Рефераты. Расчет и конструирование АМ передатчика

Расчет и конструирование АМ передатчика

Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)


Кафедра телевизионных устройств (ТУ)









Курсовая работа на тему:

Расчёт и конструирование АМ передатчика













2006


1. Введение


Главной целью данного курсового проекта является разработка АМ передатчика мощностью 30 Вт, с рабочей волной l=9 м (f=33.3 МГц). В связи с небольшой выходной мощностью передатчик реализован на транзисторах.



2. Разработка структурной схемы передатчика


Структурная схема АМ передатчика с базовой модуляцией состоит из следующих блоков: автогенератор (АГ) на частоту 16.67 МГц, эмиттерный повторитель (ЭП) для развязки АГ и умножителя частоты сигнала на (У), усилитель мощности колебаний (УМК), модулируемый каскад (МК) и колебательные системы: для согласования У и УМК КС1, УМК и МК – КС2, МК и фидера – выходная колебательная система.

Модуляция осуществляется в оконечном каскаде (ОК). Достоинством базовой модуляции является малые амплитуда напряжения и мощность модулятора, т.к. модуляция достигается путем изменения смещения на базе МК, что приводит к изменению угла отсечки и выходного тока в соответствии с НЧ модулирующим сигналом.

Число каскадов усиления мощности можно примерно определить по формуле N=ln Кs/ln K1=ln 3300/ln 20=3, где Ks=PА×(1+m)2/PвыхЭП= 30×(1+0.8)2/ /0.03=3300 – суммарный коэффициент усиления по мощности, K1=20 – средний коэффициент усиления по мощности одного каскада с учетом потерь в колебательных системах.

Структурная схема передатчика разработана при использовании [1,2] и приведена на РТФ КП.775277.001 Э1.

 

3. Расчёт оконечного каскада


Модуляцию смещением будем проводить в оконечном каскаде(ОК) передатчика.

В ТЗ задана мощность передатчика в антенне в режиме несущей PA=1 Вт, рассчитаем максимальную мощность первой гармоники непосредственно на выходе оконечного каскада P1max:



Pmax=PA×(1+m)2/(hф×hк)=4.96 Вт.                                                 (3.1)


где:    hф=0.85 - КПД фидера;

hк=0.95 – КПД выходной колебательной системы (ВКС);

m = 1 – максимальный коэффициент модуляции.

Выбор транзистора ОК производим по следующим определяющим факторам:

-       выходная мощность транзистора Pвых ³ P1max;

-       частота, на которой модуль коэффициента передачи транзистора по току в схеме с ОЭ равен 1, fт=(3¸5)×f=82.5¸137.5 МГц, где f=27.5 МГц, несущая частота передатчика.

В соответствии с вышеперечисленными требованиями выбираем в качестве активного элемента (АЭ) ОК транзистор КТ940Б с параметрами:

-       выходная мощность Pвых=5 > 4.95 Вт;

-       fт=400 МГц;

-       сопротивление насыщения rнас=20 Ом;

-       максимальное постоянное напряжение коллектор-эмиттер Uкэимп=36 В;

-       максимальный постоянный ток коллектора Iкодоп=1 А;

-       напряжение источника коллекторного питания Е`к=12 В;

-       средний статический коэффициент усиления по току в схеме с ОЭ bo=40;

-       ёмкость коллекторного перехода Ск=75 пФ;

-       ёмкость эмиттерного перехода Сэ=410 пФ;

-       индуктивности выводов Lб=2.4 нГн, Lэ=1.2 нГн;

-       сопротивление материала базы rб=1 Ом.

Произведём расчёт коллекторной цепи транзистора. Расчёт будем производить, исходя из максимальной мощности в критическом режиме Pmax.

По заданному в ТЗ источником выступает аккумулятор с напряжением 12 В, соответственно напряжение на коллекторе составит Ек=12 В, и максимальный угол отсечки qmax=120°, соответствующий коэффициенту модуляции m=0.8.

Рассчитываем амплитуду первой гармоники напряжения Uк1 на коллекторе:


11.34 В.         (3.2)


Максимальное напряжение на коллекторе:


Uк.макс=Ек+1.2×Uк1кр=24.7 В£Uк.доп=36 В.                             (3.3)


Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:


Iк1=2×P1max/Uк1кр=0.76 А.                                                         (3.4)


Постоянная составляющая коллекторного тока:


0.57 А£ Iкодоп=20 А.       (3.5)


Максимальный коллекторный ток:


Iк.макс=Iко/ao(q)=17.1£ Iкодоп=30 А.                                          (3.6)


Максимальная мощность, потребляемая от источника коллекторного питания:



Pоmax=Eк×Iко=194 Вт.                                                                 (3.7)


КПД коллекторной цепи при номинальной нагрузке:


h=P1max/Pоmax=0.62.                                                                  (3.8)


Максимальная рассеиваемая мощность на коллекторе транзистора:


Pк.max=Pоmax-P1max=73.7 Вт.                                                    (3.9)


Значение Pк.max является исходным параметром для расчёта температуры в структуре транзистора и системы его охлаждения.

Номинальное сопротивление коллекторной нагрузки:


Rэк.ном=Uк1кр/(2×P1max)=13.1 Ом.                                            (3.10)


Произведём расчёт входной цепи транзистора.

Предполагается, что между базовым и эмиттерными выводами по РЧ включен резистор Rд, требуемый для устранения перекосов в импульсах коллекторного тока (см.рис.3.1).


Рисунок 3.1 – Включение резистора Rд


Rд=bo/(2×p×fт×Cэ)=45 Ом.                                                            (3.11)


На частотах f>3×fт/bо (33.3 МГц>13.3 МГц) в реальной схеме генератора Rд можно не ставить, однако, в последующих расчётах необходимо оставлять.

Амплитуда тока базы:


c=1+g1(q)×2×p×fт×Cк×Rэк.ном=2.02;                                               (3.12)


3.86 А.          (3.13)


Постоянные составляющие базового и эмиттерного токов:


Iбо=Iко/bо=0.154 А;                                                                     (3.14)


Iэо=Iко+Iбо=7.1 А.                                                                       (3.15)


Напряжение смещения на эмиттерном переходе:


0.04 Ом;  (3.16)


2.37 В.(3.17)


где Еотс – напряжение отсечки, равное для кремниевых транзисторов 0.5¸0.7 В.


Рисунок 3.2 – Эквивалентная схема входного сопротивления транзистора


Определяем значения LвхОЭ, rвхОЭ, RвхОЭ, CвхОЭ в эквивалентной схеме входного сопротивления транзистора (см.рис.3.2), принимая барьерную ёмкость активной части коллекторного перехода Ск.а=0.25×Ск:


LвхОЭ=Lб+Lэ/c=2.9 нГн;                                                              (3.18)


rвхОЭ=×[(1+g1(q)×2×p×fт×Ск.а×Rэк.ном)×rб+rэ+g1(q)×2×p×fт×Lэ]=

=1.03 Ом;    (3.19)


RвхОЭ=×[rб+(1+g1(q)×bо)×rэ]-rвхОЭ+Rд×[1-g1(q)]=8.7 Ом;     (3.20)


СвхОЭ=bо/(2×p×fт×RвхОЭ)=4.1 нФ.                                                 (3.21)


Резистивная и реактивная составляющие входного сопротивления транзистора:


rвх=rвхОЭ+=1.184 Ом;         (3.22)


Xвх=2×p×f×LвхОЭ-=-0.532 Ом.   (3.23)


Рисунок 3.3 - Эквивалентные входные сопротивление и ёмкость транзистора


Эквивалентные входные сопротивление и ёмкость транзистора (см.рис.3.3):


Rвхэк=rвх+(Xвх/rвх)2=1.424 Ом;                                                  (3.24)

Свхэк==1.508 нФ.   (3.25)


Рисунок 3.4 - Эквивалентные выходные сопротивление и ёмкость транзистора


Для получения эквивалентной выходной ёмкости транзистора (см.рис.3.4) произведём расчёт ряда вспомогательных параметров:


h=1+40×Iэо×rб/bо=4.15;                                                                 (3.26)


M=40×Iэо×rб/h=28;                                                                         (3.27)


ef=f/fт=0.167;                                                                                (3.28)


m==4.8.                                                                    (3.29)


Эквивалентная выходная ёмкость транзистора:


Свыхэк=Ск×(1+0.4×M/m2)=390 пФ.                                                (3.30)


Формулы (3.27)-(3.31) взяты из [3].

Входная мощность:


Pвх=0.5×Iб2×rвх=8.81 Вт.                                                               (3.31)


Коэффициент усиления по мощности:


Кр=P1ном/Pвх=13.7.                                                                    (3.32)


Расчёт выходной и входной цепи транзистора (формулы (3.2)-(3.25), (3.31)-(3.32)) произведён согласно [1].

В результате расчёта каскада на максимальную мощность становятся известными следующие параметры: Iк1m=9.156 A, Iкоm=6.93 A, Iбоm=0.154 A, Ебm=2.37 В, Umб==2.54 В.

При базовой модуляции СМХ есть зависимость Iк1=f(Еб) при (Umб, Ебm, Rэк.ном)=const.

Для грубой оценки положения СМХ можно принять ее линейной и построить по двум точкам: точке максимального режима Iк1=Iк1m, Eб=Ебm и точке запирания каскада Iк1=0, Еб=Ебзап, где Ебзап=Еотс-Umб=-1.84 В.

Упрощенная СМХ приведена на рис.3.5.


 

Рисунок 3.5 – Статическая модуляционная характеристика


Рассчитаем ряд параметров:

Минимальное модулирующее напряжение:



Амплитуда ВЧ составляющей в режиме несущей:



Получили Umin=-1.37 В, Uo=0.5 В. Рассчитаем угол отсечки в режиме несущей: qн=arccos((Еотс-Uo)/Umб)=85.5°. Рассчитаем ток постоянной составляющей базы в режиме несущей и амплитуду тока НЧ сигнала:


IW=Iбоm-Iбон



Получили Iбон=0.067 А, IW=0.087 А. Рассчитаем амплитуду напряжения НЧ сигнала на базе UW=Eбm-Uo=1.87 В и требуемую мощность модулятора PW=IW×UW=0.082 Вт.

Страницы: 1, 2, 3



2012 © Все права защищены
При использовании материалов активная ссылка на источник обязательна.