Расчеты каскадов передатчика на эвм

Для расчёта каскадов передатчика предлагается пакет программ на языке Turbo Pascal 7.0. Каждая программа оперирует с базой данных, в которую занесены транзисторы. Вначале каждой программы необходимо вызвать банк данных с наименованиями транзисторов и выбрать тип транзистора, необходимый для решения текущей задачи. Для обозначения комплексных чисел принята форма записи: z = a + bj.

9.1 РАСЧЁТ МОЩНОГО ГЕНЕРАТОРА С ВНЕШНИМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

Для расчёта мощного ГВВ запустите программу gww.exe. С помощью курсора выберите тип транзистора. Положение курсора отмечено рамкой и управляется стрелками на клавиатуре. Для перехода от табл. 1 к табл. 2 нажмите клавишу PgDn, для выхода из программы – клавишу Esc.

Выбрав, например, транзистор 2t934a и нажав на клавишу Enter, получим данные в виде таблицы с системой параметров этого транзистора (табл.3).

Каталог мощных транзисторов и их рабочие параметры Таблица 1

Тип тран	Раб частота (МГц)	Мощность (Вт)	Кр	кпд (%)	Напряж питан (В)	Сх вкл
2t903a		>10	>2	-		ОЭ
2t921a		>12	>8			ОЭ
2t951B		>3	15..40			ОЭ
2t919a		4.4	>3.5			ОБ
2t919b			>4			ОБ
2t919B			>5			ОБ
2t920a		>2	7..35	>60	12.6	ОЭ
2t920b		>7	6..12	>60	12.6	ОЭ
2t920B		>20	3..5	>60	12.6	ОЭ
2t925a		>2	6..9		12.6	ОЗ
2t925b		>6	4..8		12.6	ОЗ
2t925B		>20	3..4		12.6	ОЗ
*	Для перехода к следующей таблице нажмите Page Down

При желании параметры транзистора можно изменять, вводя в соответствующие клетки табл. 3 новые данные с клавиатуры. Можно так же в положении курсора * ввести другой тип транзистора, который в банке данных отсутствует, и в пустые клетки табл. 3 ввести его параметры:

F – рабочая частота (МГц);

Р – полезная мощность (Вт);

oe,ob – схема включения транзистора (ОЭ, ОБ);

Ft – граничная частота (МГц);

Н21 – статический коэффициент усиления тока в схеме с ОЭ;

Skr – крутизна линии критического режима (А/В);

Ek – напряжение коллекторного питания (В);

Es – напряжение отсечки тока транзистора (В);

Кр – коэффициент усиления по мощности (не вводится);

Ukd – максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер (В);

Ub – максимально допустимое обратное напряжение база-эмиттер (В);

Ik0m – максимально допустимая постоянная составляющая тока коллектора (А);

Rpk – тепловое сопротивление переход/корпус (ºС/Вт);

Тр – допустимая температура коллекторного перехода (ºС);

Tk – температура корпуса транзистора (ºС);

Ce, Cka, Ckp – соответственно активная и пассивная емкости закрытого коллекторного перехода и емкость открытого эмиттерного перехода (пФ);

Rb, Rem, Rk – сопротивления тела базы, эмиттера и коллектора (Ом);

Lb, Le, Lk – соответственно индуктивности выводов базы, эмиттера и коллектора (нГ).

В три верхние пустые клетки необходимо ввести исходные данные: F – частоту (МГц), Р – полезную мощность (Вт) и схему включения транзистора: (oe/ob) – ОЭ/ОБ.

Рассмотрим пример расчета генератора с внешним возбуждением на транзисторе 2Т934а для следующих исходных данных: F = 300 МГц, Р = 5 Вт, схема включения транзистора: ое. Введя все исходные данные и нажав на клавишу Space (пробел), получим результаты расчета.

Каталог мощных транзисторов и их рабочие параметры Таблица 2

Тип транзистора	Раб. Частота (МГц)	Мощность (Вт)	Кр	КПД (%)	Напряжение питания (В)	Схема включения
2t913a 2t913b 2t913B		3…4.5 5…7 10…12	2…3 2…3 2…3	>40 >40 >50		ОЭ ОЭ ОЭ
2t934a 2t934b 2t934B		>3 >12 >25	6…15 4…7 3…6	>50 >50 >50		ОЭ ОЭ ОЭ
2t606a 2t610b 2t929a		>0.8 >1.0 >2	>2.5 6…12 10…14	>35 >45 >60	12.6	ОЭ, ОБ ОЭ, ОБ ОЭ
2t904a 2t918a 2t918b		3.2 0.25 0.5	3.2 3.5	-		ОЗ, ОБ ОБ ОБ
*	Для возврата к предыдущей таблице нажмите Page Up

ПАРАМЕТРЫ ТРАНЗИСТОРА 2t934a

Таблица 3

F, МГц		P, Вт		oe/ob
Ft, МГц		Н21	75.0	Skr, См	0.17
Ek, В	28.0	Es, B	0.7	Кр	----
Ukd, B		Ub, B	4.0	Ik0m, А	0.50
Rpk	17.50	Тр, Гр		Tk, Гр
Ce, пФ	37.5	Cka, пФ	1.8	Ckp, пФ	5.3
Rb, Ом	2.0	Rem, Ом	0.00	Rk, Ом	0.50
Lb, нГ	3.10	Le, нГ	1.30	Lk, нГ	2.50

С помощью клавиши Enter перелистываем результаты расчета (обозначения см. в разд. 3) и получаем последнюю страницу в следующем виде.

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА ГВВ НА ТРАНЗИСТОРЕ 2Т934а

Uk (B) = 1.882E+01 - 1.075E+00j; напряжение на коллекторе.   Zw1 (Ом) =3.621E+00 + 4.413E+00j; входное сопротивление.   Yw1 (1/Ом) = 1.111E-01 - 1.354E-01j; входная проводимость.   Lвх пос = 2.3E+0000 нГ, Свх кор = 1.2E+0002 пФ; входная индуктивность (пос. эквив).   Lвх пар = 3.9Е+0000 нГ, Свх кор = 7.2Е+0001 пФ; входная индуктивность (пар. эквив).   Zn (Ом) = 3.155Е+01 + 1.034Е+01j; сопротивление нагрузки.   Yn (1/Ом) = 2.862Е-02 - 9.380Е-03j; проводимость нагрузки.   Lн пос = 5.5Е+0000 нГ, Сн кор = 5.1Е+0001 пФ; индуктивн. нагрузки (пос. эквив).   Lн пар = 5.7Е+0001 нГ, Сн кор = 5.0Е+0000 пФ; индуктивн. нагрузки (пар. эквив).   Рв = 4.2Е-0001 Вт, Рн = 4.6Е+0000 Вт; мощность возбуждения, мощность в нагрузке.   Ik0 = 3.2E-0001 A, Рпотр = 8.8Е+0000 Вт; постоянный ток, потребляемая мощность.   КРД = 5.2Е-0001, Кр = 1.1Е+0001; КПД, коэффициент усиления мощности.   Рр доп = 6.9Е+0000 Вт, Ррас = 4.7Е+0000 Вт; мощность рассеяния на коллекторе, допустимая и фактическая.

Величины индуктивностей, соответствующих входному сопротивлению и сопротивлению нагрузки, указаны для последовательного и параллельного эквивалентов. Здесь же указаны величины корректирующих емкостей, которые с соответствующими индуктивностями образуют резонанс на рабочей частоте: , что используется при последующих расчетах цепей согласования. В зависимости от конкретного расчета во входном и нагрузочном сопротивлениях могут быть и емкостные реактивные составляющие, которые корректируются индуктивностями.

9.2. РАСЧЕТ МОЩНОГО УМНОЖИТЕЛЯ ЧАСТОТЫ

Запустив программу umn.exe, наблюдаем следующий текст на экране монитора.

РАСЧЕТ УМНОЖИТЕЛЯ ЧАСТОТЫ НА МОЩНОМ СВЧ-ТРАНЗИСТОРЕ ПО СХЕМЕ С ОБЩЕЙ БАЗОЙ     Для удвоителя частоты Рвых = (0.1…1) Вт. для утроителя частоты Рвых = (0.05…0.5) Вт. Частота на входе Fвх > 10 МГц.   ВЫБОР ТРАНЗИСТОРА     Вывести банк данных с транзисторами (y/n) ?

Ответив “y”, получаем табл. 4 с базой данных относительно имеющихся транзисторов, в которой Fвых – частота сигнала на выходе умножителя; Fгр – граничная частота транзистора; Р1, Р2 и Р3 – мощность на выходе соответственно в режиме усиления, умножения на 2 и умножения на 3.

Таблица 4

Транзистор	Fвых, МГц	Fгр, МГц	Р1, Вт	Р2, Вт	Р3, Вт
kt606a			0.8	0.300	0.100
kt610b			1.0	0.200	0.090
kt904a			3.2	0.800	0.300
kt913a			3.3	0.740	0.300
kt913b			6.0	1.450	0.650
kt913B			11.0	1.550	0.700
kt918b			0.5	0.220	0.100
kt919a			4.4	1.350	0.500
kt919b			2.0	0.900	0.370
kt919B			1.0	0.400	0.150

Введите транзистор (например kt904a):

Вводим тип транзистора латинским шрифтом: kt904a. Затем по запросу

программы вводим исходные данные: коэффициент умножения n, частоту сигнала на входе F_вх, полезную мощность P_вых.

Рассмотрим пример расчета удвоителя частоты на транзисторе КТ904а:

F_вх = 100 МГц, n = 2, P_вых = P2 = 0,8 Вт.

После ввода данных появляется система параметров выбранного транзистора. На запрос программы, корректировать параметры или не корректировать “y/n”, необходимо ответить “n”. Для расчёта умножителя на транзисторе, который в базе данных отсутствует, необходимо ответить”y” и вводить его параметры. Итак, после нажатия клавиши “n” получаем результаты расчета.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА: Транзистор kt904a n = 2; Fвх = 100.00 МГц Pвых = 0.8000 Вт Угол отсечки 60о Температура корпуса транзистора = 40оС.     РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА:   rк = 5863.5 Ом , кси кр= 0.845 , Ukn = 23.7 В , Ikn =0.0676 А , Rkn = 350.1 Ом , Irn = 0.0716 А , Ik max = 0.2599 A , Iko = 0.0566 А , Iэ l = 0.1454 A , Ki = 0.465 , Uбэ пик = -3.22 В , Eсм = - 0.93 В , Uкэ пик = 51.67 В , Rэ = 16.3 Ом , Р0 = 1.586 Вт , R вх 1 = 10.027 Ом , Хвх1 = -6.22 Ом , Свх пос = 255.7 пФ (пос. экв). Gвх = 0.07199 См , Ввх = 0.04469 См , Свх пар = 71.1 пФ (пар.экв). кпд = 50 % , Кр = 7.55 , Рвх = 0.106 Вт , Рвых = 0.8000 Вт , Ррас доп = 5.000 Вт , Ррас = 0.89 Вт , Rн = 330.6 Ом , Хн = 129.4 Ом , Lн пар=103.0 нГ (пар. экв). Gн = 3025.224 мкСм , Вн = -7726.882 мкСм (пар. экв).   Закончить работу (y/n)?

Обозначения параметров соответствуют расчетным формулам в разд. 4. Сопротивления R_вх и Х_вх – последовательный эквивалент входного сопротивления, а проводимости G_вх и В_вх – параллельный эквивалент входной проводимости. Рядом приведены соответствующие значения емкостей. Сопротивление R_н, Х_н и проводимости G_н и В_н соответствуют параллельному эквиваленту нагрузки; здесь же указана величина индуктивности параллельного эквивалента. Если в результате расчета критический режим соответствует слишком малому току транзистора (большому нагрузочному сопротивлению), то по запросу ЭВМ задайте _кр в области _кр = 0,9…0,5 и проведите расчеты для ряда точек указанной области. Выберите наиболее приемлемую точку с точки зрения коэффициента усиления мощности и сопротивления нагрузки.

9.3 РАСЧЁТ МАЛОМОЩНОГО УМНОЖИТЕЛЯ ЧАСТОТЫ

Для расчёта маломощного умножителя с общим эмиттером запускаем программу umn_m.exe. После чего появляется табл. 5 с маломощными биполярными транзисторами.

Таблица 5 .

КАТАЛОГ МАЛОМОЩНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ И ИХ РАБОЧИЕ ПАРАМЕТРЫ В РЕЖИМЕ УСИЛЕНИЯ
Тип транз.	Раб частота (МГц)	Мощность (Вт)	Кр	кпд (%)	Напряж питан (В)	Сх вкл
* gt311e		0.055				ОЭ, ОБ
gt363		0.005	1,1			ОЭ, ОБ
gt387		0.065	0.24			ОЭ, ОБ
* 2t3150b2		0.07	8.5			ОЭ, ОБ
* 2t3162a		0.4	2.3			ОЭ, ОБ
* 2t3106a9		0.055				ОЭ, ОБ
* 2t606a		1.0	>1.4			ОЭ, ОБ
* 2t610b		0.9			12.6	ОЭ, ОБ
* 2t929a		1.0				ОЭ
*	Другой тип транзистора

Таблица 6 .

Параметры транзистора gt311e

Fвых, МГц		P, Вт		N
Ft, МГц	500.00	H21	50.00	Уг. отс
Ek, B	5.00	Es, В	0.30	Skr, См	0.05
Ukd, B	12.00	Ub, B	2.0	Ik0m, A	0.02
Rpk	300.00	Tp, Гр	70.0	Tk,Гр	40.00
Ce, пФ	4.00	Cka, пФ	1.0	Ckp, пФ
Rb, Ом	60.00	Rem, Ом	0.00	Rk, Ом	0.00
Lb, нГ	10.00	Le, нГ	10.00	Lk, нГ	10.00

Обратите внимание, что рабочие параметры транзисторов в табл. 5 соответствуют режиму усиления. Коэффициент усиления мощности в режиме умножения значительно меньше. Перемещение курсора по табл. 5 и выбор нужного транзистора происходит так, как и в программе расчета мощного ГВВ. Выберем, например, транзистор gt311e. Нажав клавишу Enter в отмеченной позиции, получаем систему параметров выбранного транзистора (табл. 6). В пустые клетки, используя клавиши – «стрелки» и Enter, нужно занести частоту колебаний на выходе Fвых (МГц), мощность на выходе P (Вт), номер гармоники N, угол отсечки (град). Ниже приведен пример расчета утроителя частоты: F_вых = 100 МГц, P = P_вых = 0,015 Вт, N = 3, угол отс. = 40˚.

Введя данные в соответствующие пустые клетки и нажав на клавишу Space (пробел), получаем результаты в виде:

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА ВЫХОДНОЙ ЦЕПИ УМНОЖИТЕЛЯ   вч угол отс=40˚,   альфа 3= 0.18 альфа 1 = 0.28 , альфа 0 = 0.15 RH = 498.34 Ом Rмак = 1432.39 Ом Iко = 0.0072 А, Iк1 = 0.0159 А, Iмак = 0.0567 А, Iкn= 0.0078 А, P=Pвых=0.0150 Вт, P0 = 0.0361 Вт, КРД = 0,42 Кр = 27,27, Pp доп = 0.1000 Вт, Ррас= 0.0216 Вт.

РАСЧЕТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ТРАНЗИСТОРА   Sp=0.68 См, S=0.37 См – крутизна, rβ=Rрек=73.89 Ом, СД= 215.38пФ, fs=22.32 МГц, Fвх/fs= 1.49- нормир. частота Cos( ) = 0.56, =32.55 гр - фаза тока Ik1,   РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА ВХОДНОЙ ЦЕПИ УМНОЖИТЕЛЯ   UB (B) = 1.17, ZBx1 (Oм) = 1.178E+03 – 2.625E+02j, YBx1 (1/Oм) 8.090E-04 + 1.803E-04j,   CBx пар =0.29 пФ, CBx пос =6.06 пФ,   PB= 0.00055 Вт, Pнагр=0.0150 Вт, Eсм = -0.593 В, Uбэ пик= -1.86 В, Rэ = 0 Ом.

Обозначения переменных в таблицах соответствуют расчетным формулам в разд.4. Для удвоителя частоты угол отсечки необходимо ввести равным 60˚, для утроителя 40˚. При слишком больших коэффициентах усиления (выше 30) в программе предусмотрено введение отрицательной обратной связи с помощью небольшого сопротивления эмиттера Rэ=1…5 Ом. При ξ_кр>0.9 рекомендуется выбрать величину этого коэффициента в пределах ξ=0.9…0.5, что снижает сопротивление нагрузки умножителя и упрощает реализацию цепей согласования.

9.4. РАСЧЕТ МАЛОМОЩНОГО ГЕНЕРАТОРА С ВНЕШНИМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

Для расчета маломощного генератора с внешним возбуждением запускаем программу gww_m, при этом появляется таблица 5. Выберем с помощью курсора тип транзистора, например, транзистор gt311e. Получим табл. 7.

Рассмотрим пример расчета маломощного ГВВ на частоте F=60 МГц, с выходной мощностью P=0,05 Вт.

Таблица 7

ПАРАМЕТРЫ ТРАНЗИСТОРА gt311e

Fвых, MГц		P,Вт		ОЭ/ОБ	ое
Ft, МГц	500.00	H21	50.00	Кр	----
Ek, B	5.00	Es, B	0.30	Skr, См	0.05
Ukd, B	12.00	Ub, B	2.0	Ik0m, A	0.02
Rpk	300.00	Tp, Гр	70.0	Tk, Гр	40.00
Ce, пФ	4.00	Cka, пФ	1.0	Ckp, пФ
Rb, Ом	60.00	Rem, Ом	0.00.	Rk, Ом	0.00
Lb, нГ	10.00	Le, Гн	10.00	Lk, нГ	10.00

Результаты расчетов сведены в таблицы. Расчетные формулы см. разд. 6.

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА ВЫХОДНОЙ ЦЕПИ ГВВ   кси критич. = 0.80, UН = 4.00 В, вч угол отс = 90˚, Uкэ пик = 9.00 В, альфа 1 = 0.50, альфа 0 = 0.32, Iк1 = 0.0250 А, Iк0 = 0.0159 А, P1=Pвых =0.050 Вт, P0 =0.08 Вт,   RН=160.00 Ом, КРД =0.63, Кр =31.20, Pрас доп =0.10 Вт, Pрас =0.030 Вт.

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА ВХОДНОЙ ЦЕПИ ГВВ   UBx(В)= 1.567E-01 + 5.263E-01j, Uy(В)= 1.567E-01 + 3.453E-01j, Iб1(А)= -8.080E-05 + 6.114E-03j, ZBx1(Oм)= 8.572E+01 – 2.676E+01j, YBx1(1/Oм)= 1.063E-02 + 3.319E-03j, CBx пар =8.80 пФ, CBx пос =99.11 пФ, Кр = 31.20, PBХ = 0.00160 Вт, Pнагр = 0.050 Вт, Eсм = 0.25 В, Uбэ пик = -0.13 В, Rэ = 0 Ом.