Файл: 2. 1 Пример расчета усилителя мощности с коллекторной модуляцией.docx

2.1 Пример расчета усилителя мощности с коллекторной
модуляцией

• 
  Составляем принципиальную электрическую схему (рисунок 1).
  

Рисунок 1

• 
  Расчет усилителя мощности начинается с максимального режима. Для модулируемого каскада максимальная мощность с учетом потерь в контуре и фидере [1-6].
  

Вт.

где Kпз = 1,1 - 1,3 - коэффициент производственного запаса,

Р_1н - заданная мощность в режиме несущей,

m - заданный коэффициент модуляции,

hк = 0,8 - 0,95, hф = 0,8 - 0,95 - к.п.д. контура и фидера соответственно.

Для повышения к.п.д. используем режим с углом отсечки коллекторного тока Qк=90°. По таблицам коэффициентов Берга [2] определим:

cos Qк = 0, a₀(Qк) = 0,319, a₁(Qк) = 0,5.
Исходя из P_1max = 15.2 Вт, f₀ = 27 МГц, выбираем транзистор КТ930А, который имеет следующие параметры [7]:

f_t = 120 МГц, Pkдоп = 30 Вт, Ikдоп = 3А,

Ukдоп = 60 В, b0 = 35, Eб = 0,7 В,

rнас = 1,2 Ом, Ck = 100 пФ, rб = 2 Ом,

rэ = 0,01 Ом, Cэ = 400 пФ, Lэ = 20 нГн,

Lб = 20 нГн, Lк = 5 нГн.
Энергетический расчет цепи коллектора

1. 
   Определим амплитуду напряжения на коллекторе транзистора VT₁
   

В,

где В.

2. 
   Остаточное напряжение на коллекторе:
   

В.

3. 
   Амплитуда импульса коллекторного тока:
   

А.

4. 
   Постоянная составляющая тока коллектора:
   

А.

5. 
   Первая гармоника коллекторного тока:
   

А.

6. 
   Произведем расчет высокочастотных Y-параметров транзистора на рабочей частоте [см. дальше приложение 1 на стр. 11].
   
7. 
   Находим активную составляющую выходного сопротивления транзистора:
   

---

Ом.

8. 
   Первая гармоника коллекторного тока, протекающего через выходное сопротивление транзистора:
   

А.

9. 
   Первая гармоника коллекторного тока, протекающего через нагрузочный П - контур:
   

А.

10. 
    Сопротивление нагрузочного П - контура, необходимое для обеспечения критического режима:
    

Ом.

11. 
    Потребляемая мощность в максимальном режиме:
    

Вт.

12. 
    Мощность, поступающая в нагрузочный П - контур:
    

Вт.

13. 
    К.п.д. генератора (без учета потерь в нагрузочном П - контуре):
    

или 59%.

14. 
    Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора:
    

Вт.
Переходим к энергетическому расчету базовой цепи.

15. 
    Угол дрейфа на рабочей частоте:
    

.

16. 
    Угол отсечки импульсов эмиттерного тока:
    

17. 
    Модуль коэффициента усиления по току:
    

.

18. 
    Импульсные токи эмиттера:
    

А.

19. 
    Амплитуда напряжения возбуждения на рабочей частоте:
    

В.

20. 
    Постоянная составляющая тока базы:
    

мА.

21. 
    Напряжение смещения на базе:
    

В.

22. 
    Угол отсечки импульсного тока базы:
    

23. 
    Активная составляющая входного сопротивления транзистора на рабочей частоте:
    

---

Ом.

24. 
    Мощность возбуждения на рабочей частоте без учета потерь во входном согласующем контуре:
    

Вт.

25. 
    Коэффициент усиления по мощности:
    

26. 
    Общая мощность, рассеиваемая транзистором:
    

Вт.
Режим молчания
Благодаря высокой линейности статической модуляционной характеристики при коллекторной модуляции, режим молчания или несущей волны пересчитывается из максимального режима через коэффициент модуляции.

1. 
   Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:
   

А.

2. 
   Постоянная составляющая тока коллектора:
   

А.

3. 
   Напряжение на коллекторе транзистора VT₁:
   

В.

4. 
   Мощность, потребляемая генератором:
   

Вт.

5. 
   Мощность первой гармоники:
   

Вт.

6. 
   Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора:
   

Вт.

7. 
   Средняя мощность за период модуляции:
   

Вт,

Вт.

8. 
   Средняя мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора:
   

Вт < Вт.

Определяем мощность модулятора [6]:

Вт.

Из последнего выражения видим, что при коллекторной модуляции мощность модулятора соизмерима с мощностью высокочастотного усилителя мощности.

• 
  Произведем расчет параметров элементов схемы модулируемого каскада:
  

1. 
   Определяем индуктивность дросселя Lдр1.
   

мкГн.

2. 
   Определяем индуктивность дросселя Lдр2.
   

---

мкГн.

где С₁=240 пФ - емкость П - контура, параметры которого определяются по методике, изложенной в [6].

3. 
   Определяем сопротивление дополнительного резистора R₁ (рисунок 1):
   

Ом.

4. 
   Определяем емкость блокировочного конденсатора C_бл2:
   

мкФ.

5. 
   Определяем емкость блокировочного конденсатора Cбл1.:
   

мкФ.

Приложение 1

Формулы для расчета высокочастотных Y-параметров
транзистора по схеме с ОЭ

Расчет вспомогательных параметров

,

,

,

.

Расчет Y-параметров

,

,

,

.


ПРИЛОЖЕНИЕ 2. СТАТИЧЕСКИЕ МОДУЛЯЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

а) ПРИ КОЛЛЕКТОРНОЙ МОДУЛЯЦИИ




б) ПРИ БАЗОВОЙ МОДУЛЯЦИИ

---