Расчёт и конструирование радиопередатчика - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника курсовая работа

Принципы выбора необходимого числа транзисторов и каскадов и их энергетический расчёт. Составление структурной и электрической принципиальной схем радиопередатчика. Расчёт умножителя частоты, LC-автогенератора с параметрической стабилизацией частоты.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)
Кафедра телевидения и управления (ТУ)
Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине
“Устройства формирования сигналов” (УФС)
РАСЧЁТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ РАДИОПЕРЕДАТЧИКА
Курсовой проект, 75 с., 22 рис., 10 источников, 3 приложения.
КОРОТКОВОЛНОВЫЙ РАДИОПЕРЕДАТЧИК, ТРАНЗИСТОРЫ, БАЗОВАЯ МОДУЛЯЦИЯ, ПОЛОСА ЧАСТОТ, СИСТЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ, УМНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ, МОДУЛЯТОР, УСИЛИТЕЛЬ МОДУЛИРОВАННЫХ КОЛЕБАНИЙ, АВТОГЕНЕРАТОР, АНТЕННА, СТРУКТУРНАЯ СХЕМА, ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА, ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ, ЦЕПЬ СОГЛАСОВАНИЯ, ВЫХОДНОЙ КАСКАД.
Объектом данного курсового проекта является механизм проектирования и расчёта параметров радиопередающего устройства, заданного в техническом задании (ТЗ) рядом требуемых параметров и эксплуатационных характеристик.
Цель работы - приобретение практических навыков аналитического расчёта радиопередатчика по целому ряду заданных параметров и, в конечном результате, разработка радиопередающего устройства, удовлетворяющего техническому заданию (ТЗ) и современным требованиям, предъявляемым к подобного рода устройствам. Помимо всего прочего, скрупулёзный подход к каждому из этапов проектирования неизбежно поспособствует надёжному закреплению знаний, полученных при изучении дисциплины “Устройства формирования сигналов” (УФС).
В процессе работы над данным курсовым проектом, в качестве промежуточных этапов проектирования, с учётом многообразия представленной элементной базы, подробно рассматривались принципы выбора необходимого числа каскадов, составления структурной схемы, а также решался ряд побочных задач, связанных непосредственно с составлением готовой принципиальной схемы, наилучшим образом удовлетворяющей поставленным требованиям технического задания (ТЗ) и её расчётом на основании выбранных параметров и режимов работы элементов. Именно поэтому при разработке описываемого передатчика главное внимание было уделено максимальному упрощению его конструкции, причём очевидно, что проводилось данное упрощение без ухудшения основных качественных показателей.
Разработанный радиопередатчик представляет собой самостоятельное радиопередающее устройство, работа которого полностью удовлетворяет поставленным в ходе курсового проекта практическим задачам и требованиям.
Полученное устройство может эффективно использоваться для передачи сигналов во множестве коммуникационных отраслей: при радиовещании, радиолокации, радиопеленгации, а также в частных случаях радиовещания (звуковом и телевизионном). Поскольку согласно техническому заданию (ТЗ) проектируемый радиопередатчик является коротковолновым (рабочая частота 27 МГц, следовательно, рабочая волна около 11 метров что как раз и соответствует коротковолновому диапазону), наибольшую эффективность при практическом применении будет представлять именно радиовещание, а также профессиональная и любительская радиосвязь. Известно, что короткие волны (КВ) непроницаемы для ионосферы, что делает невозможным работу передатчика для связи между космическими аппаратами и наземными станциями. Однако, при отражении коротких волн от ионосферы, потери энергии будут незначительными, а учитывая многократность отражений от ионосферы и поверхности Земли, передача возможна на очень большие расстояния, даже между точками, разделёнными неоднородностью земной поверхности. Все вышеизложенные утверждения являются несомненными достоинствами радиопередачи в диапазоне коротких волн. Также стоит упомянуть и о недостатках, которые неизбежно необходимо учитывать уже на этапе проектировании передатчика. Условия и сама возможность передачи коротких волн непосредственно зависят от времени, суток и погодного режима, так как именно этим определяется высота и степень ионизации различных слоев ионосферы (а значит и степень отражения волн от её поверхности, что вызывает дополнительное появление потерь). Чтобы обеспечить регулярную связь, приходится в разное время года и суток пользоваться волнами разной длины (к примеру, из-за периодичности солнечной активности днём лучше распространяются волны меньшей длины, а ночью - большей). Также, на коротких волнах наблюдается эффект замирания (изменение уровня принимаемого сигнала, проявляющегося как кратковременное снижение амплитуды несущей частоты или вовсе её пропадание). Замирание возникает из-за того, что радиоволны от передатчика идут к приёмнику разными путями, в разной фазе и, интерферируя на антенне приёмника, могут ослаблять друг друга. Впрочем, подобного рода эффекты необходимо учитывать при конструировании приёмников, а не передатчиков.
Представленный алгоритм расчёта различных параметров и элементов радиопередающего устройства с базовой модуляцией может быть легко модифицирован и эффективно использован в дальнейшем студентами высших учебных заведений, преподавателями и лаборантами при проведении расчётных работ параметров и характеристик радиопередающих устройств (например, при других характерах модуляции или частотных диапазонах).
В целом же, весь спектр действия готового продукта изложить не представляется возможным в силу общей применимости радиопередатчиков ко множеству сфер человеческих коммуникаций. Универсальность продукта особенно подчёркивается безграничным многообразием информации, содержащейся в сигналах, передача которых возможна в радиоэфире.
Развитие объекта исследования на данном этапе не представляется возможным в силу его предельной универсальности в решении поставленных задач, а также с учётом быстрого и непрерывного совершенствования полупроводниковых устройств и технологий, лежащих в основе не только радиопередающих устройств, но и во всей современной технике.
Основная часть представленных расчётов проведена в среде PTC Mathcad Prime 3.0. Окончательный вариант схемы представлен при помощи программы Microsoft Visio 2013. Пояснительная записка выполнена в текстовом процессоре Microsoft Office Word 2013 .
2. Расчёт и обоснование структурной схемы передатчика
2.1 Обоснование структуры радиопередатчика
3.1 Принцип работы усилителя модулированных колебаний (УМК) и предварительные расчёты
3.3 Принципы расчёта каскада на максимальную мощность
3.4 Вопросы теории электрического расчёта цепи базы
3.5 Энергетический расчёт каскада на максимальную мощность
3.6 Электрический расчёт нагрузочной системы выходного каскада
3.7 Компенсация паразитной выходной ёмкости
3.8 Конструктивный расчет элементов нагрузочной системы
3.9 Уточнение принципиальной схемы каскада
4.1 Теория базовой модуляции и предварительные расчёты
4.3 Энергетический расчёт каскада на максимальную мощность
4.4 Электрический расчёт нагрузочной системы модулируемого каскада
4.5 Компенсация паразитной выходной ёмкости транзистора и входной ёмкости оконечного каскада
4.6 Расчёт СМХ модулируемого каскада
4.8 Расчёт параметров входной цепи модулируемого каскада и определение свойств СМХ
4.9 Уточнение принципиальной схемы каскада
5.1 Теоретические сведения и предварительные расчёты
5.3 Энергетический расчёт каскада умножителя
5.4 Электрический расчёт нагрузочной системы умножителя
5.5 Уточнение принципиальной схемы каскада
6. Расчёт LC-автогенератора с параметрической стабилизацией частоты
Приложение А Электрическая принципиальная схема радиопередатчика
Приложение В Структурная схема радиопередатчика
Основной целью данного курсового проекта является проектирование коротковолнового радиоприёмника, который может использоваться для формирования и передачи сигналов диапазона коротких волн (КВ) при различных коммуникациях. Одним из основных требований в данном случае является обеспечение необходимых параметров передаваемого сигнала в заданной полосе частот.
Существует немало видов передатчиков. Главным образом, всё их различие сводится к топологии схемы, зависящей от заданных требований, которые в свою очередь связаны с выполняемыми передатчиком задачами В зависимости от предъявляемых условий радиопередатчики могут быть классифицированы по двум признакам: диапазону волн и назначению.
В соответствии с рабочим диапазоном передатчики делятся на длинноволновые ( л=3000 м), средневолновые ( л=200-300 м), промежуточных волн ( л=50-200 м), коротковолновые ( л=10-50 м) и ультракоротковолновые ( л ?10 м) . А по назначению все передатчики могут быть разбиты на группы: радиовещательные, связные, радиолокационные, навигационные, телевизионные и многие другие.
Проектируемый передатчик является коротковолновым радиовещательным радиопередатчиком .
При таком трудоёмком и многоэтапном процессе, коим и является проектирование радиопередающих устройств, решается ряд задач, связанных с составлением схемы, наилучшим образом удовлетворяющей поставленным требованиям, и с расчетом этой схемы на основании выбранных параметров.
Техника радиопередающих устройств развивается непрерывно и интенсивно. Это обусловлено определяющей ролью передатчиков в качестве работы, надежности, энергопотреблении и стоимости в различных радиосистемах, обеспечивающих передачу и приём различного рода информации при радиосвязи, радиовещании, радионавигации и др.
Радиопередающими называют устройства, предназначенные для выполнения двух основных функций - генерации электромагнитных колебаний определённой частоты и их модуляции в соответствии с передаваемым сообщением.
Радиопередатчики обычно используются вместе с радиоприёмником и питающим устройством. Вместе весь этот комплекс называется радиостанцией. Самостоятельно радиопередатчики используются в тех областях, где не нужен приём информации в месте её передачи (сигналы точного времени, разнообразные навигационные радиомаяки для определения местоположения объектов, многопозиционная радиолокация, радиовещание).
Диапазон коротких волн (КВ) обладает большой информационной ёмкостью и поэтому его используют для передачи широкополосных сигналов, в частности, для связи. Применение транзисторов в передатчиках способствует повышению надёжности устройств по сравнению с ламповыми аналогами, однако, полупроводники обладают гораздо меньшей радиационной устойчивостью.
Требования, которым должен удовлетворять передатчик - простота схемного исполнения, дешевизна, надёжность, минимум искажений, а также высокий коэффициент полезного действия (КПД). На основании этих требований и был спроектирован радиопередатчик, описываемый ниже.
Как и требуется по техническому заданию (ТЗ), будет использован метод базовой модуляции смещением, к достоинствам которого можно отнести небольшую требуемую мощность от источника модулирующего сигнала, а к недостатком небольшую энергетическую эффективность.
2 . Расчёт и обоснование структурной схемы передатчика
2.1 Обоснование структуры радиопередатчика
На первом этапе проектирования необходимо составить обобщённую структурную схему всего тракта радиочастоты передатчика. Изначально схема является лишь ориентировочной. В процессе выполнения работы (когда рассчитывается основное число каскадов передатчика), в структурную схему неизбежно приходится вносить некоторые изменения. Поскольку проектируемый передатчик предназначен для амплитудно-модулированного вещания, он содержит модулируемый каскад, в сущности являющийся обычным усилителем, однако амплитуда на выходе должна быть пропорциональна величине модулирующего сигнала.
Поскольку при данном виде модуляции от транзистора требуется едва ли не четырёхкратный запас по мощности, по сравнению с обычным усилительным каскадом, модулируемый каскад будет оконечным. А в целях оптимальной экономической эффективности число каскадов с большим запасом по мощности будет сведено к минимуму.
Согласно техническому заданию (ТЗ), разрабатываемый радиопередатчик должен содержать модулируемый каскад, в котором применена базовая амплитудная модуляция . Известно, что при базовой модуляции невозможно получить коэффициенты модуляции, больше 0,6 без существенных искажений, что в данном случае является существенным недостатком. Поэтому, для того, чтобы получить требуемый по ТЗ коэффициент модуляции, равный 0,8 , необходимо использование, кроме самого каскада базовой модуляции, оконечный каскад УМК (усилителя модулированных колебаний с определённым выбором угла отсечки коллекторного тока). Подобный приём приведёт к увеличению коэффициента модуляции сигнала на выходе УМК по сравнению с входным сигналом, полученным после базовой модуляции. Таким образом, уже прорисовывается структура конструируемого передатчика: оконечный каскад - УМК, а модулируемый каскад будет предоконечным .
В качестве возбудителя колебаний будем использовать автогенератор (АГ ) с параметрической стабилизацией частоты . АГ в радиопередатчиках являются первичными источниками колебаний, частота и амплитуда которых определяются только собственными параметрами схемы и должны в очень малой степени зависеть от внешних условий. В состав АГ обязательно входит активный элемент (транзистор) и колебательная система, определяющая частоту колебаний (в данном курсовом проекте, согласно заданию, LC-цепочка). В многокаскадных передатчиках основные требования предъявляются к стабильности АГ. С этой целью АГ стараются защитить от внешних воздействий: температуры, вибраций, электромагнитных излучений, нестабильности источников питания и т.д.
Частота LC-резонатора для получения относительной нестабильности (д?10-5) не должна превышать 10 МГц. Следовательно, для получения выходных колебаний с требуемой частотой передатчик должен содержать задающий LC-автогенератор с частотой, не превышающей указанного выше значения, и умножитель частоты. Использование в автогенераторе частоты, отличающейся от излучаемой, приведёт к значительному снижению паразитных обратных связей. Это связано с тем, что мощность излучения в сотни раз превосходит мощность автогенератора и на одинаковой частоте излучённые колебания, вполне вероятно, могут проникать в автогенератор. Расчёт элементной базы контура АГ наиболее просто и наглядно проводить для случая, когда он построен по ёмкостной трёхточечной схеме.
Все каскады, стоящие между автогенератором и антенной являются усилительными. К ним относятся: умножитель частоты, модулируемый каскад и усилитель модулированных колебаний . Чаще всего, активный элемент (АЭ) в усилительных каскадах включают по схеме с общим эмиттером (ОЭ), так как такое включение обеспечивает максимальный коэффициент усиления по мощности. Данный вариант включения АЭ и будет применён в ходе дальнейшего проектирования.
Между усилительными каскадами необходимо включение резонансных нагрузочных систем для селекции (выделения) нужной гармоники коллекторного тока, а также для преобразования входного сопротивления последующего каскада в сопротивление нагрузки предыдущего каскада.
По заданию предполагается самостоятельный выбор способа связи с антенной. Наиболее реально предположить, что передача энергии от передатчика к антенне будет осуществляться по радиочастотному коаксиальному кабелю, так как для используемой рабочей частоты подойдёт только такой вид линии передачи, ибо частота слишком высока, чтобы передавать колебания по обычной двухпроводной линии (вследствие больших потерь), но недостаточна для передачи энергии по волноводу (из-за невозможности реализации низкочастотного волноводного тракта, в связи с наличием критической длины волны в волноводе). Согласно ГОСТ 11326.0-78 (Кабели радиочастотные) , выберем для использования радиочастотный коаксиальный кабель РКС 15/38 , имеющей волновое сопротивление в пределах допустимой погрешности (±2 Ом) равное заданному активному сопротивлению антенны (38 Ом ) .
Согласование (равенство активного сопротивления антенны волновому сопротивлению используемого кабеля) необходимо для более полной отдачи энергии в антенну. В противном случае, в подводящем тракте возможно появление, наряду с падающей волной, волны отражённой от входа антенны, что, в свою очередь, может привести к уменьшению суммарной амплитуды колебаний в излучателе. При этом реактивное сопротивление антенны должно отсутствовать. Поскольку волновое сопротивление выбранного типа линии передачи ( 38 Ом ) в допустимых пределах совпадает с заданным в ТЗ активным сопротивлением антенны ( 36 Ом ), примем сопротивление нагрузки каскада также равным 36 Ом .
Основные характеристики используемого типа кабеля ( РКС 15/38 ), согласно ГОСТ 11326.0-78, представлены в таблице 2.1.
Табл. 2.1 - Характеристики коаксиального кабеля РКС 15/38
Кабель радиочастотный герметизированный
Коэффициент затухания при эксплуатации, дб/м при частоте 200 МГц
Пределы допустимых t при эксплуатации, °С min/max
Сопротивление связи не более, мОм/м
Исходя из заданной частоты выходных колебаний (частоты несущей), определим длину рабочей волны радиопередатчика :
Считая, что в техническом задании задана средняя излучаемая в пространство мощность (), определим мощность на выходе в режиме молчания. Мощность в режиме молчания отличается от средней мощности (в среднем имеется непрерывная модуляция с некоторым среднестатистическим коэффициентом модуляции , который, согласно рекомендуется брать равным 0,3 - 0,4).
Тогда максимальная (пиковая) мощность, которая должна излучаться в пространство равна:
где - максимальный коэффициент модуляции (согласно ТЗ)
Исходя из того, что вся полученная от оконечного каскада передатчика мощность не дойдёт до антенны, поскольку имеются затухания в нагрузочном контуре каскада и в линии передачи, требование к максимальной выходной мощности оконечного каскада следует усилить, учитывая вышеназванные потери. Поэтому, максимальная мощность, требуемая от оконечного каскада радиопередатчика с учётом затухания будет рассчитываться следующим образом:
где - коэффициент производственного запаса
К.П.Д выбранной линии передачи (фидера) исходя из заданных параметров используемого кабеля, приведённых в таблице 2.1 рассчитаем по следующей формуле:
где - коэффициент связи (с учётом того, что сопротивление связи не должно превышать 1 мОм/м, )
- коэффициент затухания при эксплуатации ( дб/м при частоте 200 МГц)
По рассчитанному значению к.п.д. фидера () очевидно практически полное отсутствие потерь в выбранной линии передачи, которой является радиочастотный коаксиальный кабель РКС 15/38.
Тогда максимальная мощность, требуемая от оконечного каскада радиопередатчика с учётом затухания будет равна:
На данном этапе логичным было бы распределение необходимого усиление по усилительным каскадам для определения оптимального их числа с целью обеспечения рассчитанной мощности в антенне при определённой и небольшой мощности автогенератора, однако по ряду причин сделать это технически невозможно. Одной и самой главной из таких причин является факт того, что точное число каскадов станет известным лишь после расчёта усиления каждого из них. Поэтому будем придерживаться следующей методики: после расчёта коэффициентов усиления по мощности оконечного и модулируемого каскадов, а также усилителя частоты, будет понятно нужен ли ещё один каскад усиления мощности или нет. Если же мощность возбуждения умножителя будет превышать рекомендуемую выходную мощность задающего автогенератора, необходимо будем ввести ещё один резонансный усилительный каскад между модулируемым и умножителем частоты, после чего пересчитать весь умножитель.
3.1 Принцип работы усилителя модулированных колебаний (УМК) и предварительные расчёты
Оконечный каскад представляет собой транзисторный резонансный усилитель мощности высокой частоты, собранный по схеме с общим эмиттером (ОЭ). Как уже было сказано ранее, для достижения требуемого коэффициента модуляции (0.8), необходимо после базовой модуляции в предоконечном каскаде осуществить дополнительную модуляцию в оконечном каскаде, являющимся усилителем модулированных колебаний. Режим усиления модулированных колебаний можно рассматривать как один из методов модуляции, где модулирующим фактором является напряжение возбуждения . При его изменении меняется амплитуда и угол отсечки импульса коллекторного тока так же, как при изменении напряжения смещения, что делает этот вид модуляции похожим на модуляцию смещением. Транзистор выбирается с номинальной мощностью, не меньшей мощности в максимальном режиме, поскольку энергетические соотношения в режиме усиления модулированных колебаний такие же, как при модуляции смещением, поскольку активный элемент работает в недонапряжённом режиме.
Особенности усилителя модулированных колебаний по сравнению с каскадом обычного генератора с внешним возбуждением заключаются в выборе базового смещения. При угол отсечки коллекторного тока равен 90° и не меняется при изменении амплитуды возбуждения. Статические модуляционные характеристики (СМХ) при этом представляет собой прямую, проходящую через начало координат. В этом случае происходит линейное усиление модулированных колебаний, причём глубина модуляции на выходе такая же, как на входе.
При выборе отличного от смещения, угол отсечки коллекторного тока изменяется в процессе модуляции. СМХ в этом случае может быть представлена прямой, сдвинутой относительно начала координат вправо. При этом глубина модуляции на выходе получается большей, чем на входе. Это означает, что такой режим позволяет осуществить углубление модуляции, что как раз и необходимо в нашем случае. Если глубина модуляции на входе , а на выходе требуется то угол отсечки коллекторного тока для максимального режима можно вычислить по следующей формуле:
где - заданное в ТЗ максимальное значение коэффициента модуляции
- коэффициент модуляции на входе оконечного каскада (равен 0,6 поскольку при базовой модуляции невозможно получить коэффициенты модуляции, больше 0,6)
Электрический расчёт усилителя модулированных колебаний (УМК) начнём с выбора входящего в схему активного элемента - транзистора . Очевидно, что он должен обеспечивать номинальную мощность на выходе, не меньшую мощности ранее рассчитанной мощности в максимальном режиме (Вт). Исходя из данной максимальной мощности (Вт)., а также рабочей частоты усиливаемых колебаний (27 МГц) подберём соответствующий усилительный элемент. По всем параметрам для данного каскада наиболее подходит высокочастотный биполярный NPN-транзистор KT903 , параметры которого приведены в таблице 3.1.
Табл. 3.1 - Параметры АЭ УМК, представленного транзистором KT903
Максимальный постоянный ток коллектора,
Максимальный ток коллектора в импульсе,
Максимальное напряжение коллекторного перехода,
Максимальная средняя мощность на коллекторе,
Предельная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ,
Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ,
Высокочастотное сопротивление насыщения,
3.3 Принципы расчёта каскада на максимальную мощность
При использовании каскада на транзисторе, включенном по схеме с ОЭ, с обычной резистивной коллекторной нагрузкой, теоретически возможно получение максимального КПД 25%. При использовании в качестве коллекторной нагрузки дросселя - 50%; а при использовании колебательного контура теоретически возможно получение КПД до 100%. Именно поэтому при разработке данного радиопередатчика в качестве коллекторной нагрузки транзистора выбран колебательный контур , являющийся цепью согласования (трансформации входного сопротивления последующего каскада в критическое сопротивление нагрузки). Подобные процессы очень важны, так как наилучшие электрические параметры каскада оказываются именно в критическом режиме работы. При этом амплитуда выходного напряжения, тока, а, следовательно, и выходная мощность, оказываются максимально возможными, а мощность, рассеиваемая на коллекторе, наоборот, минимизируется. Таким образом, КПД каскада в критическом режиме оказывается близким к максимальному. Это значит, что разогрев транзистора и затраты энергии источника питания уменьшаются до возможно малого значения.
Критический режим работы достигается специальным выбором амплитуды переменного напряжения и импульса тока на коллекторе транзистора, исходя из имеющегося сопротивления насыщения усилительного элемента, выбранного напряжения коллекторного питания и заданной выходной мощностью. Критический режим обеспечивается, если на семействе выходных характеристик используемого транзистора точка пересечения линии критического режима и линии, соответствующей сопротивлению коллекторной нагрузки, соответствуют амплитуде выходного напряжения и импульса тока на коллекторе. Кроме того, при выбранных значениях амплитуд должна обеспечиваться и требуемая выходная мощность.
3.4 Вопросы теории электрического расчёта цепи базы
Как известно, на высоких частотах, близких к предельной частоте , транзистор обладает значительной инерционностью, которую никак нельзя не учитывать при расчётах. Конструируемый передатчик как раз и использует транзисторы на пределе их частотных возможностей. Упрощённая эквивалентная схема транзистора на высокой частоте без учёта индуктивностей выводов приведена на рис. 3.1.
Согласно эквивалентной схеме, справедлива следующая аппроксимирующая функция проходной характеристики усилительного каскада:
Фактически, на высокой частоте форма импульсов тока коллектора не совпадает с формой импульсов тока базы. Если импульсы тока базы считать косинусоидальными, то на коллекторе форма импульсов тока «размывается», а максимум мгновенного значения тока этого “размытия» смещается вправо по оси времени (то есть запаздывает). Такие искажённые импульсы тока коллектора затрудняют анализ работы транзистора на высоких частотах. Для упрощения анализа вводится аппроксимирующая функция, исходя из которой, форма импульсов тока коллектора принимается косинусоидальной, однако импульсы имеют некоторый другой, высокочастотный угол отсечки, больший исходного низкочастотного на базе, и запаздывают по фазе.
Высокочастотный угол отсечки в градусах приблизительно определяется следующим выражением:
Низкочастотный угол отсечки - это и есть угол отсечки импульсов тока базы, то есть следует считать, что даже на высокой частоте форма импульсов тока базы остаётся гармонической с неизменным от частоты углом отсечки, хотя и появляется некоторый сдвиг фаз между входным током и входным напряжением за счёт наличия входной ёмкости. На высокой частоте, стремящейся к предельной, этот сдвиг фаз приближается к 90°, как и происходит в любом конденсаторе.
Теперь можно найти необходимую амплитуду напряжения на базе транзистора:
Угол отсечки импульсов базового тока, вызвавшего аппроксимированный импульс коллекторного тока, определяется по формуле:
Требуемое напряжение смещения на базе для обеспечения нужного угла отсечки импульсов тока базы получается из формулы для определения угла отсечки:
В конечной формуле учитывается падение напряжения на внутреннем сопротивлении транзистора. Считается, что необходимо обеспечить требуемый низкочастотный угол отсечки не снаружи, на входе транзистора, на выводе базы, а внутри его (согласно рис. 3.1 в точке ). Тогда угол отсечки импульсов тока на выводе базы окажется отличным (большим) от угла отсечки импульсов тока во внутренней точке . Но эта точка и вывод базы - это, фактически, одна ветвь, а ток ветви одинаков в любом её сечении. И даже более того, если учитывать падение постоянного напряжения на сопротивлении транзистора за счёт протекания постоянной составляющей тока базы, то почему бы не учесть падение переменного напряжения за счёт протекания переменной составляющей тока. В таком случае, в конечной формуле амплитуду напряжения на входе () пришлось бы взять завышенной с учётом падения части переменного напряжения на резисторе , а это бы привело к получению такого же угла отсечки на выводе базы, как и внутри транзистора.
3.5 Энергетический расчёт каскада на максимальную мощность
Поскольку оконечный каскад является усилителем модулированных колебаний , естественным будет то, что мощность на выходе будет принимать различные значения в пределах от минимального до максимального. Поэтому, для того, чтобы усилительный каскад не вышел из строя при больших мгновенных значениях выходной мощности, его расчёт следует производить именно на максимально возможную, а не на среднюю или какую-либо другую меньшую мощность. В таблице 3.2 приведены необходимые для расчёта данные.
Табл. 3.2 - Данные для энергетического расчёта УМК
Полезная мощность, генерируемая транзистором, Вт
В силу того, что оконечный каскад является УМК, для него следует выбрать угол отсечки коллекторного тока не 90° (как было бы при режиме линейного усиления), а посчитанное ранее значение (81°). Для данного угла отсечки подсчитаем величины коэффициентов Берга по представленным ниже формулам, с учётом того, что рассчитанный угол отсечки (81°) должен быть выражен в радианах (1,41 рад).
Произведём предварительный расчёт амплитуды переменного напряжения на коллекторе:
Тогда максимально возможное напряжение коллекторного питания:
Выберем в качестве напряжения источника коллекторного питания значение из стандартного ряда, удовлетворяющее условию: .
Поскольку стандартный ряд значений напряжений источника питания имеет в своём составе следующие величины: 3; 4; 5; 6; 6,3; 9; 12; 12,6; 15; 20; 24; 27; 30; 40; 48; 60 В, примем .
Проверку на допустимое напряжение коллекторного перехода дополнительно проводить не требуется, т.к. условие уже предотвращает превышение допустимого предела напряжения на коллекторе. Это связано с тем, что при предварительном расчёте амплитуды колебаний напряжения на коллекторе учитывается соответствующий допустимый параметр.
Для выбранного напряжения коллекторного питания оконечного каскада уточним значение амплитуды переменного напряжения на коллекторе :
Остаточное напряжение на коллекторе:
Амплитуда импульса коллекторного тока определяется выражением:
Очевидно, что величина импульса тока коллектора не превышает максимально допустимого значения.
Постоянная составляющая тока коллектора:
Величину постоянной составляющей тока эмиттера определим с учётом известного из микроэлектроники полупроводниковых приборов соотношения: ток эмиттера - это сумма тока коллектора и базы. Последний, в свою очередь, в раз меньше коллекторного тока, а значит:
Известно, что ёмкость коллектор-база транзистора, зависит от приложенно
Расчёт и конструирование радиопередатчика курсовая работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Контрольная Работа 3 Алгебра 7 Класс Мерзляк
Дипломная работа по теме Криминологическая и уголовно-правовая характеристика налоговых преступлений
Доклад по теме "Золотой век" русской культуры
Реферат: Трансмиссивные и природноочаговые заболевания человека и домашних животных на территории РБ
Дипломная работа по теме Оптимизация метода выделения днк из срезов фиксированной ткани колоректальных опухолей
Истинные И Ложные Ценности Сочинение
Дипломная работа: Проблемы и перспективы развития социальных отношений в современной России
Контрольная работа по теме Государственный аппарат в унитарном и федеративном государстве. Соотношение типа и формы государства
Сочинение По Литературе На Тему Почему Христос
Доклад: Нирвана
Реферат На Тему Экономическое Развитие Ссср (1945-1991) И Постсоветской России
Реферат: Фотоаппарат
Что Послужило Ссоры Дубровского И Троекурова Сочинение
Реферат: Гершензон о интеллигенции. Скачать бесплатно и без регистрации
Контрольная работа по теме Формування системи сімейної медицини в Україні
Покупка Курсовых Работ
Доклад: Пресс Ирина Натановна
Отличие Кандидатской Диссертации От Докторской
Курсовая работа по теме Ч.Р. Миллз, его первый леворадикальный проект 'новой социологии'
Сочинение На Тему Послевоенное Время
Зовнішні та внутрішні функції держави - Государство и право курсовая работа
Альтернативная история России XX века в трудах современных российских фантастов - История и исторические личности магистерская работа
Россия времен преобразований Петра I - История и исторические личности реферат