Рассчитаем мощность первой гармоники коллекторного тока, принимая hк=0.7:
P1ном= 
Вт, (4.1)
где PвыхКС – мощность на выходе колебательной системы (КС) данного каскада.
В соответствии с требованиями, изложенными в п.3, выбираем транзистор 2Т955А со следующими параметрами:
- выходная мощность Pвых³20 Вт;
- fт=250 МГц;
- сопротивление насыщения rнас=1.9 Ом;
- максимальное импульсное напряжение коллектор-эмиттер Uкэ=70 В;
- максимальный постоянный ток коллектора Iкодоп=6 А;
- напряжение источника коллекторного питания Е`к=28 В;
- средний статический коэффициент усиления по току в схеме с ОЭ bo=80;
- эквивалентная ёмкость база-коллектор Ск=60 пФ;
- барьерная ёмкость Сэ=240 пФ;
- индуктивности выводов Lб=2.4 нГн, Lэ=2 нГн;
сопротивление материала базы rб=0.5 Ом.
Проведя расчёт коллекторной цепи по формулам (3.2)-(3.10), получим следующие параметры (Ек=28 В, q=90°):
Uк1кр=24.02 В; Uк.макс.=56.8 В<Uк.доп=70 В; Iк1=1.05 А;
Iко=0.67 А<Iкодоп=6 А; Iк.макс=2.1 А< Iкодоп=6 А;
Pоном=18.7 Вт; h=0.674; Pк.макс=6.1 Вт; Rэк.ном=22.9 Ом.
Проведя расчёт входной цепи по формулам (3.11)-(3.32), получим следующие параметры:
Rд=212 Ом; c=2.08; Iб=0.447 А; Iбо=8.3 мА; Iэо=0.676 А;
rэ=0.53 Ом; Еб= -2.97 В; rвх=2.08 Ом, Хвх= -9.36 Ом; Rвхэк=44.2 Ом;
Свхэк=486 пФ; Свыхэк=142 пФ; Pвх=0.354 Вт; Кр=35.6.
Данные для расчёта КС: Rэк.ном=22.9 Ом, Свыхэк=142 пФ, СвхОК=1510 пФ, RвхОК=1.42 Ом, где последние 2 параметра – соответственно входные ёмкость и сопротивление оконечного каскада.
Задаёмся величиной r=250 Ом. По формулам (3.40)-(3.44) определяем следующие параметры:
L0=1.194 мкГн; L>0.027 мкГн, выбираем L=0.5 мГн; С0=33 пФ;
С1=254 пФ; С2=3400 пФ.
Схема предоконечного каскада аналогична схеме ОК и приведена на рис.4.1.
Рисунок 4.1 – Схема предоконечного каскада
Выбираем напряжение источника смещения Есм=3 В и производим расчёт номиналов элементов схемы на рис.4.1 по формулам:
(4.1)
R2=430 Ом, R1=1.8 кОм (Pr1,2<0.125 Вт); Ср1=10 нФ,
Lбл1=1 мкГн, Lбл2=2.2 мкГн.
Расчёт умножителя на 2
Рассчитаем мощность второй гармоники (n=2) коллекторного тока, принимая hк=0.8:
Pnном= 
Вт, (5.1)
где PвыхКС – мощность на выходе колебательной системы (КС) данного каскада.
В соответствии с требованиями, изложенными в п.3, выбираем транзистор 2Т951В со следующими параметрами:
- выходная мощность Pвых³2 Вт;
- fт=345 МГц;
- сопротивление насыщения rнас=10 Ом;
- максимальное напряжение коллектор-эмиттер Uкэдоп=65 В;
- максимальный постоянный ток коллектора Iкодоп=0.5 А;
- напряжение источника коллекторного питания Е`к=28 В;
- средний статический коэффициент усиления по току в схеме с ОЭ bo=150;
- эквивалентная ёмкость база-коллектор Ск=11 пФ;
- барьерная ёмкость Сэ=80 пФ;
- индуктивности выводов Lб=4 нГн, Lэ=4.7 нГн;
сопротивление материала базы rб=2 Ом.
Расчёт умножителя проводим аналогично расчёту усилителя мощности (см. п.3) при оптимальном угле отсечки для 2-й гармоники q=120/n=60°. При этом a0=0.218, a1=0.391, a2=0.276, g1=0.196, g0=0.109.
Отличие расчёта состоит в том, что в умножителе расчёт выходной цепи и коэффициента усиления по мощности проводится по n-й гармонике.
Проведя расчёт коллекторной цепи по формулам (3.2)-(3.10), получим следующие параметры (Ек=28 В, q=60°, f=16.67 МГц):
Umк=26.8 В; Iкn=33 мА, Iк1=47 мА;
Iко=26 мА<Iкодоп=0.5 А; Iк.макс=120 мА< Iкодоп=0.5 А;
Pоном=0.73 Вт; h=0.606; Rэк.ном=812 Ом.
Проведя расчёт входной цепи по формулам (3.11)-(3.32), получим следующие параметры:
Rд=865 Ом; c=4.78; Iб=56 мА; Iбо=0.174 мА; Iэо=26 мА;
rэ=1.56 Ом; Еб= -2.28 В; rвх=14.7 Ом, Хвх= -95 Ом; Rвхэк=630 Ом;
Свхэк=98 пФ; Свыхэк=20 пФ; Pвх=23 мВт; Кр=Pnном/Рвх=19.3.
КС выполним в виде П-образного контура (см.рис.5.1). Причём схема приведённого контура будет такая же, как в п.3 (см.рис. 3.8).
Рисунок 5.1 – Схема П-образного контура
Данные для расчёта КС: f=33.33 МГц, Rэк=812 Ом, Свыхэк=20 пФ, СвхПОК=486 пФ, RвхПОК=44 Ом, где последние 2 параметра – соответственно входные ёмкость и сопротивление предоконечного каскада.
Задаёмся величиной r=250 Ом. По формулам (3.40)-(3.44) определяем следующие параметры:
L0=1.194 мкГн; L>0.905 мкГн, выбираем L=0.91 мкГн; С0=81 пФ;
С1=26 пФ; С2=37 пФ.
Параллельное соединение СвхОК и L1 на частоте несущей f эквивалентно ёмкости номиналом С2. Определяем L1:
L1= 
=51 нГн. (5.2)
Рисунок 5.2 – Схема П-образного контура с подстроечными элементами
Схема умножителя приведена на рис.5.3.
Рисунок 5.3 – Схема умножителя на 2
Расчёт элементов схемы на рис.5.3 проведем по формулам:
Полученные параметры: С1=Ср=2 нФ, R1=13 кОм, Lбл1=20 мкГн, Lбл2=0.16 мГн.
6. Расчёт кварцевого автогенератора
Данный кварцевый генератор (КГ) предназначен для формирования частоты f=16670 кГц. КГ представляет собой ёмкостную трёхточку, где кварцевый резонатор заменяет индуктивность. Достоинства данной схемы: схема имеет меньшую склонность к паразитной генерации на частотах выше рабочей; схема построена без индуктивностей.
Выбор транзистора АГ. В АГ следует применять маломощный транзистор с граничной частотой много больше рабочей. В этом случае можно не учитывать инерционные свойства транзистора, в этом случае упрощается расчёт АГ, уменьшается нестабильность частоты, связанная с нестабильностью фазового угла крутизны.
Рисунок 6.1 – Схема автогенератора по ёмкостной трёхточке
Используя [5,6], выбираем маломощный транзистор КТ371А со следующими параметрами:
- fт=3000 МГц;
- максимальное постоянное напряжение коллектор-эмиттер Uкэдоп=15 В;
- средний статический коэффициент усиления по току в схеме с ОЭ bo=120;
- сопротивление материала базы rб=10 Ом;
- максимальная мощность рассеяния на коллекторе Pкдоп=0.1 Вт.
Выбираем кварцевый резонатор РГ-27: fкв=16.67 МГц, Pкв.доп=2 мВт, rкв=2 Ом.
Нижеприведённая методика расчёта АГ взята из [3].
Расчёт по постоянному току.
Задаём Iко=7 мА, Екэ=10 В, Еэ=2 В, откуда
R3=Еэ/Iко=286 Ом; (4.1)
Еп=Екэ+Еэ=12 В. (4.2)
Определяем ток базы:
Iбо=Iко/bo=58 мкА. (4.3)
Задаём ток делителя:
Iдел=15×Iбо=875 мкА, (4.4)
откуда определяем
Rдел=R1+R2=Еп/Iдел=13.7 кОм. (4.5)
Определяем Еб:
Еб=Еэ+0.7=2.7 В, (4.6)
откуда находим
R2=Еб/Iдел=3.09 кОм; (4.7)
R1=Rдел-R2=10.6 кОм. (4.8)
Расчёт по переменному току.
Определяем сопротивление эмиттерного перехода:
rэ=0.026/Iко=3.71 Ом. (4.9)
Определяем крутизну транзистора:
S=bo/(rб+bo×rэ)=0.263 См. (4.10)
Задаём коэффициент регенерации Gр=5.115 и определяем сопротивление управления:
Rу=Gр/S=19.4 Ом(4.11)
Задаём отношение Кос`=C3/C2£1 – Кос`=1 и вычисляем
Х3= 
=6.23 Ом, (4.12)
откуда
С3=1/(2×p×f×X3)=2.74 нФ;(4.13)
С2=С3/Кос`=2.74 нФ.(4.14)
Ёмкость блокировочного конденсатора определим из формулы:
С1=20/(2×p×f×rэ)=0.1 мкФ.(4.15)
Дроссель Lк рассчитаем по формуле:
Lк=30×X3/(2×p×f)=3.3 мкГн.(4.16)
Дроссель Lб необходим, если не выполняется условие
R1||R2³30×X2 (2.39 кОм>187 Ом).(4.17)
Энергетический расчёт АГ.
Определяем коэффициент Берга g1(q)=1/Gр=1/5.115=0.196, находим соответстующий этому значению q=60° и коэффициенты a1(q)=0.391 и a0(q)=0.218 для стационарного режима.
Вычисляем амплитуду импульса коллекторного тока:
Imк=Iко/aо(q)=32 мА<Imкдоп=40 мА.(4.18)
Определяем амплитуду первой гармоники коллекторного тока:
Iк1=a1(q)×Imк=12.6 мА.(4.19)
Рассчитываем амплитуду напряжения на базе:
Umб=Iк1×Rу=0.244 В. 4.20)
Вычисляем модуль коэффициента ОС:
|Кос|= 
0.952. (4.21)
Находим амплитуду напряжения на коллекторе:
Umк=Umб/|Кос|=0.24/0.993=0.239 В < Еп=12 В(4.22)
(условие недонапряжённого режима).
Определим мощность, потребляемую от источника коллекторной цепью:
Po=Iко×Екэ=70 мВт.(4.23)
Мощность, рассеиваемая кварцевым резонатором:
Pкв=0.5×rкв×(Umб/X2)2=1.53 мВт£Pквдоп=2 мВт.(4.24)
Мощность, рассеиваемая транзистором
Pк=Po-Pкв=68 мВт<Pкдоп=100 мВт.(4.25)
Оцениваем величину допустимого сопротивления нагрузки из условия, что нагрузка будет потреблять мощность в 10 раз меньше мощности рассеиваемой кварцевым резонатором:
Rндоп³5×Umк2/Pкв=214 Ом.(4.26)
Для уменьшения влияния нагрузки и повышения стабильности частоты целесообразно включение на выходе АГ эмиттерного повторителя (ЭП) (см.рис.6.2).
Рисунок 6.2 – Принципиальная схема эмиттерного повторителя на выходе АГ
По справочникам [5,6] выбираем транзистор ЭП – КТ373Б со следующими параметрами: fт=300 МГц, rб=38 Ом, bo=250, Iкmax=50 мА, Iкmaxи=200 мА, UкэRmax=25 В, Pкmax=150 мВт.
Рассчитываем ЭП аналогично п.3.3. В результате расчёта получаем следующие параметры: Ек=12 В, Uко=6 В, Rб1=15.5 кОм, Rб2=20 кОм.
Заключение
В результате проделанной работы получили структурную и принципиальную схемы АМ передатчика, рассчитанного на несущую длину волны l=9 м (f=33.33 МГц), мощностью несущей в антенне 30 Вт.
Модуляция производится путем изменения смещения модулируемого оконечного каскада.
Для питания передатчика требуется 3 источника питания: +28 В – для питания УМК и МК, +12 В – для питания ЭП, умножителя У и АГ, +3 В – для подачи начального смещения на базу транзисторов УМК и МК.
Чертёж контурной катушки ВКС приведён на РТФ КП.723500.001.
Использование транзисторов при конструировании передатчика позволит получить оптимальные массо-габаритные характеристики.
Разработанный передатчик можно использовать в качестве связного.