Расчет цепи согласования, Электрический расчет - Проектирование выходного каскада связного передатчика с частотной модуляцией

Электрический расчет

К выходным, межкаскадным и выходным цепям согласования ЦС, установленным в ГВВ, предъявляется ряд требований:

    1. ) Трансформация нагрузочных сопротивлений на основной частоте; 2. ) Обеспечение для входных цепей определенного входного сопротивления Zвх(n), а для входных цепей - определенного выходного сопротивления Zвых(n) на частотах высших гармоник; 3. ) Обеспечение заданных амплитудно - и фазочастотных характеристик; 4. ) Возможность перестройки в рабочей полосе частот и при изменениях нагрузки.

Для работы активного элемента (АЭ) оптимальном (граничном) режиме в выходную цепь необходимо включить сопротивление нагрузки Rгр (в нашем случае, рассчитанное по (3.2.9) Rэк ном = 19,34 Ом). Но сопротивление нагрузки реального потребителя энергии высокочастотных колебаний в общем случае отличается от выходного сопротивления транзистора в граничном режиме (в нашем случае по техническому заданию потребитель ВЧ энергии - фидер с входным активным сопротивлением Rвх фид = 75 Ом). Поэтому первой задачей ЦС (в нашем случае) является преобразование входного сопротивления фидера к выходному сопротивлению оконечного усилительного каскада. Другими словами необходимо трансформировать 75 Ом в 19,34 Ом, т. е. необходимо ЦС обеспечить коэффициент трансформации ? если смотреть от потребителя.

По предложенной структурной схеме связного передатчика с ЧМ (см. раздел 2) ЦС нет необходимости фильтровать высшие гармоники, т. к. эта задача лежит на "плечах " выходного фильтра. А также для обеспечения важного 4.) _ го требования к ЦС целесообразно использовать в качестве ЦС трансформатор на феррите (см. [5] стр. 216) при использовании которого отпадет необходимость в перестройке ЦС в рабочей полосе частот.

Такие широкодиапазонные трансформаторы с коэффициентом перекрытия по частоте 10...103 и выше выполняют обычно с магнитопроводом и разделяют их на два класса:

    Ш с доминирующеймагнитной связью между обмотками, те обычные трансформаторы; Ш с электромагнитной связью между обмотками, образованными отрезками длинных линий, так называемые трансформаторы на длинных линиях (ТДЛ).

Для современных мощных генераторных транзисторов характерны низкие входные и нагрузочные сопротивления, составляющие единицы и даже доли ома. При столь низких нагрузочных сопротивлениях частотные ограничения "сверху" определяются индуктивностями рассеяния, которые не должны превышать единиц и даже долей наногенри, что в обычных трансформаторах обеспечить затруднительно. Поэтому для трансформации столь низких сопротивлений в диапазоне частот 0,1...1000 МГц и выше используют ТДЛ, помещаемых на магнитопроводе из феррита (верхняя граничная частота полосы пропускания такого трансформатора ограничена потерями в линиях, а также индуктивностями выводов соединительных проводов (монтажа) и паразитными межвитковыми емкостями, а нижняя частота индуктивностями намагничивания обмоток).

В нашем случае мы в качестве ЦС будем использовать ТДЛ, который изображен на рис. 4.1.1 с коэффициентом трансформации ? (см. выше). При построении трансформатора с коэффициентом трансформации отличным от 1:1, используют N линий (в нашем случае число линий N = 2), включаемых параллельно и последовательно по входу и выходу в различных комбинациях. В нашем случае, соответственно, для обеспечения коэффициента трансформации сопротивления ? достаточно включить две линии с одинаковыми волновыми сопротивлениями л, параллельно с одной стороны и последовательно с другой (см. рис. 4.1.1).

Рис. 4.1.1 ТДЛ с коэффициентом трансформации ?

Предполагается, что линии достаточно разнесены в пространстве и между их проводниками не образуется дополнительных магнитных и электрических связей. В этом случае, чтобы каждая линия была нагружена на согласованное сопротивление. Необходимо выполнить условие:

Rн = N л

Откуда:

В нашем случае N = 2, Rн = 75 Ом (входное сопротивление фидера), Uг=Uк max=Uк1 гр =17,032 В (см раздел 3.2).

Подставляя в и (4.1.2) входящие величины имеем:

По техническому заданию мощность на выходе передатчика (на нагрузке) должна быть 6 Вт (с запасом 7,5 Вт) то амплитудные значения напряжения и токав нагрузке можно определить по формулам:

После подстановки численных значений в (4.1.3) имеем:

Амплитудные значения напряжения и тока в линии можно определить по формулам:

Подставив в формулы (4.1.4) требуемые величины, с учетом того, что Iк max = 1,762 А (см раздел 3.2) получаем:

Отметим, что вторую линию у которой продольное напряжение равно 0 (см рис. 4.1.1) нет необходимости наматывать на феррит, хотя длина этой линии должна быть такой же как и у первой.

Теперь можно рассчитать требуемую продольную индуктивность линии по формуле (4.1.5), при условии 1 = 0,201 (=0,0098) берем из [5] таблицы 3.7 стр. 239 при условии, что m=1 и а = 0,0436, где а - неравномерноть АЧХ в полосе пропускания в дБ.

Подставляя в (4.1.5) необходимые величины получаем требуемую продольную индуктивность линии:

Используя данные конструктивного расчета (см. раздел 4.2) Можно рассчитать амплитуду магнитной индукции в ферритовом сердечнике по формуле:

В этой формуле S - площадь сечения сердечника, рассчитанная по формуле (4.2.4) и равная 0,225 см2, а _ количество витков кабеля (линии), рассчитанное по формуле (4.2.2) и равное 3,5 витка. Поэтому после подстановки в (4.1.6) численных значений имеем:

Далее можно определить удельные тепловые потери в феррите по формуле (4.1.7), где ) уточняется по таблице (4.2.2):

После подстановки численных величин в получаем:

Далее рассчитывается мощность потерь в объеме ферритового сердечника ЦС по формуле:

В этой формуле используются геометрические размеры ферритового сердечника, определенные в разделе 4.2. Поэтому после подстановки в (4.1.8) численных значений получаем:

Далее определяются потери в линиях ЦС на частоте f по формуле (4.1.9), где 0 и f0 берется из таблицы 4.2.1; n - показатель степени (можно принять равным 0,5...1,0); lл - геометрическая длина линии, м, рассчитанная по (4.2.5).

Подставив в формулу (4.1.9) численные значения входящих в нее величин получаем:

Теперь, наконец, можно рассчитать КПД ТДЛ, т. е. нашей ЦС по формуле:

После подстановки численных значений в (4.1.10) получаем расчетное значение КПД ТДЛ:

На этом электрический расчет ЦС заканчивается.

Похожие статьи




Расчет цепи согласования, Электрический расчет - Проектирование выходного каскада связного передатчика с частотной модуляцией

Предыдущая | Следующая