Составление блок-схемы передатчика начинается с выходного каскада начинается с выходного каскада. Данные, определяющие его мощность, содержатся в задании. Также задается колебательная мощность в антенне в режиме несущей частоты. В данном передатчике необходимо применить умножитель частоты, в качестве которого может работать предоконечный или дополнительный предварительный каскад, включаемый между возбудителем и предоконечным каскадом. Вид блок-схемы передатчика с частотной модуляцией представлен на рисунке:
Техническое задание:
Требуется произвести расчет передатчика, работающего на 120 МГц.
Вид модуляции - частотная (ЧМ)
Максимальная девиация частоты - 100 кГц
Вид передаваемых сообщений - аудиосигналы
Мощность передатчика - 100 Вт
1. Расчет выходного каскада
Для работы в выходном каскаде выберем транзистор
Приведем его характеристики.
Тип - кремниевый n_канальный высокочастотный МОП - транзистор вертикальной структуры, выполненный по технологии с двойной диффузией, рекомендован производителем для применения в промышленных устройствах в КВ\УКВ диапазоне.
Достоинства:
- высокий коэффициент усиления по мощности (19 дБ на 108 МГц)
- низкие интермодуляционные искажения
- высокая температурная стабильность
- устойчивость при работе на согласованную нагрузку.
Технические характеристики:
Пробойное напряжение сток-исток > 110 В
Ток утечки сток-исток (при = 50 В, =0) < 2,5 мА
Ток утечки затвор-исток (при = 20 В) < 1 мкА
Крутизна линии граничного режима 4,5 - 6,2 См
Напряжение отсеки определим по проходной характеристике транзистора
Крутизна передаточной характеристики S = 5 См
Коэффициенты Берга, соответствующие выбранному углу отсечки ,
Расчетные данные
50 В
Ток стока 20 А
110 В
(данная величина рекомендована для УКВ-диапазона)
130 Вт
1. Коэффициент использования стокового напряжения
2. Амплитуда стокового напряжения:
3. Амплитуда первой гармоники стокового тока:
4. Амплитуда импульсов стокового тока:
5. Постоянная составляющая стокового тока:
6. Эквивалентное сопротивление нагрузки:
7. Напряжение возбуждения:
Напряжение смещения для угла отсечки = будет равно напряжению отсечки по паспорту транзистора, т.е. 3 В, тогда амплитуда напряжения на затворе будет равна 5,85 В.
7. Посчитаем входную мощность ГВВ:
8. Коэффициент усиления по мощности:
Таким образом, схема генератора с внешним возбуждением будет выглядеть так:
9. Выходное сопротивление транзистора:
Для согласования с пятидесятиомной нагрузкой нужна схема с неполным включением индуктивности, при этом, емкость конденсатора в колебательном контуре рекомендуется брать , а индуктивность катушки
2. Расчет модулятора
В проектируемом передатчике частотная модуляция будет получена из фазовой методом расстройки колебательного контура:
Схема модулятора выглядит следующим образом:
Выберем диод Д902. При напряжении смещения 5 В, его характеристика имеет достаточно большую крутизну и линейность. По графику для Д902 определяем
14. Рассчитаем сопротивления делителя напряжения цепи смещения и . Значения индуктивностей (кроме колебательного контура) должны быть такими, чтобы не предоставлять значительного сопротивления постоянному току, в то же время, блокируя переменную составляющую на частоте 10 МГц:
12. Сопротивление в цепи базового смещения, обеспечивающее заданное напряжение смещения R = 4590 Ом.
4. Расчет умножителя частоты
Для умножения частоты в 10 раз нужно выбрать угол отсечки .
При таком малом угле отсечки резко увеличивается ток возбуждения, падает КПД и выходная мощность, поэтому, чтобы получить необходимую для следующего каскада мощность приходится применять мощный транзистор КТ904А
Схема умножителя:
В расчете требуются 10-е коэффициенты Берга: и .
Умножитель должен на 10-й гармонике развивать мощность 0,06 Вт.
Расчет коллекторной цепи
Напряжение питания: .
1. Коэффициент использования коллекторного напряжения:
2. Коэффициент использования коллекторного напряжения на 10_й гармонике:
Колебательный контур, на который нагружен транзистор, должен при частоте 100 МГц иметь эквивалентное сопротивление 1650 Ом:
Рассчитаем емкость и индуктивность:
Индуктивность на входе:
5. Расчет предоконечного каскада
Схема предоконечного каскада
В первой части расчета мощность возбуждения выходного каскада получилась равной 2,11 Вт. С учетом потерь в согласующей цепи. Зададим мощность предоконечного каскада: .
Исходя из требований по мощности и частоте, выберем транзистор КТ903А. Угол отсечки примем равным .
Расчет коллекторной цепи
Выбираем напряжение питания .
1. Коэффициент использования коллекторного напряжения:
2. Амплитуда напряжения на коллекторе:
3. Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:
4. Амплитуда импульсов коллекторного тока:
5. Постоянная составляющая постоянного тока:
6. Эквивалентное сопротивление нагрузки, обеспечивающее рассчитываемый режим:
7. Мощность, потребляемая от источника питания:
8. Мощность, рассеиваемая на коллекторе:
При этом, мощность, рассеиваемая на коллекторе, меньше предельно допустимой.
9. КПД коллекторной цепи:
Расчет базовой цепи
1. Находим предельную частоту транзистора, при которой коэффициент передачи по току в схеме с общим эмиттером равен 1:
2. Рассчитываем время дрейфа транзистора:
3. Определим угол дрейфа на наивысшей частоте:
4. Нижний угол отсечки положительных импульсов эмиттерного тока:
Коэффициенты и , соответствующие углу отсечки : и .
5. Модуль коэффициента передачи по току на рабочей частоте: