Выберем в качестве цепи согласования П-образный четырехполюсник.
Рис.6 Схема согласующей П-цепочки.
Рассчитаем значения элементов согласующей цепи.
Согласующую П-образную цепочку можно представить как две последовательно соединенных Г-образных цепочек. Правая цепочка (Г2) трансформирует R2 в некоторое сопротивление R0, а левая (Г1) - R0 в R1, где R0 должно быть меньше в 2 - 5 раз R1 и R2.
Примем R0 равным R1/2 = 11,8 Ом.
Рассчитаем Г1:
1. Добротность
;
2. Значения элементов С1 и L1
пФ,
мкГн.
Рассчитаем Г2:
Исходя из приведенных расчетов добротность нагруженного П-контура: Q » 3. Определим коэффициент фильтрации высших гармоник:
,
где n = 2 - номер гармоники.
дБ
На второй гармонике рабочего диапазона частот данная П-образная цепь обеспечивает затухание примерно 14 дБ, что не соответствует техническому заданию, следовательно, необходимо после цепи согласования поставить фильтр нижних частот, обеспечивающий подавление гармоники на 36 дБ.
Заданную фильтрацию гармоник фильтрующая цепь должна обеспечить в рабочем диапазоне частот передатчика при заданном уровне колебательной мощности высоком КПД.
Исходные данные:
диапазон рабочих частот fн = 160 МГц, fв = 180 МГц;
Rн = Wф = 50 Ом - сопротивление нагрузки;
Кб. н > 0,8 - допустимое значение коэффициента бегущей волны (КБВ) нагрузки;
Кб. вх > 0,7 - допустимое значение КБВ на входе фильтрующей цепи;
aдоп = -50 дБ - допустимый уровень высших гармоник в нагрузке передатчика;
aцс = 19 дБ - дополнительное затухание, вносимое согласующей цепью;
aгN - относительный уровень высших гармоник напряжения (или тока) на выходе УМ.
Для рассматриваемого случая (одноактный УМ в критическом режиме):
.
Расчет проводится для наиболее значимой второй гармоники.
1. aг2 = -7,5 дБ при q = 900 a2 = 0,212.
2. Как уже выше было сказано коэффициент перекрытия рабочего диапазона частот передатчика Kf = 1,13.
3. Граничные частоты фильтра совпадают с соответствующими частотами fн = 160 МГц, fв = 180 МГц передатчика.
4. КБВ, который должна обеспечить колебательная система
5. Неравномерность амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) в полосе пропускания фильтрующей цепи
дБ.
6. Минимальное затухание, которое должен обеспечить фильтр в полосе задерживания
aфN > -aдоп + aцс + aг2 = 50 - 14 - 7,5 = 28,5 дБ.
7. Нормированная частота в полосе задерживания (для ФНЧ)
WзN = = = 1,77.
8. При выборе схемы фильтра необходимо обеспечить малое входное сопротивление на частотах высших гармоник. В частности, для однотактного УМ ФНЧ должен начинаться с емкости. Для рассматриваемого случая aф2 = (20 - 30) дБ и Wз2 = (1,5 - 1,8) необходимо применить фильтр Кауэра (эллиптический), имеющий равноколебательную АЧХ в полосе пропускания и АЧХ с "всплесками" в полосе задерживания. Используя диаграмму для оценки порядка эллиптического ФНЧ и данные таблиц "Справочника по расчету фильтров" Р. Зааля, выбираем фильтр 4-го порядка С0408b-37 с Da = 0,0279 дБ, Wз = 1,771353621, aф = 28,1 дБ, коэффициентом отражения r = 8%.
Рис.7 Схема эллиптического ФНЧ
Нормированные значения элементов фильтра:
С1’ = 0,642980 Ф
С2’ = 0,288778 Ф
С3’ = 1,344509 Ф
L2’ = 0,942820 Гн
L4’ = 0,750226 Гн
Для преобразования нормированных величин в реальные их необходимо умножить на коэффициент преобразования. Нормированная индуктивность и емкость умножаются на постоянные КL и КС, которые вычисляем с помощью следующих формул:
где все величины выражены в генри, фарадах, омах и герцах.
Вычисляем требуемые значения элементов фильтра:
С1 = С1’. KC = 11,37038 пФ
С2 = С2’. KC = 5,106716 пФ
С3 = С3’. KC = 23,77614 пФ
L2 = L2’. KL = 41,6818 нГн
L4 = L4’. KL = 33,16727 нГн
Для рассчитанного ФНЧ с помощью пакета схемотехнического моделирования OrCAD9.1 был получен график АЧХ, приведенный на рис.8.
Рис.8 АЧХ согласующей и фильтрующей цепочек
Из приведенного графика АЧХ видно, что согласующая П-образная цепь и фильтр обеспечивают фильтрацию высших гармоник примерно на 52 дБ, что удовлетворяет требованию технического задания.
Произведем конструктивный расчет катушек L2 и L4.
Главной задачей данного конструктивного расчёта является расчёт геометрии катушек индуктивности входящих в состав выходного фильтра.
Это необходимо для выполнения помимо требований к заданной индуктивности, высокой добротности, определённой стабильности, также и требований к электрической прочности, допустимого нагрева, механической прочности и т.д.
В транзисторных ступенях благодаря низким значениям постоянного и переменного напряжений электрическую прочность обеспечить не трудно: расстояния в несколько десятых долей миллиметра между витками достаточно, чтобы напряжённость поля не превышала допустимую: 500 - 700 В/мм по воздуху и 250 - 300 В/мм по поверхности керамического или другого подобного каркаса.
Вместе с тем ток радиочастоты, протекающий по катушке, может достигать большой величины и вызвать её значительный нагрев.
Приближенно можно считать, что действующее на LC - элементах напряжения и токи в 3 - 5 раз больше номинальных значений напряжения и тока в нагрузке Rн.
Действующее значение тока в нагрузке:
А.
Действующее значение напряжения на нагрузке:
В.
Исходя из выше сказанного действующие напряжения и тока на LC - элементах не превосходят:
А,
В,
1. Уточним расчетные значения индуктивностей с учетом размагничивающего влияния близко расположенных проводников, деталей конструкции, каркаса и стенок блока:
мкГн,
нГн,
нГн.
2. Выберем диаметр провода катушки исходя из соображений ее допустимого перегрева.
Для цилиндрической катушки с естественным (конвекционным) охлаждением:
где = 40 К - разность температур провода и окружающей среды.
Примем d = 0,9 мм
3. Шаг намотки:
мм.
4. Число витков спирали катушки:
где 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 = 0,5 - 0,8. Примем = 0,5 Тогда из графика для коэффициента формы катушки (рис.9) F = 13.10-3.
Рис.9 График зависимости коэффициента формы катушки
Поскольку величины D, , выбираются произвольно, необходимо проверить правильность выбора - должно выполнятся равенство . При совпадении результатов с точностью + (5 - 7)% расчет можно считать законченным.
Для L: D = 2,3 мм, l = 1,15 мм, N = 1 виток;
Для L2: D = 3 мм, l = 2,6 мм, N = 1 виток;
Для L4: D = 2,4 мм, l = 1,2 мм, N = 1 виток.
ГУН имеет две регулировки частоты: регулировка частоты по диапазону (управляющее напряжение в этом случае поступает с синтезатора сетки дискретных частот) и модуляция частоты сигналом. Регулировки производятся с помощью двух варикапов.
Диапазон частот, в котором работает ГУН лежит от 40 до 45 МГц, т.к после него идут два умножителя частоты сигнала в два раза, т.е.
fнг = 40 МГц; fвг = 45 МГц
Мощность, которую должен развивать ГУН в нагрузке примем равной 10 мВт.
На рис.10 представлена принципиальная схема ГУНа, расчет которой приведен ниже.
Рис.10 Схема ГУН с частотным модулятором
Для упрощения расчета автогенератора выберем безынерционный транзистор для частоты автоколебаний, например, КТ306А.
1. Параметры идеализированных статических характеристик:
сопротивление насыщения транзистора на высокой частоте rнас » 35 Ом;
коэффициент усиления по току в схеме с ОЭ на низкой частоте (f→0) βо= 50; сопротивление базы rб = 15 Ом;
2. Высокочастотные характеристики:
граничная частота усиления по току в схеме с ОЭ fт =600 МГц;
емкость коллекторного перехода Ск = 4 пФ;
емкость эмиттерного перехода Сэ = 5 пФ;
3. Допустимые параметры:
предельное напряжение на коллекторе Uкэ доп = 10 В;
обратное напряжение на эмиттерном переходе Uбэ доп = 3 В;
постоянная составляющая коллекторного тока Iко. доп = 30 мА;
максимально допустимое значение коллекторного тока Iк. макс. доп= 50 мА;
4. Тепловые параметры:
максимально допустимая температура переходов транзистора tп. доп= 150 ºС;
тепловое сопротивление переход - корпус Rпк= 100 ºС/Вт;
5. Энергетические параметры
Pвых = 0,4 Вт; Ек = 40 В; h = 40%; Кр = 4,5.
Проверим, можно ли пренебречь инерционностью этого транзистора в данных условиях. Для этого необходимо выполнение условия:
где f - частота генерируемых колебаний, fS - граничная частота транзистора по крутизне.
Граничная частота транзистора по крутизне определяется выражением:
где распределённое сопротивление базы rБ берется из справочника, а крутизна статической проходной характеристики S0:
где - температурный потенциал перехода; зададим постоянную составляющая тока коллектора - Iк0 = 3 мА
Подставляя рассчитанные величины в начальную формулу, получим:
Таким образом, транзистор в данном случае можно считать безынерционным устройством.
1. Задаемся фактором регенерации G = 5;
2. Берем коэффициенты Берга из справочника:
3. Определяем первую гармонику ток коллектора
А;
4. Напряжение на коллекторной нагрузке автогенератора
В;
5. Сопротивление коллекторной нагрузки
Ом;
6. Зададимся величиной коэффициента использования по напряжению:
7. Напряжение питания В, выберем стандартное ЕК = 9 В;
8. Мощность, подводимая к автогенератору
Вт;
9. Рассеиваемая на коллекторе мощность
Страницы: 1, 2, 3
