Расчет оконечного каскада (ОК)
Исходные данные:
Мощность в антенне РА=20Вт
Рабочая частота fраб=30МГц
Исходя из заданной мощности излучения в антенне в несущем режиме РА и с учетом потерь в фидере hf» 0,8…0,9 и потерь в колебательной системе hкс = 0,8…0,9, определяется требуемая мощность транзистора модулируемого каскада (в данном случае оконечного каскада) :
(1.27)
ГдеРок – мощность на коллекторе оконечного каскада.
где m – заданная глубина модуляции.
Выбор активного элемента
Транзистор оконечного каскада выбирается, исходя из требуемой мощности в максимальном режиме и заданной рабочей частоты fраб.
Мощность, которую можно будет получить при выборе данного транзистора, будет примерно равна:
Рвых≈(1…1,3)∙Ррасс , (1.28)
где Ррасс - мощность рассеивания на коллекторе.
При fраб → fт – Рвых ↓, Кр ↓, то режим устойчивый;
При fраб → fβ – Рвых ↑, Кр ↑, то режим неустойчивый.
Также получение большой мощности приводит к снижению надежности транзистора.
По мощности подходят транзистор КТ927А (см. справочники).
Для максимального использования активного элемента биполярный транзистор применяется в области высоких частот и выбирается, исходя из заданной частоты /1/:
fТ>fраб> 3fβ
где fβ – частота, на которой коэффициент усиления по току в схеме с ОЭ падает до уровня 0,707 от статического низкочастотного коэффициента усиления по току, приведенного в справочнике.
fT – граничная частота приводится в справочнике, если fT не указана, то ее можно определить по формуле :
= (1.29)
где |h21э|спр – модуль коэффициента усиления по току, измеренный на частоте fспр.
Для транзистора КТ927А:
(1.30)
Используем =30(см. спр-к).
Или
Статический коэффициент по току
= (1.31)
Коэффициент усиления по току на рабочей частоте:
= (1.32)
Проверим справедливость неравенства:
fТ>fраб> 3fβ
Для КТ927А1.5 ∙108>30 ∙106> 3∙ 5∙ 106
Условие выполняется, расчёт можно продолжать.
h21э0 |
0,707h21э0 |
fβ |
fТ |
f |
h21э |
Рис.3. Зависимость коэффициента усиления по току от частоты.
Для проверки получения на выбранном транзисторе возможной мощности воспользуемся формулой через предельные допустимые параметры транзистора.
(1.33)
где
α1 - коэффициент Берга, при θ = 90◦ α1=0.5
– крутизна критического режима.
Рассчитаем rнас по одной из формул в зависимости от приведённых параметров в справочнике:
Для 2Т…в справочнике ,
а)rнасуказано в справочнике
rнас[Ом]=0.07Ом (1.34а)
или
б)UКЭнас, IКнас – напряжение и ток в режиме насыщения, указаны в справочнике
(1.34б)
или
в)
Если в справочнике приведена выходная характеристика, то сопротивление насыщения можно определить (см.рис.5б и П.2) по формуле:
(1.15в)
i |
Iк мах |
S |
iк |
iБ |
Е' Е'Б |
UБЭраб |
SБ |
IБ мах |
UБЭ |
Нагрузочная прямая |
iк |
Iк мах |
UКЭост |
Ек |
Uк |
IБ мах |
а) б)
Рис.5.
а) Входная, проходная б) выходная характеристики биполярного транзистора
где SБ – крутизна входной характеристики касательная в рабочей точке IБмах,
E'Б »Е',
E'Б – напряжение отсечки базового тока,
Соответствуют выбранному режиму IКmах и IБmах = |
UКЭосткр– остаточное напряжение К-Э,
UБЭраб– напряжение Б-Э
или
г)
Если в справочнике нет сведений о параметрах насыщения или выходной характеристики, но имеется выходная мощность, измеренная при напряжении UКЭ, то сопротивление насыщения можно определить по формуле:
(1.34г)
,
где Рвых – выходная мощность, измеренная при UКЭ.
Рассчитаем мощность ф. (1.33) при использовании транзистора КТ927А
Требуется 80.001(см. ф.(1.27)).
Транзистор КТ927Аподходит.
Поскольку запас по мощности большой, уточним режим работы транзистора:
Уточним режим работы транзистора.
Напряжение на коллекторе в максимальном режиме:
(1.17)
(1.18)
Зададимся EКmax =28,9В и IКmax=6,07А, определим мощность.
Требуется 80,001Вт
Расчет мощности модулятора
Мощность модулятора РΩ – является исходной величиной для расчёта низкочастотного тракта и зависит от способа модуляции. Расчет проводится после определения параметров транзистора(п.2).
При коллекторной модуляции мощность, потребляемая от источника питания:
= (1.19)
где - постоянная составляющая коллекторного тока в несущем режиме.
(1.20)
- высота импульса коллекторного тока (см.ф.(1.16б)) и рис. 4б.
m- из исходных данных.
Мощность модулятора:
РΩ [Вт]= 0,5∙m2∙P0нес = (1.21)
Нагрузкой модулятора будет сопротивление:
= (1.22)
=
2.2. Определим коэффициент усиления по мощности:
, (2.2)
где параметры со штрихом K'P , f ', E'K , P'1 – параметры выбранного транзистора, приведенные в справочнике, (генератор может иметь коэффициент усиления K'P на частоте f ' при питании E'K , при этом на коллекторе данного транзистора можно получить мощность P'1) ,
ƒраб – рабочая частота,
P1 – требуемая мощность,
EK – задаваемое напряжение питания.
При расчете Кр следует задавать режимы, близкие к справочным, большой запас по частоте может привести к неустойчивой работе генератора.
Напряжение питания должно выбираться:
(2.3)
где – максимально допустимое напряжение К-Э, приведенное в справочнике .
В выражении (2.3) берется равенство, если требуется максимальная мощность с выбранного транзистора, и менее, если требуется меньшая мощность, а другие типы транзисторов не подходят, но и слишком маленькое напряжение питания задавать нельзя, так как существует остаточное напряжение и при малых напряжениях питания, транзистор не будет работать рис.10б. .
Получение мощности P1>P'1 приводит к снижению надежности транзистора. Целесообразно выбрать такой транзистор, у которого в результате расчета
ф. (2.2);
25…30 >KP> 1,5
По формуле (2.2) коэффициент усиления по мощности можно определить для биполярных транзисторов, у которых приведены необходимые параметры в справочнике. К сожалению, такие параметры имеются только для мощных высокочастотных транзисторов. В таких случаях рассчитывают коэффициент усиления по мощности /3.4/ по следующей формуле:
(2.4)
где ƒmax– максимальная частота усиления по мощности биполярного транзистора.
2.1.7.Максимальная частота усиления мощности fmax.
Поскольку при расчете ГВВ транзистор используется в области высоких частот, на параметры транзистора влияет его инерционность, т.е. на энергетические показатели ГВВ: выходная мощность, КПД, коэффициент усиления по мощности уменьшаются. Поэтому при определении fmaxнеобходимо учитывать инерционность транзистора и работу ГВВ в режиме с отсечкой коллекторного тока θВЧ/4/:
(2.30)
(2.30а)
в общем случае определяется по формуле:
(2.31)
Далее производится расчет параметров выбранного транзистора