Расчет транзисторного усилителя умеренного диапазона волн

Несущая частота F=121 Мгц

Входное сопротивление R_вх=15 Ом

Выходное сопротивление R_вых=50 Ом

Выходная мощность P_вых=40 Вт = P₁

Полоса согласования ΔF=5 МГц

1. Расчет коллекторной цепи транзистора.

1.1. Амплитуда первой гармоники напряжения на коллекторе U_{к кр} в критическом режиме:

задаемся углом отсечки 120⁰>θ_нч>80⁰, коэффициент разложения α(θ) берем из таблицы.

Е_к – напряжение питания,

Выбираем E_к=30 В

Для выбранного транзистора 2Т922В в справочнике приведены значения r_нас = 0.8 Ом.

1.2. Максимальное напряжение на К.

1.3. Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:

1.4. Постоянная составляющая коллекторного тока:

1.5. Высота импульса коллекторного тока:

6.4 9 А

1.6. Мощность, потребляемая от источника питания:

1.7. Коэффициент полезного действия коллекторной цепи:

проверка:

1.8. Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора:

1.9. Сопротивление коллекторной нагрузки:

R_экв. для мощных ВЧ-генераторов имеет малую величину и может составлять доли Ома, величина >100 (Ом) характерна для усилителей напряжения и маломощных УМ и НЧ-умножителей частоты.

2. Расчет базовой (входной) цепи транзисторного генератора по схеме ОЭ.

2.1. Амплитуда первой гармоники базового тока:

где , типовое значение h_{21э тип} = 50 (2Т922В)

при правильном выборе транзистора

R_экв. известно из п. 1.9

С_к – емкость коллекторного перехода;

f_Т – граничная частота транзистора.

2.2. Максимально возможная величина сопротивления по радиочастоте резистора, включенного между базовым и эмиттерным выводами транзистора:

Для 2Т922В значение указано в справочнике C_э = 600 пФ.

S_П – крутизна по эмиттерному переходу:

(2.13)

I_K1 – ток первой гармоники коллекторного тока

I_Kmax – высота импульса коллекторного тока, выбирается в зависимости от требуемой мощности и

(2.15)

t_П – температура перехода [^◦С] . Для 2Т922В , т.к. транзистор кремниевый.

Сопротивление эмиттера r_э рассчитывается по формуле:

С_к – емкость коллекторного перехода.

Если R_БК < 500 [Ом], то R_БК применять не рекомендуется.

Необходимо проверить целесообразность подключения R_БК.

определим мощность рассеивания

Условие

1.777< 3.06

выполняется, R_БК подключается.

При подключении R_БК проверяем:

Полученное значение должно удовлетворяет условию:

2.3. Величина дополнительного резистора R_доп, задающего смещение Е_БЭ=Е_отс, т.е. θ=90⁰.

где Е_отс=Е;

;

h_21э – коэффициент передачи по току на рабочей частоте h_21э=

h_21эо – статистический коэффициент передачи по току.

R_доп. >1 (Ом), в схему дроссель не включается.

, расчет проведен правильно, в дальнейших расчетах используется R_доп.

2.4.Максимальное обратное напряжение на эмиттерном переходе

0.572 < 4

2.5.

С_КА – активная (внутренняя) часть емкости коллекторного перехода

ζ – зависит от технологии изготовления транзистора, для 2Т922В ζ=3.

2.6. Входная мощность:

2.7. Коэффициент усиления по мощности:

2.8.Постоянные составляющие базового и эмиттерного токов:

2.9.

с учетом R_{Б корр}

2.10.Уточненное значение величины смещения на Б:

Е_отс – напряжение отсечки коллекторного тока (справочник).

Полученная величина Е_БЭ должна совпадать со значением п.2.3.

3. Расчет согласующих цепей.

3.1. При расчете согласующей цепи выходного каскада необходимо определить коэффициент фильтрации, исходя из заданной выходной мощности в антенне Р_А и мощности второй гармоники Р₂ = 25 мВт:

где n = 2 – номер гармоники

α₁, α_n – коэффициенты разложения последовательности косинусоидальных импульсов выходного тока.

;

Коэффициент фильтрации задан в децибелах, его надо пересчитать:

3.2. Полученный коэффициент фильтрации необходимо распределить между фильтром согласующей цепи выходного каскада Ф и антенным контуром Ф_А:

Для этого определим параметры антенного контура:

где n = 2 – номер гармоники.

Q – добротность антенного контура.

Определим добротность антенного контура, имеющего сопротивление:

где R_A – активное сопротивление антенны,

Х_А – реактивное сопротивление антенны.

при :

Волновое сопротивление ρ выбираем равным 75 [Ом], т.к. антенны подключаются к выходному каскаду с помощью коаксиального кабеля,

3.3.Определим коэффициент фильтрации согласующей цепи выходного каскада:

3.4. Исходя из требуемого коэффициента Ф, рассчитаем параметры согласующей цепи.

ρ1

ρ2

RА или Rвх

X3

X1

X2

Исходным для расчета является выбор добротности колебательных контуров. Для сдвоенного П-контура

(3.2)

Зададимся Q =1.5. (3.3)

Полоса пропускаемых частот:

КПД системы контуров:

где Q_x.x - добротность ненагруженного контура, Q_x.x = 100.

Прежде чем приступить к расчету параметров фильтра, необходимо убедиться также в том, что заданное сопротивление нагрузки (фидера или антенны) больше минимально допустимого:

для системы двух П-контуров

Определим добротность

Полученная Q_пров должна совпадать с выбранной добротностью Q (Q_пров ≈Q, Q = 1.5 ).

Элементы фильтров определяются по формулам:

Рассчитаем С₁

Выберем емкость из ряда Е24: Ф.

Рассчитаем С₂

Выберем емкость из ряда Е24: Ф.

Рассчитаем С₃

Выберем емкость из ряда Е24: Ф.

Рассчитаем L₁

Рассчитаем L₂

Рассчитав емкости фильтров, необходимо номиналы конденсаторов выбирать по стандартному ряду, учитывая паразитные емкости транзистора.

для оконечного каскада

Заключение.

В ходе выполнения данного курсового проекта было проведено моделирование ФНЧ на сосредоточенных элементах, моделирование микрополоскового СВЧ заграждающего фильтра, моделирование фильтра на замкнутых шлейфах. А так же были построены графики зависимости S-параметров от частоты. Были рассчитаны транзисторный усилитель умеренного диапазона волн и транзисторный усилитель диапазона СВЧ.

Список литературы.

1. Методические указания. Расчет усилителя мощности. Гимадеева Л.А.

2. Транзисторы для аппаратуры широкого применения. Справочник. Брежнева К.М., Е.И. Гантман, Т.И. Давыдова и др. – М.:Радио и связь, 1981. - 565с.

3. Радиопередающие устройства. Учебник для вузов. В.В. Шахгильдян, В.Б. Козырев, А.А. Ляховкин и др.; Под ред. В.В. Шахгильдяна – 3-е изд. перераб. и доп. – М.: Радио и связь, 2003. – 560с.

4. www.cree.com/