Проектирование и расчет широкодиапазонной выходной цепи связи

В широкодиапазонных ГВВ в заданном диапазоне частот требуется обеспечить в нагрузке, близкой к резистивной, колебательную мощность Р_н(f) с допустимой неравномерностью ∆Р_н.доп. При проектировании добиваются коррекции АЧХ в каждом каскаде. Для этого нагрузочное сопротивление в выходной цепи данного каскада должно быть близко к постоянному и резистивному Z_вх(f)≈R_вх. Исходные данные:

Верхняя частота рабочего диапазона f_в =400 МГц

Нижняя частота рабочего диапазона f_н =320 МГц

Номинальное значение входного сопротивления для транзисторов:

 

Т934А (№4 на рисунке 2) R_вх.ном = 22.9 Ом

Т970А (№3 на рисунке 2) R_вх.ном = 3.6 Ом

Т970А (№1,2 на рисунке 2) R_вх.ном = 3.1 Ом

 

Выходная емкость C_вых = 70 пФ

 

КБВ_фдоп = 0.8

 

Порядок расчета.

1. Определим коэффициент

 

α₁=2_*π_*(f_в - f_н) C_вых R_эк

где R_эк = R_вх.ном

2Т934А (№4) α₁ = 0.08

Т970А (№3) α₁ = 0.012

Т970А (№1,2) α₁ = 0.01

. Для рассчитанного α₁ по таблицам определяем:

для транзистора 2Т934А (№4) при α₁ = 0.08 КБВ_фmin = 0.94.

КБВ_фmin > КБВ_фдоп, следовательно для данного транзистора проектируем низкочастотную ЦС с фильтровым способом согласования.

 

m = 1; r = 1; Δ a = 0.0039 дБ; δ = 0.0009.

для транзистора 2Т970А (№3) при α₁ = 0.012 КБВ_фmin = 0.98.

КБВ_фmin > КБВ_фдоп, следовательно для данного транзистора проектируем низкочастотную ЦС с фильтровым способом согласования.

 

m = 1; r = 1; Δ a = 0.0004 дБ; δ = 0.0001.

для транзисторов 2Т970А (№1,2) при α₁ = 0.01 КБВ_фmin = 0.98.

КБВ_фmin > КБВ_фдоп, следовательно для данного транзистора проектируем низкочастотную ЦС с фильтровым способом согласования.

 

m = 1; r = 1; Δ a = 0.0004 дБ; δ = 0.0001.

 

Схема низкочастотной цепи представлена на рисунке 7.

 

Рисунок 7.

3. Рассчитаем реактивные элементы и сопротивления нагрузки в схеме на рисунке 6.

При расчете низкочастотной цепи примем f_н = 0.

Для транзистора 2Т934А (№4)

 

R_н = R_эк/r

R_н = 22.9/1= 22.9 (Ом)

Для транзистора 2Т970А (№3)

 

R_н = 3.6/1 = 3.6 (Ом)

для транзистора 2Т970А (№1,2)

 

R_н = 3.1/1 = 3.1 (Ом)

13. Проектирование и расчет широкодиапазонной входной цепи связи

 

Построение широкодиапазонных входных ЦС зависит от эквивалентной схемы транзистора со стороны его входа.

В диапазоне средних и высоких частот (f_в>0.3 f_т/h_21Э0), что наиболее характерно при построении широкодиапазонной входной цепи, надо, во-первых, учитывать снижение модуля коэффициента усиления h_21Э(ω), во-вторых, использовать более сложную эквивалентную схему входного сопротивления транзистора, показанную на рисунке 8.

Рисунок 8.

 

Входную цепь транзистора можно построить следующим образом. В заданном диапазоне частот предыдущий каскад должен обеспечивать постоянную амплитуду входного напряжения на постоянную резистивную нагрузку Z_вх(f) = R_вх∑ = r_вхОЭ + r_доп

Для компенсации снижения модуля коэффициента усиления h_21Э(ω) амплитуда входного базового тока транзистора данного каскада должна изменяться приблизительно обратно пропорционально f. Для этого на входе транзистора включают дополнительные корректирующие элементы L_доп, r_доп и параллельную цепочку R_допC_доп, которые изменяют соотношение между входными элементами эквивалентной схемы транзистора. Практически приходиться включать два из трех корректирующих элементов. Чтобы входное сопротивление цепи связи, являющееся нагрузкой для предыдущего каскада, было близким к постоянному и резистивному во всем диапазоне частот, параллельно включают дополнительную цепочку из резистора r_пар и комплексного сопротивления Z_пар, состоящего из емкости С_пар и последовательной цепочки L_парR_пар. Все это отражено на рисунке 9.

 

Рисунок 9.

Рассчитаем цепь коррекции АЧХ.

Исходные данные сведем в таблицу 2.

 

Тип транзистора	2Т934А (№4 на рис.4)	2Т970А (№3 на рис.4)	2Т970А (№1,2 на рис.4)
Lвхоэ	4.2 нГн	1.1 нГн	1.1 нГн
rвхоэ	2.9 Ом	0.5 Ом	0.6 Ом
Rвхоэ	56.7 Ом	1.1 Ом	1.2 Ом
Свхоэ	1.76 нФ	16.6 нФ	16.6 нФ

 

Далее транзисторы будем обозначать номерами, соответствующими рисунку4.

.   Рассчитываем вспомогательные коэффициенты:

2Т934А (№4)

 

α^* = 2πfвL_вхоэ/ r_вхоэ = 3.63

σ^* = R_вхоэ/ r_вхоэ = 19.55

Т970А (№3)

 

α^* = 2πfвL_вхоэ/ r_вхоэ = 5.5

σ^* = R_вхоэ/ r_вхоэ = 2.2

Т970А (№1,2)

 

α^* = 2πfвL_вхоэ/ r_вхоэ = 4.63

σ^* = R_вхоэ/ r_вхоэ = 2

 

.   Находим коэффициенты:

 

 

2Т934А (№4)

 

Для транзисторов 2Т970А (№3), 2Т970А (№1,2) получаются те же значения.

.   В зависимости от соотношений между необходимыми коэффициентами, обеспечиваемыми непосредственно транзисторами, включают те или иные корректирующие элементы.

Так как в данном случае одновременно выполняются неравенства α^*< α и σ^*< σ для всех транзисторв, включаем индуктивность L_доп и цепочку R_допC_доп при r_доп=0

2Т934А (№4)

 

L_доп = (α r_вхоэ/ 2πf_в) - L_вхоэ

L_доп = 11 нГн

R_доп = σ r_вхоэ - R_вхоэ

R_доп = 318 Ом

С_доп = h_21э/ 2πf_т R_доп

С_доп = 25 пФ

Т970А (№3)

 

L_доп = (α r_вхоэ/ 2πf_в) - L_вхоэ

L_доп = 1.5 нГн

R_доп = σ r_вхоэ - R_вхоэ

R_доп = 63.5 Ом

С_доп = h_21э/ 2πf_т R_доп

С_доп = 0.12 пФ

 

2Т970А (№1,2)

 

L_доп = (α r_вхоэ/ 2πf_в) - L_вхоэ

L_доп = 3.14 нГн

R_доп = σ r_вхоэ - R_вхоэ

R_доп = 76.8

С_доп = h_21э/ 2πf_т R_доп

С_доп = 1.03 *10^-10

 

4. Рассчитываем резистор r_пар и элементы комплексного сопротивления Z_пар:

при r_доп=0

2Т934А (№4)

 

r_пар = r_вхоэ= 2.9 Ом

С_пар = (L_вхоэ + L_доп)/ r_вхоэ

С_пар= 5.24 нФ

L_пар = (С_вхоэ С_доп) r_вхоэ² / (С_вхоэ+ С_доп)

L_пар= 0.2 нГн

R_пар = r_вхоэ²/ (R_вхоэ+ R_доп)

R_пар= 0.02 Ом

Т970А (№3)

 

r_пар = r_вхоэ= 0.5 Ом

С_пар = (L_вхоэ + L_доп)/ r_вхоэ

С_пар= 5.2 нФ

L_пар = (С_вхоэ С_доп) r_вхоэ² / (С_вхоэ+ С_доп)

L_пар= 0.029 пГн

R_пар = r_вхоэ²/ (R_вхоэ+ R_доп)

R_пар= 0.0038 Ом

Т970А (№1,2)

 

r_пар = r_вхоэ= 0.6 Ом

С_пар = (L_вхоэ + L_доп)/ r_вхоэ

С_пар= 7. 06 нФ

L_пар = (С_вхоэ С_доп) r_вхоэ² / (С_вхоэ+ С_доп)

L_пар= 36.8 пГн

R_пар = r_вхоэ²/ (R_вхоэ+ R_доп)

R_пар= 0.0046 Ом

 

.   Результирующее входное сопротивление цепи связи Z_вх = r_вхоэ + r_доп, так как r_доп = 0, то Z_вх = 2.9 Ом для транзистора 2Т934А (№4)

Z_вх = 0.5 Ом для транзистора 2Т970А (№3)

Z_вх = 0.6 Ом для транзистора 2Т970А (№1,2)

.   Амплитуда входного напряжения:

 

 

В данной формуле:

 

 

Коэффициент Берга для заданных транзисторов равен 0.5

для транзистора 2Т934А (№4) χ = 1.18

для транзистора 2Т970А (№3) χ = 2.69

для транзистора 2Т970А (№1,2) χ = 2.46

Рассчитаем амплитуду входного напряжения для трех транзисторов.

 

Т934А (№4) U_вх = 5.731 В

Т970А (№3) U_вх = 30.27 В

Т970А (№1,2) U_вх = 54.076 В

 

7. Мощность, потребляемая от предыдущего каскада:

 

Р_вх = 0.5 U_вх²/ Z_вх

2Т934А (№4) Р_вх = 5.6 Вт

Т970А (№3) Р_вх = 916 Вт

Т970А (№1,2) Р_вх = 2.4 кВт

 

Рассмотренная схема цепи коррекции АЧХ непосредственно подходит для транзисторов, работающих в режиме класса А без отсечки. При работе с отсечкой тока из-за нелинейности входного сопротивления транзистора и шунтирующего действия сравнительно небольшого по величине сопротивления может не обеспечиваться режим возбуждения гармоническим током. В данном случае при работе транзистора в классе Б (θ = 90⁰) целесообразно применять двухтактные генераторы. При этом сопротивление Z_пар включают одно на оба транзистора без заземления средней точки. Поэтому после расчета корректирующих элементов для одного транзистора (на одно плечо схемы) значения L_пар , R_пар, увеличивают в 2 раза и для симметрии схемы оставляют два сопротивления r_пар.

Список литературы

1. «Проектирование радиопередатчиков», под ред. Шахгильдяна;

2. «Генераторы с внешним возбуждением и автогенераторы диапазона высоких частот», А. А. Дворников;

.   «Радиопередающие устройства систем связи с подвижными объектами», С. И. Дингес;

.   «Проектирование транзисторных каскадов передатчиков», М. С. Шумилин;

.   ГОСТ 12252-86 «Радиостанции с угловой модуляцией сухопутной подвижной службы»;

.   Конспект лекций по радиопередающим устройствам.