Разработка схемы электрической принципиальной

4 Разработка схемы электрической принципиальной

На данном этапе проектирования занимаются составлением схемы электрической принципиальной по функциональной, а также выбором элементной базы.

Разработку схемы электрической принципиальной начнем с усилителей мощности. Очевидно, схема усилителя должна строиться так, чтобы для всех составляющих выходного тока существовали бы замкнутые пути. Постоянная составляющая должна протекать через источник питания и активный элемент без ее потерь на полезной нагрузке, а переменная составляющая- через полезную нагрузку и активный элемент, ответвляясь в цепи питания. Первая гармоника должна выделяться в нагрузке, а высшие гармонические составляющие не должны. В реальных схемах необходимые пути протекания составляющих выходного тока обеспечиваются при помощи блокировочных и разделительных элементов, в качестве которых выступают конденсаторы и индуктивности. В идеальном случае сопротивление емкости для постоянной составляющей равна бесконечности, для переменной – нулю. Для индуктивности наоборот. Реальные индуктивности и емкости обладают конечными сопротивлениями, поэтому выбирать их большими или малыми следует относительно сопротивления соответствующих участков схемы. Большинство активных элементов, используемых в усилителях, - четырехполюсники. Один из электродов такого элемента является общим для входной и выходной цепи. Рациональный выбор общего электрода существенно влияет на основные характеристики каскада. Обычно общий электрод заземляют.

В выходной цепи активного элемента существует три элемента: выходные зажимы активного элемента, источник питания, коллекторная нагрузка. Соединять эти элементы можно последовательно или параллельно.

Схема последовательного питания оказывается весьма близкой к идеализированной схеме при правильном выборе блокировочных элементов. При последовательном питании паразитные емкости блокировочных элементов не влияют на волновое сопротивление колебательной системы и не ухудшают ее добротность. Вследствие этого схемы последовательного питания оказываются высокочастотными. Однако они имеют ряд недостатков, ограничивающих их практическое применение.

В транзисторных ГВВ значительно чаще используется параллельный тип питания, так как обладают существенными преимуществами перед последовательными схемами. Основным достоинством является то, что контурные элементы не находятся под постоянным высоким напряжением источника питания, что значительно упрощает их конструкцию. Этот тип питания можно использовать с такими цепями согласования, которые не имеют возможности пропускать постоянную составляющую выходного тока. Однако паразитные емкости блокировочных и разделительных элементов уменьшают волновое сопротивление колебательной системы, что особенно сказывается с ростом рабочей частоты.

Схемы питания входных цепей строятся по тем же правила, что и выходных цепей. Во входную цепь ГВВ входят три элемента: входные зажимы активного элемента, источник входного сигнала, источник питания. Различают фиксированный, автоматический и комбинированный способы подачи питающего напряжения на управляющий электрод. В ГВВ главным образом используют фиксированное или комбинированное смещение. Габариты и величины в параллельном типе питания меньше, в транзисторной технике стараются использовать только один источник питания.

Транзистор VT1, на котором выполнен ОК УМ, включен по схеме ОЭ. Транзистор работает в критическом режиме класса В, угол отсечки 90°. Питание активного элемента со стороны выходной цепи осуществляется по параллельной схеме. Смещение – последовательное фиксированное. С помощью элементов С1 и L2 устраняется нежелательная связь между каскадами передатчика через источник питания и исключаются потери мощности высокой частоты в источнике питания. Индуктивность L1 является блокировочной и создает автоматическое смещение на базе. Емкость С2 совместно с емкостями С3, С4 и индуктивностью L2 ПОК образуют согласующую цепь, настроенную на резонансную частоту соответствующую частоте рабочего сигнала.

Рисунок 3 – Схема электрическая принципиальная ОК УМ

Предоконечный каскад усиления мощности строится на транзисторе VT2. Делая выбор общего электрода активного элемента, остановились на схеме ОЭ. Как и ОК питание коллектора ПОК выполнено по параллельной схеме. Нагрузкой каскада является фильтрующая согласующая цепочка, образованная индуктивностью L2 и емкостями С3, С4 ПОК и С2 следующего каскада.

Питание базы осуществляется по схеме с фиксированным напряжением. Подбором резистора R2 выбирается режим транзистора по постоянному току. L1 служит для предотвращения короткого замыкания по высокой частоте входной цепи активного элемента усилителя. Цепочка R3, C2 является фильтром в цепи питания для устранения ОС через источник питания. Через разделительную емкость С3 сигнал с выхода ПОК подается на оконечный усилитель мощности.

Через разделительную емкость С1 на вход ПОК поступает сигнал с предыдущего каскада.

Рисунок 4 – Схема электрическая принципиальная ПОК УМ

Для обеспечения ослабления излучения высших гармоник до допустимого уровня (35 дБ) к выходу оконечного каскада подключается согласующее устройство, представляющее собой ФНЧ. Так как требования допустимому уровню внеполосных излучений достаточно высоки, будем использовать цепь согласования транзистора с нагрузкой с улучшенной фильтрацией гармоник тока коллектора, приведенной на рисунке 5.

Рисунок 5 – Схема электрическая принципиальная ФНЧ

Емкости С1 и С3 задают в виде подстроечных конденсаторов малых размеров из соображений удобства их практической реализации. Фильтр нагружен на штыревую антенну с волновым сопротивлением 50 Ом.

Известно, что коэффициент перекрытия по частоте передатчика равен 75. Такого Кf можно добиться, если воспользоваться двумя варакторными УЧ по 5 и одним УЧ в 3 на мощном СВЧ транзисторе. Элементы С2, L2 совместно с конденсаторами С1, С5 образуют согласующую цепочку.

Рисунок 6 – Схема электрическая принципиальная варакторного УЧ

В схеме варакторного УЧ смещение задается резистором R1. Цепочка, состоящая из C3 и L3, является фильтром в цепи питания для устранения ОС через источник питания. Конденсатор С1 и индуктивность L1 совместно с блокировочными и разделительными элементами предыдущего каскада образуют согласующую цепочку.

Утроитель частоты выполнен на мощном СВЧ транзисторе по схеме с ОБ. Рекомендуемый угол отсечки 60°. О преимуществах схемы ОБ было сказано выше. На выходе УЧ включается модифицированная П- образная согласующая цепь.

Рисунок 7 – Схема электрическая принципиальная утроителя частот

Остановимся на схеме электрической принципиальной фазового манипулятора. Диоды VD1, VD2 служат для управления фазой с их помощью. Через них высокочастотное напряжение снимается либо с эмиттера, либо с коллектора транзистора VT1. Модулирующие импульсы с кодирующего устройства через триггер поступают на VD1 и VD2. В том случае, когда на прямом выходе триггера логическая единица, VD1 открыт, а VD2 закрыт. Избежать паразитной амплитудной модуляции можно, обеспечив равенство амплитуд высокочастотного напряжения на эмиттере и коллекторе транзистора VT1 , также необходимо чтобы диоды были  идентичны. Чтобы добиться равенства амплитуд высокочастотных напряжений, необходимо правильным образом подбирать сопротивления резисторов R1, R2.   

Рисунок 8 – Схема электрическая принципиальная ФМн