Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Расчет схемы сложения мощностей

Для сложения мощностей четырех идентичных модулей будем использовать мостовую схему суммирования по току от 4-х генераторов (см. рис. 9). Для использования в схеме оконечного каскада преобразуем данную схему путем введения дополнительных фазокомпенсирующих линий и дополнительных балластных сопротивлений (см. рис. 10).

рис.9. Схема моста сложения по току для четырех генераторов

рис. 10. Преобразованная схема сложения мощности от четырех генераторов с повышающим трансформатором

Недостатком данной схемы является то, что она понижает входное сопротивление в N раз, где N – число модулей, поэтому придется на выходе схемы суммирования поставить трансформатор, который поднимет выходное сопротивление до первоначального уровня.

В преобразованной схеме все линии имеют волновое сопротивление равное R, все балластные сопротивления равны R, R = 50 Ом.

Для схемы сложения мощностей достаточно провести расчет трансформатора от одного модуля, поскольку все они одинаковые. Расчет повышающего трансформатора так же проведем в данном разделе.

Сначала рассчитаем схему сложения мощностей. Расчет ведем, предполагая, что у нас аварийный режим, т.е. работает только один генератор.

Исходные данные для расчета:

R_Н = 12,5 Ом; R_Б = 50 Ом;

– мощность в нагрузке (мощность 4 двухтактных схем)

1. Амплитуда напряжения и тока в нагрузке и в линии

– напряжение в нагрузке;

– ток в нагрузке;

– напряжение генератора;

– напряжение на линии;

– ток в линии;

2. Требуемая индуктивность основной линии

3. Выбор кабеля (табл. 3.3 в [1])

Марку кабеля выберем исходя из требуемого волнового сопротивления линий, которое составляет 50 Ом, с возможным отклонением не более чем на 10–20% в обе стороны.

Выбираем коаксиальный кабель РК-50-06-21 с волновым сопротивлением .

– КБВ трансформатора (должно быть не ниже 0,8..0,9)

Параметры кабеля:

диэлектрическая проницаемость фторопласта ;

геометрические размеры кабеля в поперечном сечении указаны на рис.11.

4. Геометрические размеры линии

q = 20° – допустимая электрическая длина линии;

с – скорость света;

– геометрическая длина линии.

рис. 11. Геометрические размеры кабеля РК50-06-21

5. Выбор феррита

Марку феррита выберем из табл. 3.4 в [1], исходя из того, что в мощных устройствах используются материалы с малой магнитной проницаемостью и с большой добротностью Q, а так же исходя из условия обеспечения теплового режима. Этим требованиям удовлетворяет феррит 50ВНС.

Параметры феррита:

m = 50;

при B=0,001 T и f =30 MГц.

6. Конструкция трансформатора и сердечника

Конструкция трансформатора определяется длиной линии и гибкостью кабеля. При длине линии 7,2 см подходит одновитковая конструкция. Внутренний диаметр ферритового сердечника d должен превышать диаметр линии, т.к. в одном кольце будет проходить сразу три линии (четыре для балластных сопротивлений). Выберем его из стандартных значений, приведенных в табл. 4.4 в [2]: .

Внешний диаметр ферритового сердечника D определяется из условия: B_fраб<B_fmax, а L_пр не должна быть ниже L_{пр.треб}.

внешний диаметр ферритового сердечника найдем как

Из табл. 4.5 в [2] находим размеры стандартных ферритовых сердечников. Удобно использовать трубчатые ферритовые сердечники, т.к. это упрощает конструкцию:

– внешний диаметр и высота трубки ферритового сердечника;

– число ферритовых трубок.

Рис.12. Трубка ферритового сердечника

По известным конструктивным параметрам сердечника определим B_fраб и L_пр и сравним эти значения с допустимыми.

Поскольку L_ПР значительно больше L_ПР.ТР, то можно уменьшить длину линии и число колец. Возьмем число колец равным 3, тогда длина линии составит 36 мм.

Как видно из расчетов схема удовлетворяет всем требованиям.

7. Тепловые потери в феррите и КПД трансформатора

– удельные тепловые потери в феррите;

– мощность потерь в феррите по всему объему;

– КПД трансформатора.

Основная и фазокомпенсирующие линии имеют одинаковые геометрические размеры, выполняются на одинаковых кабелях и вставляются в одно ферритовое кольцо (см. рис. 10).

Теперь проведем расчет повышающего трансформатора. Трансформатор выполним по схеме трансформации напряжения 1:2, но т.к. при этом Z_C₁ должно быть равным 25 Ом, а нам нужно, чтобы , тогда включим по две линии параллельно (рис. 10).

Исходные данные для расчета:

R_ВХ = 12,5 Ом; R_Н = 50 Ом;

– мощность в фидере.

1. Амплитуда напряжения и тока в нагрузке и в линии

– напряжение в нагрузке;

– ток в нагрузке;

– напряжение генератора;

– ток в линиях;

– напряжение на линиях;

– продольное напряжение на верхних линиях, на фазокомпенсирующей оно равно нулю.

2. Требуемая индуктивность линий

–для основной линии,

где a₁=0,1 – коэффициент, учитывающий неравномерность АЧХ ТДЛ (взят из табл. 5.1 [2] для фильтра первого порядка исходя из допустимой нерав6омерности АЧХ на f _н ТДЛ)

3. Выбор кабеля (табл. 3.3 в [1])

Выбираем, как и в предыдущем случае, коаксиальный кабель РК-50-06-21 с волновым сопротивлением . Параметры кабеля приведены выше.

4. Геометрические размеры линий

q = 20° – допустимая электрическая длина линий;

с – скорость света;

– геометрическая длина линий.

Геометрические размеры кабеля указаны на рис.11.

5. Выбор феррита

Марку феррита выберем, как и для схемы сложения мощностей – 50ВНС.

Параметры феррита: m = 50; при B=0,001 T и f =30 MГц.

6. Конструкция трансформатора и сердечника

Выберем одновитковую конструкцию (аналогичную вышерассчитанной). Внутренний диаметр ферритового сердечника d должен примерно в два раза превышать диаметр линии, т.к. сквозь кольцо пропустим две линии. Выберем его из стандартных значений, приведенных в табл. 4.4 в [2]: .

внешний диаметр ферритового сердечника найдем как

Из табл. 4.5 в [2] для трубчатых ферритовых сердечников находим:

– внешний диаметр и высота трубки ферритового сердечника;

– число ферритовых трубок (см. рис 12).

Как видно из расчетов схема удовлетворяет всем требованиям.

7. Тепловые потери в феррите и КПД трансформатора

– удельные тепловые потери в феррите;

– мощность потерь в феррите по всему объему;

– КПД трансформатора.

Основные и фазокомпенсирующие линии имеют одинаковые геометрические размеры и выполняются из одинаковых кабелей.

Рассчитали выходную часть ОК, а именно отдельные усилительные модули, выполненные по двухтактной схеме, схемы симметрирования и преобразования выходного сопротивления, а также схему сложения мощностей от четырех синфазных генераторов. Схему деления мощности, которая распределяет ее на усилительные модули, выполним точно так же, как и схему сложения, при условии ее зеркального отображения.

Данный оконечный каскад позволяет получить заданную по ТЗ мощность в нагрузке, но для этого он должен получать на входе каждого модуля мощность равную 22 Вт, т.е. предоконечный каскад должен генерировать мощность порядка 100 Вт. Такую задачу можно реализовать, используя одну двухтактную схему усиления на транзисторах КТ970А. Данный транзистор может обеспечить максимальную мощность 100 Вт в нагрузке. Используя его на половинную мощность (50 Вт), что увеличивает надежность работы всего каскада, получим от двухтактного генератора 100 Вт, что нам и необходимо. Для передачи общей мощности в нагрузку, т.е. в ОК можно использовать ТДЛ, аналогичную вышерассмотренной.

Транзистор КТ970А может обеспечить усиление по мощности в 4–13 раз, значит, реально мы можем получить усиление в данном каскаде в 8–9 раз, а значит, мощность на входе предоконечного каскада должна быть равной 10–12 Вт. Такую мощность можно получить от усилителя (предварительного), выполненного на одном транзисторе, например на 2Т934В, который обеспечивает мощность 25 Вт. Используя его на половинную мощность, чтобы увеличить надежность, получим те самые 12–13 Вт в нагрузке, т.е. в предоконечном усилителе. Коэффициент передачи по мощности данного транзистора составляет 5–15, что вполне достаточно, т.к. в этом случае на вход предварительного усилителя будет поступать сигнал мощностью в 1 Вт.

Автогенератор может реально выдавать мощность порядка 5 – 15 мВт, т.е. необходимо поставить еще несколько усилительных звеньев, которые смогут повысить мощность автогенератора до 1 Вт (на входе предварительного усилителя). Выполним эту задачу включив последовательно два однотипных усилительных каскада, построенных по схеме с ОЭ, каждый из которых обеспечит усиление сигнала по мощности в 10 раз. В качестве активных элементов в этих каскадах используем транзисторы КТ606А и КТ3102А

С помощью пяти усилительных звеньев (ОК, предоконечного каскада и предварительных усилителей) можно получить необходимую по ТЗ мощность в нагрузке –500 Вт.

В данном проекте не рассматривается расчет предоконечного и предварительных каскадов.

Расчет фильтра гармоник

Для обеспечения фильтрации высших гармоник после ОК ставится фильтр, который подавляет уровень внеполосного излучения до заданного значения. Согласно ГОСТу этот уровень составляет -60 дБ для данной рабочей полосы и излучаемой мощности. Чтобы добиться такого подавления в заданной по ТЗ полосе частот (150 – 160 МГц) используем в качестве фильтра оптимальный фильтр гармоник (фильтр Лондона) [6], исходя из следующих соображений:

- оэффициент перекрытия в поддиапазоне составляет

;