Расчет радиопередающего устройства радиоэлектронной системы связи диапазона 150-600 кГц, страница 5

4.1. Расчёт усилителя мощности высокой частоты.

Схема усилителя мощности высокой частоты приведена на рис. 4.1 Она выполнена по двухтактной схеме с питанием от двухполярного источника. Это даёт возможность подключить нагрузку непосредственно к выходу оконечного каскада, и, что особенно важно, обеспечить нулевое постоянное напряжение на нагрузке. Эта схема имеет ряд важных преимуществ перед другими схемами, особенно с однополярным питанием. В данной схеме обеспечивается высокая температурная стабильность, обеспечивающая поддержание нулевого потенциала в точке “0” (на входе трансформатора) с высокой точностью; это достоинство определяется свойствами дифференциального каскада [13].

Рис. 4.1.

Предварительный расчёт.

Исходные данные:

                            R_H= 300 Ом,

                            P_H= 16 Вт,

                            E_Г= 0,5 В

                            E₀= 39 В.

Отдаваемая в нагрузку мощность равна 16 Вт. Нагрузка подключена  к выходу УМВЧ через согласующий трансформатор Тр₁. Зададимся величиной КПД трансформатора h_тр. Для мощности более 10 Вт – h_тр> 0,85 [13]. Следовательно, выбираем h_тр=0,85. Тогда мощность, развиваемая усилителем, должна быть равна:

 (Вт).

Так как усилитель питается от двухполярного источника питания, то напряжение каждого из плеч источника:

 (В).

Далее находим амплитуды напряжения и тока на первичной обмотке трансформатора:

(В), где  – остаточное напряжение на полностью открытом транзисторе выходного каскада.

(А).

Рассчитаем необходимое сопротивление нагрузки:

(Ом).

Зададим необходимый предельный коэффициент гармоник ШУМВЧ. Так как нужно обеспечить уровень внеполосных излучений равный  –40 дБ, то мощность внеполосных излучений находим исходя из:

, где  – допустимый уровень высших гармоник в нагрузке передатчика, тогда мощность внеполосных излучений:

(Вт).

Коэффициент гармоник определяется как:

, где  – электрическая мощность i-й гармоники на выходе усилителя, а  – мощность 1-й гармоники. Соответственно , а . Таким образом:

.

Принимаем  с запасом, таким образом, задаём .

Определим номинальный сквозной коэффициент передачи усилителя:

.

Теперь зададимся необходимым запасом усиления для обеспечения заданных характеристик усилителя:

а.) на введение ООС запас численно равен глубине обратной связи F, обеспечивающей снижение нелинейных искажений оконечного каскада усилителя до установленного предела:

, где  – коэффициент гармоник оконечного двухтактного каскада без ООС; б.) технологический запас, учитывающий разброс параметров компонентов .

Требуемый сквозной коэффициент усиления:

.

Проверим, обеспечивает ли рассчитанный сквозной коэффициент усиления без ООС приведённая схема, с числом каскадов усиления по напряжению n=2 и средним коэффициентом усиления по напряжению 50..60. Выбираем усредненный коэффициент усиления .

.

Таким образом, два каскада обеспечивают требуемое усиление по напряжения.

Расчёт оконечного каскада.

Исходные данные:

                            R_H’= 7,24(Ом),

                            P_ВЫХ= 18,8(Вт),

                            E₀= 39(В),

                            U_Hm= 16,5(В),

                            I_Hm= 2,279(А).

Определим амплитуду тока коллектора транзисторов VT11, VT12 (рис.4.1):

I_Km= I_Hm= 2,279 (А).

Найдём максимальную мощность, рассеиваемую на коллекторах выходных ведомых транзисторов:

.

Желаемый коэффициент усиления по току для составных выходных транзисторов:

,                            (4.1)

где P_ПОК= 10..20 (мВт) – выходная мощность предоконечного каскада, работающего в режиме А, я выбрал P_ПОК= 10 (мВт).

Найдём номиналы резисторов местной обратной связи выравнивающей параметры пары транзисторов оконечного каскада:

R18=R19=(0,05..0,1) R_H’=(0,05..0,1)×7,24=0,362...0,724(Ом), выбираем из стандартного ряда номиналов: R18=R19=0,47 Ом, мощность резисторов  (Вт), из стандартного номинала мощностей P_18,19 = 2 Вт.

Выберем пару ведомых комплиментарных транзисторов оконечного каскада (VT11,VT12 см. рис. 4.1) по следующим параметрам:

        P_{К доп}³  (1,1..1,2)×P_{К 11,12} = (1,1..1,2)×5,322 = 5,850..6,384(Вт),