Конструктивный расчет элементов нагрузочной системы
В процессе конструктивного расчета нагрузочной системы необходимо определить размеры нестандартных деталей (катушка индуктивности L0). В оконечном каскаде катушка индуктивности является наиболее нестандартной по сравнению с катушками нагрузочных систем других каскадов. Это связано с наибольшей требуемой мощностью, которую должна пропустить через себя цепь согласования оконечного каскада. Особенно это важно, если выходная мощность имеет большие значения (как в нашем случае). Изготовить катушку индуктивности на малую мощность можно многими различными и общеизвестными среди конструкторов РЭА и радиоинженеров способами. Методика расчёта катушек на большие мощности не так распространена ввиду её редкого применения, т.к. гораздо чаще приходится изготавливать катушки индуктивности малой мощности. По этим соображениям данный подраздел очень важен при курсовом проектировании. В силу наличия, как уже было сказано, большого числа различных способов изготовления катушек индуктивности малой мощности, следует предоставить изготовителю разрабатываемого радиопередатчика свободу выбора одного из этих способов, а не принуждать его использовать какой-то конкретный, указанный в настоящем документе. Именно поэтому рекомендуемый конструктивный расчёт нагрузочной системы приводится лишь для оконечного каскада. При желании, данную методику можно использовал и для расчёта других катушек индуктивности и дросселей, имеющихся в схеме проектируемого передатчика.
Используемая ниже методика расчёта взята из [1]. Согласно этой методике, катушка будет намотана на каркасе из немагнитного материала, пред» ставляюшего собой цилиндр. Плоскость витков перпендикулярна продольному осевому сечению цилиндра (рисунок 3.8). Поскольку, как будет видно далее из формулы (3.24), диаметр провода катушки окажется достаточно большим (6 мм), каркас, поддерживающий витки, можно исключить после намотки катушки.
D
Рисунок 3.8
Расчет контурной катушки L0 производится в следующем порядке: Зададимся соотношением длины катушки к её диаметру:
Определим площадь продольного сечения катушки при удельной тепловой нагрузке Кs=116 Вт/см2:
Определим длину l и диаметр D катушки по формулам:
Число витков N катушки;
Для определения требуемого диаметра провода необходимо предварительно вычислить величину амплитуды тока, протекающего по катушке индуктивности, а следовательно, и во всём контуре. В частности, ток контура протекает через конденсатор С1, который включен параллельно выходу транзистора. Тогда амплитуда колебаний тока контура определится как отношение амплитуды колебаний на конденсаторе (и на коллекторе, т.к. они включены параллельно) к величине ёмкостного сопротивления конденсатора:
Минимально требуемый диаметр d [мм] провода катушки определяется выражением:
(3.75)
где IК0НТ - амплитуда контурного тока в амперах;
fo - рабочая частота, МГц.
Примем диаметр провода равным 6 мм. Вычислим собственное сопротивление потерь контурной катушки на рабочей частоте:
где f- рабочая частота, МГц;
d-диаметр провода, мм; D - диаметр катушки, мм.
Определим коэффициент полезного действия контура:
.