Проектирование высокочастотного усилителя радиосигнала

Размещено на http://allbest.ru

1.Высокочастотный усилитель мощности

радиопередающий цепь транзистор

Для рассмотрения работы одного из основных каскадов радиопередающего устройства (РПДУ) выбран усилитель мощности (УМ), в котором в качестве активного элемента используется биполярный транзистор (БТ).

Необходимо отметить, что физические процессы в таких приборах как радиолампы, полевые и биполярные транзисторы различны, однако их статические характеристики имеют много общего, отличаясь лишь в деталях и порядками величин их параметров. Поэтому для этих приборов применяют одинаковые методы аппроксимации статических характеристик и расчёта режимов основных каскадов РПДУ. На рисунке 1 показана обобщённая структурная схема каскада высокочастотного усилителя мощности.

Рисунок 1

Входная цепь согласования служит для трансформации сопротивления источника возбуждения R_ист к входному сопротивлению активного элемента z_вх=r_вх+jx_вх. Выходная цепь согласования служит для трансформации значения оптимального для активного элемента сопротивления коллекторной нагрузки R_эк.кр к входному сопротивлению нагрузки R_н (например: входное сопротивление антенно-фидерного тракта, входное сопротивление последующего каскада усиления). Дополнительные цепи могут содержать элементы коррекции частоты для широкодиапазонных усилителей, элементы согласования сопротивления, такие как резистор R_доп применяемый для уменьшения величины изменения входного сопротивления со стороны транзистора при переходе его работы из активного режима в режим отсечки. Цепь смещения обеспечивает задаваемый угол отсечки подачей необходимого напряжения Е_см на базу транзистора и развязку по переменному току источника питания Е1. Цепь питания выходного электрода обеспечивает энергией усилитель и развязывает цепи согласования и источника питания Е2 по переменному току.

На рисунке 2 изображён один из возможных вариантов реализации высокочастотного усилителя мощности. Элементы L1, C1, C2, C3 выполняют функцию входной цепи согласования. L4, C7, C8, C9, L5, C10, C11 - выходная двухзвенная цепь согласования. Дополнительная цепь построена на конденсаторе большой ёмкости С5 (Х_С5 ? R1/50 в рабочей полосе частот) и резисторе R1, выполняющего роль дополнительного сопротивления R_доп. Е1, L2, C4 - цепь смещения с отдельным источником питания постоянного напряжения E1 и блокировочными дросселем L2 и конденсатором С4. Е2, С6, L3 - цепь питания.

Рисунок 2

Транзистор VT1 в схеме на рисунке 2 работает с отсечкой при амплитуде переменного напряжения на базе сравнимой с величиной напряжения отсечки транзистора (Е_отс?0,7 В для кремниевых транзисторов). Для улучшения энергетических показателей усилителя устанавливают работу транзистора с углом отсечки и близким или равным к 90? (класс усиления В). При Е_см=Е_отс угол и=90? и не зависит от амплитуды возбуждающего напряжения, что особенно важно для усиления амплитудно-модулированных сигналов и сигналов с однополосной модуляцией. Для усиления сигналов только с угловой модуляцией часто применяют класс усиления С (угол и<90?). Это упрощает цепь смещения, которую можно заменить одним резистором R1 сопротивлением равным R_доп, подключенным между базой и общей шиной без конденсатора. То есть выполняется одновременно и функция дополнительной цепи.

Для расчёта высокочастотного усилителя мощности можно применить методики, изложенные в [1, 3, 4].

Для расчёта кварцевого генератора по схеме емкостной «трёхточки» можно применить методики, изложенные в [1, 2, 4].

Расчёт должен быть представлен на листах формата А4, в распечатанном виде.

2.Пример расчета высокочастотного усилителя мощности

Для расчёта выходного усилителя мощности возбудителя используем подходящий по параметрам транзистор 2Т9212А. Расчёт проводим в соответствие с рекомендациями, приводимыми в [1,4]

Расчет коллекторной цепи каскада

Для получения максимального усиления по мощности и КПД транзистор должен работать в критическом режиме с углом отсечки . Примем , тогда необходимые для расчета коэффициенты Берга принимают значения:

Исходя из требований к выходной мощности РПДУ, изложенной в техническом задании, найдем необходимую мощность создаваемую усилителем:

Так как и предполагаемый коэффициент полезного действия , то

. (1)

Амплитуда первой гармоники напряжения на коллекторе:

(2)

Максимальное напряжение на коллекторе не превышает допустимого

(3)

Амплитуда первой гармоники коллекторного тока

(4)

Сопротивление коллекторной нагрузки

(5)

Постоянная составляющая коллекторного тока

(6)

Максимальный коллекторный ток

(7)

Мощность, потребляемая от источника питания

(8)

Рассеиваемая мощность на коллекторе транзистора

(9)

Коэффициент полезного действия коллекторной цепи при заданной полезной нагрузке

(10)

3. Расчет входной цепи транзистора

Для расчета потребуются следующие значения параметров транзистора:

Ом Ом

При расчете входной цепи транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, предполагается, что между его базовым и эмиттерным выводами включен резистор R_доп, сопротивление которого ориентировочно равно:

? 23 Ом (11)

Амплитудное значение тока базы

(12)

(13)

Максимальное обратное напряжение на эмиттерном переходе

(14)

Постоянные составляющие базового и эмиттерных токов

(15)

(16)

Напряжение смещения на эмиттерном переходе

(17)

Эквивалентная схема входного сопротивления транзистора

(18)

=0,58Ом QUOTE =6,088

6*0,000000000009*108,03*0,5+0,15+0,5*2р*500*6*0,45*-9=0,35Ом (19)

(20)

(21)

Резистивная и реактивная составляющие входного сопротивления транзистора

(22)

? 10 Ом (23)

(24)

Мощность возбуждения на рабочей частоте без учета потерь во входном согласующем контуре

(25)

QUOTE вх'=0,5*б2вх=0,5*0,0144*29,87=0,215 8.Коэффициент усиления по мощности транзистора на рабочей частоте

(26)

Общая мощность, рассеиваемая транзистором

(28)

4.Расчет цепей согласования

Выходная цепь согласования:

Спроектированный каскад необходимо согласовать с нагрузкой

1.Зададим величину волнового сопротивления контура

2.Определим индуктивность контура

(1)

3.Величина L

(2)

L=100*Гн

4.Величина емкости

(3)

5.Величины емкостей конденсаторов С₁ и С₂

(4)

(5)

6.Внесенное в контур сопротивление

(6)

7.Добротность нагруженного контура

(7)

8. Расчет коэффициента фильтрации высших гармоник для выходного каскада

Ф= (8)

P_2вых=P₁()²= 27,77()² = (9)

9. Проверка нагрузочной системы на обеспечение требуемой полосы пропускания

?f ? =25125,62 (10)

Максимальная частота модуляции: Fв=3400 Гц

?f=2F_в=6800 Гц (11)

Входная цепь согласования

Спроектированный каскад необходимо согласовать с нагрузкой

R_вх=50 Ом

1.Зададим величину волнового сопротивления контура

2.Определим индуктивность контура

(12)

3.Величина L

(13)

L=60*Гн

4.Величина емкости

(14)

5.Величины емкостей конденсаторов С₁ и С₂

(15)

(16)

6.Внесенное сопротивление

(17)

7.Добротность нагруженного контура

(18)

8. Расчет коэффициента фильтрации высших гармоник для выходного каскада

Ф= (19)

P_2вых=P₁()²=0,0157Вт (20)

9. Проверка нагрузочной системы на обеспечение требуемой полосы пропускания

?f ? =8010680,907 (21)

Максимальная частота модуляции: Fв=3400 Гц

?f=2F_в=6800 Гц (22)

Расчет блокировочных элементов в цепях питания выходного усилителя

Индуктивность дросселя в цепи смещения рассчитываем через значение модуля входного сопротивления транзистора на рабочей частоте.

Емкости блокировочных конденсаторов:

Ф

Величины блокировочных индуктивностей:

Гн

На рисунке 3 приведена схема выходного усилителя по результатам проделанного расчёта.

Размещено на Allbest.ru