Как видим из сказанного выше, в структурную схему радиопередатчика ЧМ колебаний входят следующие блоки: модулятор, воздействующий на автогенератор с целью изменения частоты генерации последнего; непосредственно автогенератор, генерирующий автоколебания заданной частоты; умножитель частоты, повышающий частоту колебаний, подаваемых с автогенератора; усилитель мощности; согласующие цепи. В качестве последних будем использовать колебательные системы, которые могут отвечать поставленным выше требованиям.

Согласно проведенным рассуждениям на рисунке 2.1 представлена структурная схема радиопередатчика ЧМ колебаний.

Рисунок 2.1- Структурная схема радиопередатчика ЧМ колебаний

Далее произведем расчет блоков структурной схемы радиопередатчика ЧМ колебаний представленных на рисунке 2.1. Расчет будем производить с конца схемы, т.е. от антенной цепи. В процессе данного расчета будет вводиться коррекция структурной схемы, необходимая для обеспечения заданных параметров. В основном коррекция будет заключаться в уточнении количества каскадов в том, или ином блоке радиопередатчика.

3 Расчет оконечного каскада

3.1 Энергетический расчёт коллекторной цепи

Основными данными к расчету резонансного усилителя мощности являются частота колебаний в режиме молчания (отсутствие передаваемого сообщения) и мощность на выходе усилителя в данном режиме. В нашем случае частота в режиме молчания равна 68 МГц. Заданная же по ТЗ мощность должна быть обеспечена на выходе передатчика, т.е. в антенне, и, поэтому, она не учитывает потерь в тракте, соединяющим выходной каскад (усилитель мощности) с антенной передатчика. В данный тракт входят, как правило, выходная колебательная система (более подробно чуть ниже) и фидер. Каждая из составляющих тракта вносит потери, определяемые ее коэффициентом полезного действия. Зачастую КПД колебательной системы лежит в пределах h _к ≈0.8 , а КПД фидера в пределах h _ф ≈0.9 . Поэтому мощность на выходе усилителя определяется следующим образом:

Для дальнейшего расчета необходимо выбрать транзистор, параметры которого отвечали бы требованиям по частоте и выдерживали мощность, развиваемую усилителем. Выберем для оконечного каскада из 1 транзистор КТ950А. Его параметры:

Сопротивление насыщения, rнас	0.15 Ом
Сопротивление базы, rб	0.6 Ом
Статический коэффициент усиления, h21э	50
Предельная частота усиления, fТ	225 МГц
Емкость перехода коллекторного перехода, Cк	150 пФ
Емкость эмиттерного перехода, Cэ	1100 пФ
Предельное напряжение между коллектором и эмиттером, Uкэ.доп	60 В
Предельное питание на коллекторе, Eк	28 В
Предельный постоянный ток коллектора, Iко.мах	10 А
Предельный импульсный ток коллектора, Iк.мах	30 А

Усилитель мощности, по сути, является генератором с внешним возбуждением. Как правило, генераторы с узкодиапазонной резонансной нагрузкой строят однотактными. Транзисторы могут работать с отсечкой тока, поскольку выходная цепь связи благодаря относительно низкому сопротивлению емкости С_к обеспечивает короткозамкнутую нагрузку на второй и более высоких гармониках. Применение двухтактных генераторов на специальных балансных транзисторах, при резонансной нагрузке не оправдано, поскольку в данном случае труднее обеспечить симметрию работы плеч. Важное преимущество двухтактных генераторов с широкодиапазонной нагрузкой связано с взаимной компенсацией (фильтрацией) четных гармоник, но при резонансной нагрузке оно не существенно, так как необходимая фильтрация достигается правильным выбором LC- элементов в выходной цепи генератора.

Из сказанного выше, не обременяя себя лишними проблемами, выберем в качестве усилителя мощности генератор с внешним возбуждением по однотактной схеме построения. Активный же элемент, используемый в качестве усилительного, включим по схеме с общим эмиттером (ОЭ). Принципиальная схема усилителя мощности, выбранная в нашем случае, представлена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1- Принципиальная электрическая схема ГВВ

Для расчета генератора с внешним возбуждением, построенного на биполярном транзисторе включенного по схеме с ОЭ, воспользуемся методикой изложенной в [3].

Рассчитаем амплитуду переменного напряжения на коллекторе (предварительный расчет):

, (3.1)

Рассчитываем напряжение источника коллекторного питания (предварительный расчет):

, (3.2)

Из ряда стандартных значений напряжений питания выберем напряжение равное Ek =30В . Рассчитываем амплитуду напряжения на коллекторе:

, (3.3)

Рассчитываем остаточное напряжение на коллекторе:

, (3.4)

Рассчитываем амплитуду импульса коллекторного тока:

. (3.5)

Рассчитываем постоянную составляющую тока коллектора:

. (3.6)

Произведём расчёт высокочастотных Y–параметров на рабочей частоте. При расчёте значение тока эмиттера I_э принимаем равным I_ko . Расчёт вспомогательных параметров:

, (3.7)

, (3.8)

, (3.9)

. (3.10)

Расчёт Y–параметров:

, (3.11)

, (3.12)

. (3.13)

Активная составляющая выходного сопротивления транзистора:

, (3.14)

где R_e (Y₂₂ )-действительная часть выходной проводимости.

Теперь, зная R₂₂ , найдем первую гармоники тока, протекающую через выходное сопротивление транзистора:

. (3.15)

Амплитуда первой гармоники коллекторного тока

. (3.16)

Первая гармоника тока, протекающая через нагрузочный контур:

. (3.17)

Сопротивление нагрузочного контура, необходимое для обеспечения критического режима:

, (3.18)

Максимальная мощность, потребляемая от источника коллекторного питания:

. (3.19)

Мощность переменного тока, поступающая в нагрузочный контур:

, (3.20)

Таким образом, в нагрузочный контур поступает не вся генерируемая транзистором мощность Р₀ , а лишь её часть Р₁₁ , причём разность Р₀ -Р₁₁ составляет высокочастотные потери в транзисторе за счёт наличия паразитного сопротивления R ₂₂ . Эти потери снижают К.П.Д. генератора и ухудшают тепловой режим работы транзистора.

Коэффициент полезного действия коллекторной цепи при номинальной нагрузке:

. (3.21)

Максимальная рассеиваемая мощность на коллекторе транзистора:

. (3.22)

На этом расчет коллекторной цепи можно считать законченным. Единственно, в дальнейшем необходимо будет учесть влияние выходного сопротивления транзистора в виде ослабления нагрузочного сопротивления, что приводит к уходу от критического режима работы, обеспечивающего оптимальный режим работы ГВВ.