2.2. Расчёт выходной цепи усилителя мощности

Расчёт будем вести при работе транзистора в граничном режиме, поскольку максимальный КПД достигается только в граничном режиме, а также учитывая, что транзистор будет работать в линейном режиме с углом отсечки θ = 90^о (поскольку при таком угле отсечки достигается наилучшее соотношение КПД и коэффициента усиления) а схема оконечного каскада передатчика будет строиться по однотактной схеме ГВВ.

Коэффициент использования напряжения питания:

.

Значения коэффициентов α_n и γ_n взяты из справочника:

Величину напряжения на коллекторе вычислим по формуле:

.

Проверим, не превышает ли напряжение на коллекторе предельно допустимого для данного транзистора:

Рассчитаем амплитуду первой гармоники коллекторного тока:

Постоянная составляющая коллекторного тока находится из соотношения:

Максимальное значение коллекторного тока составляет:

Номинальное сопротивление коллекторной нагрузки:

Потребляемая мощность находится по формуле:

Отсюда КПД:

Вычислив разность между потребляемой и колебательной мощностью, найдём мощность, рассеиваемую на транзисторе:

2.3. Расчёт входной цепи усилителя мощности

Входную цепь транзистора с ОЭ рассчитываем по схеме, приведенной ниже:

Коэффициент ослабления тока базы при введении ОС вычисляется по формуле:

Амплитуда базового тока определяется соотношением:

Максимальное значение напряжения на эмиттерном переходе находится как:

Постоянная составляющая базового тока:

Зная постоянные составляющие коллекторного и базового токов, можно найти постоянную составляющую тока эмиттера:

Рассчитаем напряжение смещения:

Рассчитаем параметры эквивалентной схемы входного сопротивления транзистора при включении с общим эмиттером:

Рассчитаем активную и реактивную составляющие входного сопротивления:

Рассчитаем мощность на входе усилителя:

Зная входную и выходную мощности, можно посчитать коэффициент усиления:

2.4. Расчёт вспомогательных элементов

Сопротивление R₂:

Исходя из этого, имеем:

Ток делителя:

Блокировочная и разделительная ёмкости:

Рассчитаем L_бл:

3. Расчёт задающего генератора

3.1. Выбор кварцевого резонатора и транзистора

Исходные данные для расчёта:

Рабочая частота f = 48 МГц;

Мощность в нагрузке P_н = 0,4 мВт.

Приняв частоту кварцевого резонатора f_кв = f, выбираем КР желательно с меньшим значением r_кв∙С₀ и выписываем его справочные параметры:

Тип резонатора	Частота fкв, МГц	Сопротивление rкв, Ом	Статическая ёмкость С0, пФ	Добротность Qкв	Допустимая мощность Pкв доп, мВт
РВ-59	40	40	1,25	125000	1

Колебательная мощность генератора с КР невелика, поэтому АГ будем выполнять на маломощном транзисторе КТ306А, с граничной частотой f_гр много большей частоты КР.

Параметры транзистора КТ306А:

Тип транзистора	fгр, МГц	h21э	rб, Ом	U’, В	Uкн, В	Uбэдоп, В	Iкмдоп, А	Pрасдоп, Вт	Cка=Cкп, пФ	Структура транзистора
КТ306А	250	40	40	0,6	7	4	0,03	0,15	1,5	n-p-n

Для расчёта выбираем схему модулируемого автогенератора с кварцевым резонатором, включённым в контур.

Схема с КР в контуре удобна тем, что возбуждение может происходить как на основной частоте, так и на механических гармониках. Так же схема позволяет включить в колебательный контур варикап для осуществления прямой частотной модуляции.

Вычислим нормированную статическую ёмкость КР:

Коэффициенты разложения косинусоидального импульса при угле отсечки θ = 60^о:

α₀=0,22, α₁=0,39, γ₀=0,11, γ₁=0,2, γ₀(π-θ)=0,609.

Режим автогенератора выбираем недонапряжённым для уменьшения тока во входной цепи:

возьмём

Сопротивление резистора R и коэффициент m:

Определим мощности, рассеиваемую на кварцевом резонаторе и отдаваемую транзистором:

примем

Параметр:

Максимальное значение импульсного коллекторного тока:

где

Условие выполняется.

Рассчитаем аппроксимированные параметры транзистора:

– крутизна по переходу;

– сопротивление рекомбинации;

– крутизна;

– граничная частота по крутизне;

– нормированная частота по f_s;

– модуль крутизны S на частоте f;

3.2. Расчёт параметров колебательной системы АГ

Рассчитываем параметры колебательной системы АГ (при условии самофазирования):

Сопротивление ветвей контура:

Ёмкости контура:

Эквивалентное реактивное сопротивление КР с учётом резистора R:

Тогда сопротивление плеча контура между коллектором и базой:

Оценим индуктивность.

Характеристическое сопротивление ρ примем равным 100 Ом.

Из условия найдём C₃:

3.3. Параметры режима работы транзистора

Постоянная составляющая и первая гармоника коллекторного тока:

Постоянная составляющая тока базы:

Амплитуда напряжения возбуждения:

Модуль коэффициента обратной связи:

Амплитуда коллекторного напряжения:

Напряжение смещения на базе:

Потребляемая в цепи коллектора, колебательная и рассеиваемая транзистором мощности:

3.4. Расчёт параметров элементов цепей питания и смещения

Выберем значения сопротивления R_Э и R_Б из соотношений:

Напряжение источника коллекторного питания:

Начальное напряжение смещения:

Сопротивления делителя в цепи питания базы:

Ток делителя выбирается из соотношения:

Мощность источника питания:

КПД цепи коллектора:

КПД автогенератора:

3.5. Расчёт частотного модулятора на варикапе

Для осуществления частотной модуляции в АГ будем использовать варикап КВ109В с параметрами:

Тип варикапа	C, пФ	Uпроб, В	φк,В	Q	n
КВ102	22..32	45	0,8	200	0,5

Относительная девиация частоты:

Необходимое изменение ёмкости контура для получения заданной девиации частоты:

Напряжение источника питания 12,6 В. Выберем напряжение смещения на варикапе E_см=6 В. При этом смещении ёмкость варикапа C₀=25 пФ.

Для ослабления факторов, дестабилизирующих частоту генерации, выбираем наименьший коэффициент включения варикапа в контур

Постоянная составляющая ёмкости, вносимой варикапом:

Необходимое изменение ёмкости варикапа в процессе модуляции:

Ёмкость конденсатора связи:

Амплитуда модулирующего напряжения на варикапе при крутизне характеристики варикапа в выбранном режиме:

Амплитуда напряжения высокой частоты на варикапе:

Проверка режима работы варикапа:

Коэффициент паразитной АМ:

Нормированная амплитуда модулирующего сигнала:

Коэффициент нелинейных искажений: