Связной однополосный радиопередатчик

Для выходного каскада однополосного радиопередатчика, как сказано выше, необходимо выполнить двухтактную схему, в которой транзисторы должны быть идентичны. Для выбора транзистора необходимо руководствоваться следующими условиями:

транзистор должен отдавать необходимую мощность в нагрузку;

так как передатчик однополосный, то необходимо, чтобы проходная характеристика была линейной.

Как правило, для генерации заданной мощности в нагрузке в определенном диапазоне частот можно подобрать целый ряд транзисторов. Из группы транзисторов нужно выбрать тот, который обеспечивает наилучшие электрические характеристики усилителя мощности.

Коэффициент полезного действия каскада связан с величиной сопротивления насыщения транзистора - rНАС. Чем меньше его величина, тем меньше остаточное напряжение в граничном режиме и выше КПД генератора.

Коэффициент усиления по мощности КР зависит от ряда параметров транзистора: коэффициента передачи тока базы bо, частоты единичного усиления fT и величины индуктивности эмиттерного вывода LЭ . При прочих равных условиях КР будет тем больше, чем выше значение b о , f T и меньше LЭ.

По мощности подходят следующие транзисторы:

2Т944А, 2Т947А, 2Т956А, 2Т957А, 2Т964А, 2Т967А, 2Т971А, 2Т980А, 2Т9126А;

из них подходят по частоте:

2Т944А (rНАС=0.19 Ом), 2Т956А (rНАС=0.35 Ом), 2Т957А (rНАС=0.1 Ом), 2Т980А (rНАС=0.5 Ом);

сравнивая их по параметру, определяющему КПД (по rНАС) выберем транзистор 2Т957А. У выбранного транзистора линейная проходная характеристика, что обеспечивает усиление однополосных колебаний с малым уровнем нелинейных искажений [1,3].

Параметры идеализированных статических характеристик:

Сопротивление насыщения транзистора rНАС=0.1 Ом;

Коэффициент усиления по току в схеме с ОЭ во=28;

Остаточное напряжение Eотс=0.7В.

Высокочастотные параметры:

Граничная частота усиления по току в схеме с ОЭ fт=100 МГц;

Барьерная емкость коллекторного перехода Ск=520 пФ;

Барьерная емкость эмиттерного перехода Сэ=1500 пФ;

Индуктивность вывода базы Lб=2.2 нГн;

Индуктивность вывода эмиттера Lэ=1.4 нГн;

Индуктивность вывода коллектора Lк=2 нГн.

Допустимые параметры

Предельное напряжение на коллекторе Uкэ доп=60 В;

Обратное напряжение на эмиттерном переходе Uбэ доп=4 В;

Постоянная составляющая коллекторного тока Iко макс. доп=20А;

Диапазон рабочих частот 1.5..30 МГц.

Энергетические параметры (экспериментальные характеристики при работе в условиях, близких к предельно допустимым по какому-либо признаку (параметру) и ограничивающих мощность транзистора так, чтобы гарантировать достаточную надежность его работы)

Максимально допустимая мощность P'н=125 Вт;

Граничная частота f' =30 МГц;

Коэффициент усиления по мощности К'р=17;

Коэффициент полезного действия з'=50 %;

Напряжение питания Е'к=28 В.

Режим работы линейный, <-33 дБ.

В современных передатчиках мощные оконечные усилители строятся, как правило, на транзисторах по двухтактной схеме с ОЭ.

Число транзисторов в усилительном модуле m=2. При выбранном КПД цепи связи с фидером определим мощность на выходе модуля:

Вт.

Следовательно, мощность на выходе одного плеча двухтактной схемы определится как: Вт.

Расчет ШТЛ с коэффициентом трансформации по сопротивлению 1:4.

ТЛ в оконечном каскаде при использовании двухтактной схемы необходимы для подавления четных гармоник и согласования оконечного каскада с нагрузкой. Расчет ТЛ производится по методике, изложенной в [3].

1. Волновые сопротивления линий Ом;

Сопротивление нагрузки Ом;

Мощность в нагрузке Вт.

2. Амплитуда напряжения и тока в нагрузке и в линии

В; А.

3. Выбор кабеля:

Марку кабеля выберем исходя из требуемого волнового сопротивления линий, которое составляет 12,5 Ом. Из табл. 4.2 в [2] выбираем кабель РП12-5-12 с волновым сопротивлением

Ом; пФ/м; А; В;

дБ/м; МГц;

Геометрические размеры кабеля в поперечном сечении:

мм; мм; мм; минимальный радиус изгиба: 3 мм.

4. Геометрические размеры линии

-электрическая длина линии;

м/с -скорость света;

Геометрическая длина линии: см.

5. Выбор феррита: марку феррита выберем из табл. 4.3 в [4]: феррит 200 ВНС. Его параметры: , при В=0.001 Tл и при В=0.02 Tл на f=3 MГц, при В=0.001 Tл на f=10 MГц,

6. Конструкция трансформатора

Трансформатор выполним по многовитковой конструкции, причем сначала соединим симметрирующую и нижнюю линии вместе и намотаем на одно ферритовое кольцо с верхней линией с разным количеством витков.

Рис.7. Широкополосный трансформатор на линиях

Внутренний диаметр ферритового сердечника d должен быть таким, чтобы было возможно сделать несколько витков для каждой линии. Выберем его из стандартных значений, приведенных в табл. 4.4 в [2].

мм; мм; мм;

Объем сердечника: см3;

Рассчитаем число витков:

Поскольку продольное напряжение на нижней линии в 3 раза меньше продольного напряжения на верхней линии и, следовательно, во столько же раз меньше требуемая продольная индуктивность, то число витков для нижних линий в 3 раза меньше, чем для верхней.

Проверим условие размещения линии во внутреннем кольце сердечника: все витки во внутреннем кольце сердечника занимаютмм; а длина внутреннего кольца:мм;

Для использования подобного трансформатора в цепи базы необходимо перед ним поставить еще один трансформатор 4:1 без симметрирующей линии и с другим волновым сопротивлением линии. Марку кабеля для этого трансформатора выберем исходя из требуемого волнового сопротивления линий, которое составляет 3.32 Ом. Из табл. 4.2 в [4] выбираем кабель РП-3-5-11 с волновым сопротивлением 3.2 Ом. Конструкция кабеля приведена на рис.4.

Параметры: Ом; пФ/м; В; А; дБ/м; МГц; Геометрические размеры кабеля в поперечном сечении: мм; мм. мм. Минимальный радиус изгиба R=3 мм.

Используя формулы денормирования, вычисляем значения элементов фильтра [6]:

Таблица 3.

Величины элементов ФНЧ и расчетная АЧХ приведены на рисунке ниже:

Рис.11. Фильтр нижних частот и его АЧХ

Схема вторичного источника должна содержать следующие элементы:

понижающий трансформатор;

диодный мост с фильтром;

стабилизатор.

Стабилизатор напряжения выполним на микросхеме LM350 фирмы Motorola, которая обеспечивает выходное напряжение В, нестабильность по напряжению 0.01%. Выходное напряжение регулируется переменным резистором R2 и вычисляется по формуле:

где I - ток через резистор R2

Ниже приведена схема источника питания.

Заключение

Основные результаты работы:

Спроектирован связной однополосный радиопередатчик.

Составлена принципиальная схема передатчика.

Приведены расчеты оконечного каскада передатчика.

Произведен расчет фильтра нижних частот, обеспечивающего выделение одной боковой полосы сигнала.

Проведен конструкторский расчет фильтра гармоник в цепи согласования с фидерной линией на 50 Ом.