Выбор конденсаторов:

Произведем сначала выбор контурных конденсаторов.

В фильтрующих цепях выходных каскадов транзисторных передатчиков применяют керамические конденсаторы. В таблице 1 приведены стандартные конденсаторы, соответствующие расчетным значениям контурных конденсаторов в соответствии с рядом номинальных значений емкостей (табл.3,25, табл.3,27 из [2]).

Таблица 1

	Расчетное значение емкости конденсатора в схеме, пФ	Тип выбранного конденсатора	Номинальное значение емкости выбранного конденсатора, пФ	Номинальное напряжение, В	Допустимые отклонения от номинала, %
С1	140
С2	11
С3	1,1
С4	600
С5	600

Произведем теперь выбор блокировочных конденсаторов.

В таблице 2 приведены стандартные конденсаторы, соответствующие расчетным значениям блокировочных конденсаторов в соответствии с рядом номинальных значений емкостей (табл.3,26, табл.3,27 из [2]).

Таблица 2

	Расчетное значение емкости конденсатора в схеме, пФ	Тип выбранного конденсатора	Номинальное значение емкости выбранного конденсатора, пФ	Номинальное напряжение, В	Допустимые отклонения от номинала, %
С7	300
С8	1,4

Выбор резисторов:

Как видно из приведенной схемы (рис. 3) для схемы ГУН с ЧМ нам нужно выбрать резисторы R1, R2 - резисторы делителя, R3 - резистор, включенный в эмиттерную цепь для стабилизации напряжения смещения за счет постоянной составляющей эмиттерного тока, R4 - гасящее сопротивление.

В генераторе, управляемом напряжением, будем использовать непроволочные постоянные резисторы типа МЛТ благодаря малым габаритным размерам и тому, что они являются резисторами общего применения и, как правило оказываются более дешевыми .

Воспользовавшись справочником [16], выберем резисторы по расчетным значениям сопротивлений:

R1 = 39 кОм,

R2 = 3,9 кОм,

R3 = 240Ом,

R4 Ом.

и по рассеиваемой на них мощностях (зная сопротивление и ток, протекающий через него, можем найти мощность):(РрасR1 ? 3 мВт, РрасR2 ? 0,3 мВт, РрасR3 < 0,5 мВт)

Выберем резисторы типа МЛТ - неизолированный непроволочный постоянный резистор в соответствии с рядом номинальных значений сопротивлений.

Таблица 3

	Расчетное значение, Ом	Номинальное сопротивление в соответствии со справочными данными, Ом	Допустимые отклонения от номинала, %	Предельное рабочее напряжение, В	Номинальная справочная мощность, Вт
R1	39000	39000	± 5	200	0,125
R2	3900	3900	± 5	200	0,125
R3	240	240	± 5	200	0,125
R4	8200	8200	± 5	200	0,125



6. Электрический расчет оконечного каскада передатчика

Исходные данные для расчета:

1. Назначение каскада: усилитель мощности колебаний.

2. Требующаяся от каскада полезная мощность Р1 ? 12 Вт.

3. Диапазон рабочих частот ступени: ?раб = 26,97…27,86 МГц.

4. Схемное построение оконечного каскада: однотактный.

5. Режим работы оконечного каскада: режим с отсечкой коллекторного тока.

6. Напряжение питания Еп = 12 В.

7. Тип транзистора: КТ997А.

Изобразим принципиальную схему оконечного каскада

Рис.4 Принципиальная схема оконечного каскада

Расчет коллекторной цепи:

Основные параметры транзистора КТ997А

- сопротивление насыщения: rнас = 0,5 Ом.

- сопротивление базы: rб = 0,5 Ом

- сопротивление эмиттера: rэ = 0,15 Ом

- сопротивление утечки эмиттерного перехода: Rуэ = 40 Ом

- барьерная емкость эмиттерного перехода: Cэ= 160 пФ

- барьерная емкость коллекторного перехода: Cк= 500 пФ

- индуктивность выводов базы: Lб= 2 нГн

- индуктивность выводов эмиттера: Lэ= 2 нГн

- индуктивность выводов коллектора Lк=3,2 нГн

- напряжение отсечки: Eотс=0,6 В

- граничная частота: fТ=175 МГц

- предельное напряжение на коллекторе: Eкэ доп=25 В

- предельное напряжение на базе: Ебэ доп=5 В

- предельный ток коллектора: Iк0 доп=4 А

Расчет выполняется из заданной номинальной мощности при работе транзистора в граничном режиме, т.к. он является оптимальным на средних частотах.

Обоснуем угол отсечки в котором будет работать данный оконечный каскад:

может иметь различные значения в зависимости от того чего мы хотим получить от данного каскада: высокий КПД, или максимальную полезную мощность, или высокий коэффициент усиления. Однозначного значения для всех случаев не существует.

Поэтому в каждом конкретном случае угол отсечки выбирается исходя из следующих критериев:

- получение мощности транзистора близкой к максимальной;

- получение высокого КПД при заданной мощности;

- получение повышенного коэффициента усиления по мощности при заданной мощности.

Поэтому,

· если требуется получить максимальную мощность, то =1200 при этом все остальные параметры становятся ниже своих максимальных значений;

· если важен КПД, то чем меньше угол отсечки , тем больше КПД, но меньше КР и полезная мощность;

· если важен коэффициент усиления, то он максимален при =1800 ,но при этом самый низкий КПД.

Поэтому для получения хорошей полезной мощности, КПД и КР, должен лежать в пределах от 85 до 110 градусов. Возьмем =900 , так как он входит в этот промежуток, при этом реализуется максимальный коэффициент усиления по току, получается полезная мощность близкая к максимальной и хороший КПД.

Перейдем к расчету:

1. Амплитуда первой гармоники напряжения на коллекторе:

вторым членом учитываем потери по постоянному току в блокировочном дросселе

Рассчитаем напряженность режима:

Можно видеть, что полученный параметр явно ниже требуемого значения, из конспекта лекций , данное заниженное значение можно пояснить тем, что транзистор заранее питается от заниженного напряжения питания (аккумулятор 12 В).

Проверим условие того, чтобы напряжение на коллекторе не превышало допустимого

Ек=12 В< Eкэ доп=25 В

2. Расчет амплитуды первой гармоники коллекторного тока

3. Расчет постоянной составляющей коллекторного тока

Коэффициенты определим из графика

Допустимое значение постоянной составляющей коллекторного тока Iк0 доп=4 А

4. Расчет максимального коллекторного тока



5. Расчет максимальной мощности, потребляемой от источника коллекторного питания

6. Расчет КПД коллекторной цепи при номинальной нагрузке

Произведем анализ оценку полученного численного значения:

Полученное выражение явно занижено, из [5, стр.36] КПД лежит в пределах: .

Полученный заниженный КПД можно пояснить заниженным

который в свою очередь зависит от напряжения питания.

7. Расчет максимальной рассеиваемой мощности, на коллекторе транзистора

Произведем тепловой расчет:

Исходные данные:

Рк рас=8,8 Вт

Rпк=1,25 Ом- внутреннее тепловое сопротивление между структурой и корпусом транзистора

tп.доп=200- максимально допустимая температура структуры

Rкт=(1..3)10-4/Sк=3*10-4/10-4=3 Ом- сопротивление теплового контакта между корпусом и теплоотводом.

Определим тепловое сопротивление радиатора:

Теплоотвод можно осуществить двумя путями: при помощи алюминиевой прямоугольной пластины, либо при помощи ребристой пластины. Выберем второй вид, так как этот вид достаточно распространен и он гораздо дешевле, не требует индивидуального изготовления. При это из графика [3, стр 170] объем радиатора должен составлять 25 м3.

8. Расчет номинального сопротивления коллекторной нагрузки

Расчет входной цепи:

При расчете транзистора с ОЭ предполагается, что между базовыми и эмиттерными выводами транзистора по радио частоте включен резистор, сопротивление которого равно:

- Расчет сопротивления включенного параллельно база-эмиттер



Выберем из [3] стандартное значение Ом.

( необходимо для выравнивания постоянной времени эмитерного перехода в открытом и закрытом состоянии, при это ток и напряжения имеют гармонический характер.)

Кроме того, между коллекторным и базовым выводами включен резистор величиной:

- Расчет сопротивления включенного между коллектором и базой

- Расчет амплитуды тока базы

где

- Расчет напряжения смещения на эмитерном переходе



- Максимальное обратное напряжение на эмиттерном переходе

- Определим резистивную составляющую входного сопротивления транзистора

Индуктивная составляющая

Емкостная составляющая

- Резистивная и резестивная составляющая входного сопротивления транзистора



- Расчет входной мощности

- Коэффициент усиления по мощности транзистора

Произведем оценку полученных двух последних выражений с принятыми ранее при выборе транзисторов для оконечного каскада:

Можно видеть, что полученные выражение в малой степени отличаются от ранее прогнозируемых. Видно, что при расчете каскада выходная мощность достигается большим коэффициентом усиления при более низкой входной мощности.

- Расчет постоянных составляющих базового и эмиттерного токов

Расчет цепей питания оконечного каскада:

Исходные данные для расчета цепей питания.

- Напряжение питания: Еп=12В

- Амплитуда напряжения первой гармоники: Uk1 гр=9,3 В

- Постоянная составляющая коллекторного тока: Ik0=1.65 А

Рассчитаем сопротивления делителей R1 и R2 исходя из следующих соображений:

Таким образом: R1=69 Ом, а R2=3 Ом.

Расчет разделительных и блокировочных емкостей:

Расчет разделительной емкости С1. При её расчете необходимо чтобы выполнялось условие

Из этого условия следует

В связи с тем, что разделительные емкости С1 и С2 равны и включены последовательно, то их номинальные значения будут в 2 раза больше:

С1=С2=4 пФ

Расчет блокировочной индуктивности L1. При её расчете необходимо чтобы выполнялось условие

Из этого условия следует

Расчет блокировочной индуктивности L5. При её расчете необходимо чтобы выполнялось условие

Из этого условия следует

Расчет блокировочной емкости С3. При её расчете необходимо чтобы выполнялось условие

Из этого условия следует



Расчет разделительной емкости С4. При её расчете необходимо чтобы выполнялось условие

Из этого условия следует

7. Расчет выходной фильтрующей системы

Исходными данными для расчета являются:

o нижняя и верхняя рабочие частоты передатчика: ?нп = 26,97 МГц, ?вп = 27,86 МГц.

o номинальное нагрузочное сопротивление Rн = 50 Ом;

o допустимое значение КБВн нагрузки: КБВн = 0,8;

o допустимое значение КБВвх на входе ВФС: КБВвх = 0,7 для оконечного каскада из [2, стр. 109];

o допустимый уровень высших гармоник в нагрузке передатчика: адоп = - 40 дБ;

o дополнительное затухание асу, вносимое СУ с антенной: асу= -10 дБ из [2];

o относительный уровень n - ой гармоники напряжения или тока на выходе генератора из [2]:



аг2 = - 8 дБ.

Проведем сравнительный анализ фильтров:

Фильтр Баттерворта с максимально гладкой АЧХ используется при значительно небольших затуханиях аф<10..20 дБ и одновременно большом значении >1.8, также предпочтение отдается полосовым фильтрам, так как количество элементов у них меньше. Но полосовые фильтры хуже, чем ФНЧ. Таким образом он нам не подходит.

При аф=20..30 дБ и =1,5..1,8 следует использовать фильтр Чебышева, имеющий равно колебательный АЧХ, а при аф>20..30 дБ и малых <1,5..1,8- фильтр Каура, имеющий равно колебательную АЧХ в полосе пропускания и АЧХ со всплесками затухания в полосе задерживания. Отметим, что для фильтрации на частотах высших гармоник аф при заданном значении или КБВ, следует применять ФНЧ Чебышева, фильтры Каура в этом случае менее пригодны.

Поэтому среди ФНЧ отдадим предпочтение ФНЧ Чебышева, так как у него больше полоса пропускания, так же он имеет высокую крутизну характеристики и, кроме того, при нашей малой неравномерности ?а < (0,1…0,5) дБ путем незначительной подстройки LC элементов фильтров можно добиться точного согласования генератора с нагрузкой на данной частоте передатчика.

Расчет ведется в следующей последовательности:

1. Определим коэффициент перекрытия по частоте передатчика:

=1,03



Так как < 1,1 … 1,3 , то в нашем случае будем иметь дело с узкодиапазонной выходной фильтрующей системой. В связи с этим полоса пропускания такой системы будет ограничена только снизу. Поскольку в нашем случае требуется отфильтровать только высшие гармоники, то следует применять ФНЧ, у которого потери по сравнению с полосовым фильтром будут примерно в 2 раза меньше.

Определим КБВф, который должен обеспечивать фильтр:

=

2. Неравномерность АЧХ в полосе пропускания:

?а = 10lg[(1+КБВф)2/4КБВФ] = 0,019 дБ

Минимально допустимое затухание аф, которое должен обеспечивать фильтр в полосе задержания для n = 2:

аф ? -адоп + аг2 + аСУ =40 -10 - 8 = 22 дБ.

Найдем порядок фильтра, который практически можно ограничить величиной:

mопт ? (0,1…0,15)*аф ? 4

Определим нормированную частоту в полосе задержания, на которой необходимо обеспечивать заданное затухание аф:

Итак, в нашем фильтре будет 4 реактивных элемента.

Рис. 5 Схема фильтра

Рассчитаем элементы фильтра:

, ,

,

где коэффициенты ? найдем из [14]:

?1 =0,6349;

?2 =1,203;

?3 =1,203;

?3 = 0,6349.

Также необходимо отметить из [2] при расчете L,C для ФНЧ необходимо принять fн=0.

Ф



Гн

Ф

Гн

Отметим особенности цепи связи оконечного каскада с нагрузкой:

Цепи связи служат для трансформации сопротивления нагрузки в сопротивление транзистора данного каскада. Если трансформация не будет выполняться, то транзистор может работать в невыгодном режиме, т.е. снижаются мощность и КПД, а также возникают искажения передаваемого сигнала. По этой причине во входные, межкаскадные и выходные цепи транзисторных генераторов включают специальные трансформирующие цепи.

Узкодиапазонные трансформирующие цепи с коэффициентом перекрытия по частоте не более 1,1..1,2 выполняют на снове простейших Г-, Т-, П-цепочек в виде ФНЧ. При этом обеспечивается более высокая фильтрация высших гармоник, выходные емкости и индуктивности выводов транзистора сравнительно просто включаются в соответствующие реактивные элементы трансформирующих цепочек или образуют отдельные согласующие цепи, а также при таком построении L- и C-элементы достаточно просто реализуются.

Выбор стандартных радиодеталей для цепей связи, фильтрации, питания для схемы оконечного каскада

Выбор конденсаторов.

После расчета элементов необходимо выбрать стандартные радиодетали, соответствующие расчетам:

С3 - блокировочный конденсатор в цепи коллекторного питания,

С1 , С2 - разделительные конденсаторы во входной цепи,

С4 - разделительные конденсаторы во входной цепи,

С5, С6 - конденсаторы в выходной фильтрующей системе (контурные).

Для обеспечения приемлемого КПД фильтрующих цепей, для уменьшения потерь мощности и соответствующего нагрева самих конденсаторов, «контурные» конденсаторы должны обладать малыми потерями, то есть высокой добротностью. На высоких радиочастотах необходима малая паразитная индуктивность самого конденсатора и его выводов во избежание паразитных резонансных и для уменьшения зависимости эквивалентной емкости конденсатора от частоты. У блокировочного конденсатора добротность может быть меньше, чем у контурного. У них допустимы значительные отклонения фактического значения емкости от расчетного, особенно в большую сторону.

Произведем сначала выбор контурных конденсаторов:

В фильтрующих цепях выходных каскадов транзисторных передатчиков применяют керамические конденсаторы. В таблице 4 приведены стандартные конденсаторы, соответствующие расчетным значениям контурных конденсаторов вт соответствии с рядом номинальных значений емкостей (табл.3,25, табл.3,27 из [2]).

Таблица 4

	Расчетное значение емкости конденсатора в схеме, пФ	Тип выбранного конденсатора	Номинальное значение емкости выбранного конденсатора, пФ	Номинальное напряжение, В	Допустимые отклонения от номинала, %
С5	70
С6	130

Произведем теперь выбор блокировочных конденсаторов:

В таблице 2 приведены стандартные конденсаторы, соответствующие расчетным значениям блокировочных конденсаторов в соответствии с рядом номинальных значений емкостей (табл.3,26, табл. 3,27 из [2]).

Таблица 5

	Расчетное значение емкости конденсатора в схеме, пФ	Тип выбранного конденсатора	Номинальное значение емкости выбранного конденсатора, пФ	Номинальное напряжение, В	Допустимые отклонения от номинала, %
С1	4000
С2	4000
С3	0,2
С4	1600

Выбор резисторов:

В радиочастотных каскадах транзисторных радиопередатчиков в основном используются непроволочные постоянные резисторы общего применения. Наиболее широко используются резисторы типа МЛТ и им подобные благодаря малым габаритным размерам.

Таблица 6

	Расчетное значение сопротивления резисторов, Ом	Номинальная мощность, Вт	Номинальное сопротивление, Ом	Допустимые отклонения от номинала, %
R1	69
R2	3
Rдоп	8,2



Заключение

В проделанной работе был произведен расчет структурной схемы передатчика для радиолюбительской СИ-БИ радиостанции, а также электрический расчет принципиальных схем оконечного каскада и генератора, управляемого напряжением, с частотной модуляцией. Основной задачей проделанной работы была разработка схемы передатчика на основе анализа передатчика-прототипа с целью улучшения характеристик передатчика по сравнению с прототипом.

В работе были предприняты следующие меры по улучшению характеристик передатчика, взятого в качестве прототипа:

- использование при проектировании новейшей литературы, в том числе НОРМ и ГОСТов;

- в рассчитанных каскадах передатчика была по возможности использована новая элементная база, например, транзисторы и варикапы с лучшими характеристиками, конденсаторы, имеющие меньшие паразитные индуктивности выводов;

- обеспечение заданных технических передатчика в их совокупности;

- были предприняты все меры по целесообразному увеличению коэффициента полезного действия передатчика, а именно:

а) выбор наиболее эффективного с точки зрения КПД режима работы оконечного каскада с отсечкой тока;

б) использование в предоконечном каскаде режима класса В, позволяющего получить лучшие энергетические характеристики.

- использование новых схемных решений при построении генератора, управляемого напряжением с частотной модуляцией (мы осуществляем частотную модуляцию не в отдельном каскаде, а непосредственно в автогенераторе при помощи включения дополнительного варикапа), что существенно упрощает построение синтезатора передатчика;

Таким образом, разработанная схема передатчика является наиболее современной и эффективной по сравнению со схемой передатчика-прототипа (она обеспечивает лучшие технические характеристики при более простом построении).



Список литературы

1. Методические указания по курсовому проектированию передатчиков. - М.: МИХМ, 1983. - 54 с.

2. Проектирование радиопередатчиков. Под ред. В.В. Шахгильдяна. - М.: Радио и связь, 2000. - 656 с.

3. Шумилин М.С., Козырев В.Б., Власов В.А. Проектирование транзисторных каскадов передатчиков.- М.: Радио и связь, 1987.-320 с.

4. Радиопередающие устройства. Под ред. В.В. Шахгильдяна. - М.: Радио и связь, 1996. - 560 с.

5. Радиопередающие устройства. Учебник для техникумов. Шумилин М.С. и др. - М.: Радио и связь, 1990. - 480 с.

6. Си-Би - радиосвязь для всех. Под редакцией В.В. Щербакова.- М.: Радио и связь, 2000. - 368 с.

7. Д.А. Садченков. Техника и возможности Си-Би радиосвязи : Любителям СиБи связи.- Солон- Р , Москва 2001.- 271 с.

8. Общесоюзные нормы на допустимые отклонения частоты радиопередатчиков всех категорий и назначений. Нормы 17-84. - М.: Воениздат, 1985. - 24 с.

9. Общесоюзные нормы на уровни побочных излучений радиопередающих устройств гражданского назначения. Нормы 18-85. - М.: Воениздат, 1986. - 46 с.

10. Общесоюзные нормы на ширину полосы и внеполосные излучения радиочастот радиопередатчиков гражданского назначения. Нормы 19-86. - М.: Воениздат, 1987. - 55 с.

11. ГОСТ 12252-86. Радиостанции с угловой модуляцией сухопутной подвижной службы. Типы, основные параметры, технические требования и методы измерений.

12. Петухов В.М. Биполярные транзисторы средней и большой мощности сверхвысокочастотные и их зарубежные аналоги. Справочник. Тома 3, 4. - М.: КубК-а, 1997. - 642с., 688 с.

13. Петухов В.М. Биполярные транзисторы маломощные высокочастотные и их зарубежные аналоги. Справочник. - М.: КубК-а, 1997. - 634 с.

14. Ханзель Г. Справочник по расчету фильтров. - М.: Советское радио, 1974. - 288 с.

15. Конденсаторы. Справочник. Под ред. И.И. Четвертакова, М.Н. Дьяконова. - М.: Радио и связь, 1985. - 393 с.

16. Резисторы. Справочник. Под ред. И.И. Четвертакова и В.М. Терехова. - М.: Радио и связь, 1991. - 528 с.

Размещено на Allbest.ur