Расчет выходной контурной системы (ВКС).

ВКС можно построить, например, в виде Г-, П, или Т- цепочек.

Такие цепочки по структуре являются ФНЧ и поэтому обеспечивают фильтрацию высших гармоник. При этом ВКС трансформируют резистивную составляющую нагрузки R_нв сопротивление нагруженного анодного контура, необходимое для реализации рассчитанного режима работы R₁ с одновременной компенсацией реактивной составляющей нагрузки.

На первый взгляд удобнее всего в качестве ВКС принять П-цепочку, изображенную на рисунке 6.1. На схеме рис.4.1 емкость С₁ обозначена как С₃, а емкость С₂ как С₄, индуктивность L обозначена L₂. Выбор П-контура как ВКС объясняется удобством учета того факта, что параллельно емкости С3 соединена выходная междуэлектродная емкость лампы равная С_вых=29пФ (смотреть Приложение 2). Для того, чтобы ее учесть, нужно будет после расчета П контура по известным формулам, емкость С₃ принять на величину С_выхменьше рассчитанной, что очень просто и удобно.

На схеме 6.1 R₁=2735 Ом – сопротивление, на которое работает лампа, R₂= R_н=75 Ом – сопротивление нагрузки.

Воспользуемся расчетными формулами, приведенными в [2]. Также подробное описание расчета П-контура приведено в [4]. В [2] Для получения формул П-цепочку представляют в виде двух последовательно соединенных Г-цепочек, сначала трансформирующих R₂в R₀, а затем R₀в R_1.При этом R₀выбирать нужно меньше и R₁и R₂. В [4] содержится даже более подробное описание процедуры расчета. Оба метода расчета приводят к схожим результатам.

рис. 6.1.

Выше приведены формулы из [2]. Расчеты выполнены в среде Матлаб, листинг программы вычислений и результаты приведен в Приложении 3. В Приложении 4 приведены расчеты по формулам из [4], также выполненные в среде Матлаб.

Как показали расчеты, П контур не является подходящей для данной схемы ВКС. Значение емкости С1 много меньше выходной емкости активного элемента, что делает схему не применимой.

Замечание.

В программах также записаны формулы для расчета кпд контура и его резонансной частоты. Так, например, можно рассчитать емкость С1 порядка 40пФ, тогда можно вычесть из нее С_вых, но это возможно достичь лишь при кпд порядка 20%, что неприемлемо (нужно в программе приложения 3 задать R0=0.5 Ом). Что касается резонансной частоты, она должна совпадать с несущей частотой, но для получившегося П-контура считать ее не имеет смысла, т.к. она должна совпадать с несущей с учетом С_вых, а в П-контуре С_вых мы учесть не можем.

Попробуем выбрать в качестве ВКС Т-цепочку (схема 3 из Приложения 5). Выходную емкость будем учитывать изменяя значение первой индуктивности.

Программа расчета:

w=2*pi*91.5e6

R1=2735

R2=75

R0=R1+R2

Cae=29e-12

A=R0/R1

B=R0/R2

X1=R1*((A-1)^(1/2));

XL2=R2*((B-1)^(1/2));

XC=R0/((A-1)^(1/2)+(B-1)^(1/2))

L1=(X1-(1/(w*Cae)))/w

L2=XL2/w

Ccount=1/(w*XC)

%Cmicrocap=8.2e-12

XL1=w*L1

QL=100;

kpd=(1/(1+(XL1/(R1*QL))))*(1/(1+(XL2/(R2*QL))))

Результаты расчета:

L1 = 6.8346e-007

L2 = 7.8779e-007

Ccount = 3.8405e-012

kpd = 0.9417

Для проверки резонансной частоты образовавшейся контурной системы с учетом выходной емкости активного элемента воспользуемся программой Микрокап. На рис. 6.2. изображена моделируемая цепь с рассчитанными элементами (имена элементов не совпадают с ранее указанными, смотреть номиналы), на рис. 6.3 АЧХ этой цепи. Отметим, что именно схема рис. 6.2 отображает реально образующуюся частотно-зависимую цепочку в ВКС.

рис. 6.2.

рис. 6.3.

Как видно, контурная система не настроена на несущую частоту. С помощью процедуры Stepping (рис.6.4) изменяя емкость конденсатора С1 настроим на нужную частоту. Отметим также, что кпд такой системы составляет 94%, что вполне удовлетворительно с учетом взятого запаса по мощности при расчете режима работы.

рис.6.4

Исходя из проведенной серии опытов следует выбрать С1=8.2пФ. На рис.6.5 изображена АЧХ ВКС при L1=0.68мкГн, L2=0.79мкГн, С1=8.2пФ.

рис. 6.5.

Предварительный усилитель.

Согласно расчетам пункта 5 для выбранного режима работы с углом отсечки 60 градусов для возбуждения ОК от ПУ требуется получить мощность 93, 6 Вт. Такой предварительный каскад можно выполнить на транзисторе. Количество каскадов заранее определить нельзя, так как сначала нужно рассчитать мощность возбуждения каскада ПУ, чтобы понять, хватает ли 20мВт от ФРС.

С целью повышения кпд для последнего каскада ПУ выбираем граничный режим работы – угол отсечки 90 градусов. Если понадобится предшествующий каскад для возбуждения ПУ, то его работу можно будет уже рассчитывать в линейном режиме (класс А).

Будем строить каскад по схеме с общим эмиттером (с общим истоком еслм будем выбран полевой транзистор). Для проведения расчетов, следует, как и в пункте 5, сначала выбрать активный элемент. Параметрами по прежнему являются рабочая частота 91.5 МГц и мощность 93.6 Вт. Подходящий транзистор – биполярный, 2Т971А, полный список параметров которого указан в Приложении 6.

рис. 7.1.

На рис.7.1. изображена схема ПУ, выполненного по схеме с общим эммитером, где в качестве входных и выходных согласующих цепей выбраны П-контуры, образованные элементами C1, L1, C2 и C3, L2, C4, однако, вид согласующих цепей может быть изменен после расчетов. Под сопротивлением нагрузки следует понимать входное сопротивление следующего каскада, которое было рассчитано в пункте 5 и составляет 1857Ом.

Заданы:

1. Мощность в нагрузке усилителя Р_Н = 93.6 Вm.

2. Рабочая частота 91.5 МГц.

3. За исходное для расчета принято стандартное напряжение источника коллекторного питания Е_п = 28 В.

4. Угол отсечки Θ _В = 90^°.

В УМ используется транзистор 2Т971А, имеющий следующие параметры(прочие параметры приведены в Приложении 6):

h_21э0=β (мин) =2.2,

r_нас= 0.15 Ом

E'_б0= 0.7 В

L_Э=0.18 нГн

f_β=220 МГц

f_Т=400 МГц,

Ск=300 пФ

R_ТПК=0.6 С/Вт,

e_{б доп}= 4 В.

коэф берга

⇐ Предыдущая 1 2 345 Следующая ⇒