4 Разработка схемы электрической принципиальной

В данном курсовом проекте заданы на расчёт следующие блоки:

1) Цепь согласования;

2) оконечный усилитель мощности;

3) третий умножитель частоты;

4) фазовый модулятор;

5) первый умножитель частоты;

6) автогенератор.

Расчёт выполнялся в следующей последовательности:

1) Расчёт П - образной инвертирующей цепи;

2) расчёт оконечный усилитель мощности на клистроне;

3) расчёт третьего умножителя частоты на варакторе;

4) расчёт фазового модулятора;

5) расчёт первого умножителя частоты на варакторе;

6) расчёт кварцевого автогенератора.

4.1 Обоснование выбора оконечного усилитель мощности

Для оконечного усилителя мощности выберем многорезонаторный клистрон, который обладает достаточно высоким КПД, необходимым для проектируемого передатчика усилением. Так как в проектируемом передатчике отсутствуют смена несущих частот, по условию ТЗ, клистрон будет удовлетворять требованию по величине полосы пропускания частот. Стоит отметить меньшую, чем у ЛБВ чувствительность к изменениям напряжения питания, энергетические затраты, стоимость.

Регулировку выходной мощности клистронного усилителя изменением анодного (ускоряющего) напряжения U₀ производить можно, так как мощность требуемая на выходе не превышает более чем в 2 раза номинальную выходную мощность выбранного клистрона, а значит и КПД не будет заметно отличаться от номинального значения[2]. Выбор режима, близкого к максимальному, поспособствует уменьшению сопутствующей АМ при работе клистрона.

Принципиальная электрическая схема выходного каскада усилителя мощности приведена на рисунке 4.1.

Рис. 4.1 Принципиальная схема усилителя мощности

4.2 Расчет оконечного усилителя мощности

Произведем расчет работы многорезонаторного пролетного клистрона по методике представленной в [6], с уточнениями приведенными из[2].

По данным ТЗ, выходной мощности Р_н=700 Вт и частоте излучения f_р=6 ГГц, выберем многорезонаторный пролетный клистрон КУ-366, который, в полной мере, удовлетворяет нашим требованиям.

Исходными данными для расчета усилителя являются:

- мощность на выходе Рвых 875 Вт;

- рабочая частота f_р 6 ГГц;

Параметры выбранного многорезонаторного клистрона:

- диапазон рабочих частот f 6-8 ГГц;

- выходная мощность номинальная P_ВЫХ. 1,4 КВт;

- ширина полосы частот 30 МГц

- КПД 60 %;

- коэффициент усиления К 45дБ;

- напряжение анода U₀ 10 кВ;

- ток анода I₀ 1,1 А;

- ток накала I_н 4,5 А;

- напряжение накала U_н 12,6 В;

- масса 35 кг.

При расчетах будем использовать отрегулированное значение напряжение анода U₀=1,1(кВ). Поскольку в справочных данных отсутствуют сведения о количестве резонаторов, то, исходя из коэффициента усиления, принимаем N=3.

Принимаем приведенный радиус пролетной трубы ξа=1,2.

Коэффициент :

(4.2.1)

Найдем радиус пролетной трубы:

(4.2.2)

Выберем отношение радиуса пролетной трубы а к радиусу луча b a/b=1,2; тогда найдем b=a/1,2=0,062/1,2=19.425 (см).

Определим приведенный радиус электронного потока ξ_b= ξ_a /1,2=1. Обычно отношение ширины зазора к радиусу пролетной трубы принимается d/a=4/3. Отсюда

(4.2.3)

Приведенная ширина зазора :

(4.2.4)

Частота колебаний электронной плазмы для электронного потока бесконечного сечения:

(4.2.5)

Определим коэффициент а_п продольного расталкивания электронного потока бесконечного сечения:

(4.2.6)

Нормированная длина последней пролетной трубы:

(4.2.7)

Коэффициент электронного взаимодействия:

(4.2.8)

Статическое сопротивление клистрона:

(4.2.9)

Эквивалентное сопротивление выходного резонатора:

(4.2.10)

Характеристическое сопротивление резонатора:

(4.2.11)

Эквивалентное сопротивление ненагруженного резонатора R=ρQ₀. Принимая ненагруженную добротность резонатора Q₀=1500, получим R=1500*113=169,5 (кОм).

Рассчитаем КПД резонатора:

(4.2.12)

Определим выходную мощность в режиме насыщения:

(4.2.13)

Входная мощность, соответствующая максимальной выходной мощности, при регулировке напряжения Uo будет определяться по следующей формуле

, где коэффициент А – первеанс который остается неизменным при регулировке напряжения анода , где - мкропервеанс. Определение входной мощности через коэффициент умножения невозможно, так как при регулировке Uo изменится скорость электронов и проводимость. Из всего сказанного рассчитаем входную мощность:

(4.2.14)

КПД усилителя:

(4.2.15)

где U_H=12,6(В), I_H=4,5(А) – паспортные значения напряжения и тока накала.

Определим мощность рассеиваемую на коллекторе, для расчета конструкторского блока и для расчета теплового режима.

(4.2.16)