РАСЧЁТ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ГВВ

АННОТАЦИЯ

В данной работе будет проведён расчёт и моделирование генератора с внешним возбуждением.

Генератор с внешним возбуждением - это радиоэлектронное устройство, предназначенное для преобразования энергии постоянного тока в высокочастотную электромагнитную энергию, равную или кратную входной частоте. Генератор с внешним возбуждением называется усилителем мощности в том случае, когда частота выходного сигнала равна частоте входного. Если же частота выходного сигнала в целое число раз больше частоты входного – речь идет об умножителе частоты. Получение высокого КПД при определенной мощности в нагрузке – основное требование, предъявляемое к ГВВ. Это накладывает определенные ограничения на выбор режима работы генераторного устройства и параметров согласующей цепи. Из-за наличия высших гармоник в токе генераторного устройства, при работе в нелинейном режиме ГВВ можно использовать в качестве умножителя частоты (УЧ). УЧ предназначены для преобразования колебаний с частотой ω в колебания кратной частоте  nω,  где n - любое положительное целое число. Использование УЧ позволяет повысить стабильность частоты задающих генераторов, расширить диапазон рабочих частот или получить множество стабильных частот в синтезаторах частоты, увеличить индекс частотной (фазовой) модуляции и повысить стабильность радиопередатчика.

Согласующая цепь обеспечивает трансформацию в общем случае комплексного сопротивления нагрузки в резистивное сопротивление в нужный нам диапазон частот, но чтобы при этом обеспечивались энергетические показатели ГВВ. Согласующая цепь не только обеспечивает необходимое подавление высших гармоник в нагрузке, но и осуществляет необходимую фильтрацию, из-за работы генераторного устройства в нелинейном режиме, при котором в коллекторном токе содержатся высшие гармоники, которые необходимо подавить.

Проанализируем техническое задание и формирование функциональной схемы.  Сопротивление нагрузки: Rн = 50 Ом, частота: 13 Мгц, подавление гармоник: не хуже -60 dB, выходная мощность: не менее 75 Вт, КПД: не менее 60%

Рисунок 1. Функциональная схема

Выбираем полевой транзистор 2N6766, обладающий следующими характеристиками:

Рисунок 2. Транзистор 2N6766

Таблица 1.

Технические характеристики транзистора 2N6766

Снимаем входные и выходные характеристики и строим нагрузочные прямые.

Рисунок 3. Входная характеристика

Рисунок 4. Выходная характеристика

Рисунок 5. Частотная характеристика

Как видно выбранный транзистор подходит к начальным условиям.

Проведем расчеты. Выбираем угол отсечки 90°. В этом режиме коэффициенты Берга имеют следующие значения:

Рисунок 6. Графики функций Берга

По нагрузочной прямой снимаем значение крутизны и считаем сопротивление насыщения:

Выбираем напряжение стока как половину максимального напряжения:

Вычисляем коэффициент использования стокового напряжения:

Амплитуда напряжения на стоке:

Максимальное значение напряжения:

Ток первой гармоники стокового тока:

Амплитуда импульса стокового тока:

Постоянная составляющая стокового тока:

Мощность в стоковой цепи:

Мощность, рассеиваемая:

Коэффициент полезного действия:

Стоковое сопротивление:

Проведем расчеты выходной цепи. Выходное сопротивление равно сопротивлению антенны или фидера. Находим сопротивление :

Находим волновые сопротивления:

Находим номиналы:

КПД:

Находим нагруженную добротность:

Находим коэффициент фильтрации цепи:

Этого недостаточно, поэтому необходимо увеличить количество звеньев цепи.

Для этих звеньев входные и выходные сопротивления равны 50 Ом. Расчет не отличается от приведенного выше.

Находим номиналы:

Находим КПД:

Нагруженная добротность:

Коэффициент фильтрации второго звена цепи:

Чтобы обеспечить коэффициент фильтрации 60 дБ нужно использовать три звена. Тогда коэффициент будет равен:

Общий КПД:

В цепь питания ставим блокировочные конденсаторы емкостью 5 нФ.

Рисунок 7. Схема принципиальная

Рисунок 8. Сигнал на выходе

Рисунок 9. Частотная характеристика

По условию добротность катушек должна быть не меньше 100. Также токи в катушках достаточно велики. Таким условиям удовлетворяет однослойная катушка, намотанная толстым проводом. Индуктивность таких катушек можно вычислить по формуле:

Рисунок 10. Схема однослойной катушки

После расчета по данной формуле конструкция катушек будет выглядеть следующим образом:

Рисунок 11. Конструкция катушки

Катушки другого номинала отличаются только длиной намотки.

Длина намотки:

L₁: 10 мм

L₂: 18 мм

L₃: 30 мм

L₄: 30 мм

Список литературы:

1. Драбник Г.М. Радиопередающие устройства. Пособие по курсовому проектированию. - Л.: 1969 – 126 с.
2. Кацнельсон Б.В., Калугин А.М., Ларионов А.С. Электровакуумные электронные и газоразрядные приборы. Справочник.-М.:Радио и связь,1985
3. В.В.Шахгильдян, В.Б.Козырев, Р.А.Луховкин и др. под ред. В.В.Шахгильдяна. Радиопередающие устройства: Учебник для ВУЗов: -М.: Радио и связь,1990 – 432 с.