Проектирование радиопередающих устройств с угловой модуляцией, страница 11

3. Расчет выходного усилителя мощности

Расчет ВУМ базируется на требованиях ТУ, а также результатах расчета, полученных при разработке структурной схемы передатчика.

Следует считать известными следующие требования и параметры ВУМ:

1.	Уровень колебательной мощности…………...	.
2.	Диапазон рабочих частот………………….…..	.
3.	Предельно допустимый уровень неравномерности отдаваемой мощности по рабочему диапазону частот………………………………	дБ.

4.	Конкретный тип активных элементов, на основе которых будет выполняться ВУМ……..	Тип АЭ.
5.	Количество АЭ  в ВУМ………………………	n.
6.	Колебательная мощность, приходящаяся на один активный элемент ВУМ………………..	.
7.	Способ суммирования мощностей, отдаваемых отдельными активными элементами……	(выбор)
8.	Класс работы АЭ ВУМ………………………..	«В».
9.	Режим работы ВУМ по напряженности……..	Критический.
10.	Степень подавления гармоник в оконечной нагрузке………………………………………..	.
11.	Предполагаемый вид ЦС ВУМ………………	(проект).
12.	Способ работы ЦС ВУМ по диапазону частот……	Без перестройки
13.	КПД цепи согласования ВУМ ………………	.
14.	Принципиальная схема ВУМ и его модулей...	(проект).

Основные этапы расчета ВУМ

1. Выбирается принципиальная схема ВУМ и приводится ее изображение со всеми элементами цепи согласования и вспомогательными элементами.

2. На основании справочных данных рассчитываются основные параметры транзистора, которые могут потребоваться при расчетах.

3. Выполняется энергетический расчет на мощность , которую должен отдавать один  АЭ  ВУМ.

4. Выполняется расчет основных энергетических показателей всего ВУМ. Рассчитываются требуемое входное сопротивление ЦС ВУМ,  входные и выходные проводимости ВУМ с учетом конкретного способа объединения АЭ и модулей.

5. Рассчитываются номинальные значения элементов ЦС ВУМ, их электрические параметры. По справочной литературе выбирается конкретный тип стандартных элементов.

6. Выполняется конструктивный расчет одного или двух нестандартных элементов по указанию руководителя.

7. Рассчитываются и выбираются все вспомогательные элементы по цепям питания, смещения.

8. Составляются окончательная принципиальная схема ВУМ и перечень элементов к ней.

Для удобства изложения последующего материала и лучшего его восприятия воспользуемся конкретным  техническим заданием на разработку.

Мощность . Диапазон рабочих частот МГц. Работа ЦС без перестройки. Неравномерность отдачи мощности в рабочей полосе  2 дБ, не более. Степень подавления гармоник , не менее.  Оконечная нагрузка - фидер с волновым сопротивлением  Ом.  Коэффициент стоячей волны в линии связи 2, не более. Класс работы транзисторов - «В», режим работы  – критический.

Пусть при разработке структурной схемы было принято решение использовать в выходном усилителе мощности транзистор типа КТ922В с выходной мощностью 40 Вт. Для получения требуемой мощности 70 Вт в ВУМ необходимо применить не менее двух транзисторов указанного типа.

Поскольку коэффициент перекрытия по частоте ,  цепь согласования ВУМ целесообразно выполнить в виде двух связанных резонансных контуров с фактором связи, близким к единице, что обеспечит требования по неравномерности отдачи мощности по диапазону.

Возможны следующие способы построения усилителя мощности.

1. По двухтактной схеме (рис. 3.1 или рис. 3.2).

2. По однотактной схеме с параллельным соединением двух транзисторов (рис.3.3).

3. В виде двух однотактных модулей с суммированием мощности в общей нагрузке (рис.3.4).

При другом количестве транзисторов схема построения ВУМ может отличаться  от указанных выше.

Рис. 3.1. Двухтактная схема ВУМ (первый вариант)

При выборе схемы включения транзисторов в усилителях мощности на частотах до 1 ГГц предпочтение отдается включению транзисторов по схеме с общим эмиттером. Выбор конкретной схемы зависит от многих факторов. Так, например, двухтактные схемы конструктивно более сложны в реализации, но вместе с тем они позволяют ослабить уровень четных гармоник в нагрузке минимум на (15…20) дБ. Это снижает требования по фильтрации к цепи согласования.

В двухтактной схеме рис. 3.1 в ЦС согласования используется ВЧ трансформатор с магнитной связью между обмотками. Такой способ связи позволяет легко перейти от симметричного генератора к несимметричной нагрузке и обеспечить гальваническую развязку между ними. Однако на частотах более 30 МГц в полупроводниковых ГВВ конструктивная реализация ВЧ трансформатора с магнитной связью становится практически невозможной из-за малости индуктивностей L1 и L2. По этой причине при построении двухтактной схемы приходится использовать более сложный вариант, представленный на рис. 3.2. Переход от симметричного генератора к несимметричной нагрузке  в этой схеме можно обеспечить с помощью трансформатора типа ТДЛ (трансформатора на длинных линиях). На частотах более 250 МГЦ   с той же целью используются симметрирующие стаканы.

Рис. 3.2. Двухтактная схема ВУМ (второй вариант)

Схема ВУМ с параллельным соединением транзисторов достаточно проста (рис. 3.3). Однако низкоомность сопротивления нагрузки по коллекторной цепи и входного сопротивления, обусловленная параллельным соединением коллекторов и баз транзисторов, вызывают серьезные осложнения при построении входных и выходных цепей согласования.

При модульном способе построения ВУМ схемотехническая реализация отдельных модулей достаточно проста (рис. 3.4), однако приходится использовать дополнительные суммирующие и делящие устройства. Это усложняет схему, увеличивает  потери, но позволяет использовать унифицированные модули и повысить надежность  ВУМ.