Генератор с независимым возбуждением
Техническое задание для проектирования:
- рабочая частота: f = 87 МГц,
- мощность в нагрузке: Р = 85 Вт;
- угол отсечки выходного тока q = 80°;
- коэффициент полезного цепи согласования с нагрузкой ηН = 0,81;
- сопротивление нагрузки: RН = 60
- выходное сопротивление источника сигнала: RИСТ = 75 Ом.
Выбор элементной базы
В качестве активного элемента в данной конструкции выбран МОП транзистор средней мощности. Преимуществами МОП транзисторов по сравнению с биполярными транзисторами являются:
- больший коэффициент использования напряжения питания вследствие значительно меньшего напряжения насыщения;
- весьма малая потребляемая по входу мощность..
При заданном к. п.д. цепи согласования номинальная мощность транзистора составляет [1]
где 
- мощность несущей в нагрузке.
Мощность, рассеиваемая на стоке транзистора, при ожидаемом к. п.д. каскада 
при этом составит
.
Выбираем МОП транзистор типа 2SD2918 фирмы Tomson.
Этот транзистор имеет следующие предельные параметры:
- Максимальная рассеиваемая мощность при 25С°: 175 Вт;
- Максимальное напряжение сток-исток: 125 В;
- Максимальное напряжение затвор-исток: ±21 В;
- Максимальный ток стока: 21 А.
Входные вольтамперные характеристики транзистора показаны на рис.1, а зависимости входной (Ciss), выходной (Coss) и проходной (Crss) емкостей от напряжения на стоке – на рис.2.
Рис.1. Входные характеристики транзистора 2SD2918.
Рис.2. Зависимости входной (Ciss), выходной (Coss) и проходной (Crss) емкостей от напряжения на стоке.
Для улучшения спектрального состава сигнала выберем критический режим работы каскада.
Для схемы с общим стоком критический коэффициент использования стокового напряжения определяется как [1-3]
где 
- коэффициент разложения импульса анодного тока, SГР – крутизна линии граничного режима (рис.3), UC – амплитуда первой гармоники, ЕПИТ – напряжение питания.
Граничную крутизну определим как отношение остаточного напряжения на транзисторе (на границе линейного режима и режима насыщения) к максимальному току стока. В соответствии со справочными данными
Рис.3. К определению крутизны SГР.
Зададимся напряжением питания ЕПИТ = 48 В. Тогда
Определим максимальную амплитуду первой гармоники тока стока как
где 
. Подставив значения, получаем
Постоянная составляющая тока стока
Как видно, эти величины меньше предельно допустимой.
Мощность, потребляемая от источника питания
К. п.д. каскада
Эквивалентное сопротивление нагрузки
Напряжение возбуждения определим как
где S = 1,8 А/В – крутизна транзистора (рис.1).
Активная компонента входного импеданса транзистора на низких (до 111 МГц) частотах составляет » 25 Ом (по справочным данным).
Таким образом, для возбуждения каскада требуется мощность 
Согласование транзистора с нагрузкой можно выполнить с помощью двойного П-контура, как это будет сделано для согласования выходной цепи с нагрузкой (см. следующий параграф).
Как видно из рисунка 2, напряжение отсечки транзистора можно принять равным 3,5 В. Тогда напряжение смещения для заданного угла отсечки можно определить из уравнения:
Тогда
Для получения угла отсечки 81° при разбросе порогового напряжения введем подстройку постоянного смещения на затворе транзистора.
Колебательная система выходного каскада
Коэффициент фильтрации определяется по формуле:
где А = 1,2 – эмпирический коэффициент, КП = 118 – подавление высших гармоник (величина подавления высших гармоник определяется из того, что их мощность не должна превышать 51 мВт), КБВ = 1,9 – коэффициент бегущей волны.. Получаем 
.
Коэффициенты фильтрации для одиночного П-контура и двух П-контуров можно определить по приближенному соотношению
где Q – нагруженная добротность, n – номер гармоники. Задавшись Q = 5, получим для второй гармоники K1 = 41, K2 = 2125. Таким образом, нашим требованиям удовлетворяет система из двух контуров.
Эквивалентная схема двух связанных П-контуров показана на рис.4. Сопротивление RH – сопротивление нагрузки, RЭ – это эквивалентное сопротивление нагрузки.
При расчете системы связанных контуров необходимо решить систему из пяти уравнений:
- Условий согласования нагрузок
и 
;
- Условия критической связи
;
- Условий резонанса для двух контуров
и 
.
(Полагаем, что добротности обоих контуров равны).
Рис.4. Колебательная система из двух П-контуров. Выходная емкость транзистора входит в С1.
Перед началом расчета проверяем условие
,
то есть
– условие выполняется.
Решениями системы (см. программу расчета в приложении) будут
Определим величины реактивных элементов.
Аналогично рассчитаем элементы входной цепи
Регулировка на максимум отдаваемой мощности осуществляется подстройкой катушек индуктивности.
Схема генератора показана на рис.5.
Рис.5. Полная схема генератора.
Литература
1. . Радиопередающие устройства. – М.: Военное издательство военного министерства Союза ССР, 1951.
2. Широкополосные радиопередающие устройства. /Под ред. . – С Связь. 1978.
3. Гавриленко устройства. Учебник для морех. училищ. - 4-е изд., перераб. и доп. - М., Транспорт, 1983, - 368 с.
4. Проектирование радиопередающих устройств. Под ред. . Учеб. пособие для вузов. М., "Связь", 19с.
5. , , 3., МиркинА. И. . Мощные высокочастотные транзисторы. / Под ред. Е. 3. Мазеля. — М.: Радио и связь, 1985. — 176 с.
6. Boylestad R., Nashelsky L. Electronic Devices and Circuit Theory. - Englewood Cliffs: Prentice-Hall, 1972.
7. Практическое руководство по расчетам схем в электронике. Том 1. - М.: Энергоатомиздат, 1991.
8. , Яйленко радиолюбителя-коротковолновик. - Киев, Технiка, 1978.
9. Схемотехника устройств на мощных полевых транзисторах: Справочник / , , и др.; под ред. . – М., Радио и связь, 1994. – 280с.
Содержание
Генератор с независимым возбуждением............................................................................... 1
Выбор элементной базы........................................................................................................... 2
Колебательная система выходного каскада............................................................................ 5
Литература................................................................................................................................ 9
Приложение............................................................................................................................. 11
Приложение
Программа для расчета двойного П-контура (Maple)
> restart;
> eq1:=rho1=X1^2*Q/Req;
> eq2:=rho2=X3^2*Q/Rn;
> eq3:=X2=-X1*X3/sqrt(Req*Rn);
> eq4:=rho1=-X1-X2;
> eq5:=rho2=-X2-X3;
> sols:=solve({eq1,eq2,eq3,eq4,eq5},{X1,X2,X3,rho1,rho2});
> Req:=9.; Rn:=60; Q:=5;
> evalf(sols[1]);
> evalf(sols[2]);
> evalf(sols[3]);
> evalf(sols[4]); assign(%);
> f:=87e6;
> L1:=evalf(rho1/2/Pi/f); L2:=evalf(rho2/2/Pi/f);
> C1:=-evalf(1/X1/2/Pi/f); C2:=-evalf(1/X2/2/Pi/f); C3:=-evalf(1/X3/2/Pi/f);
> Cin:=60e-12; Lin:=evalf(1/4/Pi^2/f^2/Cin);
