Расчет частотного модулятора (чм) на варикапе

На рис. В.1 приведена принципиальная электрическая схема ЧМ, в которой осуществлен случай последовательно-параллельного включения варикапа в контур. Такая схема наиболее часто используется на практике [2,19].

В этой схеме резисторы R₁R₂ образуют делитель напряжения смещения, дроссель Lдр служит для разделения цепей высокой частоты и питания. Пример 1. [19, с. 271…272] .

Рассчитать ЧМ с параметрами: средняя частота f=30 МГц; девиация частоты f ∆ =6 кГц; амплитуда высокочастотного колебательного напряжения на контуре U_ω =5,5 В; емкость контура автогенератора С=50 пФ; добротность контура Q = 160; глубина допустимой паразитной AM М_АМ<1%; коэффициент нелинейных искажений k_Ω<10 %, напряжение источника питания Е=12 В. Значения U_ω, C, Q, E должны быть заранее рассчитаны или выбраны из электрического расчета АГ (Приложение 1).

1. Выбираем варикап КВ102. Его параметры: СН = 22...32 пФ;

ϕ к = 0,8 В; добротность Q_B ≥ 200; допустимое напряжение смещения 45 В.

2. Относительная девиация частоты

3. Необходимое изменение емкости контура для получения заданной

девиации частоты

4. Выбираем напряжение смещения на варикапе E_см = 6 В.При этом смещении емкость варикапа С₀=25 пФ.

5. Сопротивление делителя напряжения при токе делителя

(обычно I_дел = (100…1000) I_обр, где I_обр — обратный ток варикапа при выбранном смещении). Выбираем R1= R2 = 6,2 кОм.

6. Для ослабления факторов, дестабилизирующих частоту генерации, выбираем наименьший коэффициент включения варикапа в контур

7. Постоянная составляющая емкости, вносимой варикапом,

С =p С₀ =0,141·25 ≈ 3,5 пФ.

8. Необходимое изменение емкости варикапа в процессе модуляции,

9. Емкостьконденсаторасвязи

10. Амплитуда модулирующего напряжения на варикапе при крутизне характеристик и варикапа в выбранном режиме

11. Амплитуда напряжения высокой частоты на варикапе

13. Коэффициентпаразитной AM

14. Нормированнаяамплитудамодулирующегосигнала

15. Коэффициентнелинейныхискажении

Коэффициент k_Ω ≈0,00025 = 0,025%.

При расчете ЧМ с изменяемой средней частотой f (т. е. диапазонного) управитель частоты необходимо подключить к контуру автогенератора через частотно-зависимое реактивное сопротивление.

Расчет статической модуляционной характеристики ЧМ при известных параметрах контура и варикапа и расчет параметров контура ЧМ автогенератора по заданным параметрам статической модуляционной характеристики даны в [19, с. 156... 158].

Приложение В1.Расчет буферного усилителя

Основное назначение буферного усилителя – ослаблять влияние антенны, выходного и промежуточных усилителей на режим и частоту колебаний задающего генератора. Следовательно, буферный усилитель должен располагаться непосредственно за задающим генератором.

Буферные каскады могут быть усилителями напряжения и усилителями мощности, но выходная мощность буферных усилителей невелика. С учетом структурной схемы радиопередатчика примем Рвых = 2Вт, fраб = 20 – 24 Мгц.

1. По заданной мощности выбираем транзистор П601 с параметрами: В₀ = 0,95, Ск = 200пФ, S₀ = 4,75 А/В, Sк = 0,25 А/В, Uкэmax = 25В, fкр = 30 Мгц. Принимаем Ек = 20В. Выбираем импульс коллекторного тока косинусоидальной формы с углом отсечки θ = 90⁰. Коэффициенты разложения импульса коллекторного тока α₀ = 0,32; α₁ = 0,5.

2. Определяем значение емкости фильтра источника:

С1 = 30*10³*S/Lф(fсред)² , где Lф рекомендуется выбирать порядка 400 мкГн

С1 = = 4 мкФ.

3. Расчет элементов колебательного контура нагрузки УМВЧ С3L2 ведется исходя из резонанса на нижней частоте заданного диапазона. Принимаем индуктивность контура L2 = 20 мкГн, f0 = 20 Мгц.

f₀ =

C3 = = = 300 пФ

Рассчитываем коэффициент включения контура в коллекторную цепь транзистора, для чего определяем Zое, приняв добротность Q = 100.

Zoe = ρQ = = 30 кОм

Определяем ориентировочно выходное сопротивление транзисторного каскада:

Rвых = U_m1/I_m1 = 19/0,21 = 90 кОм

Т. К. Zое и Rвых соизмеримы, допустимо полное включение контура в коллекторную цепь транзистора.

4. Найдем постоянный ток базы:

I_a0 = I_k0/β = 0,134/19 = 7мА

5. Найдем напряжение на базе Uб0

Uб0 = Uk0/(10÷15) = (20-0,134*100)/10 = 0,7В

6. Определяем сопротивление смещения в цепи базы:

R1 = Rист*Eк/U_б0 = 12кОм*20В/0,7В = 34 кОм

R2 = R1*U_б0/(Ек-U_б0) = 34*0,7/(20-0,7) = 1,3 кОм

7. Амплитуда первой гармоники тока эмиттера:

I_э1 = I_к1/h_21б = 0,21/0,95 = 0,22 А

8. Амплитуда импульса эмиттерного тока:

Iиэ = I_э1/α₁ = 0,22/0,5 = 0,44 А

9. Амплитуда усиливаемого напряжения на базе без учета частотных влияний:

Uмб = Iиэ/(S₀*(1-cosθ)) = 0,44/4,45 = 0,093 В

10. Мощность, необходимая базовой цепи:

Рб = Uмб*Iмб/2 = 0,093*0,21/2 = 0,019 Вт

11. Определяем емкость разделительных конденсаторов:

Λmax = 3*10⁸/20*10⁶ = 15 м

С2 = С3 = (20÷100)* Λmax*10^-12 = 20*15*10^-12 = 300 пФ

12. Вычисляем критический коэффициент использования коллекторного напряжения:

Ξкр = 1 –(2Рпр)/(α₁*Е2к*Sк) = 1- (0,75*2)/(0,5*400*0,25) = 0,95

13. Амплитуда колебательного напряжения на контуре:

Uмк = Ξкр*|Eк| = 0,95*20 = 19В

14. Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:

Iк₁ = 2*Рпр/Uмк = 2*2/19 = 0,21 А

15. Амплитуда импульса коллекторного тока:

Iкм = I_к1/ α₁ = 0,21/0,5 = 0,42 А

16. Постоянная составляющая коллекторного тока:

I_к0 = α₀* Iкм = 0,32*0,42 = 0,134 А

17. Мощность, расходуемая источником питания в цепи коллектора:

Рк = Р₀ – Р_~к = 2,7 – 2 = 0,7 Вт, что значительно меньше Ркдоп.

18. КПД по цепи коллектора:

η = Р_~к/Р0 = 2/2,7 = 0,74

19. Определяем сопротивление в цепи коллектора:

Rк = Uмк/I_к1 = 19/0,21 = 100 Ом

20. Определяем сопротивление источника сигнала:

Rист = = 3*40/4*0,25 = 1,2 кОм