Проектирование канала технологической железнодорожной радиосвязи аналогового типа с частотной модуляцией

                                             

                                                                       (5.28)

Ом;

6)  Амплитуда импульса коллекторного  тока

                                           

.                                                                      (5.29)

А;

7) Постоянный ток коллектора

                                                                                                                (5.30)

А;

8) Мощность, потребляемая от источника  питания

                                         

                                                                       (5.31)

Вт;

9)  Мощность, рассеиваемая на  коллекторе

                                 

                                                                     (5.32)

Вт;

10)Коэффициент полезного действия генератора

                                     

                                                                                (5.33)

11)   Угол дрейфа носителей  тока через базу

                                                                                                                (5.34)

º;

12)Нижний угол отсечки импульсов  эмиттерного тока

                                                                                                                (5.35)

º.

α _1Э = 0,478;  α _0Э= 0,293;  cos θ= 0,139

13. Постоянный ток эмиттера

                                                                                                             (5.36)

А;

14. Амплитуда эмиттерного тока

                                      

                                                                          (5.37)

А;

15. Ток первой гармоники эмиттера

                                         

                                                                (5.38)

А;

16)  Модуль коэффициента передачи напряжения возбуждения с входных электродов   (б – э) на  рn –  переход  (б ^‘ – э) определяется 

                                                        (5.39)

0,152;

 

17 ) Крутизна тока коллектора  на рабочей частоте

                                           

                                              (5.40)

См;

18) Амплитуда переменного напряжения  возбуждения базы

                                                                                                    (5.41)

В;

19) Приближённое значение входного сопротивления  транзистора на рабочей частоте

                                         

                                               (5.42)

1,18 Ом;

20)    Мощность сигнала на  входе оконечного каскада

                                          

                                                       (5.43)

0,05  мВт;

21) Коэффициент усиления мощности  в оконечном каскаде

                                              

                                                           (5.44)

22. Тепловое сопротивление радиатора охлаждения транзистора                                                          (6.2.23)

 

1073 ⁰С/Вт

Полученное значение мощности не велико, что позволяет отказаться от использования второго предоконечного каскада.

 

6 Расчет буферного усилителя радиочастоты

 

Промежуточный каскад усиления, включенный между автогенератором и каскадом усиления мощности, называется буферным, т. е. разделительным. Он выполняет две функции: ослабляет влияние мощных усилительных каскадов на режим автогенератора; обеспечивает по возможности малую нагрузку для автогенератора с целью повышения стабильности его частоты. Первая функция требует минимальной проходной емкости с коллектора на базу буферного усилителя, вторая – высокого входного сопротивления усилителя. Обе задачи достаточно хорошо решаются в усилителе, собранном по так называемому каскодному принципу включения, когда первый каскад усиления включен по схеме с общим эмиттером (ОЭ), а второй – по схеме с общей базой (ОБ). У такого усилителя получаются достаточно высокое (выше, чем у усилителя мощности) входное сопротивление и минимальная проходная емкость пФ. Помимо этого, каскодный усилитель обеспечивает высокий устойчивый коэффициент усиления сигнала по напряжению.

Расчет режима буферного усиления делится на три части: расчет термостабилизации  усиления; уточнение Y-параметров для каскодного включения транзисторов; расчет всех параметров усиления. Схема буферного усилителя представлена на рисунке 5.1. В качестве активных элементов VT₁ и VT₂ взяты транзисторы типа ГТ311Е.

Исходные данные (в соответствии со справочными данными):

 

 В

 МГц

 В

 В

 мА

 См 

 В

 В

 А

 Вт

 ^оС/Вт

 Ом 

 пФ

 пФ

 пФ

 ^оС

 ^оС

 мкА 

 К

 К

 К

 

Рисунок 6 – Схема буферного усилителя

 

 

 

 

 

 

 

6.1 Расчет режима термостабилизации

 

Расчет режима постоянного тока и температурной стабилизации проводится в интервале °С. Температурное смещение обратного тока коллектора транзистора рассчитывается с помощью формулы:

,          (6.1)

где  – температура в абсолютной системе градусов Кельвина ( К).

 

 А

 

Температурное смещение напряжения базы находится по формуле:

,          (6.2)

где  – коэффициент температурного смещения, мВ/К.

 

 В

 

Температурное смещение прямого тока коллектора рассчитывается по формуле:

          (6.3)

 А

 

Сопротивление резистора в эмиттерной цепи находится по формуле:

          (6.4)

 Ом

 

Общее сопротивление смещения рассчитывается по формуле:

,         (6.5)

где  В – напряжение питания;

.

 

 Ом

 

Сопротивление базового смещения транзистора  VT₁ находится по формуле:

           (6.6)

 Ом

Сопротивление базового смещения транзистора  VT₂ рассчитывается по формуле:

           (6.7)

 Ом

Гасящее сопротивление находится исходя из формулы (7.5):

 Ом

 

Сопротивление фильтра рассчитывается по формуле:

          (6.8)

 Ом

 

Емкость блокировочных конденсаторов  рассчитывается по формуле:

          (6.9)

 Ф

 

Далее из номинального ряда выбираются значения используемых элементов:

Сопротивление кОм

Сопротивление кОм

Сопротивление кОм

Сопротивление Ом

Сопротивление Ом

Емкости пФ

 

 

 

6.2 Расчет Y-параметров для каскодного включения транзисторов

 

Расчет  -параметров для каскодного включения транзисторов производится по следующим формулам:

         (6.10)

         (6.11)

         (6.12)

        (6.13)

 См

 См

 См

 См

 

 

6.3 Расчет режима усиления буферного усилителя

Расчет начинается с выбора согласующего устройства в качестве высокочастотной нагрузки каскада в виде последовательного колебательного контура, представленного на рисунке 5.2. Значения сопротивлений и равны соответственно выходному сопротивлению буферного усилителя и входному сопротивлению предоконечного каскада.

Рисунок 7 – Схема межкаскадного согласующего устройства

 

Устойчивый коэффициент усиления усилителя находится по формуле:

         (6.14)

;

 

Эквивалентная проводимость нагрузки буферного усилителя рассчитывается по формуле:

         (6.15)

 См

 

Реальный коэффициент усиления находится по нижеследующей формуле, при этом для устойчивой работы буферного  усилителя он не может превосходить коэффициент устойчивого усиления.

         (6.16)

;

 

Сопротивление находится по формуле:

         (6.17)

 Ом

 

Эквивалентная добротность вычисляется по формуле:

         (6.18)

где  Ом - входное сопротивление транзистора ПОК по формуле (5.42)

 

, принимается значение добротности  .

 

Индуктивность контура находится по формуле:

         (6.19)

Гн

 

Далее по нижеследующим формулам находятся  емкости:

        (6.20)

        (6.21)

Ф

Ф

 

Входное сопротивление  буферного усилителя находится по формуле

        (6.22)

 Ом

 

Предполагая, что с автогенератора на вход буферного усилителя поступает переменное напряжение с амплитудой не менее 0,5 В, то выходное напряжение можно вычислить с помощью формулы:

        (6.23)

 В

Выходная мощность буферного усилителя  рассчитывается по формуле:

        (6.24)

 Вт

 

При корректном расчете значение выходной мощности должно значительно превосходить входную мощность предоконечного каскада (ПОК), создавая запас:

         (6.25)

, то есть делается вывод о  том, что расчеты корректны.

Далее из номинального ряда выбираются значения используемых элементов:

Емкость пФ

Емкость пФ

 

 

7 Расчет режима автогенератора

 

Автогенераторами (АГ) называются устройства, в которых энергия источников питания преобразуется в энергию высокочастотных колебаний без внешнего возбуждения. Автогенераторы 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 автогенератора входят активный элемент (АЭ) и колебательная система (КС). Активный элемент управляет поступлением порций энергии источника питания в колебательную систему для поддержания амплитуды колебаний на определённом уровне. Колебательная система задаёт частоту колебаний, близкую к одной из её собственных частот.

Автогенераторы применяются в  качестве задающих генераторов, входящих в состав возбудителей передающих устройств, а также гетеродинов приёмников. Выходная мощность АГ играет роль только в однокаскадных передатчиках. В многокаскадных – основные требования предъявляются к стабильности частоты АГ, которую невозможно улучшить в последующих каскадах.

Расчёт режима автогенератора делится  на четыре части: расчёт режима постоянного  тока, энергетический расчёт, расчёт колебательной  системы и расчёт режима частотной  модуляции полезным сигналом. При расчёте гетеродина приёмника расчёт режима частотной модуляции не производится.