623_Proektirovanie_radioperedajuhhikh_ustrojstv_ch.1_
.pdf
Число ламп включенных параллельно - n Эквивалентные расчетные параметры лампы:
S, Sкр, D, µC!C2, EC0.
Другие параметры лампы и режима:
Радоп, РС2доп, РС1доп, Еа, ЕС2, Рмакс
Угол отсечки и коэффициенты разложения:
θ, α1, α0 , β1=f(θ).
Расчет максимального режима генератора.
Коэффициент использования анодного напряжения
= 1 − 2
Амплитуда анодного напряжения
=
Амплитуда тока первой гармоники
2 1
1 =
где P1=Pмакс - для однотактной схемы; P1=0,5Pмакс - для двухтактной
Постоянная составляющая и импульс анодного тока
0 = 0
1 1
макс = 1
1
Мощность, потребляемая от источника анодного питания
0 = ∙ 0
Мощность тепловых потерь на аноде лампы
Pa=P0-P1 ≤ Paдоп∙n
Электронный к.п.д. генератора
= 10
проверка η = 0,5γξ
Сопротивление анодной нагрузки
=
1
11
Амплитуда напряжения возбуждения
= + 11
Напряжение смещения
|
|
|
|
|
|
|
= |
− − |
2 |
− ( |
− ) |
|
|||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
1 2 |
|
|
Расчёт статических модуляционных характеристик и нелинейных искажений ведётся на ПЭВМ с помощью программы UMKU.EXE на мощность, которая приходится на одну лампу при параллельном включении n ламп, т.е. мощность P1 должна быть уменьшена в n раз.
Исходными данными для расчёта являются параметры максимального режима Uc, Ec, Ea, Ua, Ec2. По результатам расчёта печатающее устройство ведет листинг, пример которого представлен на рисунке 4.1.
В первой строке результатов расчёта приведены комбинационные искажения двухтонового сигнала при однополосной модуляции KS3, KS5, а также коэффициент гармоник KГ при амплитудной модуляции. Мощность P1, полу-
12
ченная в результате расчёта может отличаться от заданной; в этом случае необходимо корректировать амплитуду возбуждения и повторять расчёт до тех пока, пока мощность P1 не будет отличаться от заданного значения более чем на ±
0,5 %.
Программа позволяет также подобрать режим с минимальными нелинейными искажениями. Для этого предусмотрена возможность исследования искажений от выбора рабочей точки (напряжения смещения Ec). После определения оптимального смещения расчёт выполняется заново; при этом необходимо обратить внимание на величину мощности тепловых потерь на аноде лампы, она не должна превышать допустимое значение Paдоп! Если это произошло, отрицательное смещение Ec следует увеличивать, пока тепловой режим лампы не станет допустимым. Поскольку искажения в этом случае могут превзойти допустимую величину в схему усилителя должна быть введена цепь отрицательной обратной связи.
По результатам машинного расчёта необходимо построить графики статических модуляционных характеристик
Ja1, Ja0, Ua, P1, P0, Pa, Pc2,Pc1, η=f(Uc)
4.2.Расчет УМК на полевом транзисторе
сизолированным затвором
Как уже было отмечено выше в режиме УМК не рекомендуется полное использование транзистора по мощности; режим должен быть недонапряженным; число параллельно включенных транзисторов до 20.
Исходные данные:
Схема включения с общим истоком (ОИ) однотактная или двухтактная. Параметры эквивалентной схемы транзистора:
S, rнас, Ri, Cк, Сзс, rз, rк, rи, Lз, Lи
Другие параметры транзистора и режима:
Ес, Ео, Рсдоп, еси доп, ези доп, Iсдоп
Угол отсечки и коэффициенты разложения
Θ, соsΘ, α1, α0
Максимальная рабочая частота f.
Расчет максимального режима генератора
1. Критический коэффициент использования стокового напряжения
кр = 0,5 + √0,25 − 2 1 нас
1 2
где P1=Pмакс - суммарная мощность транзистора в однотактной схеме; P1=0,5Pмакс - мощность транзисторов одного плеча в двухтактной схеме; n - число параллельно включённых транзисторов.
13
В максимальном режиме при УМК режим должен быть недонапряжен-
ным, поэтому рабочее значение ξ = (0,8 – 0,9)ξкр |
|
|
||||||
2. |
Амплитуда стокового напряжения |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
Uc = ξEc |
|
|
|
3. |
Пиковое напряжения на стоке |
|
|
|
|
|||
|
|
ec макс = Ec + 1,2 Uc ≤ ec доп |
||||||
4. |
Первая гармоника и постоянная составляющая стокового тока |
|||||||
|
|
= |
21 |
, |
|
= |
0 |
|
|
|
|
||||||
|
1 |
|
|
0 |
|
1 |
||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
5. Импульс стокового тока
макс = 1 ≤ доп1
При θ=180º Jc0 = 1,2Jc1; ic макс = Jc0 + Jc1 ≤ nIc доп
6. Сопротивление стоковой нагрузки
Rc = Uc/Jc1
7. Потребляемая мощность и мощность потерь на стоке
Р0 =Jc0 ∙Eс, Pc = P0 – P1 ≤ nPc доп
При θ=180º Рс = Р0 ≤ nPc доп
8. Электронный к.п.д. генератора
= 10
9. Амплитуда напряжения возбуждения (на канале)
к = 1(1 + / )1(1 − )
10. Напряжение на затворе
Uз = Uк[1+α1·S·rи·(1-cosθ)]
11. Напряжение смещения на затворе
Ез = Е0 – Uк cosθ
12. Пиковое напряжение на затворе
eз макс = ±|Eз ± Uк| < eзи доп
Расчёт статических модуляционных характеристик и нелинейных искажений ведется на ПЭВМ с помощью UMPE на мощность, которая приходится на один транзистор при параллельном включении n транзисторов, т.е. мощность P1 должна быть уменьшена в n раз.
Исходными данными для расчёта являются параметры максимального режима Uc, Ec, Ea, Ua, Ec2. По результатам расчёта печатающее устройство ведет листинг, пример которого представлен на рисунке 4.1.
14
По результатам машинного расчёта необходимо построить графики статических модуляционных характеристик
Jc1, Jc0, Uc, P1, P0, Pc, η = f(Uc),
а также проверить тепловой режим транзистора и выполнение требований ГОСТ на нелинейные искажения сигнала.
4.3. Расчет УМК на биполярном транзисторе
Существенная нелинейность характеристик биполярных транзисторов ограничивает их применение в усилителях модулированных по амплитуде колебаний. Удовлетворительные результаты удается получить лишь при использовании их по мощности не более, чем на 20 ÷ 50 % от номинального значения, и как правило, с углом отсечки θ = 1800. Не допускается параллельное включение биполярных транзисторов.
При усилении модулированных колебаний режим в максимальной точке модуляционной характеристики должен быть недонапряженным.
Исходные данные:
Схема включения транзистора с общим эмиттером (ОЭ) однотактная, или двухтактная.
Параметры эквивалентной схемы транзистора:
rнас, Cк, Cэ, rэ, rб, Lэ, Lб.
Другие параметры транзистора и режима:
Eк, Eбо, Pкдоп, eбэ доп, eкэ доп, Iко доп, Iкмакс доп.
Угол отсечки и коэффициенты разложения:
θ, соsθ, α1, α0
Максимальная рабочая частота: f Граничная частота: fТ.
4.3.1. Расчет режима максимальной мощности
Приведенный ниже порядок расчета справедлив при условии f ≤ 0,5fT. 1. Критический коэффициент использования стокового напряжения:
кр = 0,5 + √0,25 − 2 1 нас1 к2
где P1 = Pмакс - суммарная мощность, отдаваемая транзистором, в однотактной схеме;
P1 = 0,5 Pмакс - мощность одного транзистора в двухтактной схеме; n - число параллельно включённых транзисторов.
В максимальном режиме при УМК режим должен быть недонапряженным, поэтому рабочее значение ξ = (0,7 – 0,8)ξкр
2. Амплитуда стокового напряжения:
Uк = ξEк
15
3. |
Пиковое напряжение на стоке: |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
eк макс = Eк + 1,2 Uк ≤ eкэ доп |
|
||||||||
4. |
Первая гармоника и постоянная составляющая коллекторного тока |
|||||||||||
|
|
= |
21 |
, |
|
|
= |
0 |
|
≤ |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
к1 |
|
|
|
к0 |
|
к1 |
|
к0 доп |
|||
|
|
|
к |
|
|
|
1 |
|
|
|
||
5. |
Импульс коллекторного тока: |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
= |
к1 |
≤ |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
к макс |
|
1 |
к макс доп |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
При θ=180º Jк0 = 1,2 ∙ Jк1; iк макс = Jк0 + Jк1 ≤ Jк макс доп
6. Сопротивление стоковой нагрузки:
Rк = Uк/Jк1
7. Потребляемая мощность и мощность потерь на стоке:
Р0 =Jк0 ∙Eк, Pк = P0 – P1 ≤ nPк доп
При θ=180º Рк = Р0 ≤ nPк доп
8. Электронный к.п.д. генератора
= 10
9. Амплитуда базового тока
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∙ √1 + ( 0 )2 |
||
|
|
к1 |
|
|
||
б1 |
= |
|
|
|
|
|
0 |
1(1 − ) |
|||||
|
|
|||||
где
χ= 1+α1∙2πfT∙Cк∙Rк(1 – сosθ)
10.Балластный резистор в цепи базы
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
√1 + ( |
0 |
|
)2 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||||
б ≤ | бдоп |
− б0 |
| ∙ |
|
|
|
|
|
|
||
|
(1 + ) |
|||||||||
|
|
|
|
б1 |
|
|
|
|
|
|
б ≤ |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
||
2 э |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|||||
Здесь Ебо = 0,7В для кремниевых транзисторов и 0,5В для герма-
ниевых. Из двух значений Rб выбирается меньшее.
11. Сопротивление автоматического смещения (необходимое для фиксации угла отсечки 90º при изменениях амплитуды колебаний)
Rавт = χRб – [rб + (1 + β0) rэ]
Фиксированное смещение на базе для θ=90º должно быть равно Ебо.
16
12. Постоянные составляющие токов базы и эмиттера
Jбо = Jко/β0; Jэо = Jко + Jбо
При θ=180º, фиксированное смещение на базе
Еб = Ебо + Jбо ∙ rб + Jэо ∙ rэ
13. Активная составляющая входного сопротивления транзистора:
|
|
вх = |
|
∙ |
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
+ ( |
|
|
) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
[ |
|
|
|
] |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= [1 + (1 − ) ∙ |
∙ |
∙ ] |
∙ |
+ + 2 (1 − ) ∙ ∙ |
∙ |
||||||||||||
1 |
1 |
|
|
к |
|
к |
|
б |
|
э |
|
|
1 |
|
|
|
э |
|
|
2 = б + [1 |
+ 1(1 − ) |
∙ 0 ∙ э |
] − 1 + ∙ б[1 |
− 1(1 |
− )] |
||||||||||||
|
14. Реактивная составляющая входного сопротивления |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 ∙ 0 |
⁄ |
|
|
|
|
|||||
|
|
вх = 2 ∙ 1 − |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
⁄ |
2 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
∙ [1 + (0 |
∙ |
) ] |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где L1 = Lб + Lэ/χ
15. Входная мощность
Рвх = 0,5 ∙ Jб12 ∙ rвх
Коэффициент усиления по мощности
= |
1 |
≥ К |
рс |
Кр |
Р1 |
Крс |
|
|
|||||
|
вх |
|
|
Рвх |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
Здесь Крс – усиление по мощности, предусмотренное структурной схемой. Если последнее неравенство не выполняется, структурная схема должна быть скорректирована с учетом расчетного коэффициента усиления Кр.
4.3.2. Расчёт режима несущей частоты
Для расчёта режима несущей частоты (режим молчания, «телефонная точка») используют формулы линейной интерполяции
к1 = |
|
к1 |
|
к0 = |
к0 |
||||
(1 + ) |
(1 + ) |
||||||||
|
|
|
|||||||
к = |
|
к |
|
= |
|
|
|
||
|
(1 + ) |
(1 + ) |
|||||||
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
17 |
|
|
|
|
1 = |
1 |
0 = |
0 |
|
(1 + )2 |
(1 + ) |
|||
|
|
Наиболее важна в режиме несущей проверка мощности потерь на коллекторе
PкT = P0T – P1T ≤ Pк доп
В случае однополосной модуляции несущей нет, поэтому рассчитывается
режим средней мощности (m = mср) |
для заданного уровня пилот-сигнала |
||||
Jк1н/Jк1, где Jк1н - ток остатка несущей, выполняющий функцию пилот-сигнала. |
|||||
В расчётах α принимается равным 0 и 0,1. |
|
|
|
||
к1ср = к1 ∙ [ + (1 − ) ]; |
к0ср = к0 |
∙ [ + (1 − ) ]; |
|||
кср = к ∙ [ + (1 − ) ]; |
0ср = 0 |
∙ [ + (1 − ) ]; |
|||
|
= ∙ [ 2 + (1 − )2 2]; |
= |
2 + (1 − )2 2 |
∙ ; |
|
|
|
||||
1ср |
1 |
ср |
+ (1 − ) |
|
|
|
|
|
|
||
кср = 0ср − 1ср ≤ к доп
В расчетах режима средней мощности величина коэффициента модуляции m изменяется от 0 до 1. По результатам расчета строятся модуляционные характеристики
к1ср, к0ср, 1ср, 0ср, кср, ср = ( ).
5. Расчет генератора в режиме анодной, анодно-экранной, коллекторной и стоковой модуляции
Высокие энергетические и электроакустические показатели генераторов с модуляцией на выходной электрод активного элемента (анод, коллектор, сток) обусловили ее широкое применение в радиовещательных передатчиках. Линейность модуляционных характеристик в этом случае практически не зависит от угла отсечки выходного тока, поэтому в отличие от режима УМК, θ выбирают в пределах 70 ± 80° [2]. При меньших углах отсечки падает коэффициент усиления по мощности и возрастает входное напряжение. Для θ> 85° характерно появление тока «покоя» и снижение к.п.д. генератора.
Максимальная мощность генератора Рмакс определяется при составлении структурной схемы. Номинальная мощность электронных приборов и их количество выбирается следующим образом:
∙ ≥ макс
Кф
где Кф – коэффициент форсирования электронного прибора по мощности. При анодной модуляции Кф = 2÷4; при анодно - экранной Кф = 2÷3; при коллекторной и стоковой Кф ≤ 1;
Такой выбор Кф обусловлен способностью генераторных ламп относительно легко переносить кратковременные перегрузки по току, напряжению, мощности потерь на аноде и даже электрический пробой междуэлектродных промежутков.
18
Для транзисторов форсирование по мощности совершенно не допустимо. Более того, для повышения надежности при коллекторной (стоковой) модуляции целесообразно закладывать не менее 20% запаса по току, напряжению и мощности потерь. Допускается предельное использование транзистора не более чем по одному из перечисленных параметров.
Форсирование генераторных ламп по мощности осуществляется за счет выбора в максимальном режиме напряжения источников питания выше номи-
нального Ea≈2EaN, Еc2 ≈ (1,5 ÷ 2)Ec2N. Здесь EaN, Ec2N — определяются по справочным данным генераторной лампы.
5.1. Расчет генератора в режиме анодной модуляции.
Выходные каскады мощных и сверхмощных радиовещательных передатчиков могут проектироваться с применением генераторных триодов. В этом случае, в выходном каскаде передатчика применяется комбинированная анодная модуляция, при которой одновременно с анодным напряжением изменяется смещение на сетке и амплитуда возбуждения.
Расчет ведется в слабоперенапряженном режиме на мощность P1 =Рмакс в однотактной схеме, или Р1=0,5Рмакс в двухтактной.
Исходные данные:
Схема включения: однотактная, двухтактная, с общим катодом (ОК), с общей сеткой (ОС).
Число ламп, включенных параллельно: n
Эквивалентные расчетные параметры: S, Sкр(или μc), Eco,D.
При необходимости можно использовать формулу связывающую эти параметры μc = D - Sкp/S.
Другие параметры лампы: PN, EaN, Рa доп, Рс доп.
Расчет максимального режима генератора
Критический коэффициент использования анодного напряжения
кр = 0,5 + √0,25 − |
|
2 1 |
|
|
∙ ∙ |
∙ 2 |
|
1 |
кр |
|
|
Рабочий коэффициент использования анодного напряжения
ξ=(1,01 – 1,03) ∙ ξкр
Приращение ξ, обеспечивающее заданную мощность P1:
(2 − 1⁄ ) ∙ ( − кр) ∆ = 
1 − 1,2 ∙ √1 − ( − кр)
Косинус угла «провала» θ1 и коэффициенты разложения импульса провала:
19
1 = 1+∆1 ; α1(θ1); α0(θ1) - определяются по таблицам. Идеализированный сеточный ток
In макс = Sкр ∙ Ea ∙ ∆ξ
Амплитуда анодного напряжения
Ua = ξ ∙ Ea
Первая гармоника анодного тока
21
1 =
Первая гармоника катодного тока
к1 = 1 + макс ∙ 1
Импульс катодного тока
к макс = к1
1
Постоянная составляющая анодного тока
0 = к макс ∙ 0 − макс ∙ 0(1)
Потребляемая мощность
P0=Ja0 ∙ Ea
Мощность потерь на аноде:
Pa = P0 – P1 ≤ 2nPa доп
(в максимальном режиме при анодной модуляции допускается двукратное превышение допустимой мощности тепловых потерь).
Электронный к.п.д.:
= 10
Сопротивление анодной нагрузки
=
1
Амплитуда возбуждения
|
= + |
|
к1 |
|
|
||
|
|
∙ 1 |
(1 − ) |
|
|
Напряжение смещения
= 0 − − ( − )
Расчет статических модуляционных характеристик и нелинейных искажений ведется на ПЭВМ с помощью программы KAML.EXE на мощность, которая приходится на одну лампу при параллельном включении n ламп, т.е. мощность P1 должна быть уменьшена в n раз.
Исходными данными для расчета являются параметры максимального режима Uc,Еc,Еa,Ua, а также коэффициент модуляции анодного напряжения m и напряжения возбуждения mc. Обычно m=1, а mc выбирается в пределах 0,5 ÷0,8.
По результатам машинного расчета необходимо построить графики статических модуляционных характеристик Ja1, Ja0, Ua, P1, Р0, Pa, Ec, η = f(Ea), а
20