ВfвРАБ.1 = 2,105 ×10 -3 Тл < ВfвРАБ.МАКС. = 0,006 Тл
9. Удельные тепловые потери в феррите первой линии:
PФ1¢ = 0,022 Вт/см3на частоте fН = 6 МГц для Q = 50
PФ1¢ = 0,015 Вт/см3на частоте fВ = 11 МГц для Q = 40
10. Мощность потерь в объеме сердечника первой линии:
PФ1 = PФ1¢МАКС. × V1
PФ1 =0,026 Вт
11. Аналогичные расчеты проводим для второй линии:
VМИН2 = 0,107 см3 на fН = 6 МГц
Сердечник - кольцо К12´9´4, две штуки. Для них:
S2 = 0,12 см2
V2 = 0,396 cм3 > VМИН2 = 0,107 см3
w2 » 11 витков ( для lЛ = 40 см )
lКОЛ.2 = 2,827 см > lКАБ.2 = 2,739 см
LПР. РАСЧ.2 = 11,06 мкГн > LПР.ТРЕБ.2 = 6,631 мкГн
BfнРАБ.2 = 4,019 ×10 -3 Тл < ВfнРАБ.МАКС. = 0,01 Тл
ВfвРАБ.2 = 2,192 ×10 -3 Тл < ВfвРАБ.МАКС. = 0,006 Тл
PФ2¢ = 0,024 Вт/см3на частоте fН = 6 МГц для Q = 50
PФ2¢ = 0,017 Вт/см3на частоте fВ = 11 МГц для Q = 40
PФ2 = 9,5 ×10 -3 Вт
12. Третья линия согласующего трансформатора является фазокомпенсирующей и не содержит ферритового сердечника. Ее длину примем равной длинам первой и второй линий lЛ = 40 см.
13. Входная мощность и КПД трансформатора:
PВХ = PН + PФ1 + PФ2PВХ = 24,0355 Вт
hТР = PН / PВХhТР = 0,998
РАСЧЕТ ФИЛЬТРУЮЩЕЙ ЦЕПИ
Высшие гармоники тока или напряжения, образованные в результате работы транзистора УМ в нелинейном режиме с Q = 90°, должны быть ослаблены в нагрузке передатчика (фидере) до уровня, определенного в задании на курсовую работу. С этой целью на выходе передатчика включается фильтр. Заданную фильтрацию гармоник, в первую очередь наиболее интенсивных - второй и третьей, фильтрующая цепь должна обеспечить в рабочем диапазоне частот передатчика при заданном уровне колебательной мощности и высоком КПД.
Исходные данные для расчета:
- диапазон рабочих частот от fН = 6 МГц до fВ = 11 МГц
- RН = WФ = 75 Ом – сопротивление нагрузки
- КБ.Н. ³ 0,8 – допустимое значение КБВ нагрузки
- КБ.ВХ. ³ 0,7 – допустимое значение КБВ на входе фильтрующей цепи
- aДОП = -50 дБ – допустимый уровень высших гармоник в нагрузке передатчика
- aСЦ » 0 – дополнительное затухание, вносимое согласующей цепью
- aГN – относительный уровень высших гармоник напряжения (или тока) на выходе УМ. Величина aГN определяется схемой и режимом работы УМ. Для рассматриемого случая (однотактный УМ в недонапряженном или критическом режиме):
Для наиболее значимой второй гармоники при Q = 90° a2(Q) = 0,212.
Тогда aГ2 » -7,5 дБ.
Непосредственно расчет:
1. Коэффициент перекрытия передатчика по частоте:
КfП = fВ / fНКfП = 1,833
Так как КfП < (1,6 ¸ 1,9) устанавливаем один фильтр.
2. Граничные частоты фильтра совпадают с соответствующими частотами fН = 6 МГц и fВ = 11 МГц передатчика.
3. КБВ, который должна обеспечить колебательная система:
КБ.Ф. = КБ.ВХ / КБ.НКБ.Ф. = 0,875
4. Неравномерность АЧХ в полосе пропускания фильтрующей цепи:
d = 0,004
Da = 0,02 дБ
5. Минимальное затухание, которое должен обеспечить фильтр в полосе задерживания:
aФN ³ -aДОП + aГN + aСЦaФ2 ³ 42,5 дБ
6. Нормированная частота в полосе задерживания (для ФНЧ):
WЗN = N / КfПWЗ2 = 1,09
7. При выборе схемы фильтра необходимо обеспечить малое входное сопротивление на частотах высших гармоник. В частности, для однотактного УМ ФНЧ должен начинаться с параллельной емкости С1. Для рассматриемого случая aФ2 > (20 ¸ 30) дБ и WЗ2 < (1,5 ¸ 1,8), поэтому необходимо применять фильтры Кауэра ( эллиптические ), имеющие равноколебательную АЧХ в полосе пропускания и АЧХ со “всплесками” затухания в полосе задерживания. Используя диаграмму для оценки порядка эллиптических ФНЧ на рис.2.7 [2] и данные таблицы 9, выбираем фильтр 9-го порядка С09 – 05 – 67 с Da = 0,0109 дБ, WЗ = 1,086360377, aФ = 46,4 дБ, r = 5%.
8. Принципиальная схема фильтра приведена на рисунке 8.
Рисунок 8. Схема фильтра Кауэра 9-го порядка.
Нормированные значения элементов:
c1 = 0,693482l2 = 1,235453c2 = 0,163150
c3 = 1,172824l4 = 0,748031c4 = 1,008319
c5 = 0,793057l6 = 0,575410c6 = 1,456578
c7 = 0,908201l8 = 0,765453c8 = 0,707124
c9 = 0,351309
Производим денормирование:
;;RB = RН = 75 Ом
LB = 1,085147 мкГнСВ = 192,915 пФ
С1 = СВ × с1 = 133,783 пФС2 = СВ × с2 = 31,474 пФ
С3 = СВ × с3 = 226,255 пФС4 = СВ × с4 = 194,52 пФ
С5 = СВ × с5 = 152,993 пФС6 = СВ × с6 = 280,996 пФ
С7 = СВ × с7 = 175,206 пФС8 = СВ × с8 = 136,415 пФ
С9 = СВ × с9 = 67,773 пФ
L2 = LB × l2 = 1,341 мкГн
L4 = LB × l4 = 0,812 мкГн
L6 = LB × l6 = 0,624 мкГн
L8 = LB × l8 = 0,831 мкГн
9. КПД фильтра:
hФ = 1- r2hФ = 0,9975
Произведем конструктивный расчет катушек L2, L4, L6, L8. Приближенно можно считать, что действующие на LC – элементах напряжения и токи в 3¸5 раз больше номинальных значений напряжения и тока в нагрузке RН.
Действующее значение тока в нагрузке:
IНД » 0,6 А
Действующее значение напряжения на нагрузке:
UНД = РН / IНДUНД » 43 В
Тогда действующие напряжения и токи на LC – элементах не превосходят:
IД = 3× IНДIД » 1,8 А
UД = 3× UНДUД » 130 В
UМАКС = Ö2× UДUМАКС » 185 В
1. Уточним расчетные значения индуктивностей с учетом размагничивающего влияния близко расположенных проводников, деталей конструкции, каркаса и стенок блока:
L2РАСЧ = 1,1× L2L2РАСЧ = 1,475 мкГн
L4РАСЧ = 1,1× L4L4РАСЧ = 0,893 мкГн
L6РАСЧ = 1,1× L6L6РАСЧ = 0,686 мкГн
L8РАСЧ = 1,1× L8L8РАСЧ = 0,914 мкГн
2. Выберем диаметр провода катушки исходя из соображений ее допустимого перегрева. Для цилиндрической однослойной катушки с естественным (конвекционным) охлаждением:
, где
DТ2 = 40 К – разность температур провода и окружающей среды.
Примем d = 1 мм.
3. Шаг намотки:
g = (1,3¸1,5)×dg = 1,5 мм
4. Число витков спирали катушки:
D – диаметр намотки катушки, см
F – коэффициент формы катушки, зависящий от отношения длины намотки катушки l к ее диаметру D. Для катушек диаметром до 5 см обычно берут l/D = 0,5¸0,8. Примем l/D = 0,6. Тогда из графика рис.10.3 [] F = 12×10-3.
Поскольку величины D, l/D, g = l/N выбираются произвольно, необходимо проверить правильность их выбора – должно выполняться равенство N = l/g. При совпадении результатов с точностью ±(5¸7)% расчет можно считать законченным. В противном случае расчет повторяют при новом значении D.
Таким образом, с учетом приведенных выше требований проверки имеем:
Для L2: D = 1,98 см, l = 1,188 см, N = 7,879 витков.
Для L4: D = 1,66 см, l = 0,996 см, N = 6,696 витков.
Для L6: D = 1,52 см, l = 0,912 см, N = 6,134 витков.
Для L8: D = 1,68 см, l = 1,008 см, N = 6,734 витков.
5. Вычислим электрическую прочность катушек.
Напряжение между соседними витками:
UВ = UМАКС / NМИНUВ » 30 В
Напряженность поля между витками:
Е = UВ / (g – d)Е » 60 В/мм < ЕМАКС = (250¸700) В/мм
6. Длина провода катушки:
lПР »p×D×NlПРМАКС » 50 см
Условие lПРМАКС » 50 см < 0,3×lМИН » 820 см выполняется, значит катушки фильтра можно считать элементами с сосредоточенными параметрами.
Для рассчитанного ФНЧ с помощью пакета схемотехнического моделирования OrCAD 9.1 был получен график 1 АЧХ, приведенный в приложении 2.
Как известно, вид АЧХ фильтра находится в тонкой зависимости от величин элементов. Полученные в ходе расчетов значения емкостей конденсаторов фильтра не соответствуют дискретным значениям стандартных рядов, что затрудняет их выбор. Здесь возможно применение подстроечных конденсаторов, однако была предпринята попытка использования конденсаторов со стандартными значениями, соответствующими ряду Е24, а именно:
C1 = 130 пФC2 = 30 пФC3 = 220 пФ
C4 = 200 пФC5 = 150 пФC6 = 270 пФ
C7 = 180 пФC8 = 130 пФC9 = 68 пФ
Значения индуктивностей оставлены неизменными, равными расчетным. АЧХ такого фильтра приведена на графике 2, представленном в приложении 2.
Анализируя графики 1 и 2 АЧХ фильтров можно сделать вывод о возможности применения в качестве конденсаторов ФНЧ конденсаторов постоянной емкости с номиналами, приведенными выше. Это не приведет к существенной деградации АЧХ фильтра.
Таким образом, в качестве конденсаторов фильтра применим конденсаторы типа КМ 4, группы П33 с максимальным рабочим напряжением 250 В.
РАСЧЕТ РАДИАТОРА
Исходным параметром для расчета радиатора транзистора оконечного каскада является мощность РК.МАКС » 12 Вт, рассеиваемая на его коллекторе.
Максимальная температура корпуса транзистора типа 2Т950А составляет 125°С. Примем температуры корпуса транзистора и его радиатора примерно одинаковыми, и, с некоторым запасом, равными tРАД = 80°С.
Температурой окружающей среды для радиатора будет являться внутренняя температура корпуса передатчика tСР. Примем tСР = 40°С.
Тогда тепловое сопротивление радиатора:
RРАД = 3,33°С/Вт
По графику рис. П.4 стр. 304 [4] находим, что такое сопротивление обеспечивает ребристый радиатор объемом V = 110 см3. Примем длину и ширину радиатора равными 5 см, тогда его высота составит 4,4 см.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Результатом выполнения данной курсовой работы является разработанный радиопередатчик с ОБП, отвечающий заданным требованиям, а именно:
- мощность в фидере сопротивлением WФ = 75 Ом
РФ.МАКС = Р1.МАКС×hТР×hФРФ.МАКС = 26 Вт
- стабильность частоты не хуже 10-6, что обеспечивается применением кварцевой стабилизации
- подавление внеполосных излучений более 50 дБ
- перестройка частоты выходного сигнала в диапазоне (6¸11) МГц с шагом 1 кГц
Вместе с тем необходимо отметить значительную сложность отдельных узлов. Так фильтрующая цепь имеет 9 порядок. Для снижения требований к ней представляется целесообразным выполнить оконечный каскад по двухтактной схеме.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.
1. Проектирование транзисторных каскадов передатчиков. Учебное пособие для техникумов / Шумилин М.С., Козырев В.Б., Власов В.А. М.: Радио и связь. 1987. 320 с.
2. Справочник по расчету фильтров / Зааль Р. М.: Радио и связь. 1983. 752 с.
3. Радиопередающие устройства: Методические указания по курсовому проектированию / Булатов Л.И., Гусев Б.В., Харитонов Ф.В. Екатеринбург: УПИ. 1992. 28 с.
4. Проектирование радиопередающих устройств СВЧ / Под ред. Уткина Г.М. М.: Советское радио. 1979.
Страницы: 1, 2, 3, 4
