Расчет каскадов ЧМ передатчика
Составление блок-схемы передатчика
Составление блок-схемы передатчика начинается с выходного каскада начинается с выходного каскада. Данные определяющие его мощность содержатся в задании. Также задается колебательная мощность в антенне в режиме несущей частоты. В данном передатчике необходимо применить умножитель частоты в качестве которого может работать предоконечный или дополнительный предварительный каскад включаемый между возбудителем и предоконечным каскадом. Вид блок-схемы передатчика с частотной модуляцией представлен на рисунке:
Техническое задание:
Требуется произвести расчет передатчика работающего на 120 МГц.
Вид модуляции – частотная (ЧМ)
Максимальная девиация частоты – 100 кГц
Вид передаваемых сообщений – аудиосигналы
Мощность передатчика – 100 Вт
1. Расчет выходного каскада
Для работы в выходном каскаде выберем транзистор
Приведем его характеристики.
Тип – кремниевый n‑канальный высокочастотный МОП – транзистор вертикальной структуры выполненный по технологии с двойной диффузией рекомендован производителем для применения в промышленных устройствах в КВУКВ диапазоне.
Достоинства:
– высокий коэффициент усиления по мощности (19 дБ на 108 МГц)
– низкие интермодуляционные искажения
– высокая температурная стабильность
– устойчивость при работе на согласованную нагрузку.
Технические характеристики:
Пробойное напряжение сток-исток
> 110 В
Ток утечки сток-исток
(при 
= 50 В 
=0) < 2 5 мА
Ток утечки затвор-исток
(при = 20 В) < 1 мкА
Крутизна линии граничного режима
4 5 – 6 2 См
Напряжение отсеки определим по проходной характеристике транзистора
Крутизна передаточной характеристики S = 5 См
Коэффициенты Берга соответствующие выбранному углу отсечки
Расчетные данные
50 В
Ток стока
20 А
110 В
(данная величина рекомендована для УКВ-диапазона)
130 Вт
Коэффициент использования стокового напряжения
Амплитуда стокового напряжения:
Амплитуда первой гармоники стокового тока:
Амплитуда импульсов стокового тока:
Постоянная составляющая стокового тока:
Эквивалентное сопротивление нагрузки:
7. Напряжение возбуждения:
Напряжение смещения для угла отсечки =
будет равно напряжению отсечки по паспорту транзистора т.е. 3 В тогда амплитуда напряжения на затворе будет равна 5 85 В.
Посчитаем входную мощность ГВВ:
Коэффициент усиления по мощности:
Таким образом схема генератора с внешним возбуждением будет выглядеть так:
Выходное сопротивление транзистора:
Для согласования с пятидесятиомной нагрузкой нужна схема с неполным включением индуктивности при этом емкость конденсатора в колебательном контуре рекомендуется брать
а индуктивность катушки 
2. Расчет модулятора
В проектируемом передатчике частотная модуляция будет получена из фазовой методом расстройки колебательного контура:
Схема модулятора выглядит следующим образом:
Выберем диод Д902. При напряжении смещения 5 В его характеристика имеет достаточно большую крутизну и линейность. По графику для Д902 определяем
S=2 пФ/В.
Амплитуда возбуждения звуковой частоты – 1 В значит максимальное изменение емкости составит 2 пФ. Начальная емкость
при отсутствии сигнала ЗЧ составит
8 пФ.
В результате подбора параметров получены следующие величины:
Частота возбуждения:
т.е. 
рад/с
Коэффициент умножения – 10
Индуктивность:
Максимальное отклонение частоты от
:
рад/с
Зададим добротностью колебательного контура равной 20.
Величина фазовой модуляции:
рад
Девиация частоты при частоте модулирующего сигнала 15 кГц:
рад/с
Индекс модуляции получаемый в фазовом модуляторе: M=0 307. При умножении частоты в 10 раз индекс модуляции получится равным 3 07.
Выберем транзистор КТ312А. Он обладает следующими параметрами:
Расчет коллекторной цепи
Выбираем напряжение на коллекторе
зададим угол отсечки 
и определим коэффициенты разложения (
).
Коэффициент использования коллекторного напряжения:
Амплитуда напряжения на коллекторе:
Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:
Амплитуда импульсов коллекторного тока:
Выполним проверку условия
– условие выполняется.
Постоянная составляющая постоянного тока:
Эквивалентное сопротивление нагрузки обеспечивающее рассчитываемый режим:
Мощность потребляемая от источника питания:
Мощность рассеиваемая на коллекторе:
При этом мощность рассеиваемая на коллекторе меньше предельно допустимой.
КПД коллекторной цепи:
Расчет базовой цепи
1. Находим предельную частоту транзистора при которой коэффициент передачи по току в схеме с общим эмиттером равен 1:
2. Рассчитываем время дрейфа транзистора:
3. Определим угол дрейфа на высшей частоте:
Т.к. угол дрейфа меньше
то считаем что 
и 
.
4. Амплитуда переменного напряжения на переходе эмиттер-база:
5. Модуль коэффициента передачи напряжения со входа на переход эмиттер-база:
6. Амплитуда напряжения возбуждения требуемая от источника возбуждения:
7. Входное сопротивление:
8. Мощность возбуждения:
9. Первая гармоника тока базы:
Реальная величина тока базы:
Напряжение смещения обеспечивающее заданный угол отсечки базового тока:
Максимальное значение положительного импульса тока базы:
Постоянная составляющая положительных импульсов тока базы:
Мощность рассеяния в цепи базы:
Рассчитаем сопротивления делителя напряжения цепи смещения
и 
.
Значения индуктивностей (кроме колебательного контура) должны быть
такими чтобы не предоставлять значительного сопротивления постоянному
току в то же время блокируя переменную составляющую на частоте 10 МГц:
3. Расчет возбудителя
Схема возбудителя с кварцевой стабилизацией.
Выбираем транзистор КТ312А.
Приведем параметры применяемые при расчете:
Определим коэффициент обратной связи:
(
– динамическое сопротивление кварца 
– коэффициент регенерации 
– нормированное управляющее сопротивление)
где 
– фаза крутизны 
– обобщенная расстройка – 
– затухание кварца.
Для заданной частоты – 10 1 МГц –
=10 пФ = 80 Ом
Рассчитаем емкость
включенную между базой и эмиттером:
Тогда емкость
включенная между эмиттером и коллектором будет равна:
Вычисляем функцию угла отсечки:
– характеристическое сопротивление кварца (
=0 025 Гн)
– добротность кварца
По таблицам значений Берга это значение соответствует
.
Расчет коллекторной цепи возбудителя
Выбираем напряжение на коллекторе.
В генераторе необходимо развить мощность требующуюся для возбуждения следующего каскада с учетом потерь в согласующей цепи:
Коэффициент использования коллекторного напряжения:
Амплитуда напряжения на коллекторе:
Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:
Амплитуда импульсов коллекторного тока:
.
Постоянная составляющая постоянного тока:
Эквивалентное сопротивление нагрузки обеспечивающее рассчитываемый режим:
Мощность потребляемая от источника питания:
Мощность рассеиваемая на коллекторе:
При этом мощность рассеиваемая на коллекторе меньше предельно допустимой.
КПД коллекторной цепи:
Расчет базовой цепи возбудителя
1. Находим предельную частоту транзистора при которой коэффициент передачи по току в схеме с общим эмиттером равен 1:
2. Рассчитываем время дрейфа транзистора:
3. Определим угол дрейфа на высшей частоте:
Т.к. угол дрейфа меньше то считаем что и .
4. Амплитуда переменного напряжения на переходе эмиттер-база:
5. Модуль коэффициента передачи напряжения с входа на переход эмиттер-база:
6. Амплитуда напряжения возбуждения:
7. Входное сопротивление:
8. Мощность возбуждения:
9. Первая гармоника тока базы:
Напряжение смещения обеспечивающее заданный угол отсечки базового тока:
12. Сопротивление в цепи базового смещения обеспечивающее заданное напряжение смещения R = 4590 Ом.
4. Расчет умножителя частоты
Для умножения частоты в 10 раз нужно выбрать угол отсечки
.
При таком малом угле отсечки резко увеличивается ток возбуждения падает КПД и выходная мощность поэтому чтобы получить необходимую для следующего каскада мощность приходится применять мощный транзистор КТ904А
Схема умножителя:
В расчете требуются 10-е коэффициенты Берга:
и 
.
Умножитель должен на 10-й гармонике развивать мощность 0 06 Вт.
Расчет коллекторной цепи
Напряжение питания:
.
1. Коэффициент использования коллекторного напряжения:
2. Коэффициент использования коллекторного напряжения на 10‑й гармонике:
3. Амплитуда напряжения на коллекторе:
4. Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:
5. Амплитуда десятой гармоники коллекторного тока:
6. Амплитуда импульсов коллекторного тока:
7. Постоянная составляющая постоянного тока:
8. Эквивалентное сопротивление нагрузки коллекторного контура на 10-й гармонике:
Расчет базовой цепи
1. Находим предельную частоту транзистора при которой коэффициент передачи по току в схеме с общим эмиттером равен 1:
2. Рассчитываем время дрейфа транзистора:
3. Определим угол дрейфа на высшей частоте:
Т.к. угол дрейфа меньше то считаем что и .
4. Амплитуда переменного напряжения на переходе эмиттер-база:
5. Модуль коэффициента передачи напряжения со входа на переход эмиттер-база:
по графику определяем
.
6. Амплитуда напряжения возбуждения требуемая от источника возбуждения:
7. Входное сопротивление:
8. Мощность возбуждения:
9. Первая гармоника тока базы:
10. Реальная величина тока базы:
11. Напряжение смещения обеспечивающее заданный угол отсечки базового тока:
Колебательный контур на который нагружен транзистор должен при частоте 100 МГц иметь эквивалентное сопротивление 1650 Ом:
Рассчитаем емкость и индуктивность:
Индуктивность на входе:
5. Расчет предоконечного каскада
Схема предоконечного каскада
В первой части расчета мощность возбуждения выходного каскада получилась равной 2 11 Вт. С учетом потерь в согласующей цепи. Зададим мощность предоконечного каскада:
.
Исходя из требований по мощности и частоте выберем транзистор КТ903А. Угол отсечки примем равным.
Расчет коллекторной цепи
Выбираем напряжение питания.
1. Коэффициент использования коллекторного напряжения:
2. Амплитуда напряжения на коллекторе:
3. Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:
4. Амплитуда импульсов коллекторного тока:
5. Постоянная составляющая постоянного тока:
6. Эквивалентное сопротивление нагрузки обеспечивающее рассчитываемый режим:
7. Мощность потребляемая от источника питания:
8. Мощность рассеиваемая на коллекторе:
При этом мощность рассеиваемая на коллекторе меньше предельно допустимой.
9. КПД коллекторной цепи:
Расчет базовой цепи
1. Находим предельную частоту транзистора при которой коэффициент передачи по току в схеме с общим эмиттером равен 1:
2. Рассчитываем время дрейфа транзистора:
3. Определим угол дрейфа на наивысшей частоте:
4. Нижний угол отсечки положительных импульсов эмиттерного тока:
Коэффициенты
и 
соответствующие углу отсечки 
: 
и 
.
5. Модуль коэффициента передачи по току на рабочей частоте:
где
6. Амплитуда первой гармоники тока эмиттера:
7. Амплитуда положительного импульса эмиттерного тока:
8. Постоянная составляющая тока эмиттера:
9. Амплитуда переменного напряжения на переходе эмиттер-база:
10. Модуль коэффициента передачи напряжения с входа на переход эмиттер-база:
по графику определяем
.
11. Амплитуда сигнала возбуждения требуемая от предыдущего каскада:
12. Входное сопротивление:
13. Мощность требуемая от предыдущего каскада:
14. Первая гармоника тока базы:
Напряжение смещения:
Индуктивность на входе:
17. Емкость и индуктивность на выходе колебательного контура:
и 
Расчет коэффициентов трансформации согласующих трансформаторов
Согласование возбудителя и модулятора.
Согласование модулятора и умножителя частоты.
Согласование умножителя частоты и предусилителя.
Список использованной литературы
«Радиопередающие устройства» – под ред. В.В. Шахгильдяна РиС 1996 г.
«Проектирование и техническая эксплуатация радиопередающих устройств» – Сиверс Г.А. РиС 1989 г.
«Проектирование радиопередающих устройств» – под ред. В.В. Шахгильдяна РиС 1998 г.
Составление блок-схемы передатчика начинается с выходного каскада начинается с выходного каскада. Данные определяющие его мощность содержатся в задании. Также задается колебательная мощность в антенне в режиме несущей частоты. В данном передатчике необходимо применить умножитель частоты в качестве которого может работать предоконечный или дополнительный предварительный каскад включаемый между возбудителем и предоконечным каскадом. Вид блок-схемы передатчика с частотной модуляцией представлен на рисунке:
Техническое задание:
Требуется произвести расчет передатчика работающего на 120 МГц.
Вид модуляции – частотная (ЧМ)
Максимальная девиация частоты – 100 кГц
Вид передаваемых сообщений – аудиосигналы
Мощность передатчика – 100 Вт
1. Расчет выходного каскада
Для работы в выходном каскаде выберем транзистор
Приведем его характеристики.
Тип – кремниевый n‑канальный высокочастотный МОП – транзистор вертикальной структуры выполненный по технологии с двойной диффузией рекомендован производителем для применения в промышленных устройствах в КВУКВ диапазоне.
Достоинства:
– высокий коэффициент усиления по мощности (19 дБ на 108 МГц)
– низкие интермодуляционные искажения
– высокая температурная стабильность
– устойчивость при работе на согласованную нагрузку.
Технические характеристики:
Пробойное напряжение сток-исток
> 110 ВТок утечки сток-исток
(при = 50 В =0) < 2 5 мАТок утечки затвор-исток
(при = 20 В) < 1 мкАКрутизна линии граничного режима
4 5 – 6 2 СмНапряжение отсеки определим по проходной характеристике транзистора
Крутизна передаточной характеристики S = 5 См
Коэффициенты Берга соответствующие выбранному углу отсечки
Расчетные данные
50 ВТок стока
20 А 110 В (данная величина рекомендована для УКВ-диапазона) 130 ВтКоэффициент использования стокового напряжения
Амплитуда стокового напряжения:
Амплитуда первой гармоники стокового тока:
Амплитуда импульсов стокового тока:
Постоянная составляющая стокового тока:
Эквивалентное сопротивление нагрузки:
7. Напряжение возбуждения:
Напряжение смещения для угла отсечки =
будет равно напряжению отсечки по паспорту транзистора т.е. 3 В тогда амплитуда напряжения на затворе будет равна 5 85 В.Посчитаем входную мощность ГВВ:
Коэффициент усиления по мощности:
Таким образом схема генератора с внешним возбуждением будет выглядеть так:
Выходное сопротивление транзистора:
Для согласования с пятидесятиомной нагрузкой нужна схема с неполным включением индуктивности при этом емкость конденсатора в колебательном контуре рекомендуется брать
а индуктивность катушки 2. Расчет модулятора
В проектируемом передатчике частотная модуляция будет получена из фазовой методом расстройки колебательного контура:
Схема модулятора выглядит следующим образом:
Выберем диод Д902. При напряжении смещения 5 В его характеристика имеет достаточно большую крутизну и линейность. По графику для Д902 определяем
S=2 пФ/В.
Амплитуда возбуждения звуковой частоты – 1 В значит максимальное изменение емкости составит 2 пФ. Начальная емкость
при отсутствии сигнала ЗЧ составит8 пФ.
В результате подбора параметров получены следующие величины:
Частота возбуждения:
т.е. рад/сКоэффициент умножения – 10
Индуктивность:
Максимальное отклонение частоты от
:рад/сЗададим добротностью колебательного контура равной 20.
Величина фазовой модуляции:
радДевиация частоты при частоте модулирующего сигнала 15 кГц:
рад/сИндекс модуляции получаемый в фазовом модуляторе: M=0 307. При умножении частоты в 10 раз индекс модуляции получится равным 3 07.
Выберем транзистор КТ312А. Он обладает следующими параметрами:
Расчет коллекторной цепи
Выбираем напряжение на коллекторе
зададим угол отсечки и определим коэффициенты разложения ( ).Коэффициент использования коллекторного напряжения:
Амплитуда напряжения на коллекторе:
Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:
Амплитуда импульсов коллекторного тока:
Выполним проверку условия
– условие выполняется.Постоянная составляющая постоянного тока:
Эквивалентное сопротивление нагрузки обеспечивающее рассчитываемый режим:
Мощность потребляемая от источника питания:
Мощность рассеиваемая на коллекторе:
При этом мощность рассеиваемая на коллекторе меньше предельно допустимой.
КПД коллекторной цепи:
Расчет базовой цепи
1. Находим предельную частоту транзистора при которой коэффициент передачи по току в схеме с общим эмиттером равен 1:
2. Рассчитываем время дрейфа транзистора:
3. Определим угол дрейфа на высшей частоте:
Т.к. угол дрейфа меньше
то считаем что и .4. Амплитуда переменного напряжения на переходе эмиттер-база:
5. Модуль коэффициента передачи напряжения со входа на переход эмиттер-база:
6. Амплитуда напряжения возбуждения требуемая от источника возбуждения:
7. Входное сопротивление:
8. Мощность возбуждения:
9. Первая гармоника тока базы:
Реальная величина тока базы:
Напряжение смещения обеспечивающее заданный угол отсечки базового тока:
Максимальное значение положительного импульса тока базы:
Постоянная составляющая положительных импульсов тока базы:
Мощность рассеяния в цепи базы:
Рассчитаем сопротивления делителя напряжения цепи смещения
и .
Значения индуктивностей (кроме колебательного контура) должны быть
такими чтобы не предоставлять значительного сопротивления постоянному
току в то же время блокируя переменную составляющую на частоте 10 МГц:3. Расчет возбудителя
Схема возбудителя с кварцевой стабилизацией.
Выбираем транзистор КТ312А.
Приведем параметры применяемые при расчете:
Определим коэффициент обратной связи:
( – динамическое сопротивление кварца – коэффициент регенерации – нормированное управляющее сопротивление) где – фаза крутизны – обобщенная расстройка – – затухание кварца.Для заданной частоты – 10 1 МГц –
=10 пФ = 80 ОмРассчитаем емкость
включенную между базой и эмиттером:Тогда емкость
включенная между эмиттером и коллектором будет равна:Вычисляем функцию угла отсечки:
– характеристическое сопротивление кварца (=0 025 Гн) – добротность кварцаПо таблицам значений Берга это значение соответствует
.Расчет коллекторной цепи возбудителя
Выбираем напряжение на коллекторе
.В генераторе необходимо развить мощность требующуюся для возбуждения следующего каскада с учетом потерь в согласующей цепи:
Коэффициент использования коллекторного напряжения:
Амплитуда напряжения на коллекторе:
Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:
Амплитуда импульсов коллекторного тока:
.
Постоянная составляющая постоянного тока:
Эквивалентное сопротивление нагрузки обеспечивающее рассчитываемый режим:
Мощность потребляемая от источника питания:
Мощность рассеиваемая на коллекторе:
При этом мощность рассеиваемая на коллекторе меньше предельно допустимой.
КПД коллекторной цепи:
Расчет базовой цепи возбудителя
1. Находим предельную частоту транзистора при которой коэффициент передачи по току в схеме с общим эмиттером равен 1:
2. Рассчитываем время дрейфа транзистора:
3. Определим угол дрейфа на высшей частоте:
Т.к. угол дрейфа меньше
то считаем что и .4. Амплитуда переменного напряжения на переходе эмиттер-база:
5. Модуль коэффициента передачи напряжения с входа на переход эмиттер-база:
6. Амплитуда напряжения возбуждения:
7. Входное сопротивление:
8. Мощность возбуждения:
9. Первая гармоника тока базы:
Напряжение смещения обеспечивающее заданный угол отсечки базового тока:
12. Сопротивление в цепи базового смещения обеспечивающее заданное напряжение смещения R = 4590 Ом.
4. Расчет умножителя частоты
Для умножения частоты в 10 раз нужно выбрать угол отсечки
.При таком малом угле отсечки резко увеличивается ток возбуждения падает КПД и выходная мощность поэтому чтобы получить необходимую для следующего каскада мощность приходится применять мощный транзистор КТ904А
Схема умножителя:
В расчете требуются 10-е коэффициенты Берга:
и .Умножитель должен на 10-й гармонике развивать мощность 0 06 Вт.
Расчет коллекторной цепи
Напряжение питания:
.1. Коэффициент использования коллекторного напряжения:
2. Коэффициент использования коллекторного напряжения на 10‑й гармонике:
3. Амплитуда напряжения на коллекторе:
4. Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:
5. Амплитуда десятой гармоники коллекторного тока:
6. Амплитуда импульсов коллекторного тока:
7. Постоянная составляющая постоянного тока:
8. Эквивалентное сопротивление нагрузки коллекторного контура на 10-й гармонике:
Расчет базовой цепи
1. Находим предельную частоту транзистора при которой коэффициент передачи по току в схеме с общим эмиттером равен 1:
2. Рассчитываем время дрейфа транзистора:
3. Определим угол дрейфа на высшей частоте:
Т.к. угол дрейфа меньше
то считаем что и .4. Амплитуда переменного напряжения на переходе эмиттер-база:
5. Модуль коэффициента передачи напряжения со входа на переход эмиттер-база:
по графику определяем
.6. Амплитуда напряжения возбуждения требуемая от источника возбуждения:
7. Входное сопротивление:
8. Мощность возбуждения:
9. Первая гармоника тока базы:
10. Реальная величина тока базы:
11. Напряжение смещения обеспечивающее заданный угол отсечки базового тока:
Колебательный контур на который нагружен транзистор должен при частоте 100 МГц иметь эквивалентное сопротивление 1650 Ом:
Рассчитаем емкость и индуктивность:
Индуктивность на входе:
5. Расчет предоконечного каскада
Схема предоконечного каскада
В первой части расчета мощность возбуждения выходного каскада получилась равной 2 11 Вт. С учетом потерь в согласующей цепи. Зададим мощность предоконечного каскада:
.Исходя из требований по мощности и частоте выберем транзистор КТ903А. Угол отсечки примем равным
.Расчет коллекторной цепи
Выбираем напряжение питания
.1. Коэффициент использования коллекторного напряжения:
2. Амплитуда напряжения на коллекторе:
3. Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:
4. Амплитуда импульсов коллекторного тока:
5. Постоянная составляющая постоянного тока:
6. Эквивалентное сопротивление нагрузки обеспечивающее рассчитываемый режим:
7. Мощность потребляемая от источника питания:
8. Мощность рассеиваемая на коллекторе:
При этом мощность рассеиваемая на коллекторе меньше предельно допустимой.
9. КПД коллекторной цепи:
Расчет базовой цепи
1. Находим предельную частоту транзистора при которой коэффициент передачи по току в схеме с общим эмиттером равен 1:
2. Рассчитываем время дрейфа транзистора:
3. Определим угол дрейфа на наивысшей частоте:
4. Нижний угол отсечки положительных импульсов эмиттерного тока:
Коэффициенты
и соответствующие углу отсечки : и .5. Модуль коэффициента передачи по току на рабочей частоте:
где
6. Амплитуда первой гармоники тока эмиттера:
7. Амплитуда положительного импульса эмиттерного тока:
8. Постоянная составляющая тока эмиттера:
9. Амплитуда переменного напряжения на переходе эмиттер-база:
10. Модуль коэффициента передачи напряжения с входа на переход эмиттер-база:
по графику определяем
.11. Амплитуда сигнала возбуждения требуемая от предыдущего каскада:
12. Входное сопротивление:
13. Мощность требуемая от предыдущего каскада:
14. Первая гармоника тока базы:
Напряжение смещения:
Индуктивность на входе:
17. Емкость и индуктивность на выходе колебательного контура:
и Расчет коэффициентов трансформации согласующих трансформаторов
Согласование возбудителя и модулятора.
Согласование модулятора и умножителя частоты.
Согласование умножителя частоты и предусилителя.
Список использованной литературы
«Радиопередающие устройства» – под ред. В.В. Шахгильдяна РиС 1996 г.
«Проектирование и техническая эксплуатация радиопередающих устройств» – Сиверс Г.А. РиС 1989 г.
«Проектирование радиопередающих устройств» – под ред. В.В. Шахгильдяна РиС 1998 г.
Комментариев нет:
Отправить комментарий