Радиотелефонный передатчик с сеточной модуляцией

Разработать радиотелефонный передатчик с сеточной модуляцией. Модуляция производится изменением смещения на управляющей сетке лампы предоконечного каскада. Полоса телефонного канала 300 – 3400 Гц. Глубина модуляции m = 0,8. Частота несущей f = 2 МГц. Мощность в нагрузке P1 = 7,5 кВт, КПД контура ?к = 0,85 (из таблицы в методическом пособии).

Максимальное значение первой гармоники анодного тока (Ia1)макс = 1,282 А соответствует углу Θ = 1200 для рассчитанных значений амплитуды напряжения возбуждения Uc = 334,5 В и напряжения смещения Ес1 = -129В.
Из формулы для амплитуды напряжения возбуждения следует соотношение:
γ(Θ) = Ia1/[(Uc-D*Ua)*S] , (1)
где γ(Θ) = α1(Θ) *(1- cos Θ).
В соответствии с [1] используем следующий порядок расчёта.
1. Зададим значение Ia1 < (Ia1)макс
2. По формуле (1) рассчитаем значение γ(Θ).
3. По значению γ(Θ) из графика на рис. 4.1 найдём значение cosΘ и угол Θ.
Рис. 4.1
4. Для угла Θ по графикам на рис. 4.2 найдём значения коэффициентов Берга
α0 (Θ), α1 (Θ).
Рис. 4.2
5 По формуле E = Uc* cosΘ + Ec рассчитаем напряжение на сетке, соответствующее току Ia1, где Ec = -150 В напряжение отсечки.
6. По формуле Ia0 = Ia1* α0 (Θ)/ α (Θ) найдём значение Ia0 для рассчитанного значения Е.
7. Зададим новое значение Ia1 и повторим вычисления в п.п. 2 – 6.
Результаты расчётов сведены в табл. 4.1
Ia1, А γ cosΘ Θ, град α0 (Θ) α1 (Θ) E, В Ia0, А 1,282 0,8 -0,5 120 0,406 0,536 17,0 0,97 1,0 0,63 -0,25 104,5 0,362 0,525 -66,5 0,69 0,8 0,5 0 90 0,319 0.5 -150 0,51 0,6 0,375 0,25 75,5 0,269 0,455 -233,5 0,35 0,4 0,25 0,375 68 0,246 0,427 -275,5 0,23 0,2 0,125 0,75 41,4 0,151 0,286 - 400,5 0,1 0 0 1 0 0 0 -484 0
Рассчитанные модуляционные характеристики представлены на рис. 4.3
Рис. 4.3
5. Расчёт контуров нагрузки, дросселей, блокировочных и разделительных конденсаторов
5.1 Контур выходного каскада
Выберем ёмкость контура Ck1 = 100 Сак = 100*1,5 пФ = 150 пФ
Найдём индуктивность катушки контура
Lk1 = 1/[(2*π*f)2* Ck1] = 1/[(2*π*2*106)2*150*10-12] = 42,2 мкГн.
Аналогичные параметры имеет контур предоконечного каскада.
5.2 Дроссели в цепях питания
Lдр1 = 10*Rэ/2πf = 10*9100/(2π*2*106) = 7,25 мГн
Lдр2= Lдр3= Lдр4= Lдр1= 7,25 мГн
5.3 Разделительные конденсаторы
Для уменьшения потерь во входной цепи ёмкости конденсаторов Ср1, Ср2 должны быть больше входной ёмкости каскада не менее, чем в 10 раз:
Ср2 = 10*(Сск + Сас/D) = (10*(30 +20/0,067) = 3,28 нФ.
Ср1 = 10*(55+45/0,025) = 1,8 нФ.
Сопротивление дросселя Lдр5 на верхней частоте телефонного канала должно быть не менее чем в 10 раз больше чем сопротивление конденсатора Ср2 на этой же частоте:
Lдр5 = (1/((Ωв)2*Cр2)/10 = 1/[(2π*3400)2*3,28*10-9*10] = 66 мГн
Сопротивление разделительного конденсатора Ср3 должно быть не менее чем в 10 раз меньше чем сопротивление дросселя Lдр4 на верхней частоте телефонного канала
Ср3 = 10/((Ωв)2*Lдр4) = 10/((2π*3400)2*7,25*10-3) = 3 мкФ
6. Конструктивный расчёт контурной катушки индуктивности колебательной системы оконечного каскада
Выходной каскад
Lk = 42,2 мкГн, Ск = 150 пФ,
Q = Rэ/ρ = , Uкмакс = 11,7 кВ,
Статистически среднее значение глубины модуляции mср = 0,35.
Эффективное значение тока, протекающего через анодный контур равно:
Таблица параметров анодного контура
Индуктивность катушки контура Lk 42,2 мкГн Ёмкость конденсатора в контуре Ск 150 пФ Добротность контура Q 17,2 Характеристическое сопротивление анодного контура ρ 530 Ом Эффективное значение тока анодного контура IКЭФФ 8,96 А Эквивалентное сопротивление анодного контура RЭ 9,13 кОм
Определим параметры катушки
Рассчитаем диаметр провода круглого сечения:
,
где f = 2 МГц – частота несущего колебания,
τ = (30 – 40)0 С – допустимая температура нагрева провода.
Выбираем из стандартного ряда d = 2,01 мм.
Рис. 6.1
На рис.6.1 представлен эскиз катушки анодного контура. Здесь D – средний диаметр витка, l – длина намотки, h – шаг намотки.
Принимаем D/l = 0,7; h = 1,4*d = 1,4*2,02 = 2,83 мм.
Рассчитаем число витков n по формуле:
где L в мкГн, h в мм
Проверим величину межвитковой напряжённости поля при условии
Допустимое значение напряжённости лежит в пределах
Eдоп = (500 – 700) В/мм
Рассчитанное значение напряжённости лежит вне допустимых пределов.
Если напряженность электрического поля между витками превышает до-пустимое значение напряжения на поверхности диэлектрика (стержня, на котором укреплена катушка), но не превышает допустимого напряжения для воздуха, то к каждому из стержней крепление спирали производится через один или через два витка. При креплении через один виток напря-женность поля на поверхности стержня определяется формулой:
E =, В/мм,
а при креплении через два витка:
E =, В/мм.
Произведём эту операцию:
E =
Полученное значение напряжённости удовлетворяет требованию к её допустимому значению.
Определим длину катушки l и диаметр витка D:
l = h*n = 2.83*16 = 45,28 мм;
D = 0,7*l = 0,7 * 45,28 = 31,7мм
Литература
Радиопередающие устройства. В.В.Шахгильдян, В.Б. Козырев, А.А. Луховкин и др. М., Р и С, 1990
Шостак И.В. Устройства генерирования и формирования радиосигналов. Методическое пособие (электронная версия). М.,
Изд-во МГОУ, 2003