Передатчик профессиональной мобильной (подвижной) радиосвязи

 

Оптимизируя по мощности данный умножитель частоты (для удвоителя оптимальный угол отсечки Ө=60°) c использованием транзистора КТ904А, можно получить Кр=5,2.

При этом мощность на входе второго умножителя частоты будет равна:

Рвх УЧ2=0,186/5,2=0,035 Вт

Приняв к.п.д. цепи связи, между первым умножителем частоты и вторым умножителем, равным 0,7, рассчитаем мощность на выходе первого умножителя частоты:

Рвых УЧ1=0,035/0,7=0,051 Вт

Так как параметры умножителей частоты будут идентичными, то мощность на входе первого умножителя частоты будет равна:

Рвх УЧ1=0,051/5,2=9,8·10-3 Вт

Зная мощность на входе первого умножителя частоты и коэффициент передачи цепи связи (0,7) можно рассчитать выходную мощность автогенератора:

Рвых АГ=9,8·10-3/0,7=14·10-3 Вт

Полученное значение выходной мощности находится в пределах выходной мощности, обеспечиваемой современными автогенераторами.

 

2. Выбор, обоснование и энергетический расчет принципиальной схемы

1. Тракт усиления ВЧ

Принципиальная электрическая схема выходного каскада усилителя мощности приведена на рис.2

               Рис.2. Усилитель мощности УМ 2

 

Усилитель УМ2 выполнен на транзисторе VT1 включенном по схеме с ОЭ. Транзистор работает в режиме B. Питание активного элемента осуществляется по параллельной схеме. Элементами Сф и L2 исключаются потери мощности высокой частоты в источнике питания и устраняется нежелательная связь между каскадами передатчика через источник питания. Индуктивность L1 совместно с емкостью С2 УМ1 образует параллельный колебательный контур, настроенный на резонансную частоту, соответствующую частоте рабочего сигнала (f=400 МГц).

К выходу каскада подключен фильтр для согласования с антенной и фильтрации высших гармоник.

Принципиальная схема АФ приведена на рис.3.

Рис.3. Схема АФ электрическая принципиальная

АФ представляет собой ФНЧ. Нагрузкой фильтра является штыревая антенна с волновым сопротивлением 50 Ом. АФ служит для подавления высших гармоник сигнала и согласования УМ2 с антенной.

Первый каскад усилителя мощности (УМ1) выполнен на транзисторе VT1 (рис.4). Транзистор также включен по схеме с ОЭ. Питание коллектора выполнено по параллельной схеме. Нагрузкой каскада является колебательный контур, образованный емкостью С2 и индуктивностью L1 следующего каскада.

Рис.4. Усилитель мощности УМ 1. Схема электрическая принципиальная.

Питание базы осуществляется по схеме с фиксированным напряжением. Резисторы R1 и R2 представляют собой базовый делитель. Подбором резистора R2 выбирается режим транзистора по постоянному току. Через разделительную емкость С1 на вход УМ1 поступает сигнал с предыдущего каскада.

 

2.2. Умножители частоты

Как было сказано выше, необходимо умножение частоты задающего генератора в 4 раза. Это легко осуществить, используя 2 умножителя частоты с коэффициентом умножения N=2. Нагрузкой умножителей является одиночный колебательный контур. Второй умножитель частоты выполнен на транзисторе VT1    (рис. 5).

Рис.5. Умножитель частоты УЧ 2. Схема электрическая принципиальная.

Питание базы осуществляется по схеме  с фиксированным напряжением. Подбором резистора R2 выбирается режим транзистора по постоянному току. Нагрузкой транзистора VT1 является колебательный контур, включающий индуктивность L1 и конденсатор C1, настроенный на четвертую гармонику сигнала, поступающего с задающего генератора.

Первый умножитель частоты выполнен на транзисторе VT1 (рис. 6).

                                     

Рис.6. Умножитель частоты УЧ 1. Схема электрическая принципиальная.

 

Питание базы осуществляется по схеме  с фиксированным напряжением. Подбором резистора R2 выбирается режим транзистора по постоянному току. Нагрузкой транзистора VT1 является колебательный контур L1,C1, настроенный на вторую гармонику сигнала, поступающего с задающего генератора.

 

 

 

2.3. Автогенератор и модуляционное устройство

В данном курсовом проекте, как было уже сказано, используется автогенератор с кварцем между коллектором и базой. Прямую стабилизацию частоты АГ с помощью кварцевого резонатора (КР) широко применяют в возбудителях радиопередающих устройств, когда нестабильность частоты за длительный промежуток времени не должна превышать . Частота колебаний в автогенераторе и ее нестабильность определяются в основном резонатором. Нестабильность частоты АГ зависит не только от конструктивного оформления, но и от условий и режима работы КР, особенно от мощности Ркв, рассеиваемой на нем. Для уменьшения нестабильности частоты и повышения эксплуатационной надежности АГ мощность Ркв не должна превышать допустимого значения Рквдоп, указанного в справочных данных. Принципиальная схема кварцевого генератора представлена на рисунке 7.

Рис.7. Принципиальная схема АГ.

На рисунке 8 представлено модуляционное устройство, построенное на варикапе. Оно представляет собой колебательный контур, состоящий из нелинейной емкости (варикапа). Для управления фазой на варикап через интегрирующую цепочку подается напряжение. Оно состоит из постоянного смещения Е0 и переменной НЧ составляющей. При всех изменениях режима напряжение на переходе не должно выходить за пределы:   

-

<Uп<0

где Uпmax-допустимое обратное напряжение на переходе, при котором еще не возникает лавинный пробой.

Рис.8.Модуляционное устройство. Принципиальная схема.

 Для развязки выходного контура автогенератора и модуляционного устройства между ними необходимо поставить эмиттерный повторитель в качестве согласующего устройства. Коэффициент передачи по мощности МУ меньше единицы. Потерю мощности в нем скомпенсирует повторитель, то есть его Кp всегда можно подобрать таким, чтобы с Кp МУ получить Кpобщ= Кpэп* Кpму=1.

3. РАСЧЁТНАЯ  ЧАСТЬ

3.1. Расчёт  выходного каскада (УМ 2)

 

Исходными положениями для расчета является работа в ключевом режиме с углом отсечки q<90 градусов.

Тип тр.	Параметры идеализированных статических характеристик						Высокочастотные параметры
	r нас, Ом	rб, Ом	re, Ом	Rэу, КОм	E’, В	Β0	fт, МГц	Cк, пф	Се, пф	Le, нГн	Lб, нГн	Lк, нГн
КТ930А	0.5	0.15	0.05	0.5	0.7	40	900	60	800	0.4	1.8	1.8
Тип тр.	Предельно допустимые значения					Тепловые параметры		Экспериментальные данные
	Uкбдоп, В	Uкедоп, В	Uбедоп, В	Iкмакс, А	Iб0доп, А	t°пдоп	Rпк, °/Вт	f’, Мгц	P’, Вт	К’р	η, %	E’к, В	Реж.
КТ930А	-	50	5	6	1	50	1.8	400	40	5	50	28	B

 

1. Находим амплитуду  первой гармоники напряжения  на коллекторе.

                                                          (1)

 

где rнас=0,5 Ом находим по справочнику.

Uk=23,149 B

2. Находим максимально допустимое напряжение на коллекторе

                                                                        (2)

     Uk max=49,149 B < 50 B

3. Находим амплитуду первой гармоники коллекторного тока

                                                                                                (3)

                                                   Ik1=2,851 A

4. Постоянная составляющая тока

                                                                                     (4)

                                            Ik0=1,819 A < 2 A

5. Находим допустимую величину коллекторного тока

                                                                          (5)

где   IkD-допустимое значение Ik max.

Ik max=5,702 A < 6 A

6. Потребляемая мощность

                                                                                           (6)

                                                       P0=47,294 Вт

7. К.П.Д. коллекторной цепи

                                                                                      (7)

                                                        h=69,78 %                            

8. Находим рассеиваемую на коллекторе мощность

                                 PРАС=P0-P1                                                     (8)

PРАС=14,294 Вт

9. Эквивалентное  сопротивление нагрузки

                                                                                          (9)

Rэ=8,119 Oм

10. Рассчитаем величину индуктивности L2 по формуле

                                                       

                                                      (10)

L3>>1,592·10-8 Гн

Выберем величину L3 равной 0,2 мкГн.

11. Рассчитаем  величину емкости Сф по формуле

,                                                   (11)

где                                                       Rап£0,1Rкэ

Rап£4,0406 Ом

Сф=9,766·10-9 Ф

Расчёт входной  цепи

При расчёте входной цепи считаем, что входная цепь возбуждается гармоническим сигналом. Предварительно рассчитаем сопротивления резисторов R1, R2. Резистор R2 предназначен для выравнивания  постоянных времени эмиттерного перехода в открытом и в закрытом состоянии. Его сопротивление находится как

 

                     ,                                       (12)     

где  fT - граничная частота усиления;

       СЭ - эквивалентная емкость эмиттерного перехода;

       RЭУ - сопротивление утечки.

R2=9 Ом

Сопротивление R1 найдем как

                                                                          (13)

R1=381 Ом

Расчет проведем, используя эквивалентную схему усилителя с ОЭ.

Табличные данные:

Tp=160,  r’b=0.5,   h21e=10,  rk=rb,   U’=0,   Uv0=0.6 .

1.Находим амплитуду  тока базы

      ,                                       (14)

где        

                                        

                                   

где Cк - емкость коллекторного перехода (60 пФ).

Iб1=5,471А

2. Находим постоянные составляющие базового и эмиттерного тока

                                                                                      (15)

IБ0=0,045 A

                                                                                (16)

IЭ0=1,864 A

3. Рассчитываем эквивалентные параметры входной цепи и активную составляющую входного сопротивления

                                                                         (17)

Lвх оэ=1,851 нГн, где

        ,             (18)

где Ска выбирается из расчета (0,1-0,3)Ск.

rвх оэ=0,179 Ом

                       (19)

Rвх оэ=13,599 Ом

                                                           (20)

Rвх=0,222 Ом

6. Находим входную мощность

                                                                        (21)

Pвх=3,32 Вт

    7.Находим коэффициент усиления ,   Kp=9,93

3.2. Расчет  предоконечного каскада

 

Тип тр.	Параметры идеализированных статических характеристик						Высокочастотные параметры
	r нас, Ом	rб, Ом	re, Ом	Rэу, КОм	E’, В	Β0	fт, МГц	Cк, пф	Се, пф	Le, нГн	Lб, нГн	Lк, нГн
КТ942А	3.8	0.25	0.18	0.6	0.7	50	3000	17	120	0.4	1.8	1.8
Тип тр.	Предельно допустимые значения					Тепловые параметры		Экспериментальные данные
	Uкбдоп, В	Uкедоп, В	Uбедоп, В	Iкмакс, А	Iб0доп, А	t°пдоп	Rпк, °/Вт	f’, Мгц	P’, Вт	К’р	η, %	E’к, В	Реж.
КТ942А	-	48	3.5	2	1	150	0.83	2000	11	2.25	30	28	B