2. Расчет выходного каскада радиопередатчика.

В оконечном каскаде радиопередатчика необходимо усилить имеющийся сигнал до заданной мощности при этом проходная характеристика транзистора должны быть линейной и угол отсечки коллекторного тока (невыполнение этих требования приводит к нелинейным искажениям).

В данном случае целесообразно оконечный каскад выполнить по двухтактной схеме, так как при заданной выходной мощности не подобрать транзистор, отдающий необходимую мощность в однотактной схеме, также при использовании данной схемы подавляются четные гармоники на 15-20 дБ.

Для получения от транзисторного усилителя большой входной мощности сопротивление нагрузки должно быть малым. Так, например, если напряжение питания , крутизна линии граничного режима , угол отсечки , амплитуда импульса стокового тока , то от двухтактного каскада можно получить выходную мощность порядка 70 Вт (по 35 Вт от каждого транзистора), но для этого необходимо обеспечить мгновенное сопротивление нагрузки для каждого транзистора около 3 Ом (сопротивление по первой гармонике 6 Ом).

При таких низких значениях сопротивления использование в выходных цепях широкополосных трансформаторов обычного типа практически исключено, так как даже при значении индуктивности рассеяния трансформатора 20 нГн сопротивление этой индуктивности на частоте 30 МГц составляет почти 4 Ом. Если учесть еще индуктивности выводов транзистора и индуктивности соединительных проводов (а из условий обеспечения хорошего теплоотвода транзисторы не могут быть расположены очень близко), то сопротивление паразитных индуктивностей, включенных последовательно с нагрузкой, может превысить сопротивление нагрузки. Говорить в этом случае о равномерной частотной характеристике усилителя, работающего в диапазоне частот, не приходится. Решить поставленную задачу можно лишь с использованием трансформаторов «типа длинной линии» (кабельных трансформаторов), представляющих собой отрезок линии передачи (двухпроводной или коаксиальной), намотанной на ферритовый сердечник или помещенной внутри ферритовой трубки.[3, стр. 25].

1. Выбор транзистора оконечного каскада.

Для выходного каскада однополосного радиопередатчика, как сказано выше, необходимо выполнить двухтактную схему, в которой транзисторы должны быть идентичны. Для выбора транзистора необходимо руководствоваться следующими параметрами:

• транзистор должен отдавать необходимую мощность в нагрузку;

• должен иметь частоту больше .

Исходя из этих требований, был выбран транзистор SD3933. Он имеет большую выходную мощность (350 Вт на частоте 30 МГц), и большой диапазон рабочих частот (до 400 МГц).

2. Расчет оконечного каскада.

Схема оконечного каскада:

Энергетический расчет стоковой цепи:

Рис.1. Временные диаграммы тока стока и напряжения на стоке в двухтактном усилителе.

Исходные данные:

– крутизна ВАХ;

- напряжение стокового питания;

– сопротивление нагрузки в согласованном режиме;

1. Расчет амплитуды импульса стокового тока:

2. Расчет остаточного напряжения на стоке:

3. Расчет амплитуды напряжения на стоке:

4. Расчет амплитуды импульса тока первой гармоники:

5. Расчет тока постоянной составляющей:

6. Расчет мощности первой гармоники, отдаваемой в нагрузку:

7. Расчет мощности, потребляемой от источника питания:

8. Расчет мощности, рассеиваемой на стоке:

9. Расчет коэффициента полезного действия (КПД):

По техническому заданию мощность в нагрузке 500 Вт. Учитывая потерю в выходном согласующим трансформаторе, мощность отдаваемая транзисторами:

где мощность первой гармоники, отдаваемой в нагрузку от одного транзистора;

- номинальная мощность в нагрузке;

- КПД выходного трансформатора.

Мощность на выходе усилительного каскада больше требуемой, её будем уменьшать мощностью возбуждения.

Энергетический расчет входной цепи:

Исходные данные:

- верхняя граница рабочей частоты;

- средняя крутизна ВАХ;

- напряжение отсечки;

– емкость затвор-сток;

– емкость сток-исток;

- емкость канала;

- индуктивность стока;

1. Расчет переменного напряжения на канале:

2. Расчет максимального напряжения на затворе:

3. Расчет амплитуды тока через затвор:

4. Расчет входных сопротивлений:

Ом

5. Расчет входной мощности:

Так как в рабочей полосе частот (1,5 - 30 МГц) входное сопротивление транзистора имеет емкостной характер, необходимо скомпенсировать шунтирующие действие емкости . Для этого параллельно входу транзистора включим НЧ цепь.

Расчет элементов: [1, стр. 243]

1. Примем . По таблицам находим коэффициенты:

2. Рассчитываем элементы:

Расчет блокировочных элементов:

Для того, чтобы переменная составляющая выходного сигнала не проходила к источнику питания, ставятся разделительные катушки индуктивности и . Их номинал выбирается так , чтобы: .

Для того, чтобы постоянная составляющая выходного сигнала не проходила в нагрузку, ставятся конденсаторы и . Их номинал выбирается так, чтобы: .

Для того, чтобы переменная составляющая входного сигнала не проходила к источнику питания смещения, ставятся блокировочные катушки индуктивности и . Их номинал выбирается так, чтобы: .

Для того, чтобы постоянная составляющая выходного сигнала не проходила на затвор, ставятся конденсаторы и . Их номинал выбирается так, чтобы: .

Расчет трансформаторов:

Трансформатор Тр3 служит для перехода от несимметричной нагрузки к симметричной. Расчет производится по методике, изложенной в [2, стр. 44].

1. Исходя из известного сопротивления , определяем коэффициент трансформации n=1.

2. Волновое сопротивление линии трансформатора W=25 Ом.

3. Выбираем кабель: КВФ-25 с волновым сопротивлением 25 Ом.

4. Определяем минимально допустимое значение индуктивности первичной обмотки трансформатора с таким расчетом, чтобы на нижней частоте рабочего диапазона её сопротивление не шунтировало вход трансформатора,

5. Выбираем марку феррита: 600 ВНС с параметрами:

6. Рассчитываем рабочее значение магнитной индукции в сердечнике:

где – удельные потери (для воздушного охлаждения )

7. Определяем число витков вторичной обмотки. Для этого выбираем типовые размеры ферритового кольца:

D=7 см

d=5 см

h=1 см

S=1 см²

где – максимальное напряжение в нагрузке. Округляем до 5 витков.

8. Вычисляем необходимое сечение ферритового сердечника:

Итак, необходимо 2 кольца.

9. Тепловые потери в мощности во всем объеме ферритового сердечника:

10. КПД трансформатора:

Трансформатор Тр2 служит для замыкания четных гармоник. Эквивалентная схема выходной цепи широкополосного двухтактного усилителя, использующего в качестве трансформатора отрезок линии передачи с волновым сопротивлением W и электрической длинной , изображена на рис.3а. Здесь транзисторы представлены как генераторы тока и с внутренними сопротивлениями и .

Основное назначение линии передачи в этой схеме – симметрирование напряжения основной частоты на стоках транзисторов и обеспечение цепи для замыкания четных гармоник стоковых токов с возможно малым по величине сопротивлением. Учитывая, что при противофазном возбуждении транзисторов

Рис. 3. Эквивалентная схема выходной цепи.

а)

б)

в)

четные гармоники токов будут синфазные, входное сопротивление схемы для этих токов (I++) будет определяться (для каждого плеча двухтактного усилителя) эквивалентной схемой, приведенной на рис.3б. В силу синфазности через сопротивление нагрузки эти токи не замыкаются, а входное сопротивление линии передачи для них определяется сопротивлением короткозамкнутой линии с длинной . [3]

Трансформатор Тр2 помещаем на одном феррите с Тр3, чтобы уменьшить суммарный объем сердечника. При этом число витков, образуемых линиями на сердечнике такое же.