Епит = Еотс (3.5.3)
и поставить в схему сопротивление:
(3.5.4)
Для подачи смещения на базу воспользуемся схемой (см. рис. 3.5.1) в которой при R1 >> R2 Þ Rавт > Rдоп, а именно Rавт = Rдоп + R2 и на основании (3.5.4) следуют расчётные соотношения для R2 и R1:
(3.5.5)
(3.5.6)
Подставив в (3.5.5) и (3.5.6) необходимые величины (см. таблицу 3.1 и разделы 3.2 и 3.3) получаем:
Rдоп = 9,478Ом
Через R1 и R2 протекает ток делителя равный Iдел = Епит / (R1 + R2), который может быть соизмерим и даже больше тока базы Iб0. В нашем случае ток делителя равен:
Iдел = 19,5 / (61,17+2,34) = 0,307 А > Iб0 = 0,0376 А, т.е. Iдел на порядок больше Iб0.
Заметим, что если автосмещение должно быть безынерционным, чтобы успевать следить за изменением огибающей ЧМ (или АМ) сигнала, то внешнее смещение – наоборот, инерционным. Это накладывает ограничения на величины блокировочных конденсаторов в цепи питания:
(3.5.7)
Подставляя в это соотношение значения, рассчитанные по (3.5.5) и (3.5.6) получаем соотношение для выбора блокировочной ёмкости:
(3.5.8)
На этом, расчёт цепи смещения на базу транзистора заканчивается.
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 определённого входного сопротивления Zвх(nw), а для входных цепей – определённого выходного сопротивления Zвых(nw) 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 ¼ 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 отпадёт 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:
Ø с доминирующеймагнитной связью между обмотками, те обычные трансформаторы;
Ø 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 ёмкостями, а нижняя частота индуктивностями намагничивания обмоток).
В нашем случае мы в качестве ЦС будем использовать ТДЛ, который изображён на рис. 4.1.1 с коэффициентом трансформации ¼ (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 ¼ достаточно включить две линии с одинаковыми волновыми сопротивлениями rл, параллельно с одной стороны и последовательно с другой (см. рис. 4.1.1).
Рис. 4.1.1 ТДЛ с коэффициентом трансформации ¼
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 × rл (4.1.1)
Откуда:
(4.1.2)
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:
(4.1.3)
После подстановки численных значений в (4.1.3) имеем:
Амплитудные значения напряжения и тока в линии можно определить по формулам:
(4.1.4)
Подставив в формулы (4.1.4) требуемые величины, с учётом 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 a1 = 0,201 (d=0,0098) берём из [5] таблицы 3.7 стр. 239 при условии, что m=1 и Dа = 0,0436, где Dа – неравномерноть АЧХ в полосе пропускания в дБ.
(4.1.5)
Подставляя в (4.1.5) необходимые величины получаем требуемую продольную индуктивность линии:
Используя данные конструктивного расчёта (см. раздел 4.2) Можно рассчитать амплитуду магнитной индукции в ферритовом сердечнике по формуле:
(4.1.6)
В этой формуле S – площадь сечения сердечника, рассчитанная по формуле (4.2.4) и равная 0,225 см2, а w ‑ 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):
(4.1.7)
После подстановки численных величин в (4.1.7) получаем:
Далее рассчитывается мощность потерь в объёме ферритового сердечника ЦС по формуле:
(4.1.8)
В этой формуле используются геометрические размеры ферритового сердечника, определённые 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 a0 и f0 берётся 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).
(4.1.9)
Подставив в формулу (4.1.9) численные значения входящих в неё величин получаем:
Теперь, наконец, можно рассчитать КПД ТДЛ, т.е. нашей ЦС по формуле:
(4.1.10)
После подстановки численных значений в (4.1.10) получаем расчётное значение КПД ТДЛ:
На этом электрический расчёт ЦС заканчивается.
4.2. Конструктивный расчёт
При конструктивном расчёте ЦС необходимо выбрать марку кабеля длинной линии, марку феррита, а также геометрические размеры и самой длинной линии и сердечника на который наматывается длинная линия.
Входными данными для конструктивного расчёта ЦС являются волновое сопротивление линии rл, рассчитанное по () максимальные амплитудные значения напряжения Uл и тока Iл линии, рассчитанные по (4.1.4), а также выходная мощность, отдаваемая в нагрузку.
Конструктивный расчёт будем вести в соответствии с методикой [5] стр. 226 – 233 для многовитковой конструкции.
Кабель, из которого будет нарезана длинная линия, выбираем в [5] по таблице 3.3 на стр. 224-225, а именно КВФ-37, который имеет следующие параметры:
Таблица 4.2.1 Параметры кабеля КВФ-37
|
Волновое сопротивление, Ом |
Погонная ёмкость, пФ/м |
Допустимое напряжение, В |
Допустимый ток, А |
a0, дБ/м |
f0, МГц |
Конструктивные данные |
||||
|
а, мм |
b, мм |
с, мм |
Минимальный радиус изгиба, мм |
Чертёж сечения |
||||||
|
37,5 ± 3 |
120 |
145 |
8 |
<0,35 |
60 |
2,56 |
1,8 |
0,78 |
5 |
Рис. 4.2.1 |
