Расчет трансформатора сопротивления

Задание

Дано:

Передатчик с частотной модуляцией.

1. Мощность P₁ = 2,5 Вт.

2. Частота f = 27,2 МГц.

3. E_П = 12 В.

4. Антенна - штырь 1,5 м.

5. Ф₂ = 25 дБ.

- составить структурную схему передатчика;

- рассчитать режим оконечной ступени;

- рассчитать согласующее устройство оконечной ступени с антенной;

- пояснить назначение всех элементов схемы.

Структурная схема передатчика

 

Умножитель

Рис. 1 структурная схема передатчика

УНЧ - усилитель низкой частоты;

УЧ - управитель частоты;

АГ - автогенератор (кварцевый);

У - усилитель;

Умножитель частоты на 2;

ОУ - оконечный усилитель;

СЦ - согласующая цепь.

 

 

Расчет режима оконечной ступени

Расчет коллекторной цепи

 

Паспортные данные:

r_нас = 1,73 Ом;

Е'_б = 0,7 В;

I_{к о доп} = 0,8 А.

 

Определим коэффициент использования выходного напряжения (U_вых)

 

 

Возьмем угол отсечки (q) равным 90⁰, тогда a₁(q) = 0,5.

Определим амплитуду напряжения коллектора в граничном режиме:

 

U_кгр = Е_к*x_гр;

 

U_кгр = 12*0,86 = 10,32 (В).

Найдем первую гармонику тока коллектора:

 

 

Определим постоянную составляющую коллекторного тока:

 

 

Определим подводимую мощность P₀.

 

P₀ = E_к*I_к0,

P₀ = 12*0,306 = 3,672 »3,7 (Вт)

 

Определим мощность, рассеиваемую в виде тепла:

 

P_к1 = P₀ - P₁,

P_к1 = 3,7 - 2,5 = 1,2(Вт) < P_доп = 1/2U_кэдоп *I_к0доп = 26 (Вт)

 

Определим коэффициент полезного действия (h)

 

 

Определим сопротивление коллектора (R_к)

 

 

Расчет базовой цепи

 

Определим сопротивление резистора R_д, включенного по РЧ между базой и эмиттером, которое определяется по следующей формуле:

 

R_д » b₀/2pf_ТC_Э

R_д » 24/2*3,14*350*10⁶*124*10^-12 » 88(Ом)

 

Значение сопротивления R_бк резистора, включенного по РЧ между коллектором и базой:

 

R_бк = b₀/2pf_ТC_к

R_бк = 24/2*3,14*350*10⁶*12*10^-12 » 909,46 (Ом)

 

Рассчитаем амплитуду тока базы:

 

 

где c = 1 + g₁(q)2pf_ТC_кR_к

c = 1 + 0,5*2*3,14*350*10⁶*12*10^-12*21,5 » 1,28

Максимальное обратное напряжение на эмиттерном переходе:

 

 

 

Постоянные составляющие базового и эмиттерного токов:

 

I_б0 = I _к0/b ₀

I_б0 = 0,306/24 = 0,013(А);

I_э0 = I_к0 + I_б0

I_э0 = 0,306 + 0,013 = 0,319 (А).

 

Напряжение смещения на эмиттерном переходе:

 

 

Рассчитаем элементы схемы:

 

 

L_вхОЭ = 4*10^-9 + 4*10^-9/1,28 » 9,12 (нГн);

 

 

Входное сопротивление транзистора (Z_вх = r_вх + jX_вх):

 

 

Входная мощность:

 

 

Коэффициент усиления по мощности транзистора:

 

k_p = P₁/P_вх

k_p = 2,5/0,09=27,78.

 

 

Расчет штырьевой антенны

 

3.1 Из конструктивных соображений выбираем радиус штыря:

 

r = 5*10^-3 (м)

 

3.2 Находим волновое сопротивление антенны:

 

 

3.3 Входное сопротивление:

 

 

Расчет согласующего устройства оконечной ступени с антенной

Расчет трансформатора сопротивления

 

Емкость С₂₂ предназначена для разделения по постоянной составляющей тока I_к0, реактивное сопротивление Х_С22 должно удовлетворять соотношению:

 

Х_C22 << R_ое = 4R_к, (Х_С22 = R_ое/[50…100])

X_C22 = (wC₂₂₎^-1= 4R_к/100 Þ

С₂₂ = 100/(4*21,5*2*3,14*27,2*10^-6) = 6,8 (нФ);

X_L2 >> R_ое = 4R_к, (Х_L2 = R_ое*[50…100])

X_L2 = wL₂ = 4R_к*100 Þ

L₂ = 4*21,5*100/(2*3,14*27,2*10^-6) = 50,3 (мкГн).

 

Волновое сопротивление:

 

Z_С = 2*21,5 = 43 (Ом).

 

Ток в линии:

 

 

Требуемая индуктивность линии:

 

 

где a₁, и сходя из допустимой неравномерности АЧХ трансформатора на f =27,2 МГц, равен 0,1.

U_пр = U_к = 10,32 (В).

 

 

Исходя из волнового сопротивления линии выбираем кабель КВФ-37:

Z_C = 37 Ом;

С_{погонная} = 120 пФ/м;

b = 2,56 мм (внешний диаметр кабеля);

с = 0,78 мм (внутренний диаметр).

Геометрическая длина линии:

 

 

где q < 18…54 при Z_C = Z_Cтреб (берем q = 30),

e - диэлектрическая проницаемость диэлектрика (фторопласт e = 2,1).

 

 

Для данного уровня мощности, из условия обеспечения добротности Q не ниже 10 на частоте f, выбираем феррит марки 1000 НМ:

 

m_н = 1000;

Q = 20 при B = 0,01 Тл.

 

Выбираем многовитковую конструкцию на кольцевом ферритовом сердечнике с типоразмерами:

D = 45 мм;

d = 28 мм;

h = 12 мм.

 

Средний диаметр феррита:

 

D_ср = 0,5(D + d),

D_ср = 3,65 (мм).

 

Максимальная магнитная индукция на рабочей частоте:

 

 

где P'_ф - допустимые удельные тепловые потери в феррите (P'_ф £ 0,3…1,5 Вт/см²).

 

 

 

Выберем B_f = 15*10^-3 Тл.

 

V = pD_срS,

V =3,14*3,65*(0,5*1,2*1,7)=11,7 (см³).

 

 

V > V_min

Число витков:

 

 

Уточняем L_{пр.расч}:

 

 

pd = 3,14*2,8 = 8,8 (см),

wb = 10*0,256 = 2,56 (см),

следовательно, все витки помещаются на феррит.

 

 

Удельные тепловые потери в феррите:

 

 

Мощность потерь в феррите: