Проектирование канала технологической железнодорожной радиосвязи аналогового типа с частотной модуляцией

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 её нагрузки – двухконтурного фильтра сигнал поступает на вход микросхемы  D₃ типа МС3371Р. Микросхема  D  осуществляет второе преобразование частоты сигнала во вторую промежуточную частоту  f _ПР2 = 455 кГц, её 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.

Примерный вид функциональной схемы  приёмной части канала приведён на рисунке 3. 

 

4   Расчёт  параметров функциональной схемы передающей части канала

 

  Требуется рассчитать передающую часть канала с исходными параметрами: f_C,  δf,   Р _Н ,  Δf_H,  Δf_МАКС,   ΔF = 300 – 3400 Гц.

Расчет параметров:

а)  в таблице параметров транзистора  КТ909А  приведены  следующие данные для типового режима его работы: Р_ТИП = 24 Вт,  К = 2,4,

f_ТИП = 500 МГц, по которым может быть рассчитан коэффициент усиления мощности  К_Р оконечного каскада на рабочей частоте

 

                                               

    (4.1)

 

б)  мощность возбуждения на входе оконечного каскада

 

                           (4.2)

 

где   h_КС – коэффициент полезного действия контура предоконечного каскада, его значение рекомендуется выбрать с запасом равным  ή_КС = 0,5;

 Вт.

в)  предоконечный  каскад  может  быть выполнен на менее мощном тран-

зисторе  КТ907А с параметрами  типового  режима: f _ТИП = 400 МГц,  К_{Р ТИП.} = 3,

по ним  может быть рассчитан коэффициент  К_Р на рабочей частоте

 

                         (4.3)

 

 

г)  мощность возбуждения на входе предоконечного каскада  ПОК

 

                      (4.4)

Вт;

 

д)  предыдущий результат показал, что для возбуждения предоконечного каскада мощности буферного усилителя, нагружающего   ГУН₁, будет недостаточно, поэтому требуется ещё один предоконечный каскад ПОК₁ на транзисторе  КТ606 с мощностью возбуждения

 

                                                                                                    (4.5)

Вт;

 

теперь мощности  ГУН₁ достаточно, чтобы возбудить дополнительный каскад;

е)  требуется узнать оптимальную  амплитуду модулирующего напряжения звуковой частоты [5, 6]

 

             (4.6)

 

где    ν – коэффициент нелинейности характеристики  варикапа (обычно в большинстве  случаев рекомендуется принимать  ν = 0,5) _;

U_В0 – напряжение постоянного смещения варикапа (обычно  U_В0 = 4 – 10 В).

Для данного проекта можно порекомендовать варикап  КВ123А с параметрами  U_В0 = 4 В при С₀ = 17 пФ;

В;

ж)  режимы  автогенератора  ГУН  с буферным усилителем не нуждаются   в предварительных расчётах.

 

 

 

 

5    Расчёт усилителя мощности радиочастоты

 

Основу технического расчёта транзисторного генератора с посторонним возбуждением составляет энергетический расчёт режима транзистора. Исходными данными для расчёта являются основные технические параметры, приведенные в задании, а также полученные в результате предварительного расчёта функциональной схемы. По этим данным производится выбор транзистора, это означает, что становятся известными такие его параметры, как:  f_Р, f_ГР, Е_К0, Р_{ВЫХ МАКС},  I_{K ДОП},  U_{ЭК ДОП},  U _{БЭ ДОП},  h _21Э,  U^′_БЭ ,  S_КР,  t_П,  С_КА, С_К,  С_Э,  r^′_Б,  r^′_Э,  R_ПК, Т_{П ДОП} 

Формулы, используемые в расчёте, соответствуют  упрощенной эквивалентной  схеме замещения мощного транзистора, приведённой на рисунке 4.  В этой схеме применены следующие обозначения: r^′_Б – сопротивление материала тела базы транзистора между выводом и  рn – переходом; r – сопротивление рекомбинации, С_Э и С_Д – соответственно барьерная и диффузионная ёмкости эмиттерного  перехода;  С_КА и   С_К –   активная   и общая   ёмкости    коллекторного  перехода. Типовая рабочая схема выходного каскада представлена на рисунке 5.

 

5.1 Расчет оконечного каскада

 

Угол отсечки коллекторного  тока транзистора выбирается обычно для критического режима класса  В:  θ = 90⁰ (α₁ = 0,5;  α₀ = 0,318). 

1. Коэффициент использования коллекторного напряжения транзистора в граничном режиме

                                                 (5.1)

Выберем Е_КО=28 В.

при этом напряжение эквивалентного генератора

                                                                  (5.2)

В;

2. Амплитуда тока первой гармоники  коллектора

                                         

                                                                       (5.3)

А;

 

3.  Проверка допустимого напряжения коллекторного перехода

                                                                                (5.4)

 

В;

Рисунок 4 –  Упрощенная  эквивалентная  схема замещения транзистора

 

Рисунок 5–  Типовая электрическая  схема оконечного каскада

 

 

4. Нагрузка эквивалентного генератора

                                             

                                                              (5.5)

Ом;

5)  Амплитуда импульса коллекторного  тока

                                           

.                                                              (5.6)

А;

6) Постоянный ток коллектора

                                                                                                            (5.7)

А;

7) Мощность, потребляемая от источника  питания

                                         

                                                                 (5.8)

Вт;

8)  Мощность, рассеиваемая на  коллекторе

                                 

                                                             (5.9)

Вт;

9. Коэффициент полезного действия генератора

                                     

                                                                           (5.10)

10)  Угол дрейфа носителей  тока через базу

                                                                                                              (5.11)

º;

11. Нижний угол отсечки импульсов эмиттерного тока

                                                                                                              (5.12)

º.

Затем по таблице коэффициентов  А.И.Берга  находятся коэффициенты разложения  α _1Э и α _0Э, а также cos θ .

α _1Э = 0,484;  α _0Э= 0,299;  cos θ= 0,105

12. Постоянный ток эмиттера

                                                                                                          (5.13)

А;

13. Амплитуда эмиттерного тока

                                      

                                                                    (5.14)

А;

14. Ток первой гармоники эмиттера

                                         

                                                            (5.15)

А;

15. Крутизна тока коллектора на рабочей частоте

                                           

                                            (5.16)

См;

16. Амплитуда переменного напряжения возбуждения базы

                                                                                                   (5.17)

0.856 В;

17)    Модуль коэффициента  передачи напряжения возбуждения  с входных электродов   (б – э) на  рn –  переход  (б ^‘ – э) определяется в соответствии с рисунком 5

                                         (5.18)

0,165;

 

18. Приближённое значение входного сопротивления  транзистора на рабочей частоте

                                         

                                                 (5.19)

2.394 Ом;

 

19. Мощность сигнала на входе оконечного каскада

                                          

                                                               (5.20)

0,153 Вт;

20. Коэффициент усиления мощности в оконечном каскаде

                                              

                                                               (5.21)

21. Тепловое сопротивление радиатора охлаждения транзистора                                                               (5.22)

 

Здесь t_СР  ≈ +(30 ÷ 40)⁰ С – температура окружающей транзистор среды в ⁰ C;

t_{П. ДОП} – предельная температура перехода в ⁰ С;

          R_ПК – тепловое сопротивление (переход – корпус) транзистора;

R_КТ ≈ (0,5 ÷ 1) – тепловое сопротивление между теплоотводом и корпусом транзистора,  ⁰ С/Вт.

16.479 ⁰С/Вт

По тепловому сопротивлению  радиатора охлаждения  R_T может быть найден его объём  и форма конструкции.

Энергетический расчёт предоконечных  каскадов производится по той же методике, изложенной выше,  только в качестве выходной мощности первого предоконечного каскада выбирается входная мощность оконечного каскада, увеличенная в  К_ЗАП  раз,  где К_ЗАП – коэффициент запаса, обычно  К_ЗАП = 1,5.  Соответственно, в качестве выходной мощности второго предоконечного каскада выбирается входная мощность первого предоконечного с коэффициентом запаса  К_ЗАП.

 

5.2 Расчет предоконечного каскада

 

1)       Определим входную  мощность каскада:

,     (5.23)

 Вт

2. Коэффициент использования коллекторного напряжения транзистора в граничном режиме

                                                  (5.24)

при этом напряжение эквивалентного генератора

                                                                   (5.25)

В;

3. Амплитуда тока первой гармоники  коллектора

                                         

                                                                         (5.26)

А;

4)   Проверка допустимого напряжения коллекторного перехода

                                                                                  (5.27)

В;

5. Нагрузка эквивалентного генератора