طرز کار فرستنده fm به طور واضح و خلاصه وار

 

 

 

این فرستنده از ۳ طبقه نوسان ساز و فولاتور و تقویت کننده توان درست شده است و طرز کار آن بدین صورت است که نوسان ساز سیگنال حامل یا کریر را ایجاد می‌کند و منبع موزیکال ما هم سیگنال پیام را تولید می‌کند. سگینال پیام ما در ابتدا دارای فرکانس بسیار کمی است برای همین در طبقه دوم موولاتور وظیفه سوار کردن سیگنال پیام بر روی سیگنال حامل تولیدی از طبقه اول و افزایش فرکانس آن را برعهده دارد که همان مدولاسیون است و سیگنال خروجی ما از طبقه دوم وارد طبقه سوم یا تقویت کننده توان ما می‌شود و در این مرحله سطح سیگنال افزایش یافته و توان آن زیاد می‌شود در این مرحله ما با استفاده از ۲ خازن تریمر و تنظیم آنها یعنی چرخاندن پیچ

تنظیم آنها می‌توانیم ماکزیمم توان را به خروجی بدهیم و در انتها ما در خروجی طبقه سوم یک آنتن دایپل با مقاومت  (اهم) استفاده کرده‌ایم و به دلیل اینکه خروجی طبقه سوم ما R0 نیز ۷۵ اهم است از شبکه منطبق استفاده نکردیم آنتن دایپل به صورت کروی و در همه جهات امواج و سیگنال ما را پخش می‌کند یعنی می‌فرستد و ما یا تنظیم گیرنده که در اینجا رادیو است بر روی فرکانس کاری یعنی ۵/۱۰۸-۸۸ مگاهرتز می‌توانیم سیگنال فرستاده شده را به خوبی و وضوح تا فاصله ۴km دریافت کنیم این

سیگنال همان سیگنال پیام است که منبع موزیکال آن را تولید کرده بوده در واقع این فرستنده حکم یک رادیو محلی را دارد که ساکنان آن محل با تنظیم فرکانس رادیو خود می‌توانند امواج ما را دریافت کنند این امواج می‌تواند هر سیگنالی باشد در اینجا موسیقی حاصل از منبع موزیکال است و اگر از میکروفن خازنی به جای منبع موزیکال استفاده می‌کردیم ساکنان می‌توانند امواج سیگنال حاصل از صحبت کردن ما در میکروفون خازنی را دریافت کنند.

در اینجا ما یک فرستنده fm با توان ۴۰۰ میلی وات داریم و نوع مدولاسیون آن WIOEBANDFM بوده و دارای فرکانس کاری ۵/۱۰۸-۸۸ مگا هرتز می باشد این فرستنده تا محدوده ۴km را پوشش می‌دهد.

نکته:

  1. در این فرستنده مقاومت خروجی‌ها R0 بوده و آنتن ما هم ۷۵ اهم است در نتیجه از شبکه تطبیق استفاده نکردیم.
  2. ما از نسب سطحی استفاده کرده‌ایم تا نویز را به حداقل مقدار خود برسانیم و به دلیل حساسیت فوق العاده، این فرستنده روی برد بورد تا برد ۴۰۰۰ سوراخه اصلا جواب نمی‌دهد و حتما باید نسب سطحی انجام دهیم (مدل جزیره‌ای)
  3. ما می‌توانستیم به جای مواد موزیکال از میکروفن خازنی استفاده کنیم تا به جای موزیک صدای انسان پخش شود ولی به دلیل راحتی کار برای تنظیم و پخش مواوم صدا از مدار موزیکال استفاده کرده‌ایم.
  4. این فرستنده دارای منبع تغذیه یا ولتاژ ۹ تا ۱۴ ولت می‌باشد ولی به دلیل قدرت فوق العاده در ۹ ولت هم به خوبی جذب می‌گیریم.

 

مشخصات فنی:

منبع تغذیه: ۱۲ تا ۱۴ ولت DC رگوله شده (۱۰۰ ملیی متر)

قدرت خروجی: ۴۰۰ میلی وات

امپدانس خروجی: ۵۰ تا ۷۵ اهم

نوع مدولاسیون: WIDE BAND FM

محدوده فرکانسی: ۵/۸۷ تا ۱۰۸ هرتز

نقشه شماتیک:

نقشه شماتیک مدار در شکل زیر ضمیمه شده است. در متن اصلی این پایان نامه طرز کار مدار توضیح داده شده است. این نقشه را در spicc طراحی کرده‌ام که به همراه طراحی تفکیک شده طبقات اول و دوم در ادامه آورده‌ام.

 

 

 

ساخت مدار:

در مورد فیبر مدار فرستنده ساخته شده یک نکته بسیار مهم وجود دارد:

همگی قطعات مدار از سمت مسی مدار چاپی روی آن نصب می‌شوند و هیچگونه سوراخکاری در فیبر مدار چاپی انجام نمی‌شود.

به دلیل حساسیت مونتاژ، نصب قطعات بایستی دقیقا مانند نقشه جزیره‌های (Island) چاپ شده توسط نرم افزار انجام شود. در جدول چاپ شده فهرست قطعات مدار مشاهده می‌شود.

برای ساخت و مونتاژ مدار بایستی به نکات زیر توجه کرد:

– خازن‌ها غیر الکترولیک و‌از نوع‌(عدسی) سرامیک هستند و‌از به کار بردن خازن‌های پلی استر (که در فرکانس بالا خوب عمل نمی‌کند) خودداری کرده‌ایم.

– همگی سیم پیچ‌ها از سیم مسی ۷/۰ میلی متر روی استوانه بقطر داخلی ۶ میلی متر و به تعداد دور مشخص شده در جدول پیچیده می‌شوند. پس از پیچیدن هر سیم پیچ می‌توان استوانه (Former) را از آن خارج نمود.

– ورودی مدار (اتصال به منبع صوتی) در محل Audio Source می‌باشد و مقاومت متغیر (پتانسیومتر ولوم دار) R2 حجم صدای ورودی را کنترل می‌کند.

– مقاومت متغیر R1 با تغییر دادن ولتاژ دیود واریکاپ D1 فرکانس نوسان مدار را تغییر می‌دهد. (در طبقه اول)

– خروجی مدار محل Vout در شماتیک Pspice می‌باشد که بوسیله یک کابل ۷۵ اهمی (Coaxial) به آنتن دایپل متصل می‌شود.

 
   

 

 

 

 

 

 

 

 

تنظیم مدار:

یک عدد لامپ ۶ ولت (۱۰۰ میلی آمپر) را به خروجی اتصال داده و با تغییر دادن R1 دستگاه را روی فرکانس مورد نظر تنظیم می‌کنیم. ممکن است نیاز باشد حلقه‌های سلف با هسته هوایی L1 را کمی باز و بسته کنیم تا فرکانس مورد نظر بدست آید. سپس‌بوسیله تغییر‌و تنظیم‌خازنهای تریمر C14 و‌(Trimmer) C15 می‌توان به بیشترین شدت روشنایی لامپ) دست پیدا کرد.

سپس آنتن و ورودی صوتی را به مدار اتصال می‌دهیم. مقاومت متغیر R2 را برای دریافت قویترین صدا تنظیم می‌کنیم.

با آنتن مناسب (آنتن دایپل با طول زیاد و در فضای خارج) فرستنده پوشش بسیار خوبی در فاصله ۵۰۰ متری می‌دهد و حداکثر فضای پوشش فرستنده بیش از ۴ کیلومتر است.

این فرستنده از ۳ طبقه تشکیل شده است.

– طبقه اول:

تحلیل و طراحی نوسانساز کولپیتس فرستنده:

نوسانساز کولپیتس بیس مشترک را به این خاطر برگزیده‌ام که غالبا به عنوان نوسانساز RF به کار می‌رود. این نوسانساز دارای این مزایاست که می‌توان آن را تا حوالی فرکانس fa ترانزیستور به کار برد (به خاطر آرایش بیس مشترکی که دارد) و در آن نیازی به القاگر با سر وسط (به صورت به کار رفته در نوسانساز هارتلی) نیست.

در تحلیل سیگنال کوچک ترانزیستور را به صورت شکل ۱ مدل می‌کنیم. این مدار از مدل هیبرید پای گرفته شده است. البته اعتبار آن زیر سوال است ولی نتایج حاصل از آن با نتایج به دست آمده از آزمایش اکثر نوسانسازها مطابقت خوبی دارد.

مدار کامل نوسانساز در شکل ۲ به چشم می‌خورد. در این شکل RL مقاومت بار و Cf خازن تنظیم فرکانس است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل۱٫ مدار معادل ترانزیستور برای تحلیل نوسانساز کولپیتس. (با اجازه از کتاب

Searls, boothroyd, Angelo, Gray, and Pederson, Elementury Circuit Properties of Transistors,

John Wiley g Sons, Ins., New York, Copyright 1964.)

C1 و C2 نسبت فیدبک را مشخص می‌کند، Re مدار را در مقابل تغییرات امپدانس ورودی ترانزیستور پایدار می‌کند. R1,Re و R2 وضعیت بایاس (نقطه کار) را تعیین می‌کنند، و Lt القا کنایی مدار تانک است. توجه کنید که Lt با Co, Cf, RL و ترکیب سری C1 و C2 موازی است. خفه کن (چوک) RF واقع در پایه امیتر نمی‌گذارد که توان RF در RE تلف شود. خازن CB در فرکانس کار بیس را به زمین اتصال کوتاه می‌کند، و Cc یک خازن تزویج کم امپدانس است که نمی‌گذارد سیگنال dc به‌بار برسد. مقاومت سری پیچک Lt، و rc در عملکرد مدار‌مهم است،‌برای در‌نظر گرفتن آن بهترین کار این است که به جای آن مقاومت معادل موازی  ضریب کیفیت پیچک است، گذاشته شود. مقاومت Re باید آنقدر بزرگ باشد (در حدود ) که اثر القا کنایی ورودی ترانزیستور را بپوشاند. این کار تحلیل را ساده کرده، بستگی فرکانس کار به پارامترهای ترانزیستور را به قیمت تلف کردن بخشی از توان RF در Re، کم می‌کند. برای سهولت تحلیل این کمیاب را تعریف می‌کنیم:

(۱)                         

(۲)                                          

با گذاشتن مدار معادل ترانزیستور و فرض (۱) بی نهایت بودن امپدانس خفه کن RF، (۲) صفر بودن راکتانسC b و Cc مدار معادل شکل ۲ به دست می‌آید که در آن Is منبع فرضی پالس نویز شروع کننده نوسان را نشان می‌دهد.

که معادل آنها در فرستنده‌ها روبروی آن آمده است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل ۲٫ مدار عملی نوسانساز کولپیتس که در آن تمامی عناصر نشان داده شده‌اند.

برحسب پارامترهای

Gi= 1/Ri و gt=1/R1 و برای فرکانس مختلط S، معادلات گره‌ای مدار عبارت انداز:

                       (۳)     

ولتاژ خروجی برحسب دترمینان شبکه  و هم عامل  عبارت است از . (۴)

که در آن

                                                                               (۵)     

                                                                        (۶)     

 

شکل ۳٫ مدار معادل نوسانساز کولیپتس

اگر شرایط نوسان فراهم شود، (۴) یک زوج ریشه مزدوج مختلط در نیم صفحه راست صفحه S خواهد داشت. شرط حدی شروع نوسان واقع بودن ریشه‌ها بر روی محور است.

این شرط با گذاشتن در (۴) و حل آن به دست می‌آید. با این جایگزینی، جملات با درجه زوج یک کمیت حقیقی و جملات با درجه فرد یک کمیت موهومی را نشان می‌دهند.

هنگامی صفر می‌شود که هر دو بخش حقیقی و موهومی صفر شوند. بنابراین:

                                           (۷)     

و

                                    (۸)     

در (۷) هم مجهول a و هم مجهول  وجود دارد، حال آنکه در (۸) تنها مجهول است.

از حل (۸) فرکانس نوسان  را به دست می‌آوریم. سپس آن را در (۷) گذاشته، می‌نیمم a ای که برای شروع نوسان لازم است را به دست می‌آوریم. با این کار به دست می‌آوریم:

                                                                      (۹)     

با گذاشتن مقادیر       در (۹) داریم:

جمله اول (۱۰) باید جمله غالب باشد تا تغییرات بار، نقطه کار ترازیستور و غیره بر فرکانس نوسان fo تاثیری نداشته باشد. دقت کنید که القا گر با Q بالا، می‌نیمم بار ممکن Rt را افزایش و جمله دوم را کاهش می‌دهد. با بازنویسی مخرج جمله دوم به صورت:

معلوم می‌شود که برای می‌نیمم شدن اثر آن را باید داشته باشیم:

پس

                                                   (۱۱)   

و فرکانس نوسان مدار توسط Lt و ترکیب موازی خازنهای Co,Cf و ترکیب سری C2,C1 تعیین می‌شود.

با گذاشتندر (۷) به دست می‌آوریم:

                                          (۱۲)   

با فرض اینکه  مقدار تقریب (۱۱) را دارد، می‌توان  را به این صورت نوشت:

                                           (۱۳)   

برای شروع نوسان a ترانزیستور باید از بزرگتر باشد. این شرط محدودیت چندانی ایجاد نمی‌کند، در میان ترانزیستور جدید کمتر ترانزیستوری را می‌توان یافت که بهره کافی نداشته باشد، به شرط اینکه (۱) فرکانس کار کمتر از fa/2 باشد و R1(2) از حدود   بیشتر باشد.

روش علمی طراحی برای بارهای با مقاومت بالا:

معمولا در طراحی نوسانسازها دو خواسته مطرح است: فرکانس نوسان fo و توان po (یا ولتاژ یا جریان) که بار مشخص شده داده می‌شود. به این ترتیب راهنمای مناسبی برای انتخاب ترانزیستور در اختیار داریم زیرا عنصر فعال باید در فرکانس کار توانایی تقویت داشته باشد و بتواند توان مشخص شده را جذب کند. ابتدا مسئله توان را در نظر می‌گیریم. ترانزیستور بسته بندی شده در آرایش بیس- مشترک در نوسانساز کولپیتس مانند‌منبع جریانی‌موازی با‌(۱) مقاومت‌معادل موازی القاگر تانکR p و (۲) مقدار تبدیل یافته مقاومت موثر امیتر Ri و (۳) مقاومت بار عمل می‌کند. اگر مقاومت این ترکیب موازی را Ro بنامیم داریم:

                                  (۱۴)   

که در آن N (نسبت دور) مقسم ولتاژ خازنی است.

مشخص‌خروجی ایده ال کل شکل ۲ را ببینید. در نقطه کار ترانزیستور دارای VCBQ, ICQ است. خط بار دینامیک از نقطه VCBQ,ICQ می‌گذرد و شیت آن برابر  است. نقطه کار توسط مدار بایاس تعیین می‌شود و هم بر روی خط بار استاتیک و هم بر روی خط بار دینامیک قرار دارد. اگر تغییرات VCB, ic در هنگام نوسان سینوسی باشد، نقطه کار بر روی خط بار دینامیک، با شیب  ، جابجا می‌شود. در هر تناوب، جریان کلکتور بین صفر و مقدار ماکزیمم VP تغییر می‌کند. به کمک هندسه تحلیل می‌توان نشان داد که:

                                                                         (۱۵)  

                                                                           (۱۶)  

اگر نقطه کار به نحوی برگزیده شود که آنگاه با فرض تغییر سینوسی ic بین مقادیر و Ip، مقدار rms مولفه سینوسی جریان کلکتور ۰/۷۰۷۱CQ است.

تحت شرایط انتقال ماکزیمم توان

 یا                                                 (۱۷)   

و RO=RL/2. بنابراین توان داده شده به بار عبارت است با

                                                                           (۱۸)    

اگر طی نوسان نقطه کار جابجا نشود، توان dc ترانزیستور تحت این شرایط برابر است با

                                                      (۱۹)   

 

 

شکل ۴٫ مشخصه خروجی ایده ال ترانزیستور، برای طراحی نوسانساز کولپیتس

ماکزیمم بازده‌ای که این تحلیل پیش بینی می‌کند ۲۵ درصد است. بنابراین گام اول طراحی نوسانساز کولپیتس انتخاب ترانزیستوری است که بتواند حداقل ۴ برابر توان خروجی توان مصرف کند. این ترانزیستور همچنین باید بتواند جریان و ولتاژی با دامنه لازم ایجاد کند. اگر fT ترانزیستور انتخاب شده حداقل دو برابر فرکانس کار باشد، بهره کافی برای شروع نوسان، به شرط برقراری (۱۳)، تضمین می‌شود.

پس از انتخاب ترانزیستور باید مدار بایاس طراحی شود. برای پایداری نقطه کار و حداقل تغییرات آن، RE بزرگ و جریان مقاومتهای R1, R2 نسبتا زیاد باشد. خازنهای کنار گذران باید مناسب باشند. در بسیاری از مدارهای علمی RE توسط خازن C2 به نحوه موثری کنار گذران شده و خفه کن RF لزومی ندارد. سپس باید خازن کل تانک Ct انتخاب شود. داریم:

                                                                          (۲۰)   

که در آن

                                                                               (۲۱)   

اگر بخواهیم Q کل مدار تانک ۵۰ باشد،

                                                                                (۲۲)  

از این محاسبه می‌توانیم Lt را نیز بدست آوریم:

                                                                            (۲۳)   

طرح ممکن است به جای پیچیدن القاگری با القا کنایی فوق از القاگرهای استاندارد آماده استفاده کند در این صورت می‌توان از Lt شروع کرد و به Ct رسد. به هر صورت‌در این‌مرحله از‌طراحی مقدار Lt باید مشخص شده و Q آن اندازه گیری شود. Q مقدار Rp را معین می‌کند و Rp به همراه RL و Ri مقدار N را مشخص می‌کنند.

برای یک ترانزیستور نوعی

                                                                                  (۲۴)   

و Ri=Re+rc، برای انتقال توان ماکزیمم به بار داشته باشیم:

                                                                       (۲۵)   

دقت کنید که Rp باید بزرگتر از RL باشد.

قدم بعدی طراحی انتخاب C1,Cf و C2 است. CO را تخمین زده (حدود چند پیکو فاراد) و با استفاده از Cs+Cf(20) را به دست می‌آوریم. بهتر است Cf را برابر مقدار میانی یک خازن در دسترس انتخاب کرده و به دست آوریم:

                                                                         (۲۶)   

با داشتن Cs و N می‌توانیم C1 و C2 را به دست آوریم:

                                                                        (۲۷) و (۲۸)    

برای سهولت تنظیم مدار C1 را یک خازن متغیر برمی‌گزینیم. معادله (۲۸) تقریبی است که در صورت معتبر است.

خواننده باید متوجه باشد که روش طراحی بیان شده در این بخش و بخش بعدی تقریبی است و مدار طراحی شده باید بهینه شدن عملکردش تنظیم شود. علت این امر (۱) فرض سینوسی بودن ولتاژها و جریانها و خطی بودن ترانزیستور، و (۲) چشم پوشی از بسیاری از پارامترهای ترانزیستور است. با این وجود با این روش می‌توان براساس مقادیر متوسط داده‌های در دسترس طراح، نوسانسازی ساخت که کار کند.

طراحی نوسانساز کولپیتس (Collpits Oscillator) مربوط به طبقه اول فرستنده:

داده‌ها برای طراحی  از روی data sheet نوشته می‌شود. cf نیز بین ۵ تا ۵۰ pf  در نظر گرفته میشود.

Cf را داریم:

Q مدار تانک را معمولا ۵۰ فرض می‌کنیم.

 تپ خازنی  و

در اینجا مقاومت ناشی از پیچک‌های سلف مدار تانک را یک اهم فرض می‌کنیم:

 

 

طبقه دوم:

از یک مدولاتور تشکیل شده است که کار اصلی مدولاتور عمل مدولاسیون است این مدولاتور به کار رفته در فرستنده از نوع امیتر مشترک است که در spice طراحی شده است و به همراه خروجی مربوطه در ادامه آورده شده است.

در اینجا طرز کار مدولاتور را شرح می‌دهیم:

  1. مدولاسیون

برای فرستاده پیام به نقاط دور دست، به طریقه بی سیم، سیگنال پیام را باید بر روی یک سیگنال سینوسی با فرکانس زیاد سوار کرد. سوار کردن پیام را بر روی سیگنال با فرکانس زیاد «مدولاسیون» می‌نامند و به سیگنال با فرکانس زیاد، موج حامل یا کاریر می‌گویند.

در اثر مدولاسیون سیگنال پیام تغییر شکل می‌دهد و تبدیل به سیگنال جدیدی به نام موج مدوله می‌گردد. مراحلی که در ارسال بی سیم پیام پیش می‌آید بدین ترتیب است:

الف) سوار کردن پیام بر روی حامل (مدولاسیون)

ب) تبدیل موج مدوله شده برای امواج الکترومغناطیسی، توسط آنتن فرستنده (انتشار)

ج) تشعشع امواج الکترومغناطیسی در فضا، در این مرحله، امواج ضعیف شده و با پارازیتهای مختلف، مخلوط می‌شوند.

د) جذب امواج الکترو مغناطیسی توسط آنتن گیرنده و تبدیل آن به موج الکتریکی مدوله شده

ه) پیاده کردن سیگنال پیام از موج مدوله شده

 

 

 

 

شکل (۲-۲۹) روش صحیح سیم پیچی تروئید

به‌این ترتیب‌ملاحظه می‌شود که در‌فرستنده پیام‌را سوار حامل می‌نمائیم و در گیرنده، پیام را از حامل پیام می‌کنیم. پیاده کردن پیام از موج مدوله شده را «دمدولاسیون یا آشکار سازی» می‌گویند.

به سه دلیل، نمی‌توانیم پیام را مستقیما از طریق آنتن پخش نماییم.

الف) معمولا فرکانس پیام خیلی کم است و برای انتشار احتیاج به آنتن‌های به طول چند کیلومتر دارد. در صورتیکه با سوار کردن پیام بر روی حامل با فرکانس زیاد، از آنتن بسیار کوچکتری می‌توان استفاده کرد.

ب) معمولا پیام از فرکانسهای مختلفی درست شده است و نمی‌توان از یک آنتن برای انتشار همه آنها استفاده کرد.

ج) با استفاده از مدولاسیون، پیامهای مختلفی را می‌توان بر روی فرکانسهای مختلف سوار کرد و به این ترتیب از مخلوط شدن آنها جلوگیری کرد.

 

طبقه سوم:

از تقویت کننده توان تشکیل شده است که از نوع تقویت کننده کلاس A می‌باشد در توضیحات پایین cb همان C14 ما می‌باشد و به جای R0 از یک آنتن دایپل با مقاومت   استفاده کرده‌ایم و برای گرفتن خروجی بهتر با توان بیشتر از ۲ خازن تریمو که همان C15,C14 است استفاده می‌کنیم که با چرخاندن پیچ این خازن‌ها می‌توانیم توان MAX را به آنتن (R0) انتقال دهیم همچنین درامیتو برای پایداری بیشتر از خازن C13 و مقاومت موازی R10 استفاده کرده‌ایم.

۱۲-۱ تقویت در کلاس A

مدار یک تقویت کننده توان کلاس A با امیتر زمین شده (در شکل ۱۲-۳ الف) مشابه مدار تقویت کننده کوچک سیگنال است. در PA مقاومت بار معمولا آنقدر کوچک است که می‌توان اثر مقاومت و راکتانس خروجی ترانزیستور را نادیده گرفت. چون نقطه کار Q (یعنی ICQ) طوری برگزیده شده که ترانزیستور همیشه در ناحیه فعال بماند، ترانزیستور معادل یک منبع جریان است (شکل ۱۲-۳ ب). مدار تنظیم شده موازی، یا فیلتر معادل آن، بخش لازمی از تقویت کننده‌های کلاس A نیست. ولی چون هیچ عنصری کاملا خطی‌نیست، غالبا یک‌مدار تنظیم‌شده یا‌یک فیلتر برای حذف هارمونیکها گذاشته می‌شود.

در تقویت کننده ۱۲-۲ الف فرض شده است که بایاس و سیگنال ورودی اعمال شده به بیس، جریان کلکتور  شکل ۱۲-۳ ج را ایجاد می‌کنند.

(روشهای‌اعمال مناسب تحریک و بایاس بعدا‌مورد بحث قرار می‌گیرند.) هارمونیکهای  از (۱۲-۲) حذف شده‌اند زیرا اثر چندانی بر بازده و توان تقویت کننده کلاس A ندارند. مولفه‌های dc و ac جریان  باید به ترتیب از خفه کن (RFC)RF و خازن جلوگیر‌(Cb) بگذرند‌و بنابراین‌جریان ورودی‌Idc=ICQ و‌جریان‌خروجی  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل ۱۲-۳ تقویت کننده کلاس A. (الف) مدار؛ (ب) مدار معادل؛ (ج) شکل موجها.

به‌وجود می‌آیند. هارمونیکهای تولید شده توسط اثرهای غیر خطی، توسط مدار تنظیم شده موازی به زمین هدایت می‌شوند. تمام مولفه‌های فرکانس حامل  از مقاومت بار R می‌گذرد (با فرض اینکه تنظیم مدار تشدید مناسب و اثر RFC و Cb ناچیز باشد) و ولتاژ خروجی زیر را به وجود می‌آورد:

                                                           (۱۲-۳)

ولتاژ کلکتور باید یک مولفه DC برابر با ولتاژ منبع و یک مولفه ac برابر با ولتاژ خروجی داشته باشد، بنابراین:

                                              (۱۲-۴)

چون ترانزیستور تنها هنگامی در ناحیه فعال می‌ماند که مثبت باشد، باید ولتاژ خروجی Vcm کمتر از VCC باشد. (در مواقع  ماکزیمم Vcm باید کمی کمتر از Vcc باشد تا اثرهای اشباع مورد بحث در بخش ۱۲-۳ بروز نکند.) چون جریان کلکتور هم باید همواره مثبت باشد، ماکزیمم جریان خروجی باید در این شرط صدق کند     پس توان ورودی

                                                                        (۱۲-۵)

توان خروجی

                                                                          (۱۲-۶)

و بازده

                                                                       (۱۲-۷)

است. توان Pd مصرف شده در ترانزیستور تفاضل Pi و Po است. رابطه توان و بازده با ولتاژ خروجی در شکل ۱۲-۴ نشان داده شده است. در یک طراحی خوب باید مقدار ماکزیمم Pd=Pi فرض شود تا وضعیت نبودن سیگنال یا وجود سیگنالهای ضعیف منظور شود.

بررسی شکل موجهای شکل ۱۲-۳ ج نشان می‌دهد که وقتی PA کلاس A ماکزیمم توان‌خروجی را می‌دهد ماکزیمم مقدار لحظه‌ای ولتاژ و جریان کلکتور و  است.

 

 

 

 

 

 

شکل ۱۲-۴ بازده و توان برحسب دامنه ولتاژ کلکتور در تقویت کننده کلاس A.

بنابراین قابلیت توان خروجی نرمالیزه عبارت است از

                                           (۱۲-۸)

اگر دو عنصر که به صورت تقویت کننده‌های کلاس A عمل می‌کنند را به صورت متمم یا پوش- پول ببندیم (مانند شکل ۱۲-۵ الف)، خواهد شد. این آرایش اکثر هارمونیکهای زوج ناشی از اثرهای غیر خطی را حذف می‌کند.

تقویت کننده‌های RF کلاس A غالبا به عنان تقویت کننده‌های کم توان و برای تحریک تقویت کننده‌های بعدی به کار می‌روند. در این کاربردها توانی که تقویت کننده کلاس A مصرف می‌کند، بخش نسبتا کوچکی از توان کل فرستنده است. در فرکانسهای مایکروویو، که به کارگیری تقویت کننده‌های غیر کلاس A مشکل است، نیز از این تقویت کننده‌ها استفاده می‌شود.  

و قسمت آخر که آنتن می باشد بدین صورت است

۱-۴ آنتن

آنتن قطعه‌ای است که معمولا از فلز ساخته می‌شود و وظیفه آن انتشار یا جذب امواج الکترومغناطیسی می‌باشد. هر‌آنتن معمولا‌برای یک فرکانس بخصوص‌ساخته می‌شود. آنتن‌ها دارای اشکال مختلف و متنوعی هستند و بعضی از آنها می‌توانند انرژی خود را فقط در یک سمت ویژه منتشر کنند.

ساده‌ترین آنتن، آنتنطول موج است که در اکثر گیرنده‌ها و فرستنده‌ها از آن استفاده می‌شود. آنتنطول موج از دو قطعه میله فلزی تشکیل شده است که مطابق شکل (۴-۱) در امتداد هم قرار می‌گیرند. طول این آنتن در رابطه با فرکانس است و از رابطه زیر محاسبه می‌شود.

در رابطه بالا طول موج است که برابر می‌باشد. فاصله بین دو قطعه آنتن را معمولا حدود ۵٪ طول موج در نظر می‌گیرند. این آنتن در موقع کار، مقاومتی در حدود ۷۵ اهم از خود نشان می‌دهد. آنتن طول موج را «آنتن دایپل یا آنتن هرتز» نیز می‌گویند.

 

 

 

شکل (۴-۱) آنتن دایپل یا هرتز

از آنجایی که در‌طراحی تقویت کننده کلاس C به جای بار مقاومت ۷۵ اهم قرار دادیم، حال مقاومتها را خارج کرده و آنتن دایپل را از طریق کابل کواکسیال ۷۵ اهم به جای بار مقاومتی قرار می‌دهیم.

برای کارهای مخابراتی ساده عموما از آنتنطول موج به نام آنتن مارکونی استفاده می‌شود از یک میله فلزی به طولدرست شده است.

 

 

 

شکل (۴-۲) آنتن  طول موج مارکونی

طول موج  یک موج رادیویی برحسب متر است و از رابطهبدست می‌آید که در آن C سرعت نور و f فرکانس برحسب هرتز است. برای داشتن یک بازده معقول طول فیزیکی آنتن باید حدود نصف طول موج باشد. بنابراین با افزایش فرکانس انتقال ابعاد فیزیکی و هزینه آنتن کاهش می‌یابد.

۴-۲ انتشار

در‌این بخش‌به چگونگی‌انتشار امواج و اثرات جو بر روی آن می‌پردازیم. انتشار امواج به‌دو صورت‌انجام می‌شود. انتشار‌مستقیم و‌انتشار شکسته. در انتشار مستقیم (امواج با فرکانس بیشتر‌از ۴۰ مگا‌هرتز) امواج در خط مستقیم حرکت می‌کنند و جو نمی‌تواند بر روی آنها تاثیر بگذارد و امواج پس از مقداری حرکت در جو زمین، از زمین خارج شده و به فضا می‌روند. امواجی که بصورت مستقیم منتشر می‌شوند هر چقدر هم که قوی باشند نمی‌توانند از یک شهر به شهر دیگر بروند. در انتشار شکسته (امواج با فرکانس کمتر از ۴۰ مگاه هرتز) امواج توسط لایه‌های یونسفر (از ارتفاع ۷۰ کیلومتری تا ۳۰۰ کیلومتری زمین، لایه‌ای از هوای رقیق و یونیزه به نام یونسفر وجود دارد. این لایه در اثر نور خورشید یونیزه شده و اثرات الکتریکی دارد.) به طرف زمین منعکس می‌شوند و به این ترتیب می‌توانند با انعکاس‌های پی در پی کره زمین را دور بزنند. طبقه یونسفر از چند لایه تشکیل شده است. نزدیکترین لایه که D نام دارد و در فاصله هفتاد کیلومتری سطح زمین است به جای انعکاس امواج آنها را جذب کرده و از بین می‌برد. این لایه توسط نور خورشید به وجود می‌آید و شبها از بین می‌رود و به همین خاطر شبها رادیو ایستگاههای بیشتری را می‌تواند بگیرد. برای مخابرات زمینی ماهواره‌ها، از فرکانسهای خیلی زیاد استفاده می‌شود تا بتوانند از لایه یونسفر بدون انعکاس عبور کنند.