Расчет и конструирование АМ передатчика

Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

Кафедра телевизионных устройств (ТУ)

Курсовая работа на тему:

Расчёт и конструирование АМ передатчика

2006

1. Введение

Главной целью данного курсового проекта является разработка АМ передатчика мощностью 30 Вт, с рабочей волной l=9 м (f=33.3 МГц). В связи с небольшой выходной мощностью передатчик реализован на транзисторах.

2. Разработка структурной схемы передатчика

Структурная схема АМ передатчика с базовой модуляцией состоит из следующих блоков: автогенератор (АГ) на частоту 16.67 МГц, эмиттерный повторитель (ЭП) для развязки АГ и умножителя частоты сигнала на (У), усилитель мощности колебаний (УМК), модулируемый каскад (МК) и колебательные системы: для согласования У и УМК КС1, УМК и МК – КС2, МК и фидера – выходная колебательная система.

Модуляция осуществляется в оконечном каскаде (ОК). Достоинством базовой модуляции является малые амплитуда напряжения и мощность модулятора, т.к. модуляция достигается путем изменения смещения на базе МК, что приводит к изменению угла отсечки и выходного тока в соответствии с НЧ модулирующим сигналом.

Число каскадов усиления мощности можно примерно определить по формуле N=ln Кs/ln K1=ln 3300/ln 20=3, где Ks=P_А×(1+m)²/Pвых_ЭП= 30×(1+0.8)²/ /0.03=3300 – суммарный коэффициент усиления по мощности, K1=20 – средний коэффициент усиления по мощности одного каскада с учетом потерь в колебательных системах.

Структурная схема передатчика разработана при использовании [1,2] и приведена на РТФ КП.775277.001 Э1.

3. Расчёт оконечного каскада

Модуляцию смещением будем проводить в оконечном каскаде(ОК) передатчика.

В ТЗ задана мощность передатчика в антенне в режиме несущей P_A=1 Вт, рассчитаем максимальную мощность первой гармоники непосредственно на выходе оконечного каскада P1max:

P_max=P_A×(1+m)²/(hф×hк)=4.96 Вт. (3.1)

где: hф=0.85 - КПД фидера;

hк=0.95 – КПД выходной колебательной системы (ВКС);

m = 1 – максимальный коэффициент модуляции.

Выбор транзистора ОК производим по следующим определяющим факторам:

-  выходная мощность транзистора Pвых ³ P1max;

-  частота, на которой модуль коэффициента передачи транзистора по току в схеме с ОЭ равен 1, fт=(3¸5)×f=82.5¸137.5 МГц, где f=27.5 МГц, несущая частота передатчика.

В соответствии с вышеперечисленными требованиями выбираем в качестве активного элемента (АЭ) ОК транзистор КТ940Б с параметрами:

-  выходная мощность P_вых=5 > 4.95 Вт;

-  fт=400 МГц;

-  сопротивление насыщения r_нас=20 Ом;

-  максимальное постоянное напряжение коллектор-эмиттер Uкэ_имп=36 В;

-  максимальный постоянный ток коллектора Iко_доп=1 А;

-  напряжение источника коллекторного питания Е`к=12 В;

-  средний статический коэффициент усиления по току в схеме с ОЭ bo=40;

-  ёмкость коллекторного перехода Ск=75 пФ;

-  ёмкость эмиттерного перехода Сэ=410 пФ;

-  индуктивности выводов Lб=2.4 нГн, Lэ=1.2 нГн;

-  сопротивление материала базы rб=1 Ом.

Произведём расчёт коллекторной цепи транзистора. Расчёт будем производить, исходя из максимальной мощности в критическом режиме P_max.

По заданному в ТЗ источником выступает аккумулятор с напряжением 12 В, соответственно напряжение на коллекторе составит Ек=12 В, и максимальный угол отсечки qmax=120°, соответствующий коэффициенту модуляции m=0.8.

Рассчитываем амплитуду первой гармоники напряжения Uк1 на коллекторе:

11.34 В. (3.2)

Максимальное напряжение на коллекторе:

Uк.макс=Ек+1.2×Uк1кр=24.7 В£Uк.доп=36 В. (3.3)

Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:

Iк1=2×P1max/Uк1кр=0.76 А. (3.4)

Постоянная составляющая коллекторного тока:

0.57 А£ Iко_доп=20 А. (3.5)

Максимальный коллекторный ток:

Iк.макс=Iко/ao(q)=17.1£ Iко_доп=30 А. (3.6)

Максимальная мощность, потребляемая от источника коллекторного питания:

Pоmax=Eк×Iко=194 Вт. (3.7)

КПД коллекторной цепи при номинальной нагрузке:

h=P1max/Pоmax=0.62. (3.8)

Максимальная рассеиваемая мощность на коллекторе транзистора:

Pк.max=Pоmax-P1max=73.7 Вт. (3.9)

Значение Pк.max является исходным параметром для расчёта температуры в структуре транзистора и системы его охлаждения.

Номинальное сопротивление коллекторной нагрузки:

Rэк.ном=Uк1кр/(2×P1max)=13.1 Ом. (3.10)

Произведём расчёт входной цепи транзистора.

Предполагается, что между базовым и эмиттерными выводами по РЧ включен резистор Rд, требуемый для устранения перекосов в импульсах коллекторного тока (см.рис.3.1).

Рисунок 3.1 – Включение резистора Rд

Rд=bo/(2×p×fт×Cэ)=45 Ом. (3.11)

На частотах f>3×fт/bо (33.3 МГц>13.3 МГц) в реальной схеме генератора Rд можно не ставить, однако, в последующих расчётах необходимо оставлять.

Амплитуда тока базы:

c=1+g1(q)×2×p×fт×Cк×Rэк.ном=2.02; (3.12)

3.86 А. (3.13)

Постоянные составляющие базового и эмиттерного токов:

Iбо=Iко/bо=0.154 А; (3.14)

Iэо=Iко+Iбо=7.1 А. (3.15)

Напряжение смещения на эмиттерном переходе: