Расчет передатчика телевизионных вещательных радиостанций

Проектное решение оконечного усилителя

Включает определение режима транзистора, расчет согласующих входной (СЦВ) и нагрузочной (СНЦ) цепей. Строгий расчет требует применения ЭВМ и знания параметров всех элементов эквивалентной схемы прибора. На практике разработчики пользуются сведениями из справочных данных прибора.

Расчет режима.

Исходными данными к расчету являются:

· максимальная мощность в нагрузочной цепи - Р_МАКС=140 Вт;

· угол отсечки тока коллектора - ;

· напряжение питания коллектора - Е_к=28 В.

Расчет режима транзистора включает в себя расчет коллекторной и входной цепей.

Расчет коллекторной цепи

1. Амплитуда переменного напряжения , что обеспечивает работу в ННР при допустимой нелинейности СМХ.

Таким образом:

В.

2. Амплитуда первой гармоники тока коллектора:

;

А.

3. Постоянная составляющая тока коллектора:

,

где , - коэффициенты разложения косинусоидального импульса, для и .

Тогда:

А.

4. Подводимая к коллектору мощность:

,

Вт

5. Рассеиваемая коллектором мощность:

,

224-140=84 Вт

Проверка на допустимость рассеяния этой мощности требует более строгого расчета. Применение транзистора в рекомендуемых справочными данными режимах всегда допустимо.

6. Электронный КПД коллекторной цепи:

,

.

7. Сопротивление нагрузки:

,

Ом.

Анализ режимов транзисторных УМК расчетом на ЭВМ показывает, а эксперимент подтверждает, необходимость применения комплексного нагрузочного сопротивления для получения максимального электронного КПД. В широкой полосе частот активная составляющая сопротивления нагрузки изменяется несильно. Реактивная составляющая соизмерима с активной и иногда меняет знак в полосе частот. Требования к выполняют при проектировании нагрузочной цепи. В расчете режима находят активные составляющие сопротивлений нагрузки и входного . Только их учитываем при расчете нагрузочной и входной согласующих цепей. Реактивные принимаются равными нулю, как неизвестные.

Расчет входной цепи

Исходными данными к расчету являются:

· мощность в коллекторной нагрузке - Р_~=140 Вт;

· первая гармоника и постоянная составляющая тока коллектора I_K1=12.5 А и I_K0=8 А ;

· табличное значение коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ на верхней частоте рабочего диапазона .

Применение прибора в нижней части заданного диапазона частот ведет к увеличению коэффициента , но это учитывать не будем. Принимаем . Полагаем достаточным оценить входное сопротивления прибора по его значению на верхней частоте диапазона;

· табличное значение коэффициента усиления мощности К_уР=4 раз.

1. Мощность возбуждения:

,

Вт.

2. Амплитуда первой гармоники тока базы:

,

А.

3. Входное сопротивление:

,

Ом.

Полученные значения и не учитывают влияние обратной связи через емкость перехода коллектор-база. В рассматриваемой схеме с ОЭ обратная связь приводит к передаче части входной мощности в нагрузку. Учтем эту особенность работы транзистора, приняв в 1,5 раза большим, чем рассчитанное выше.

Тогда: Ом.

4. Постоянная составляющая тока базы:

,

А.

5. Напряжение смещения на базе:

В.

Его подбирают при регулировке режима по минимуму нелинейных искажений.

Поверку рассеиваемых в транзисторе мощностей можно не делать. При выбранных параметрах _~, , в этом нет необходимости, поскольку они основаны на экспериментальных справочных данных.

Расчет нагрузочной цепи

Нагрузочная цепь соединяет выход транзистора VT с нагрузкой усилителя, обычно фидером с волновым сопротивлением Z_ф=75 Ом. Фидеры работают на согласованную нагрузку (КСВ1,1).

Требования к цепи:

- обеспечение расчетного сопротивления в диапазоне рабочих частот;

- фильтрация высших гармоник, обеспечивающая гармоническую форму напряжения на переходе коллектор-база.

Значение по диапазону меняется слабо.

Данное схемное решение нагрузочной цепи представляет собой последовательное соединение двух Г-звеньев фильтра. Они обращены в сторону генератора емкостями (С4, С5), чем обеспечивают хорошее ослабление высших гармоник в нагрузке. Фидерный контур (C5WL4) принимают апериодическим, а его реактивные сопротивления - равными между собой на средней частоте диапазона. Нагрузочный контур (C4WL3C5) - резонансный. Его нагруженную добротность выбирают небольшой (Qн = 3 - 5).

Вносимое в него сопротивление

.

Его трансформируют в требуемое для транзистора сопротивление r_k . Сопротивление резонирующего контура, подключенного к транзистору, связано с его параметрами соотношением

, где р_н - коэффициент включения, равный

, а характеристическое сопротивление

Коэффициент трансформации сопротивлений рассматриваемой двухзвенной цепи

.

Сопротивление емкостей:

Пусть отклонение АЧХ от максимума в полосе частот (f_max - f_min) будет не хуже -1дБ. Тогда зададимся добротностью нагрузочного контура при работе в диапазоне от 470 до 510 МГц:

Рассчитаем сопротивления емкостей:

Ом

Ом

Коэффициент трансформации

=41,6

характеристическое сопротивление Ом

Вносимое сопротивление Ом

коэффициент включения

Сопротивление резонирующего контура Ом

Сопротивления индуктивностей:

Ом

Ом

Цепи питания являются частью нагрузочных и согласующих цепей. В транзисторных усилителях применяют схемы параллельного питания, что возможно во всех диапазонах вследствие малости нагрузочных сопротивлений твердотельных приборов. Блокировочные элементы параллельных цепей питания имеют следующие значения:

Ом;

Ом;

Расчет конструкции индуктивности в схеме усилителя оконечного каскада передатчика.

В передатчиках радиовещательных ТВ диапазонов индуктивности и емкости являются сосредоточенными элементами катушками и конденсаторами.

При создании схем сосредоточенные элементы рассчитанных цепей можно заменять распределенными, представляющими собой отрезки МПЛ определенной длины с определенным волновым сопротивлением, и выполнять их по пленочной технологии в планарном исполнении. Применительно к схеме усилителя выберем вид распределенного элемента:

Рис.5. Вид распределенного элемента.

Q_эл

Такому распределенному элементу соответствует эквивалентная цепь с сосредоточенными элементами:

Рис.6. Эквивалентная цепь с сосредоточенными элементами.

нГн.

пФ.

3. Расчет входной цепи

Источник возбуждения представляет здесь генератор напряжения U_В с амплитудой, вдвое большей, чем амплитуда падающей волны во входном фидере, и внутренним сопротивлением, равным волновому сопротивлению фидера. Входное сопротивление СВЦ в точках включения источника напряжения должно равняться волновому сопротивлению фидера.

Таким образом, здесь необходимо согласовать малое сопротивление с сопротивлением или сопротивлением возбуждающего транзистора. СВЦ трансформирует входное сопротивление транзистора

в нагрузочное сопротивление входного фидера, которое рассматривают как внутреннее сопротивление источника возбуждения. В пределах диапазона частот коэффициент усиления транзистора и его входное сопротивление меняются в небольших интервалах. Входную цепь строят неперестраиваемой, а изменение коэффициента усиления по диапазону корректируют регулировкой уровня сигнала на входе усилителя. Как и для нагрузочной цепи, во входной необходимо согласовать высокое волновое сопротивление фидера с низким входным сопротивлением транзистора. Аналогично строится и сама цепь. Она включает в себя два контура: апериодический фидерный и резонансный входной. Это позволяет сохранить для входных цепей тот же порядок расчета, что и для выходных.

Во входной цепи транзистора для улучшения временной зависимости коллекторного тока и приближения ее к гармонической принято включать параллельно входу прибора добавочный резистор .

Он ослабляет нестационарный процесс при переключении перехода эмиттер- база из запертого состояния в открытое.

Обычно входная цепь имеет полное сопротивление много меньше, чем добавочный резистор. Его при проектировании можно не учитывать.

4. Расчет структурной схемы возбудителя

Рис.5. Структурная схема возбудителя.

Модуляцию в канале звука выполняем на промежуточной частоте 31.5 МГц. Достоинством модуляции на ПЧ является унификация трактов формирования модулированных колебаний для радиостанций. С помощью предкорректоров линейные и нелинейные искажения снижают до допустимого уровня.

В канале звука применяем прямой метод модуляции ЧМ. Необходимую стабильность частоты получаем использованием высокостабильной частоты гетеродина и импульсно-фазовой автоподстройкой средней частоты (ИФАПЧ) модулятора по эталонной частоте. В тракте ПЧ усиливаем сформированный на ПЧ модулированный по частоте сигнал и подаем его на вход повышающего преобразователя частоты (ППЧЗ). Это устройство по принципу действия является балансным модулятором. Уровень мощности на выходе ППЧ составляет обычно доли Ватт. Норму на допустимую нестабильность несущих частот обеспечиваем применением автогенератора, частоту которого перестраиваем воздействием напряжения на варикап, включенный в контур.

Автогенератор - устройство, преобразующее энергию источников постоянного тока в энергию колебаний без внешнего воздействия.

Рис.6. Структурная схема АГ с ПОС.

Выполним автогенератор как емкостную трехточку.

Рис. 7. Схема ЧМАГ.

База транзистора по ВЧ соединена в корпусом. ПОС создана емкостным делителем напряжения С4С5. Напряжение ОС поступает на резистор R4, включенный в эмиттерной цепи транзистора. Резонансная частота контура АГ определяется в основном элементами L3 и С3. Управляющий частотой колебательной системы АГ варикап подключен параллельно емкости контура с помощью емкости связи (С2). В режиме молчания емкость контура Скт=С0+СделСк1/(Сдел+Ск1). С0 учитывает паразитную емкость катушки L3 (C0=2..5 пФ). С_дел делителя ОС АГ образована конденсаторами С4 и С5 и межэлектродными емкостями транзистора. Отношение сопротивлений делителя х_дел и характеристического Zс контура определяет коэффициент связи p_к активного элемента (транзистора) с его нагрузкой. Для ослабления влияния нестабильности режима АГ на генерируемую частоту выбираем p_к порядка 0,1…0,2.

f_МТ=31,8 МГц,
Номинальная девиация частоты Дf_ном=50 кГц.

Допустимое отклонение напряжения смещения на варикапе (ДЕ_вт/Е_вт)_доп=.

Нормированные параметры:

Девиация

.

Амплитуда

А_ип-норма на защищенность.

Коэффициент управления частотой АГ

.

Коэффициент гармоник (2%). Это вдвое превышает допустимое значение уровня гармоник модулирующей частоты. Для обеспечения его снижения применяют предкорректор в тракте модулирующей частоты.

Зададимся значением характеристического сопротивления Z_c=100 Ом.

Емкость контура в режиме молчания С_кт=1/2рf_MTZ_c=50 пФ.

Ориентировочную емкость варикапа выбираем с помощью неравенства С_вмакс=(4…20)p_уС_кт. Нужен варикап с максимальной емкостью пФ.

Выберем варикап КВ117А. Его максимальная емкость составляет 26…39 пФ. Диод имеет достаточно высокое обратное напряжение (е_{обрмакс}=25В) и высокую добротность (Q_в=180).

Примем минимальное значение запирающего напряжения на варикапе e_вмин=Е_в=3В. Найдем наибольшее запирающее напряжение, используя максимальное значение параметра К_д, тогда е_вмакс=В < напряжения е_{обрмакс}=25В. Электрическая прочность по напряжению обеспечена.

Напряжение на варикапе в режиме молчания Е_вт=. На практике используют меньшие напряжения, принимая Е_вт<2Е_в=6В. Мы же оцениваем предельные параметры модулятора.

Емкость С_вт=пФ.

Допустимая нестбильность напряжения мВт.

Квазипиковая амплитуда модулирующего напряжения

В.

Допустимая амплитуда радиочастотного напряжения

В.

Расчет элементов контура. Емкость контура в режиме молчания найдена выше: С_кт=50пФ. Примем коэффициент включения контура р_к=0,2. Тогда емкость делителя (последовательного соединения С4 и С5) С_дел=С_кт/р_к=250 пФ.

оконечный усилитель модуляция звук передатчик

Емкость включенных параллельно конденсатора С3 и варикапа в режиме молчания

.

Расчетное значение девиации частоты .

Расчетная крутизна .

Расчетный коэффициент .

Коэффициент включения варикапа .

Емкость связи варикапа с контуром (С2) пФ.

Емкость контурного конденсатора пФ.

Контурная индуктивность мкГн.

Режим элементов контура АГ. Напряжение на конденсаторе связи В.

Напряжение на контурном конденсаторе (С3)

В.

Напряжение на контурной индуктивности В.

Напряжение на емкостном делителе (U_кэ) В.

Контурный ток

А.

Исходные данные к расчету АГ. Примем добротность нагруженного контура Q_н=50. Это обеспечит слабое влияние нагрузки АГ на его режим. Эквивалентное сопротивление Rэ=Z_CQ_н=100*50=5 кОм. Сопротивление нагрузки в цепи КЭ R_ЭК=0,2²*5*10³=200 Ом.

Максимально допустимая мощность АГ составляет мВт.

Допустимая постоянная составляющая коллекторного тока , 12,78мА для и=70⁰.

Сопутствующая АМ составит (<1%). Это больше допуска.

Список использованной литературы

1. Шахгильдян В.В. и др., Радиопередающие устройства: Учебник для вузов. - 3-е изд., перераб. И доп. - М.: Радио и связь, - 1996.

2. . Петров Б.Е., Романюк В.А., Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах.: Учебное пособие для радиотехн. Спец. Вузов. - М.: Высшая школа - 1989

3. Шахгильдян В.В . Учебное пособие для ВУЗов Проектирование Радиопередатчиков.

4-е издание перераб. -М : Радио и связь,2000

4.Забалканский Э.С., Новикова С.Р., Передатчики телевизионных вещательных радиостанций: Методические указания к курсовому проектированию / СПБГУТ.-СПб,2000.

Размещено на Allbest.ru