Та мощность, которая получена при расчете оконечного каскада (его мощность возбуждения) слишком высока для того, чтобы с ней оперировать (производить при данном уровне сигнала умножение частоты и, тем более, задавать напряжение эталонной частоты). Поэтому необходимо полученный сигнал возбуждения для оконечного ГВВ ослабить, т.е., другими словами, нам необходим еще один усилитель мощности. Этот усилитель мощности по своей структуре не будет отличаться от предыдущего каскада, а поэтому его расчет произведем на основании той же методики по формулам (3.1)–(3.36) и (3.5)–(3.59), при этом приведем лишь основные величины, полученные при расчете.
В качестве мощности на выходе данного каскада примем величину мощности возбуждения для оконечного усилителя мощности:
. (4.1)
Далее необходимо выбрать транзистор, параметры которого отвечали бы требованиям по частоте и выдерживали мощность, развиваемую усилителем. Выберем для предоконечного каскада транзистор КТ922А. Его параметры:
| Сопротивление насыщения, rнас | 3 Ом |
| Сопротивление базы, rб | 0.94 Ом |
| Статический коэффициент усиления, h21э | 50 |
| Предельная частота усиления, fТ | 300 МГц |
| Емкость перехода коллекторного перехода, Cк | 8 пФ |
| Емкость эмиттерного перехода, Cэ | 75 пФ |
| Предельное напряжение между коллектором и эмиттером, Uкэ.доп | 60 В |
| Предельное питание на коллекторе, Eк | 28 В |
| Предельный постоянный ток коллектора, Iко.мах | 0.8 А |
| Предельный импульсный ток коллектора, Iк.мах | 1.5 А |
Выбор данного транзистора дает при расчете следующие результаты:
§ напряжение источника питания Ек = 30 В;
§ амплитуда первой гармоники коллекторного тока Iк.1 = 0.21 А;
§ постоянная коллекторного тока Iк.0 = 0.13 А;
§ максимальный коллекторный ток Iк.mах. = 0.42 А;
§ мощность, потребляемая от источника питания Р0mах = 3.99Вт;
§ коэффициент полезного действия при номинальной нагрузке h = 0.57;
§ номинальное сопротивление коллекторной нагрузки Rэк.ном = 182.9 Ом;
§ напряжение смещения Еб = 0.68 В;
§ постоянная составляющая базового тока Iб.0 = 2.7 мА;
§ входное сопротивление транзистора Rвх.тр. = 2.74 Ом;
§ выходное сопротивление транзистора Rвых..тр. = 557.86 Ом;
§ входная мощность Рвх. = 3.8 мВт;
§ коэффициент усиления по мощности транзистора Кр = 594.5;
§ сопротивление смещения в цепи базы Rб. = 256.4 Ом;
§ блокировочная индуктивность в цепи базы Lбл.2 = 6.42×10 –8 Гн;
§ блокировочная индуктивность в цепи коллектора Lбл.1 = 8.56 мкГн;
§ блокировочная емкость в цепи базы Сбл.2 =9.1310 –11 Ф;
§ блокировочная емкость в цепи коллектора Сбл.2 =3.2×10 –14 Ф.
Определяем параметры согласующего контура:
Полученная теперь мощность позволяет использовать необходимые в нашем случае умножители частоты.
Расчет умножителя частоты
Поскольку по ТЗ задана кварцевая стабилизация частоты, то рабочая частота 68 МГц слишком высока для использования кварцевого резонатора. Обычно частота кварца не превышает десятков мегагерц, а использование его на высших гармониках не рентабельна с точки зрения энергетического выхода. Поэтому то и необходимо применить схемы умножения частоты, и в принципе об этом уже отмечалось во введении.
Схема умножителя частоты ни чем не отличается от схемы усилителя мощности. Главное отличие – режим работы транзистора.
Основным недостатком умножителей частоты является низкий КПД, поскольку основным продуктом работы транзистора выступают высшие гармоники коллекторного тока. Чем выше коэффициент умножения (номер полезной гармоники), тем ниже КПД. Для повышения выхода энергии пользуются оптимальным углом отсечки, который определяется следующим выражением:
, (5.1)
В данном проекте будем использовать коэффициент умножения n = 5. Согласно (5.1) при данном коэффициенте умножения, оптимальный угол отсечки выберем 24 градусов. Методика расчета эквивалентна расчету усилителя мощности и ведется следующим образом.
(5.2)
В качестве полезной мощности на выходе, выступает мощность возбуждения следующего по схеме каскада и равна Рвх. = 4.75 мВт.
По полученной мощности и частоте выберем в качестве нелинейного элемента, на основе которого будет построен умножитель частоты, транзистор КТ397А-2. Его параметры:
| Сопротивление насыщения, rнас | 428.57 Ом |
| Сопротивление базы, rб | 0.072 Ом |
| Статический коэффициент усиления, h21э | 150 |
| Предельная частота усиления, fТ | 1.06 ГГц |
| Емкость перехода коллекторного перехода, Cк | 1.3 пФ |
| Емкость эмиттерного перехода, Cэ | 1.5 пФ |
| Предельное напряжение между коллектором и эмиттером, Uкэ.доп | 40 В |
| Предельный постоянный ток коллектора, Iко.мах | 10 А |
| Предельный импульсный ток коллектора, Iк.мах | 20 А |
Рассчитаем амплитуду переменного напряжения на коллекторе (предварительный расчет):
, (5.3)
Рассчитываем напряжение источника коллекторного питания (предварительный расчет):
, (5.4)
Из ряда стандартных значений напряжений питания выберем напряжение равное Ek =20В. Рассчитываем амплитуду напряжения на коллекторе:
, (5.5)
Рассчитываем остаточное напряжение на коллекторе:
, (5.6)
Рассчитываем амплитуду импульса коллекторного тока:
. (5.7)
Рассчитываем постоянную составляющую тока коллектора:
. (5.8)
Произведём расчёт высокочастотных Y–параметров на рабочей частоте. При расчёте значение тока эмиттера Iэ принимаем равным Iko. Расчёт вспомогательных параметров:
, (5.9)
, (5.10)
, (5.11)
. (5.12)
Расчёт Y–параметров:
,(5.13)
, (5.14)
. (5.15)
Активная составляющая выходного сопротивления транзистора:
, (5.16)
где Re(Y22)-действительная часть выходной проводимости.
Теперь, зная R22, найдем первую гармоники тока, протекающую через выходное сопротивление транзистора:
. (5.17)
Амплитуда первой гармоники коллекторного тока
. (5.18)
Первая гармоника тока, протекающая через нагрузочный контур:
. (5.19)
Сопротивление нагрузочного контура, необходимое для обеспечения критического режима:
, (5.20)
Максимальная мощность, потребляемая от источника коллекторного питания:
. (5.21)
Мощность переменного тока, поступающая в нагрузочный контур:
, (5.22)
Коэффициент полезного действия коллекторной цепи при номинальной нагрузке:
. (5.23)
Максимальная рассеиваемая мощность на коллекторе транзистора:
. (5.24)
Переходим к энергетическому расчёту цепей эмиттера и базы, используя методику, приведенную в [3].
Угол дрейфа на рабочей частоте (в градусах):
, (5.25)
Угол отсечки импульсов эмиттерного тока:
Q э = Q к – 0.5· j др =24-0.5·3.66=22.170, (5.26)
Модуль коэффициента усиления по току в схеме с общей базой на рабочей частоте:
, (5.27)
Первая гармоника тока эмиттера:
, (5.28)
Высота импульса тока эмиттера:
, (5.29)
Модуль комплексной крутизны транзистора на рабочей частоте:
, (5.30)
Амплитуда напряжения возбуждения на рабочей частоте:
, (5.31)
Постоянная составляющая тока базы:
, (5.32)
Напряжение смещения, обеспечивающее требуемый угол отсечки тока эмиттера:
Еб = 0.7 – Umб·cos Q э – Iбо·r'б=0.7-4.12·0.926- 
13.85=-3.11 B, (5.33)
Угол отсечки импульсов тока базы:
, (5.34)
Определяем коэффициенты разложения базового тока: aоб=0.08, a1б=0.16. Активная составляющая входного сопротивления:
, (5.35)
Мощность возбуждения на рабочей частоте без учёта потерь во входном согласующем контуре:
, (5.36)
Коэффициент усиления по мощности, без учёта потерь во входном и выходном согласующих контурах:
, (5.37)
Общая мощность, рассеиваемая транзистором:
P тр = P К + P возб = 
+ 
= 
Вт (5.38)
Блокировочные индуктивность и емкость в цепи коллектора:
, (5.39)
.(5.40)
Сопротивление и реактивности авто смещения в цепи базы:
, (5.41)
, (5.42)
. (5.43)
Определяем параметры согласующего контура:
Умножитель мощности можно считать рассчитанным.
Дата: 2019-12-22, просмотров: 224.
