Расчёт режима автогенератора

Схема генератора, управляемого напряжением  ГУН2, аналогична схеме ГУН1, но имеет  более простую колебательную  систему, так как в ней не должна производиться частотная модуляция. Для увеличения мощности сигнала первого гетеродина и его надежной развязки от смесителя и синтезатора частоты должен быть использован буферный усилитель БУ2, собранный по каскодной схеме ОЭ-ОБ.

В БИС  синтезатора частоты приемника  входят те же элементы, что и в  функциональную схему, выполнен он на микросхеме D2 типа КФ1015ПЛ4Б либо КР1015ХК2. В качестве опорной частоты f₀ = 10 МГц используется частота ОГ «Топаз-03», имеющего относительную нестабильность δf ≤ 10^-5. Напряжение рассогласования, сформированное частотно-фазовым детектором синтезатора, через ФНЧ поступает на варикапы колебательного контура ГУН₂ и управляет его частотой. Запись коэффициентов деления ДПКД и опорного делителя в регистр синтезатора осуществляется последовательным двоичным кодом по цепям «Запись 1», «Данные», «Синхронизация». В приемном синтезаторе также предусмотрена схема контроля (вывод 4), формирующая сигнал исправности синтезатора при наличии захвата в кольце ФАПЧ.

Рисунок 2.3 – Функциональная схема приемной части канала

 

Преобразованный сигнал со смесителя  СМ₁ через фильтр сосредоточенной избирательности ФСИ₁ поступает на усилитель первой промежуточной частоты f_ПР1 = 21,4 МГц, выполненный по стандартной схеме. С ее нагрузки (двухконтурного фильтра) сигнал поступает на вход микросхемы D₃ типа МС3371Р. Микросхема D₃ осуществляет второе преобразование частоты сигнала во вторую промежуточную частоту f_ПР2 = 455 кГц, ее усиление, частотное детектирование и предварительное усиление звуковой частоты речевого сигнала.

К выводу 1 микросхемы D подключен кварцевый резонатор Z₁, который служит для генерации вторым гетеродином стабильной частоты f_Г2 = f_ПР1 + 455 кГц. Сигнал второй промежуточной частоты выделяется кварцевым фильтром сосредоточенной избирательности ФСИ₂ (Se_С.К ≥ 60 дБ), усиливается и детектируется. Усиленный микросхемой D₃ сигнал поступает на активный фильтр низких частот ФНЧ и на конечный усилитель в блоке автоматики и управления, выполняющий функцию частотного корректора, обеспечивающего завал частотной характеристики сигнала минус 6 дБ/октава. Далее сигнал звуковой частоты используется в блоке автоматики.

 

2.4 Расчёт параметров функциональной схемы приёмной части канала

1. Полоса частот генерации ЧМ канала:

где: М_f = Δf_max / F_max – индекс частотной модуляции;  Δf_max = 4 кГц – максимальная девиация частоты ЧМ сигнала; F_max = 3.4 кГц – максимальная частота телефонного спектра.

2. Полоса частотной нестабильности канала:

где ∆f_С = (f_C∙δf_В) – абсолютная нестабильность частоты возбудителя;

      ∆f_Г1 = (f_Г∙δf_Г) – абсолютная нестабильность частоты гетеродина;

      Δf_ПЧ1 = (f_ПЧ1∙δf_ПЧ) – абсолютная нестабильность тракта промежуточной частоты;

∆f_С = 155.75∙10⁶∙10^-5 = 1558 Гц; 

∆f_Г1 = 177.15∙10⁶∙10^-5 = 1772 Гц;   Δf_ПЧ1 = 21.4 ∙10⁶∙10^-5 = 214 Гц;

∆f_Г2 =  (21.4 + 0.455) ∙10⁶∙10^-5 = 218.55 Гц; Δf_ПЧ2 = 0.455 ∙10⁶∙10^-5 = 4.55 Гц.

3. Ширина полосы пропускания приёмного тракта:

4. Первая промежуточная частота определяется заданной избирательностью по зеркальной помехе Se‘_ЗП, числом колебательных контуров в тракте n_ВЧ = 3 и их эквивалентным затуханием d_Э = 0,06:

Возьмём в качестве первой промежуточной частоты стандартную, принятую в новых железнодорожных радиостанциях f_ПР1 = 21,4 МГц

5. Проверка показывает, что полученная промежуточная частота не сможет обеспечить требуемую избирательность по соседнему каналу (Se_С.К = 60 дБ), следовательно, неизбежно двойное преобразование частоты. Вторая промежуточная частота может быть вычислена по формуле:

где Δf_С.К = 25 кГц, d_ПЧ ≤ 0.02 (при использовании ФСИ), n_пч = 9.

В качестве второй промежуточной частоты  выбираем стандартную для железнодорожных радиостанций f_ПР2 = 455 кГц.

6. Произведём предварительное распределение усиления по каскадам приемника. Так, например, двухкаскадный УРЧ может иметь устойчивый коэффициент усиления не менее К_УРЧ = 10, тогда при чувствительности приёмника U_вх.min= 0.5 мкВ на входе преобразователя появится сигнал с напряжением:

7. Примем общий коэффициент усиления в тракте УПЧ₁. К_УПЧ1 = 30, тогда на вход второго преобразователя будет подаваться напряжение:

8. Оценим общий коэффициент усиления приёмного тракта если на предельной чувствительности микросхема МС3371Р может выдавать выходное напряжение низкой частоты не менее 0,1 В:

9. Коэффициент усиления, приходящийся на микросхему МС3371Р должен быть не менее:

 

 

3 Расчёт усилителя мощности радиочастоты

Основу технического расчета транзисторного генератора с посторонним возбуждением составляет энергетический расчет режима транзистора. Расчет энергетики коллекторной и базовой цепей усилителя мощности высокой частоты производится по упрощенной методике. Исходными данными для энергетического расчета являются основные технические параметры, приведенные в задании, а также полученные в результате предварительного расчета функциональной схемы. По этим данным производится выбор транзистора, вследствие чего становятся известными следующие его параметры: f_P, f_ГР, Е_k0, Р_ВЫХ.max, I_k.доп, U_К-Э.доп, U_Б-Э.доп, h_21Э, U`<sub>Б-Э</sub>, S<sub>ГР</sub>, t<sub>П</sub>, С<sub>К.А</sub>, С<sub>К</sub>, С<sub>Э</sub>, r`_б, r`_э, R_П.К, Т_П.доп.

Формулы, используемые в расчете, соответствуют  упрощенной эквивалентной схеме замещения мощного транзистора, приведенной на рисунке 3.1. В этой схеме применены следующие обозначения: r`_б – сопротивление материала тела базы транзистора между выводом и р-n-переходом; r – сопротивление рекомбинации; С_Э и С_Д – соответственно барьерная и диффузионная емкость эмиттерного перехода; С_К.А и С_К – активная и общая емкость коллекторного перехода.

Рисунок 3.1 – Упрощенная эквивалентная схема замещения мощного транзистора

 

Типовая электрическая схема выходного каскада представлена на рисунке 3.2.

 

Рисунок 3.2 – Типовая электрическая схема выходного каскада

3.1 Расчёт оконечного каскада

 

В ходе расчёта угол отсечки коллекторного тока транзистора КТ909А выбирается для критического режима класса В: θ = 90⁰ (α_k1 = 0.5, α_k0 = 0.318).

1. Коэффициент использования коллекторного напряжения транзистора в граничном режиме рассчитывается по формуле:

где Е_k0 = 28 В, S_ГР = 0.46 См.

При этом напряжение эквивалентного генератора по формуле:

2. Амплитуда тока первой гармоники коллектора находится по формуле:

3. Формула для проверки допустимого напряжения коллекторного перехода:

4. Расчёт нагрузки эквивалентного генератора производится по формуле:

5. Амплитуда импульса коллекторного тока находится по формуле:

6. Постоянный ток коллектора рассчитывается по формуле:

7. Мощность, потребляемая от источника питания, находится по формуле:

8. Мощность, рассеиваемая на коллекторе, рассчитывается по формуле:

9. КПД генератора находится по формуле:

10. Угол дрейфа носителей тока через базу рассчитывается по формуле:

11. Нижний угол отсечки импульсов эмиттерного тока находится по формуле:

По таблице коэффициентов Берга находятся следующие коэффициенты:

α_Э1 = 0.481, α_Э0 = 0.296, cos θ = 0.122

12. Постоянный ток эмиттера рассчитывается по формуле:

13. Амплитуда эмиттерного тока находится по формуле:

14. Ток первой гармоники эмиттера рассчитывается по формуле:

15. Крутизна тока коллектора на рабочей частоте находится по формуле:

 

16. Амплитуда переменного напряжения возбуждения базы находится по формуле:

Модуль  коэффициента передачи напряжения возбуждения  с входных электродов (б-э) на р-n-переход (б^¢-э) определяется в соответствии с рисунком 3.3.

 

Рисунок 3.3 – Схема внутреннего делителя напряжения б-э транзистора

 

17. Приближенное значение входного сопротивления транзистора на рабочей частоте рассчитывается по формуле:

18. Мощность сигнала на входе оконечного каскада (ОК) находится по формуле:

19. Коэффициент усиления мощности в оконечном каскаде находится по формуле:

20. Тепловое сопротивление радиатора охлаждения транзистора рассчитывается с помощью формулы:

      где  

t_СР ≈ +(30 40) – температура окружающей транзистор среды;

R_П-К – тепловое сопротивление (переход-корпус) транзистора;

R_К.Т ≈ (0,5 1) - тепловое сопротивление между теплоотводом и корпусом транзистора, °С/Вт.

 

 

3.2 Расчёт предоконечного каскада

Энергетический расчёт предоконечных каскадов производится по методике, аналогичной изложенной выше. Но в качестве выходной мощности предоконечного каскада выбирается входная мощность оконечного каскада, увеличенная в К_ЗАП раз, где К_ЗАП – коэффициент запаса, обычно К_ЗАП = 1,5, то есть в качестве выходной мощности предоконечного каскада выбирается входная мощность оконечного с коэффициентом запаса К_ЗАП. В большинстве случаев надобности во втором предоконечном каскаде не возникает, так как мощность в десятки милливатт обеспечивает буферный усилитель. Используемый транзистор – КТ606.

 

Входная мощность каскада определяется по формуле:

 

1. Коэффициент использования коллекторного напряжения транзистора в граничном режиме рассчитывается по формуле:

где Е_k0 = 28 В, S_ГР = 0.03 См.

При этом напряжение эквивалентного генератора по формуле:

2. Амплитуда тока первой гармоники коллектора находится по формуле:

3. Формула для проверки допустимого напряжения коллекторного перехода:

4. Расчёт нагрузки эквивалентного генератора производится по формуле: