Проектирование передатчика для радиотелефона

Зададимся следующими значениями, необходимыми для расчета:

Мощность, требуемая в антенне:

КПД выходной согласующей цепи:

Средняя частота рабочего диапазона:

Колебательная мощность, требуемая от выходного каскада УМ:

Зададим следующие параметры транзистора КТ922А (из {1} стр. 22-27):

Параметры идеализированных статических характеристик:

напряжение отсечки Е_отс = 0,7 В       коэффициент усиления по току в схеме с ОЭ на низкой частоте β₀=50

сопротивление материала базы  r_б = 2 Ом          стабилизирующее сопротивление в цепи эмиттера r_э = 0 Ом   сопротивление утечки эмиттерного перехода R_эy =8 кОм   сопротивление насыщения транзистора  r_нас = 10 Ом

Высокочастотные параметры:

граничная частота f_гр = 500 МГц       барьерная емкость коллекторного перехода С_к = 10 пФ          барьерная емкость эмиттерного перехода С_э = 100 пФ       постоянная времени коллекторного перехода τ_к=15*10^-12 с индуктивности выводов L_б = 1.8 нГн      L_э = 0.5 нГн  

L_к = 1.8 нГн     

Предельно допустимые параметры:

допустимое напряжение на коллекторе U_кэдоп = 65 В     допустимое обратное напряжение на эммитерном переходе  U_бэдоп = 4 В     допустимая постоянная составляющая тока коллектора  I_к0доп = 0,3 А

допустимое максимальное значение тока коллектора  I_кmaxдоп = 1,5 А

Тепловые параметры:

максимально допустимая температура переходов     t_пдоп = 323К               тепловое сопротивление переход-корпус R_пк= 15 К/Вт    

Диапазон рабочих частот: 50-200 МГц

Экспериментальные данные:

частота  f’ = 175 МГц       мощность  P’ = 1Вт     

КПД

коэффициент усиления по мощности  К’_p = 10     

 Расчет коллекторной (выходной) цепи транзистора.

Выберем типовое значение:

Е_п = 28 В

Угол отсечки (режим В):

Амплитуда первой гармоники напряжения на коллекторе в критическом режиме:

Максимально допустимое напряжение на коллекторе:

U_Кmax = E_п + U_Ккр = 28+20.481=48.481В

U_Кmax < U_кэдоп , условие выполняется, напряжение питания менять не следует.

Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:

 

Постоянная составляющая коллекторного тока:

    -  условие выполняется.

Максимальный коллекторный ток:

       - условие выполняется.

Максимальная мощность, потребляемая от источника коллекторного питания:

Р₀ = Е_п ∙ I_к0 =28∙0.277=6.364Вт

КПД коллекторной цепи:

Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора:

     Р_рас = Р₀ ∙ Р_вых1 =6.364∙3.75=2.614Вт     - условие выполняется.

Сопротивление коллекторной нагрузки:

Расчет базовой цепи транзистора.

В реальной схеме можно не ставить R_доп и R_ос   т.к.:

Амплитуда тока базы:

 

Напряжение смещения на эмиттерном переходе при θ ≤ 180⁰.

‌

Максимальное обратное напряжение на эмиттерном переходе:

U_бэ < U_бэдоп – можно продолжать расчет

Постоянные составляющие базового и эмиттерного тока:

Барьерная емкость активной части коллекторного перехода :

Значения L_вхоэ, r_вхоэ, R_вхоэ и C_вхоэ в эквивалентной схеме входного сопротивления транзистора:

Реактивная и активная составляющие входного сопротивления транзистора:

  

 - входное сопротивление транзистора

Входная мощность:

                  

Коэффициент усиления по мощности:

                              

 

2.2. Расчет первого предвыходного каскада

Предвыходные каскады реализуем по схеме с ОЭ и расчет будем проводить по методике из {1} (стр. 53.) .

1-й предвыходной каскад.

Исходные данные:

Мощность, требуемая на входе выходного каскада:

КПД согласующей цепи:

Средняя частота рабочего диапазона:

Колебательная мощность, требуемая от предвыходного каскада УМ:

Параметры транзистора КТ610А (из {1} стр. 22-27).

Параметры идеализированных статических характеристик:

напряжение отсечки Е_отс = 0,7 В       коэффициент усиления по току в схеме с ОЭ на низкой частоте β₀=50

сопротивление материала базы  r_б = 0 Ом          стабилизирующее сопротивление в цепи эмиттера r_э = 0 Ом   сопротивление утечки эмиттерного перехода R_эy =45 кОм   сопротивление насыщения транзистора  r_нас = 10 Ом

Высокочастотные параметры:

граничная частота f_гр = 1250 МГц       барьерная емкость коллекторного перехода С_к = 3 пФ          барьерная емкость эмиттерного перехода С_э = 21 пФ       постоянная времени коллекторного перехода τ_к=25*10^-12 с индуктивности выводов L_б = 2.38 нГн      L_э = 0.6 нГн  

L_к = 2.38 нГн     

Предельно допустимые параметры:

допустимое напряжение на коллекторе U_кэдоп = 26 В     допустимое обратное напряжение на эммитерном переходе  U_бэдоп = 4 В     допустимая постоянная составляющая тока коллектора  I_к0доп = 0,3 А

допустимое максимальное значение тока коллектора  I_кmaxдоп = 0,5 А

Тепловые параметры:

максимально допустимая температура переходов     t_пдоп = 323К               тепловое сопротивление переход-корпус R_пк= 65 К/Вт    

Диапазон рабочих частот  > 100 МГц

Экспериментальные данные:

частота  f’ = 400 МГц       мощность  P’ = 1Вт     

КПД

коэффициент усиления по мощности  К’_p = 4      напряжение коллекторного питания в типовой схеме ГВВ (при q близком к 90о)  E’_k = 12.6В 

Расчет коллекторной цепи транзистора:

Методика расчета аналогична.

Выберем типовое значение:

Е_п = 12.6 В

Угол отсечки (режим В):

Амплитуда первой гармоники напряжения на коллекторе в критическом режиме:

Максимально допустимое напряжение на коллекторе:

U_Кmax = E_п + U_Ккр = 12.6+11.426=24.026В

U_Кmax < U_кэдоп , условие выполняется, напряжение питания менять не следует.

Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:

Постоянная составляющая коллекторного тока:

    -  условие выполняется.

Максимальный коллекторный ток:

       - условие выполняется.

 

Максимальная мощность, потребляемая от источника коллекторного питания:

Р₀ = Е_п ∙ I_к0 =12.6∙0.032=0.398Вт

КПД коллекторной цепи:

Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора:

     Р_рас = Р₀ ∙ Р_вых2 =0.398∙0.305=0.093Вт     - условие выполняется.

Сопротивление коллекторной нагрузки:

Расчет базовой цепи транзистора.

Амплитуда тока базы:

Напряжение смещения на эмиттерном переходе при θ ≤ 180⁰.

‌

 

Максимальное обратное напряжение на эмиттерном переходе:

U_бэmax < U_бэдоп =4В – условие выполняется

Постоянные составляющие базового и эмиттерного тока:

Значения L_вхоэ, r_вхоэ, R_вхоэ и C_вхоэ в эквивалентной схеме входного сопротивления транзистора:                             

                                     

Реактивная и активная составляющие входного сопротивления транзистора:

  

 - входное сопротивление транзистора

Входная мощность:

                  

Коэффициент усиления по мощности:

                              

3.Расчет согласующих цепей

3.1 Расчет выходной цепи согласования

Согласуем выходное сопротивление УМ (Z₁) с антенной (R_a).

В качестве согласующей цепи выберем П-цепь CLC, т.к. она обеспечивает достаточно высокий