Расчет и конструирование АМ передатчика

Рефераты / Коммуникации, связь и радиоэлектроника / Расчет и конструирование АМ передатчика

1. Введение

Главной целью данного курсового проекта является разработка АМ передатчика мощностью 30 Вт, с рабочей волной l=9 м (f=33.3 МГц). В связи с небольшой выходной мощностью передатчик реализован на транзисторах.

2. Разработка структурной схемы передатчика

Структурная схема АМ передатчика с базовой модуляцией состоит из следующих блоков: автогенератор (АГ) на частоту 16.67 М

Гц, эмиттерный повторитель (ЭП) для развязки АГ и умножителя частоты сигнала на (У), усилитель мощности колебаний (УМК), модулируемый каскад (МК) и колебательные системы: для согласования У и УМК КС1, УМК и МК – КС2, МК и фидера – выходная колебательная система.

Модуляция осуществляется в оконечном каскаде (ОК). Достоинством базовой модуляции является малые амплитуда напряжения и мощность модулятора, т.к. модуляция достигается путем изменения смещения на базе МК, что приводит к изменению угла отсечки и выходного тока в соответствии с НЧ модулирующим сигналом.

Число каскадов усиления мощности можно примерно определить по формуле N=ln Кs/ln K1=ln 3300/ln 20=3, где Ks=PА×(1+m)2/PвыхЭП= 30×(1+0.8)2/ /0.03=3300 – суммарный коэффициент усиления по мощности, K1=20 – средний коэффициент усиления по мощности одного каскада с учетом потерь в колебательных системах.

Структурная схема передатчика разработана при использовании [1,2] и приведена на РТФ КП.775277.001 Э1.

3. Расчёт оконечного каскада

Модуляцию смещением будем проводить в оконечном каскаде(ОК) передатчика.

В ТЗ задана мощность передатчика в антенне в режиме несущей PA=1 Вт, рассчитаем максимальную мощность первой гармоники непосредственно на выходе оконечного каскада P1max:

Pmax=PA×(1+m)2/(hф×hк)=4.96 Вт. (3.1)

где: hф=0.85 - КПД фидера;

hк=0.95 – КПД выходной колебательной системы (ВКС);

m = 1 – максимальный коэффициент модуляции.

Выбор транзистора ОК производим по следующим определяющим факторам:

- выходная мощность транзистора Pвых ³ P1max;

- частота, на которой модуль коэффициента передачи транзистора по току в схеме с ОЭ равен 1, fт=(3¸5)×f=82.5¸137.5 МГц, где f=27.5 МГц, несущая частота передатчика.

В соответствии с вышеперечисленными требованиями выбираем в качестве активного элемента (АЭ) ОК транзистор КТ940Б с параметрами:

- выходная мощность Pвых=5 > 4.95 Вт;

- fт=400 МГц;

- сопротивление насыщения rнас=20 Ом;

- максимальное постоянное напряжение коллектор-эмиттер Uкэимп=36 В;

- максимальный постоянный ток коллектора Iкодоп=1 А;

- напряжение источника коллекторного питания Е`к=12 В;

- средний статический коэффициент усиления по току в схеме с ОЭ bo=40;

- ёмкость коллекторного перехода Ск=75 пФ;

- ёмкость эмиттерного перехода Сэ=410 пФ;

- индуктивности выводов Lб=2.4 нГн, Lэ=1.2 нГн;

- сопротивление материала базы rб=1 Ом.

Произведём расчёт коллекторной цепи транзистора. Расчёт будем производить, исходя из максимальной мощности в критическом режиме Pmax.

По заданному в ТЗ источником выступает аккумулятор с напряжением 12 В, соответственно напряжение на коллекторе составит Ек=12 В, и максимальный угол отсечки qmax=120°, соответствующий коэффициенту модуляции m=0.8.

Рассчитываем амплитуду первой гармоники напряжения Uк1 на коллекторе:

11.34 В. (3.2)

Максимальное напряжение на коллекторе:

Uк.макс=Ек+1.2×Uк1кр=24.7 В£Uк.доп=36 В. (3.3)

Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:

Iк1=2×P1max/Uк1кр=0.76 А. (3.4)

Постоянная составляющая коллекторного тока:

0.57 А£ Iкодоп=20 А. (3.5)

Максимальный коллекторный ток:

Iк.макс=Iко/ao(q)=17.1£ Iкодоп=30 А. (3.6)

Максимальная мощность, потребляемая от источника коллекторного питания:

Pоmax=Eк×Iко=194 Вт. (3.7)

КПД коллекторной цепи при номинальной нагрузке:

h=P1max/Pоmax=0.62. (3.8)

Максимальная рассеиваемая мощность на коллекторе транзистора:

Pк.max=Pоmax-P1max=73.7 Вт. (3.9)

Значение Pк.max является исходным параметром для расчёта температуры в структуре транзистора и системы его охлаждения.

Номинальное сопротивление коллекторной нагрузки:

Rэк.ном=Uк1кр/(2×P1max)=13.1 Ом. (3.10)

Произведём расчёт входной цепи транзистора.

Предполагается, что между базовым и эмиттерными выводами по РЧ включен резистор Rд, требуемый для устранения перекосов в импульсах коллекторного тока (см.рис.3.1).

Рисунок 3.1 – Включение резистора Rд

Rд=bo/(2×p×fт×Cэ)=45 Ом. (3.11)

На частотах f>3×fт/bо (33.3 МГц>13.3 МГц) в реальной схеме генератора Rд можно не ставить, однако, в последующих расчётах необходимо оставлять.

Амплитуда тока базы:

c=1+g1(q)×2×p×fт×Cк×Rэк.ном=2.02; (3.12)

3.86 А. (3.13)

Постоянные составляющие базового и эмиттерного токов:

Iбо=Iко/bо=0.154 А; (3.14)

Iэо=Iко+Iбо=7.1 А. (3.15)

Напряжение смещения на эмиттерном переходе:

0.04 Ом; (3.16)

2.37 В.(3.17)

где Еотс – напряжение отсечки, равное для кремниевых транзисторов 0.5¸0.7 В.

Рисунок 3.2 – Эквивалентная схема входного сопротивления транзистора

Определяем значения LвхОЭ, rвхОЭ, RвхОЭ, CвхОЭ в эквивалентной схеме входного сопротивления транзистора (см.рис.3.2), принимая барьерную ёмкость активной части коллекторного перехода Ск.а=0.25×Ск:

LвхОЭ=Lб+Lэ/c=2.9 нГн; (3.18)

rвхОЭ=×[(1+g1(q)×2×p×fт×Ск.а×Rэк.ном)×rб+rэ+g1(q)×2×p×fт×Lэ]=