Расчёт индуктивностей на тонкоплёночных печатных проводниках для цепей согласования

Министерство образования РФ

ВлГУ

Кафедра РТ и РС

Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине:

Методы и устройства формирования сигналов.

Выполнил: cт. гр. РФ-198

Проверил:                     

А.

Владимир 2002

Содержание

лист     

Техническое задание………………………………………………2

Технико-экономическое обоснование……………………………3

Расчёт оконечного каскада………………………………………..4

Расчёт цепей согласования………………………………………..7

Расчёт индуктивностей на тонкоплёночных печатных проводниках для цепей согласования……………………………………………9

Расчёт индуктивностей и емкостей в цепях питания……………9

Конструктивный расчёт фильтра гармоник и расчёт его параметров………………………………………………………….10

Структурная схема РПУ…………………………………………...12

Описание схемы……………………………………………………13

Список используемой литературы………………………………..15

Техническое задание

Разработать передатчик со следующими параметрами:

Мощность на выходе: P=15 Вт

Минимальная частота перестройки: fmin=800 мГц

Максимальная частота перестройки: fmin=900 мГц

Модуляция: QPSK

Скорость передачи данных: 1024 кб/с

Стабильность частоты: 10^-5

Нагрузка: 50 Ом

КБВ_АФУ: 0.8

Технико-экономическое обоснование.

В мощных каскадах передатчиков применяются тиристоры, биполярные и полевые транзисторы, варакторы, туннельные диоды, ЛПД и диоды Ганна.

В данном курсовом проекте будем использовать биполярные транзисторы, это обусловлено преимуществом транзисторов перед лампами и другими приборами в диапазоне частот 800-900 МГц.

Безусловным достоинством транзисторов является устойчивость к механическим воздействиям и большой срок службы. В условиях правильной эксплуатации их не приходится менять на протяжении всего срока службы аппаратуры. Отсутствие цепи накала у транзисторов обуславливает их немедленную готовность к работе. Низкие питающие напряжения резко упрощают систему защиты обслуживающего персонала. Возможность работы всех каскадов передатчика от одного или небольшого числа источников постоянного тока заметно упрощает его устройство. Кроме того, низкие питающие напряжения при относительно большой мощности определяют малые нагрузочные сопротивления. По этой причине вредное действие паразитных емкостей, шунтирующих нагрузку, существенно меньше чем в лампах, что позволяет в широком диапазоне частот (до тысяч МГц) использовать нерезонансные схемы с резистивной нагрузкой, исключить в каскадах перестраиваемые контура, что улучшает надежность и конструктивные характеристики передатчика в целом и упрощает его настройку. Мощность на входе, в антенне, при QPSK модуляции Pmax=15 Вт. Так как коэффициент перекрытия по частоте fп=1,125, то передатчик можно считать узкополосным.

Зададимся потерями в цепях согласования 10%, фильтре гармоник равным 1%. Учитывая затухание в фидере определим по формуле мощность необходимую для подачи на его вход

P=Pвых*(1+Г²)= 15.1875 Вт, где  Г=0.11

Мощность требуемая на выходе фильтра гармоник P=15,1875 Вт. С учетом последовательного суммирования потерь в фильтре гармоник, и цепей согласования требуемая мощность на выходе активного элемента будет составлять Pвых=16.86 Вт.

Для обеспечения этой мощности необходимо взять транзистор марки 2T916А.

Расчет оконечного каскада.

1.  Мощность эквивалентного генератора.

P_г=Pout*0.8=13.487 Вт

2.  Коэффициент использования коллекторного напряжения

0.765;

=0.383;

3.  Амплитуда напряжения, амплитуда тока первой гармоники и сопротивление нагрузки эквивалентного генератора:

21.418 В;

1.259 А;

17 Ом;

4.  Проверяем выполнение условия Uкпик<Uкэ.мах.доп=55 В;

Uкпик=Uкo+Uг=49.418 В;

5.  Крутизна по переходу

33.756;

6.  Сопротивление рекомбинации

=1.037;

7.  Крутизна статической характеристики коллекторного тока

=9.896;

8.  Коэффициент разложения импульса выходного тока

=0.45;

9. Uэб.мах.доп.= 3.5В > Uэб.пик=-=1.551 В;

10.  Комплексные амплитуды токов и напряжений эквивалентной схемы транзистора

w==5.331 ГГц рад;

a)  -0.656+2.058 А;

б) Iэ=I+Iг=0.603+2.058i А;

в) Uэ=Iэ(r’э+jwLэ)= -3.81+1.229i B;

г) Uп1=-j(1-m)I/wCэ=1.18+0.376i B;

д) Uска=Uг+Uп=22.598+0.376i B;

e) Iска=jwCкоUска=-8.021*10^-3+0.482i A;

ж) Ir’б=I+Iска=-0.664+2.54i A;

з) Ur’б=r’b*Ir’b=-0.465+1.778i B;

u) Uскп= Ur’б+Ucка=22.133+2.154i B;

k) Iскп=jwCкпUскп=-0.092+0.944i A;

л) rk=1/r’k(2pfCk)²=349.018;

м) Irk=Uскп/rk=0.063+6.172*10^-3i A;

н) Iб=Ir’k+Ir’б+Icкп=-0.692+3.49i  A;

o) Ulб=j2pfLбIб1=-18.608-3.692i B;

п) Uв=Uэ+Ulб+Ur’б+Uп1=-21.703-0.309i B;

p) Ik1=Iг-Iска-Iскп-Irк=1.296-1.432i A;

11.  Напряжение на нагрузке

    Uk=Uг-Uэ=25.228-1.229i B;

12.  Входное сопротивление транзистора

Zвх=Uв/Iб1=1.102+6i Ом;

13.  Мощность первой гармоники отдаваемая в нагрузку

Pвых=0,5(ReUk*ReIk1+ImUk*ImIk1)= 17.226 Вт;

14.  Требуемая мощность возбуждения

Pв=0,5(ReUв*ReIб1+ImUb*ImIб1)=6.975 Вт;

15.  Постоянная составляющая коллекторного тока

Iкo=Iг/g1(q)=0.802 A;

16.  Мощность потребляемая от источника питания

Po=Iкo*Uкo=22.46 Вт;

17.  Коэффициент полезного действия каскада

h=Pвых/Po=0.767;

18.  Коэффициент усиления по мощности

Kp=Pвых/Pв=2.47;

19.  Мощность рассеиваемая на транзисторе

Pрасс=Po+Pв-Pвых=12.21 Вт;

20. Pрасс<Pмах.доп=(tn-tк)/Rnк=28.889 Вт<30 Вт;

21.Нагрузка на внешних выводах

Zn=(Uk/Ik1)-jwLk=9.236+6.06i Oм;

Расчёт цепей согласования.

Цепь согласования на входе транзисторного каскада

Первая схема: R1=50 Ом ; R¹=8 Ом;

w=5.331 Ггц*рад  X=20  C1=9.378 пФ  C2=9.378 пФ  L1=3.751 нГн

Вторая схема: R1¹=8 Ом; R2=1.102 Ом

w=5.331 Ггц*рад  X=2.969  C3=63.171 пФ  C4=63.171 пФ  L2=556.916 пГн

Конденсатор Ск компенсирует реактивную составляющую входного сопротивления транзистора.

Цепь согласования на выходе транзисторного каскада

Конденсатор Ск компенсирует реактивную составляющую выходного сопротивления транзистора.

Первая схема: R1=9.26 Ом, R’=16.25 Ом;

 

w=5.331 Ггц*рад

X1=8.045;  X2=-18.703;  L1=1.509 нГн;  C1=10.028 пФ;

Вторая схема: R^’= 16.25 Ом, R^’’=28.5 Ом,

X1=14.109;  X2=-32.825;  L2=2.646 нГн; C2=5.714пФ;

Третья схема: R^’’=28.5 Ом, R2=50 Ом;

X1=24.754;  X2=-57.567;  L3=9.286 нГн;  C3=7.577 пФ; C4=3.258 пФ;

Расчёт индуктивностей на тонкоплёночных печатных проводниках для цепей согласования.

Расчёт проводится по формуле:

, где t, w, l соответственно толщина, ширина и длина печатного проводника.

В ходе вычисления получили:

Для входной цепи согласования:

L1: (t=200мкм, w=1мм, l,=4.97см)

L2: (t=200мкм, w=1мм, l,=1.17см

Для выходной цепи согласования:

L1: (t=300мкм, w=2мм, l,=2.78см)

L2: (t=300мкм, w=2мм, l,=4.26см)

L3: (t=300мкм, w=2мм, l,=11.4см)

Расчёт индуктивностей и емкостей в цепях питания.

Выбор элементов осуществляется по следующим правилам:

сопротивление каждого блокирующего конденсатора должна быть меньше в 50-200 раз сопротивления Хдр.

сопротивление дросселей должны быть в 10-20 раз больше сопротивлений