Принципиальная схема фильтра приведена на рисунке 8

8.  Принципиальная схема фильтра приведена на рисунке 8.

Рисунок 8. Схема фильтра Кауэра 9-го порядка.

Нормированные значения элементов:

c1 = 0,693482l2 = 1,235453c2 = 0,163150

c3 = 1,172824l4 = 0,748031c4 = 1,008319

c5 = 0,793057l6 = 0,575410c6 = 1,456578

c7 = 0,908201l8 = 0,765453c8 = 0,707124

c9 = 0,351309

Производим денормирование:

;;R_B = R_Н = 75 Ом

L_B = 1,085147 мкГнС_В = 192,915 пФ

С1 = С_В × с1 = 133,783 пФС2 = С_В × с2 = 31,474 пФ

С3 = С_В × с3 = 226,255 пФС4 = С_В × с4 = 194,52 пФ

С5 = С_В × с5 = 152,993 пФС6 = С_В × с6 = 280,996 пФ

С7 = С_В × с7 = 175,206 пФС8 = С_В × с8 = 136,415 пФ

С9 = С_В × с9 = 67,773 пФ

L2 = L_B × l2 = 1,341 мкГн

L4 = L_B × l4 = 0,812 мкГн

L6 = L_B × l6 = 0,624 мкГн

L8 = L_B × l8 = 0,831 мкГн

9.  КПД фильтра:

h_Ф = 1- r²h_Ф = 0,9975

Произведем конструктивный расчет катушек L2, L4, L6, L8. Приближенно можно считать, что действующие на LC – элементах напряжения и токи в 3¸5 раз больше номинальных значений напряжения и тока в нагрузке R_Н.

Действующее значение тока в нагрузке:

I_НД » 0,6 А

Действующее значение напряжения на нагрузке:

U_НД = Р_Н / I_НДU_НД » 43 В

Тогда действующие напряжения и токи на LC – элементах не превосходят:

I_Д = 3× I_НДI_Д » 1,8 А

U_Д = 3× U_НДU_Д » 130 В

U_МАКС = Ö2× U_ДU_МАКС » 185 В

1.  Уточним расчетные значения индуктивностей с учетом размагничивающего влияния близко расположенных проводников, деталей конструкции, каркаса и стенок блока:

L2_РАСЧ = 1,1× L2L2_РАСЧ = 1,475 мкГн

L4_РАСЧ = 1,1× L4L4_РАСЧ = 0,893 мкГн

L6_РАСЧ = 1,1× L6L6_РАСЧ = 0,686 мкГн

L8_РАСЧ = 1,1× L8L8_РАСЧ = 0,914 мкГн

2.  Выберем диаметр провода катушки исходя из соображений ее допустимого перегрева. Для цилиндрической однослойной катушки с естественным (конвекционным) охлаждением:

, где

DТ² = 40 К – разность температур провода и окружающей среды.

Примем d = 1 мм.

3.  Шаг намотки:

g = (1,3¸1,5)×dg = 1,5 мм

4.  Число витков спирали катушки:

, где

D – диаметр намотки катушки, см

F – коэффициент формы катушки, зависящий от отношения длины намотки катушки l к ее диаметру D. Для катушек диаметром до 5 см обычно берут l/D = 0,5¸0,8. Примем l/D = 0,6. Тогда из графика рис.10.3 [] F = 12×10^-3.

Поскольку величины D, l/D, g = l/N выбираются произвольно, необходимо проверить правильность их выбора – должно выполняться равенство N = l/g. При совпадении результатов с точностью ±(5¸7)% расчет можно считать законченным. В противном случае расчет повторяют при новом значении D.

Таким образом, с учетом приведенных выше требований проверки имеем:

Для L2: D = 1,98 см, l = 1,188 см, N = 7,879 витков.

Для L4: D = 1,66 см, l = 0,996 см, N = 6,696 витков.

Для L6: D = 1,52 см, l = 0,912 см, N = 6,134 витков.

Для L8: D = 1,68 см, l = 1,008 см, N = 6,734 витков.

5.  Вычислим электрическую прочность катушек.

Напряжение между соседними витками:

U_В = U_МАКС / N_МИНU_В » 30 В

Напряженность поля между витками:

Е = U_В / (g – d)Е » 60 В/мм < Е_МАКС = (250¸700) В/мм

6.  Длина провода катушки:

l_ПР »p×D×Nl_ПРМАКС » 50 см

Условие l_ПРМАКС » 50 см < 0,3×l_МИН » 820 см выполняется, значит катушки фильтра можно считать элементами с сосредоточенными параметрами.

Для рассчитанного ФНЧ с помощью пакета схемотехнического моделирования OrCAD 9.1 был получен график 1 АЧХ, приведенный в приложении 2.

Как известно, вид АЧХ фильтра находится в тонкой зависимости от величин элементов. Полученные в ходе расчетов значения емкостей конденсаторов фильтра не соответствуют дискретным значениям стандартных рядов, что затрудняет их выбор. Здесь возможно применение подстроечных конденсаторов, однако была предпринята попытка использования конденсаторов со стандартными значениями, соответствующими ряду Е24, а именно:

C1 = 130 пФC2 = 30 пФC3 = 220 пФ

C4 = 200 пФC5 = 150 пФC6 = 270 пФ

C7 = 180 пФC8 = 130 пФC9 = 68 пФ

Значения индуктивностей оставлены неизменными, равными расчетным. АЧХ такого фильтра приведена на графике 2, представленном в приложении 2.

Анализируя графики 1 и 2 АЧХ фильтров можно сделать вывод о возможности применения в качестве конденсаторов ФНЧ конденсаторов постоянной емкости с номиналами, приведенными выше. Это не приведет к существенной деградации АЧХ фильтра.

Таким образом, в качестве конденсаторов фильтра применим конденсаторы типа КМ 4, группы П33 с максимальным рабочим напряжением 250 В.

 

РАСЧЕТ РАДИАТОРА

 

Исходным параметром для расчета радиатора транзистора оконечного каскада является мощность Р_К.МАКС » 12 Вт, рассеиваемая на его коллекторе.

Максимальная температура корпуса транзистора типа 2Т950А составляет 125°С. Примем температуры корпуса транзистора и его радиатора примерно одинаковыми, и, с некоторым запасом, равными t_РАД = 80°С.

Температурой окружающей среды для радиатора будет являться внутренняя температура корпуса передатчика t_СР. Примем t_СР = 40°С.

Тогда тепловое сопротивление радиатора:

 R_РАД = 3,33°С/Вт

По графику рис. П.4 стр. 304 [4] находим, что такое сопротивление обеспечивает ребристый радиатор объемом V = 110 см³. Примем длину и ширину радиатора равными 5 см, тогда его высота составит 4,4 см.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Результатом выполнения данной курсовой работы является разработанный радиопередатчик с ОБП, отвечающий заданным требованиям, а именно:

-  мощность в фидере сопротивлением W_Ф = 75 Ом

Р_Ф.МАКС = Р_1.МАКС×h_ТР×h_ФР_Ф.МАКС = 26 Вт

-  стабильность частоты не хуже 10^-6, что обеспечивается применением кварцевой стабилизации

-  подавление внеполосных излучений более 50 дБ

-  перестройка частоты выходного сигнала в диапазоне (6¸11) МГц с шагом 1 кГц

Вместе с тем необходимо отметить значительную сложность отдельных узлов. Так фильтрующая цепь имеет 9 порядок. Для снижения требований к ней представляется целесообразным выполнить оконечный каскад по двухтактной схеме.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

 

1.  Проектирование транзисторных каскадов передатчиков. Учебное пособие для техникумов / Шумилин М.С., Козырев В.Б., Власов В.А. М.: Радио и связь. 1987. 320 с.

2.  Справочник по расчету фильтров / Зааль Р. М.: Радио и связь. 1983. 752 с.

3.  Радиопередающие устройства: Методические указания по курсовому проектированию / Булатов Л.И., Гусев Б.В., Харитонов Ф.В. Екатеринбург: УПИ. 1992. 28 с.

4.  Проектирование радиопередающих устройств СВЧ / Под ред. Уткина Г.М. М.: Советское радио. 1979.