Мощность предоконечного каскада

(...В представленной на сайте версии работы изменены числовые данные. Для получения
работы с корректными величинами, обратитесь на www.diplomant-spb.ru ...)
РАСЧЕТ РАДИОПЕРЕДАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА.
1.Порядок проектирования передатчика.
Исходя из основных данных технического задания, составляется структурная
схема ПРД. В результате предварительного расчета определяется число каскадов.
Далее по электрическому расчету каскадов на заданную мощность выбирают
типы полупроводниковых приборов, виды колебательных систем.
По заданию преподавателя выполняется полный электрический расчет одного
из каскадов ПРД.
После электрического расчета составляется принципиальная схема всего
передатчика.
1.1.Составление структурной схемы ПРД.
Составление структурной схемы начинается с выходного каскада. Данные,
определяющие его мощность, содержатся в задании, причем, как правило, задается
колебательная мощность в антенне Ра в режиме несущей частоты. Мощность
выходного каскада должна быть выбрана с учетом потерь в колебательной системе, а
в передатчиках с амплитудной модуляцией (АМ), мощность выбирается исходя из
того, что выходной каскад является модулируемым.
1. Мощность выходного каскада ПРД с АМ определяется:
Рс треб. ≥
[Ра (1 + m)2/ ηа ηпк],
(1)
где
m - коэффициент модуляции;
ηа и ηпк
к.п.д. антенного и промежуточного контуров
(ηа = ηпк = 0,6…0,75).
2. При частотной модуляции (ЧМ) каскад работает в режиме усиления
модулированных колебаний и его мощность определяется:
Рс треб. ≥
Ра / ηа ηпк.
(2)
3.Определение числа каскадов ПРД производится путем последовательного
ориентировочного определения мощности каждого из них, начиная с выходного,
т.е. от «конца» передатчика к «началу» – к возбудителю.
Мощность предоконечного каскада
Рпред. ≈ Рс треб. / Кр ,
(3)
где Кр - коэффициент усиления по мощности выходного каскада.
Для передатчиков километровых, гектометровых и декаметровых волн
Кр ≥
10. Для передатчиков метровых волн Кр = 7…8.
Далее
определяют мощность и необходимое количество промежуточных
каскадов, которые усиливают мощность возбудителя Рвозб. = (1….10 )мВт.
Рпр. ≈ Р пред. / Кр пр ,
где Кр пр - коэффициент усиления по мощности промежуточных каскадов,
который следует принять равным 0,75 Кр.
В передатчиках малой мощности с невысокими требованиями к стабильности
частоты предоконечный каскад, а иногда и выходной возбуждается от задающего
автогенератора (возбудителя).
Если мощность возбудителя, определенная из
(...В представленной на сайте версии работы изменены числовые данные. Для получения
работы с корректными величинами, обратитесь на www.diplomant-spb.ru ...)
соотношений
Рвозб. ≈ 0,15 Р пред. или Р возб. = Р а / Кр, не более 10 мВт, можно
принять такой способ построения схемы ПРД.
При заданной относительной нестабильности частоты передатчика
10 -4
-6
…10 возбудитель необходимо стабилизировать кварцем или использовать схемы
синтезаторов частоты.
Промышленность изготавливает кварцевые пластины на частоты не выше 10
МГц. Поэтому в передатчике метровых волн при стабилизации возбудителя
кварцем, необходимо применять умножители частоты, в качестве которых могут
работать предоконечный или промежуточные каскады.
Применение умножителей частоты целесообразно и в низкочастотных
передатчиках без кварцевой стабилизации с частотной модуляцией для увеличения
индекса модуляции(девиации частоты).
Для этого случая определяют мощность умножителя и возбудителя по
формулам
Румн. ≈ 0,15 Р пред
и
Рвозб. ≈ (0,4….0,6) Р умн.
На рисунке 1,а и 1,б представлен примерный вид структурных схем ПРД с
амплитудной и частотной модуляцией.
а). ПРД с АМ
Возбудитель
Промеж
каскад
Предокон
каскад
Выходн.
каскад
Модулятор
б).ПРД с ЧМ
Возбудитель
Промеж
каскад
Предокон
каскад
Выходн.
каскад
Модулятор
Рисунок 1. Структурные схемы ПРД.
В передатчике рис.1,б модуляция может осуществляться как в возбудителе
(прямой способ), так и в промежуточном каскаде, который при данном способе
(косвенный) является фазовым модулятором.
1.2.Энергетический расчет генератора с внешним возбуждением.
(...В представленной на сайте версии работы изменены числовые данные. Для получения
работы с корректными величинами, обратитесь на www.diplomant-spb.ru ...)
Данная методика ляжет в основу для расчета коллекторных цепей остальных
каскадов.
Исходными данными для расчета являются: полезная колебательная мощность,
рассчитанная в п.1.1 для каждого каскада и максимальная частота рабочего
диапазона fmax . При выборе транзисторов, желательно, чтобы во всех каскадах
передатчика использовались транзисторы с одним типом проводимости: n-p-n или
p-n-p. Целесообразно выбирать транзисторы, у которых номинальная мощность
превышает требуемую, что позволит облегчить режим работы транзистора по
мощности рассеяния путем снижения коллекторного напряжения. .
Расчет проводят в следующем порядке.
1. В справочнике подбирают тип транзистора с колебательной мощностью на
коллекторе, определяемой из соотношения
Рс ≥ Рс треб Кпз ,
(4)
где Кпз =(1,05…1,15) – коэффициент производственного запаса.
Если выбран транзистор, не входящий в приложение 1, и его номинальная
мощность не указана, то для определения требуемой мощности Рс можно
воспользоваться соотношением:
Рс ≥ (0,15..0,5) Ес max Iс max ,
где
Ес max - максимально допустимое напряжение на коллекторе;
Iс max - максимально допустимый постоянный ток коллектора.
5.Одновременно производится проверка
выбранного транзистора по частоте.
Транзистор будет нормально работать в схеме каскада, если выполняется условие
fh51 B ≥ (4…10) fmax.
(5)
Если один транзистор не обеспечивает требуемую мощность при условии (5),
необходимо применить двухтактное или параллельное включение транзисторов.
Тогда транзистор выбирается по мощности Рс , рассчитанной на одно плечо:
Рс ≥ (Рс треб Кпз) /5.
3.Производится проверка выбранного транзистора по допустимой мощности
рассеяния на коллекторе:
РС р треб = Рс треб (1- ηс )/ ηс Кз,
где ηс=0,5…0,7 – к.п.д. каскада по коллекторной цепи;
Кз =0,9 - коэффициент запаса, учитывающий мощность, рассеиваемую в цепи
базы. Транзистор будет работать в нормальном тепловом режиме, если РС р треб ≤ РС р . (РС р
берется из приложения 1 или справочника). Если транзистор не подходит по допустимой
мощности рассеяния на коллекторе, необходимо выбрать другой транзистор, или
применить теплоотводящий радиатор.
В схемах генераторов с внешним возбуждением транзисторы обычно включаются по
схеме с общим эмиттером, которая позволяет получить наибольшее усиление по мощности.
1.3. Расчет коллекторной цепи транзистора.
Методика расчета генератора с внешним возбуждением справедлива для схемы с
общим эмиттером и транзистором любого типа проводимости. Если выбрана двухтактная
или параллельная схема генератора, расчет производится на одно плечо.
Для выбранного транзистора из таблицы (приложение1) выписываются все
необходимые для расчета параметры транзистора, к которым относятся: ЕС max- допустимое
напряжение на коллекторе,
Sc кр- крутизна линии критического режима, IС max –
(...В представленной на сайте версии работы изменены числовые данные. Для получения
работы с корректными величинами, обратитесь на www.diplomant-spb.ru ...)
допустимый постоянный ток коллектора, РСр -допустимая мощность рассеивания на
коллекторе.
1. Выбирается напряжение на коллекторе:
ЕС ≈ ЕС max / 5.
2. Задаются значением нижнего угла отсечки коллекторного тока в критическом
режиме:
θ˚с = 60˚…..150˚.
3. По таблицам А.И. Берга (табл.1)
коэффициенты разложения α0 и α1.
для принятого угла отсечки находят
4. Коэффициент использования коллекторного напряжения:
ξс кр =1 – (5 Рс треб / α1Sc кр ЕС5) .
5.Амплитуда напряжения на коллекторе:
Uc m = ξс кр |ЕС|.
6.Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:
Ic m1 =5 Рс треб / Uc m
7. Амплитуда импульсов коллекторного тока:
ic max = Ic m1/ α1
8. Проверяется условие:
ic max ≤ IС max / α0 .
Если это условие не выполняется, то следует выбрать другой транзистор или для
выбранного транзистора использовать радиатор.
9. Постоянная составляющая коллекторного тока:
IС = ic max α0.
10. Эквивалентное сопротивление коллекторной
рассчитываемый режим:
Rэкв = Uc m/ Ic m1 .
11. Мощность, потребляемая от источника питания:
РС0 = IС |ЕС|.
15. Мощность, рассеиваемая на коллекторе:
нагрузки,
обеспечивающее
(...В представленной на сайте версии работы изменены числовые данные. Для получения
работы с корректными величинами, обратитесь на www.diplomant-spb.ru ...)
РС р= РС 0 – Рс
треб.
13.Проверяется условие:
РС р ≤ РС р доп.
При не выполнении этого условия применяется теплоотводящий радиатор.
14.К.п.д. генератора по коллекторной цепи:
ηс = Рс
Таблица 1.
θ˚
40
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
110
115
150
α0
0,147
0,518
0,536
0,553
0,569
0,586
0,305
0,319
0,334
0,35
0,364
0,379
0,395
0,406
треб
/ РС 0 =0,5 ξс кр α1 / α0 .
Α1
0,58
0.391
0,414
0,436
0,455
0,475
0,487
0,5
0,51
0,55
0,556
0,531
0,534
0,536
α5
0,541
0,576
0,574
0,567
0,558
0,545
0,53
0,515
0,193
0,175
0,155
0,131
0,111
0,095
α3
0,185
0,138
0,116
0,091
0,067
0,043
0,05
0
-0,97
-0,03
-0,039
-0,045
-0,047
-0,046
2. Расчет выходного каскада передатчика с амплитудной модуляцией.
Ампдлитудная модуляция, при которой по закону передаваемого сообщения
изменяется амплитуда колебаний радиочастоты, осуществляется, как правило, в выходном
каскаде передатчика.
Энергетический расчет транзисторного генератора с внешним возбуждением при
базовой (или эмиттерной) модуляции включает в себя:
- уточнение выбранного в предварительном расчете типа и количества транзисторов;
- расчет коллекторной цепи в максимальном режиме;
- расчет коллекторной цепи в режиме несущей частоты;
(...В представленной на сайте версии работы изменены числовые данные. Для получения
работы с корректными величинами, обратитесь на www.diplomant-spb.ru ...)
-
расчет среднего режима модуляции;
определение мощности модулятора
радиочастоты).
и
возбудителя
(предыдущего
каскада
2.1. Выбор типа и количества транзисторов.
1. При базовой (эмиттерной) модуляции выбор типа транзисторов производится из
условия, чтобы в максимальном режиме, который принимается критическим,
транзистор обеспечивал соответствующую этому режиму колебательную
мощность:
Рс max =Кпз Кф Рс треб,
где Рс треб. – требуемая мощность, определенная по формуле 1;
Кпз =(1,05…1,15)
– коэффициент производственного запаса;
Кф =(1…1,4) – коэффициент формы модуляционной характеристики,
учитывающий ее нелинейность.
Ввбор подходящего типа транзистора производится путем сравнения Рс max с
номинальной мощностью транзистора из справочника Рс :
Рс max ≤ Рс .
2. Производится проверка по предельной частоте (формула 5).
3. Определяется мощность рассеивания на коллекторе транзистора:
где
РС р= Рс (1- ηсн ) / ηсн Кпз Кф Кз (1+ m)5,
ηсн = (0,4…0,6) – к.п.д. коллекторной цепи в режиме несущей;
Кз = (0,8…0,9) – коэффициент запаса по мощности рассеивапния.
4. Проверяется условие
РС р ≤
РС р доп
Если это условие не выполняется, то используют теплоотводящий радиатор.
2.2. Расчет коллекторной цепи выходного каскада в максимальном режиме.
Максимальный режим генератора при модуляции смещением должен соответствовать
критическому режиму. Следовательно, расчет максимального режима модулируемого
каскада аналогичен расчету генератора с внешним возбуждением при усилении
модулированных колебаний (см.п.1.3). Некоторое отличие заключается в выборе
напряжения на коллекторе и угла отсечки коллекторного тока:
ЕС max = ЕC MAX / КΩ .
Здесь КΩ = (1.1…1,55) – коэффициент запаса.
Угол отсечки в макимальном режиме:
θ˚= 100 ˚…150 ˚ .
5.3.Расчет в режиме несущей частоты.
Исходными для расчета являются данные , полученные при расчете в максимальном
режиме.
1. Первая гармоника тока коллектора:
Ic m1н = Ic m1max /(1+m)
2. Постоянная составляющая тока коллектора:
(...В представленной на сайте версии работы изменены числовые данные. Для получения
работы с корректными величинами, обратитесь на www.diplomant-spb.ru ...)
IС н= Ic m1н α0 / α1 .
3. Подводимая мощность:
РС0н= РС0max/(1+m)
4. Полезная колебательная мощность в режиме несущей (проверочный расчет):
Рс н = Рс н max /(1+m)5=0,5 Ic m1н Uc m ; Uc m = Uc m max/(1+m)
5. Мощность рассеяния на коллекторе:
РСрн = РС0н - Рсн
6. Проверяется выполнение условия:
РСрн <РСр
По мощности рассеяния режим несущей частоты является наиболее тяжелым,
поэтому, если последнее условие не удовлетворяется, то необходимо рассчитыва ть
радиатор.
2.3. Расчет среднего режима мощности.
В этом режиме расчитываются некоторые показатели, характеризующие генератор
за период звуковой частоты.
1. Постоянная составляющая коллекторного тока:
IС ср = IС0 н
2. Средняя колебательная мощность за период звуковой частоты:
Рс ср =Рс н (1 + m5/5).
3. Средний к.п.д. коллекторной цепи:
ηс ср = ηс н (1 + m5/5).