6 Разработка принципиальной схемы и конструкции сум

На основе анализа схемных решений построения узлов структурной схемы, разработана принципиальная схема приведенная на рисунке 6.1

Рис. 6.1 - Принципиальная схема СУМ

Данная разработка была представлена на конференции “Научная сессия ТУСУР - 2006 ” [60].

Для повышения КПД усилителя используется сверхширокополосный датчик падающей и отражённой волны, разработанный на основе датчика высокочастотного тока, описанного в [74]. Принципиальная схема сверхширокополосного датчика падающей и отражённой волны приведена на рисунке 6.2

Рис. 6.2 - Принципиальная схема сверхширокополосного датчика

Сверхширокополосный датчик содержит детектор отражённой волны на диоде VD1, детектор падающей волны на диоде VD2, и широкополосный направленный ответвитель, состоящий из первого Т1 и второго Т2 трансформаторов и резисторов R2 и R3.

Характеристики датчика приведённого на рисунке 6.2: полоса рабочих частот 10…300 МГц; сопротивление нагрузки 50 Ом; мощность сигнала на входе до 40 Вт; потери мощности, не более 7%; напряжение на выходе детектора падающей волны в полосе рабочих частот при мощности сигнала в нагрузке равной 20 Вт 2,7…3,2 В; напряжение на выходе детектора отражённой волны в полосе рабочих частот при мощности сигнала в нагрузке равной 20 Вт, не более 0,3 В; напряжение на выходе детектора отражённой волны в полосе рабочих частот при мощности сигнала в нагрузке равной 20 Вт и КСВН нагрузки равном двум 0,9…1,2 В.

Трансформаторы Т1 и Т2 выполнены на ферритовых кольцах ФМ20ВН-3 (типоразмер К20105). Первичными обмотками трансформаторов являются полосковые линии передачи, проходящие сквозь ферритовые кольца.

Вторичные обмотки трансформаторов выполнены в виде 6 витков изолированного медного провода диаметром 0,6 мм намотанного на кольца. Выбор указанного типоразмера ферритовых колец обусловлен требуемой мощностью сигнала проходящего через датчик. В рассматриваемом датчике, при мощности сигнала, превышающей 80 Вт, происходит перегрев ферритовых колец и изменение характеристик датчика. При мощности сигнала 40 Вт нагрев колец не превышает 45…50С.

6.1 Расчет оконечного каскада

Напряжение питания усилителя после стабилизации микросхемой DA1 равно 24 вольта.

Рабочая точка выходного каскада рассчитывается по заданной мощности Рвых или выходному напряжению Uвых. Но чаще даётся мощность, по которой можно найти выходное напряжение [57,61].

Для усилителя мощность рассчитывается по первой гармонике в режиме ограничения и отличается от значения амплитуды в 1.27 раз.

Посмотрим, хватает ли питания каскаду при заданном напряжении получить заданную мощность.

Как видим следовательно мы можем принять за выходное напряжение – напряжение равное 23 В.

По известному сопротивлению нагрузки и выходному напряжению можно найти выходной ток :

(6.1)

где - сопротивление нагрузки (сопротивление входа трансформатора импедансов, вычисляемое по (6.6.3)) по переменному току.

Выбор транзистора, осуществляется по методике описанной в [61], с учетом следующих предельных параметров:

 граничной частоты усиления транзистора по току в схеме с ОЭ

 предельно допустимого напряжения коллектор-эмиттер

 предельно допустимого тока коллектора (при согласованном выходе)

В данном случае для оконечного каскада, по полученным расчетным данным выберем транзистор КТ970А (VT10). Необходимые паспортные данные транзистора КТ970А приведены в приложении А.

Далее рассчитаем систему активной коллекторной термостабилизации каскада по методике предложенной в [34].

Рис. 6.1.1 - Схема активной коллекторной термостабилизации

В усилительных каскадах будем использовать вместо сопротивления в цепи коллектора дроссель, который по постоянному току имеет сопротивление близкое к нулю, а по переменному – намного большее сопротивления нагрузки.

Вначале, при расчете выбирается транзистор VT1.

В качестве VT1 выбран КТ816Б. Основные технические параметры приведены в приложении А.

После этого выбирается падение напряжения на резисторе из условия(пусть), затем производится расчёт по выражениям:

(6.2)

(6.3)

(6.4)

(6.5)

(6.6)

(6.7)

(6.8)

(6.9)

После вычислений получаем следующие значения:

= 0.03 А

= 11.25 В

= 12 мА

Блокировочные конденсаторы С_БЛ (С19, С21) возьмём номиналом 4.7 мкФ. Они необходимы для того, чтобы часть высокочастотного сигнала, ответвляемого в цепь дросселя, не выделялась на внутреннем сопротивлении источника питания, а уходила на “землю”, т.е. для устранения самовозбуждения.