2.3 Выводы из анализа передатчика – прототипа

1. Передатчик – прототип является устаревшим. Его технические требования сформулированы на основании устаревших ГОСТов и норм (ГОСТ 12252 – 66, ГОСТ 16019 – 70). В настоящее время действуют другие нормы и ГОСТы.

2. Передатчик – прототип имеет устаревшую элементную базу активных (транзисторов) и пассивных (R, L, C) элементов, что существенно влияет на показатели качества работы передатчика.

- устаревшие транзисторы;

• конденсаторы имеют большие паразитные индуктивности выводов;

• большие межвитковые емкости индуктивностей;

• потери в резисторах;

• размеры деталей.

3. Передатчик – прототип имеет большую массу и габариты.

4. Поскольку передатчик – прототип является устаревшим, и его технические характеристики задаются по старым ГОСТам, то его выходная фильтрующая система не обеспечивает необходимого для нашего времени подавления побочных составляющих спектра излучения.

Анализируя недостатки передатчика – прототипа, можно наметить пути реализации проектируемого передатчика посредством улучшения характеристик передатчика системы радиосвязи «Алтай – 3». Например, одним из путей реализации проектируемого передатчика посредством улучшения характеристик передатчика – прототипа может быть использование новой элементной базы; улучшение фильтрации за счет применения лучшей фильтрующей системы; стабилизация центральной части ЧМ сигнала синтезатором с кольцом АПЧ и др. Остановимся на этом подробнее.

III. Пути реализации технических требований проектируемого передатчика

В соответствии с заданием и на основании информации из учебников [2] – [4], а также на основании анализа передатчика – прототипа, необходимо решить, каким путем будут реализованы технические требования, предъявляемые к моему передатчику в их совокупности. При этом необходимо помнить, что всегда существует несколько вариантов решения задачи и у каждого варианта есть и положительные, и отрицательные стороны. При проектировании передатчика будем искать компромисс.

Поскольку к проектируемому передатчику предъявляются многочисленные требования, жесткие и часто взаимно противоречивые (например, получение большой мощности с высоким КПД (приходится использовать режим работы со сложной формой тока и напряжения, что вызывает необходимость ставить сложные фильтры, в которых потери энергии уменьшают выигрыш КПД), или требование малой нестабильности частоты и большой мощности), то реализация этих требований возможна и целесообразна при многокаскадном построении тракта радиочастоты.

1. Выбор активных элементов каскадов тракта радиочастоты

Для каскадов тракта радиочастоты в качестве активных элементов будем использовать биполярные транзисторы в силу следующих обстоятельств:

• транзисторные ГВВ отличаются многообразием схем построения (резонансные, широкополосные), способами включения (с ОЭ, ОБ, или ОК), их конструктивным выполнением (в одном корпусе или на одном основании размещается одиночный, два однотипных или комплементарных (n-p-n – p-n-n), в том числе так называемые транзисторные сборки или балансные транзисторы);

• транзисторные ГВВ отличаются возможностью применения более эффективного ключевого режима;

• отсутствие цепей накала у транзисторов обеспечивает немедленную готовность ступени к работе (если существует такая необходимость);

• устойчивость транзисторов к механическим воздействиям и большой срок службы (при условии защиты от превышения предельно допустимых напряжений и токов);

• актуальность использования в современном радиопередатчике.

На основании технико-экономического сравнения произведем выбор конкретных типов транзисторов из ряда пригодных для каждой ступени по мощности, частоте, конструктивным особенностям.

1. Таблица сравнения транзисторов, пригодных для проектирования оконечного каскада [15],[1],

Исходные данные:

• требующаяся от ступени полезная мощность Р₁ ≈

= 62,5 Вт. (Из [2] коэффициент полезного действия выходной фильтрующей системы η_ВФС = 0,8).

• высшая рабочая частота ступени: ƒ_max = 467,5 МГц.

• предполагаемая схема генераторов оконечного каскада: двухтактная.

Критерии выбора:

- транзистор должен подходить по заданным параметрам;

- пригодность для использования в новых разработках;

• удобное стандартное напряжение питание;

- невысокая стоимость комплекта транзисторов;

• по возможности высокое ожидаемое значение К_р.

№ тр.	Тип транзис- тора	Вид проводи- мости	Граничная частота, МГц	Номинальная мощность, Вт	Примерное (ожидаемое) значение КР	η, %
1	2Т991АС	n-p-n	350…700	60	8…10	65
2	2Т9132АС	n-p-n	350…700	110	3,5	55
3	КТ9152АС	n-p-n	460…860	100	20	65

Заключение: Выбран транзистор КТ9152АС – сборка. Он отличается от других рассмотренных следующими преимуществами:

1. Данный транзистор удовлетворяет всем поставленным условиям.

2. Выбранный транзистор имеет наибольший коэффициент усиления по

мощности.

3. Максимально – допустимое напряжение питания транзистора – 48 В. Для целесообразного повышения КПД каскада (уменьшения потерь на коллекторе транзистора) и в соответствии с ГОСТом примем для транзистора оконечного каскада: Е_к = 48 В.

2. Таблица сравнения транзисторов, пригодных для проектирования предоконечного каскада. [15], [1], [2]

Исходные данные:

- требующаяся от ступени полезная мощность (ожидаемое значение): Р_вых..пк ≈ 3,125 Вт.

- высшая рабочая частота ступени: ƒ_max = 467,5 МГц.

- предполагаемая схема предоконечного каскада: однотактная.

Критерии выбора (те же, что и в оконечном каскаде):

- транзистор должен подходить по заданным параметрам;

- пригодность для использования в новых разработках;

• удобное стандартное напряжение питание;

- невысокая стоимость комплекта транзисторов;

• по возможности высокое ожидаемое значение К_р.

№ тр.	Тип транзис- тора	Вид проводи- мости	Граничная частота, МГц	Номинальная мощность, Вт	КР	η, %	Допустимое напряжение питания Ек, В
1	2Т9104А	n-p-n	200…500	> 5	8	40	28
2	КТ983В	n-p-n	40…860	3,5	> 4	30..40	25
3	КТ9150А	n-p-n	460…860	8	> 20	45..65	30

Заключение: Выбран транзистор КТ9150А. Он отличается от других рассмотренных следующими преимуществами:

1. Выбранный транзистор обладает наибольшим коэффициентом по мощности.

2. Данный транзистор удовлетворяет всем поставленным условиям.

3. Максимально – допустимое напряжение питания транзистора – 30 В. В соответствии со стандартом (из [2]) примем напряжение питания транзистора Е_к = 30 В.

4. Транзистор пригоден для использования в новых разработках.

3. Таблица сравнения транзисторов, пригодных для проектирования предварительного каскада [15], [1], [2]

Исходные данные:

- требующаяся от ступени полезная мощность (ожидаемое значение) Р_{вых..пдк} ≈ 0,148 Вт;

- высшая рабочая частота ступени: ƒ_max = 467,5 МГц.

- предполагаемая схема генераторов каскада: однотактная, широкополосная.

Критерии выбора:

- транзистор должен подходить по заданным параметрам;

- пригодность для использования в новых разработках;

- удобное стандартное напряжение питание;

• по возможности высокое ожидаемое значение К_Р.

№ тр.	Тип транзис- тора	Вид проводи- мости	Граничная частота, МГц	Номинальная мощность, Вт	КР	η, %	Допустимое значение Ек, В
1	2Т358А	n-p-n	560	0,5	>12	-	15
2	2Т610А	n-p-n	100…400	1	6,4..8	>45	12,6
3	КТ983А	n-p-n	40…860	0,5	4	>40	25

Заключение: Выбран транзистор 2Т358А. Он отличается от других рассмотренных следующими преимуществами:

1. Данный транзистор удовлетворяет всем поставленным условиям.

2. Выбранный транзистор обладает наибольшим коэффициентом по мощности

3. В соответствии с ГОСТом и со справочными данными примем питающее напряжение: Е_к = 15 В (с целью использования одного выпрямителя для предоконечного и предварительного каскадов).

4. Транзистор пригоден для использования в новых разработках.

Проверим теперь, достаточно ли нам будет трех каскадов усиления для получения заданной мощности на выходе. Найдем общий (ожидаемый) коэффициент усиления по мощности всего тракта радиочастоты:

К_Р = К_{Р ОК} К_{Р ПК} К_{Р ПДК} ≈ 6300.

С учетом того, что мощность на выходе АГ ~ 10 мВт (из [2]), рассчитаем мощность на выходе оконечного каскада и проверим обеспечение трактом заданной мощности:

Р_{вых ок расч.} = К_Р·Р_{вых АГ} = 63 Вт ≥ Р₁

Отсюда видно, что трех каскадов усиления мощности будет достаточно для получения заданной (по техническому заданию) мощности.

Во всех каскадах тракта радиочастоты транзисторы будут включены по схеме с общим эмиттером (ОЭ), где одновременно обеспечивается усиление как по току, так и по напряжению и тем самым достигается наибольший коэффициент усиления по мощности.