Проектирование радиопередающих устройств с угловой модуляцией, страница 3

 Особенно желателен выбор класса «В» при выполнении ВУМ по  двухтактной схеме. В этом случае за счет симметрии схемы в общей нагрузке, кроме третьей гармоники, имеет место компенсация всех четных гармоник и  прежде всего второй и четвертой.  Двухтактную схему с классом работы «В» именуют квазилинейной схемой, поскольку она даже без фильтрующих цепей позволяет получить в нагрузке сигнал, близкий к синусоидальной форме.

10. Рассчитывается ориентировочный коэффициент усиления ВУМ по мощности.

В справочном материале на транзистор часто приводятся коэффициенты усиления по мощности на некоторой типовой частоте  и рекомендуемый класс работы. Для оценки коэффициента усиления ВУМ по мощности на рабочей частоте можно воспользоваться формулой,  рекомендованной в [8, 9]:

.

Если в справочнике  отсутствуют сведения по типовому значению , но приводится коэффициент усиления  транзистора по току на типовой частоте , то коэффициент усиления по мощности транзистора можно оценить, приняв во внимание следующие обстоятельства.

В области высоких частот для выбранного транзистора, когда ,  справедливым является следующее соотношение

.

При работе транзистора ВУМ в критическом режиме коэффициент усиления по мощности каскада можно рассчитать по формуле

,

где  - критическое сопротивление нагрузки по коллекторной цепи,  - реальная часть входного сопротивления транзистора ВУМ.  Каждое из этих сопротивлений определяется из соотношений

.

В приведенных формулах  – напряжение коллекторного питания,  - распределенное сопротивление базы транзистора, -  коэффициент разложения косинусоидальной импульсной последовательности,  - колебательная мощность,  отбираемая от одного транзистора. Для углов отсечки (80÷90)⁰ коэффициент . В результате формула для оценки  принимает вид

.

Если величина  в справочнике не приводится, то в соответствии с рекомендациями [8]  можно рассчитать по формуле

,

где  - емкость коллектора транзистора и  постоянная времени коллекторной цепи соответственно. Обе эти величины  приводятся в справочной литературе;  - коэффициент, который для многоэмиттерных транзисторов принимают равным двум.

Для полевых транзисторов при оценке  вместо сопротивления  используется сумма сопротивлений затвора и канала .

11. Рассчитывается мощность, которую должен генерировать первый предоконечный каскад (ПК1) блока предварительного усиления:

,

где  - КПД цепи согласования первого предоконечного каскада. При расчетах его значение целесообразно принять равным (0,8÷0,9).

Если для возбуждения АЭ ВУМ использовалось устройство деления мощности, то при оценке  необходимо учесть КПД делителя мощности , приняв его значение (0,92÷0,95):

.

В числитель приведенного соотношения должна быть подставлена мощность всего ВУМ:

.

12. Выбирается класс и режим работы  ПК1. При выборе можно воспользоваться следующими рекомендациями.

Если  мощность  на порядок (и более) меньше мощности ВУМ, то целесообразным следует считать выбор класса «А». Достоинствами этого класса работы являются наибольший коэффициент усиления по мощности в сравнении с другими классами и малый уровень высших гармоник в токе выходного электрода. В идеальном случае высшие гармоники в токе  выходного электрода вообще отсутствуют.  Первое достоинство позволяет уменьшить число каскадов в тракте ВЧ  предварительного усиления, второе - существенно упрощает задачу построения цепи согласования ПК1. Малый вес гармоник в токе выходного электрода АЭ делает возможным использование в ПК1 цепей согласования с малой избирательностью и большой широкополосностью. Неравномерность АЧХ таких цепей в рабочей полосе частот передатчика незначительна, и влиянием ее на АЧХ передатчика в целом можно пренебречь.

Недостатком класса «А» является низкий электронный КПД  каскада. Его предельная величина не превышает 45 %. Это несколько снижает промышленный КПД передатчика, но  снижение будет незначительным за счет малого энергопотребления ПК1 в сравнении с ВУМ.  Кроме того,  снижение промышленного КПД будет ослаблено за счет сокращения числа предшествующих каскадов  усиления.

Если  мощность  отличается от мощности ВУМ менее чем на порядок, то целесообразность выбора класса «А» становится сомнительной. Низкий КПД класса «А» и, как результат, большое энергопотребление ПК1 могут существенно снизить промышленный КПД передатчика в целом, увеличить его габаритные размеры и массу. Если это нежелательно, то для  первого промежуточного каскада можно рекомендовать выбор класса «АВ». В классе «АВ» с углом отсечки электронный КПД каскада составляет величину порядка (60-65) %, т.е. меньше, чем в классе «В». Однако положительным моментом следует считать то, что  уровень второй гармоники в классе «АВ» почти в два раза меньше, чем в классе «В». Это облегчает выполнение задачи  фильтрации.  Согласно [2, 5], для цепи согласования ПК1 считается достаточным требование подавления высших гармоник порядка (- 30 дБ). С этой задачей легко справляются относительно простые согласующие устройства.

13. Выбирается конкретный тип транзистора для ПК1. Основанием для выбора служат требуемая мощность , диапазон рабочих частот , выбранный класс работы АЭ ПК, стоимость. Выбор проводится по справочной литературе. Рекомендуемое соотношение между типовой  мощностью транзистора  и мощностью, которую необходимо получить от ПК1,  имеет вид

.

Для маломощных транзисторов типовая мощность   не приводится. Однако оговаривается значение предельно допустимой мощности рассеяния . Если выбран классе работы каскада, то, ориентируясь на его электронный КПД , можно рассчитать максимальную колебательную мощность, которую следует отобрать от транзистора:

.

Она должна быть не менее чем на (30-40) % больше  мощности:

.

14. Выбирается тип цепи согласования  ПК1 по коллекторной цепи.

При выборе типа ЦС необходимо принять во внимание рабочую полосу частот, выбранный класс работы АЭ,  степень подавления высших гармоник, рассчитанный ранее КПД . Из эксплуатационных соображений ЦС предварительного усилителя всегда выполняется без перестройки.