ∙ Q_k = 1 / 2 ∙ π ∙ 3.125 ∙ 10⁶ ∙ 1 ∙ 10^-15 ∙ 2 ∙ 10⁶ = 25.5 Ом.

C_k - емкость кварцевого резонатора, Q_k – додротность кварцевого резонатора.

Найдем емкость конденсаторов С₂ и С₃

С₂ = С₃ = 1 / ω_кв ∙ X₃ = 1 / 2 ∙ π ∙ 3.125 ∙ 10⁶ ∙ 27.5 = 1.85 нФ.

Стандартное значение: С₂ = С₃ = 2 нФ.

Вычислим ёмкость блокировочного конденсатора

С₁ = (10…20)

= 20 / 2 ∙ π ∙ 3.125 ∙ 10⁶ ∙ 5.2 = 196 нФ,

стандартное значение С₁ = 220 нФ.

Рассчитаем индуктивность блокировочного дросселя

L_k = (20…30)

= 20 ∙ 27.5 / 2 ∙ π ∙ 3.125 ∙ 10⁶ = 28 мкГн.

Определим необходимость дросселя L_Б 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.

2.4 Энергетический расчёт автогенератора.

Определим коэффициент Берга γ₁ = 1 / G_p и через него коэффициенты α₀ и α₁.

γ₁ = 1 / G_p = 1 / 5 = 0.2; θ = 60˚;

γ₀ = 0.11; α₀ = 0.21; α₁= 0.4.

Вычисляем амплитуду импульса коллекторного тока

I_mk = I_k0 / α₀(θ) = 5 ∙ 10^-3 / 0.21 = 23.8 mA.

Проверяем условие I_mk < I_{mk доп}, 23.8 mA < 100 mA.

Определяем амплитуду первой гармоники коллекторного тока

I_k1 =α₁(θ) ∙ I_mk = 0.4 ∙ 23.8 ∙ 10^-3 = 9.5 mA.

Рассчитываем амплитуду напряжения на базе транзистора

U_mБ = I_k1 ∙ R_y = 9.5 ∙ 10^-3 ∙ 29.6 = 0.282 B.

Вычисляем модуль коэффициента обратной связи

= = 0.73.

Находим амплитуду напряжения на коллекторе

U_mk =

= 0.282 / 0.73 = 0.386 B.

Определяем мощность, потребляемую от источника коллекторной цепью

P₀ = I_k0 ∙ E_КЭ = 5 ∙ 10^-3 ∙ 7 = 35 мВт;

мощность, рассеиваемая кварцевым резонатором

P_кв = 0.5 ∙ ( U_mБ / X₂ ) ² ∙ r_кв = 0.5 ∙ ( 0.282 / 27.5 ) ² ∙ 25.5 = 1.34 мВт;

Проверяем условие P_кв < P_квдоп, где P_квдоп - допустимая мощность рассеиваемая на кварцевом резонаторе, 1.34 мВт < 100 мВт.

мощность, рассеиваемая транзистором

P_k = P₀ – P_кв = 35 – 1,34 = 33.66 мВт;

Проверяем условие P_к < P_кдоп, где P_кдоп – допустимая мощность рассеиваемая транзистором, 33.66 мВт < 150 мВт.

Оценим величину допустимого сопротивления нагрузки

R _{н доп} ≥ 5 ∙ U²_mk / P_кв = 5 ∙ 0.386² / 1.34 ∙ 10^-3 = 556 Ом.

Из условия, что будет потребляться мощность

P_н = 0.1 ∙ P_кв = 0.1 ∙ 1.34 = 0.134 мВт

найдем к.п.д. автогенератора

η =P_н / 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.

3.1 Схема усилителя мощности.

Схема усилителя мощности приведена на рисунке 5.

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.

3.2 Расчет режима работы и энергетический расчет

Выбираем амплитуду импульсов коллекторного тока i_{k max} из условия:

i_{k max} ≤ (0.8 … 0.9) ∙ i_{k доп},

где i_{k доп} – допустимая амплитуда импульсов коллекторного тока (справ.);

i_{k max} = 0.8 ∙ 10 = 8 А.

Выбираем напряжение источника питания из условия:

Е_п ≤ U_{к доп} /2,

где U_{к доп}– допустимая амплитуда напряжения на коллекторе (справ.);

Е_п ≤ 70 / 2 = 35, выбираем Е_п = 20 В.

Рассчитываем напряженность граничного режима работы активного элемента ξ_гр

ξ_гр = 1- i_{к max} / S_гр∙ Е_п = 1- 8 / 5 ∙ 20 = 0.92,

где S_гр – крутизна граничного режима (справ.).

Найдем амплитуду импульсов первой гармоники коллекторного напряжения

U_k1 = ξ_гр ∙ Е_п = 0.92 ∙ 20 = 18.4 В.

Определим амплитуду импульсов первой гармоники коллекторного тока

I_k1 = α₁(θ)∙ i_{k max} = 0.5 ∙ 8 = 4 А,

где α₁(θ) – коэффициент Берга, θ = 90˚.

Рассчитаем постоянный ток, потребляемый коллекторной цепью транзистора

I_k0 = α₀(θ)∙ i_{k max} = 0.318 ∙ 8 = 2.54 А,

где α₀(θ) – коэффициент Берга, θ = 90˚.

Найдем мощность первой гармоники

P₁ = I_k1 ∙ U_k1 / 2 = 4 ∙ 18.4 / 2 = 36.8 Вт.

Определим мощность, потребляемую от источника питания

P₀ = I_k0 ∙ E_п = 2.54 ∙ 20 = 50.8 Вт.

Рассчитаем мощность, рассеиваемую на активном элементе

P_рас = Р₀ – Р₁ = 50.8 – 36.8 = 14 Вт.

Найдем к.п.д. усилителя

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

Определим амплитуду управляющего заряда

Q_y1 = i_{k max} / [ω_гр ∙ ( 1- cos θ )]= 8 / [2 ∙ π ∙ 100 ∙ 10⁶ ∙ ( 1- cos 90˚ )] = 12.73 ∙ 10^-9 Кл,

где ω_гр – граничная частота работы транзистора, θ – угол осечки коллекторного тока.

Найдем постоянную составляющую напряжения эмиттерного перехода

U_эп = u_отс – γ₀ (π –θ) ∙ Q_y1 /C_э = 1 – 0.5 ∙ 12.73 ∙ 10^-9 / 2300 ∙ 10^-12 = -0.76 В,

где u_отс – напряжение отсечки, γ₀ - коэффициент Берга, C_э – емкость эмиттерного перехода (справ.).

Определим минимальное мгновенное напряжение на эмиттерном переходе

u_{э min} = u_отс – (1 – cos (π –θ) ) ∙ Q_y1 / C_э = 1 – 12.73 ∙ 10^-9 / 2300 ∙ 10^-12 = - 4.5 В.

Рассчитаем выходное сопротивление транзистора

R_k = U_k1 / I_k1 = 18.4 / 4 = 4.6 Ом.

Определим коэффициент, показывающий во сколько раз увеличивается входная емкость транзистора счет паразитной емкости коллекторного перехода

æ = 1 + γ₁ (θ) ∙ ω_гр∙ С_к ∙R_k = 1 + 0.5 ∙2 ∙ π ∙ 100 ∙ 10⁶ ∙ 150 ∙ 10^-12 ∙ 4.6 = 1.217,

где С_к – емкость коллекторного перехода.

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

I_б = ω ∙ Q_y1 ∙ æ = 2 ∙ π ∙ 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

R_З = 1 / ω_β ∙ C_э = 1 / 2 ∙ π ∙ 5 ∙ 10⁶ ∙ 2300 ∙ 10^-12 = 13.8 Ом,