Синтезатор частот

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА

СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТ

Выполнил: Софронова К.Д.

Проверил: Михеев А.И.

Хабаровск

2016

Введение

Развитие современных видов связи выдвинуло новые требования к возбудителям диапазонных передатчиков. Так, применение однополосной связи с подавленной несущей частотой требует обеспечение долговременной стабильности частоты передатчика не хуже 2*10^-7. Такую стабильность можно получить только в прецизионных кварцевых генераторах. Диапазон частот возбудителя должен быть таким же, как и в передатчике.

Это привело к созданию однокварцевых схем широкодиапазонных возбудителей, в которых сетка частот образуется в результате суммирования ряда колебаний, полученных путём кратных и дробно - кратных, т.е. когерентных преобразований частоты опорного (прецизионного) кварцевого автогенератора. Поскольку выходные колебания возбудителя образуются в результате синтеза, такие возбудители получили название синтезаторов частоты. В этих возбудителях нестабильность любой частоты определяется только опорным кварцевым генератором. Поэтому стабильность частоты синтезаторов характеризуется величиной порядка 10^-7-10^-8.

В возбудителях автоматизированных передатчиков число перестраиваемых элементов должно быть минимальным. Существенны время, простота и однозначность установки частоты. Возбудитель должен допускать дистанционное управление частотой из удалённого пункта. В связи с этим в синтезаторах применяется декадная система установки частоты, при которой цифры в каждом декадном разряде частоты устанавливаются отдельным переключателем. Чаще всего каждому декадно соответствует свой ряд из десяти часто с требуемым шагом, например: 10 частот с шагом 1 Мгц, 10 частот с шагом 100 кгц и т.д. Функциональные узлы, в которых образуется указанный ряд, называются декадными преобразователями соответствующего разряда. Полученные ряды частот суммируются, образуя требуемую сетку в заданном диапазоне частот. В настоящее время существует несколько методов синтезирования сетки частот, например, в данном курсовом проекте фигурирует метод фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), который используется для алгебраического суммирования частот ряда колебаний, для выделения требуемой гармоники из спектра опорной частоты, а так-же для умножения и деления частот колебаний.

Для уменьшения габаритов синтезаторов в них используются транзисторы и полупроводниковые диоды. Обычно на выходе синтезатора обеспечивается напряжение 0,5 - 1 В на нагрузке 50 - 75 Ом. Это соответствует мощности выходных колебаний порядка 10 - 20 мВт.

1. Описание работы синтезатора частот

Синтезатор частот -один из самых распространенных узлов современных радиостанций, сотовых систем радиосвязи, спутниковых систем. Исключительно широко применяются синтезаторы частот в измерительной аппаратуре, высокочастотных генераторах, анализаторах спектров и т.д.

Функциональная схема синтезатора частот:

Выходное напряжение

Размещено на http://www.allbest.ru/

Кратко принцип работы синтезатора можно представить следующим образом. ГУН представляет собой обычный LC -автогенератор, в котором емкость контура, определяющего частоту генерации, представлена варикапом. Емкость варикапа, как известно, зависит от напряжения на его электродах.

Опорный генератор выполняется виде кварцевого автогенератора как правило по схеме емкостной трех точки. Остальная часть схемы может рассматриваться как кольцо фазовой автоподстройки (ФАПЧ). Отличием от стандартной схемы ФАПЧ является наличие частотного детектора в этом кольце автоподстройки.

Рассматриваемое устройство совмещает в себе аналоговые и цифровые элементы. Так автогенератор типично аналоговое устройство, а делители, выполненные на синхронизируемых триггерах и цепи управления ими с помощью десятично- двоичного кода представляют собой элементы импульсно- цифровых устройств.

Такие синтезаторы могут работать в режимах ручной перестройки каналов или автоматической перестройки.

В курсовом проекте будем рассчитывать LC -автогенератор и один из элементов делителя частоты -синхронизируемый триггер с общим входом.

2. Расчет автогенератора

Электрический расчёт автогенератора включает в себя энергетический расчёт и расчёт колебательной системы. Эта часть расчёта одинакова для всех схем автогенераторов. Исходными данными для расчёта на заданную мощность являются активная составляющая мощности генератора P_аг и частота колебаний f. Должны быть известны также статические характеристики транзистора.

Данные для расчёта автогенератора:

Мощность P_аг= 1 Вт

Частота f = 300 МГц ;вид автогенератора - LC.

Расчёт начинаем с выбора транзистора. Рабочая частота f должна выбираться в пределах (0,2 - 0,3)f_b , граничная частота, при которой модуль коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером равен 0,7.

Определяем граничную частоту транзистора:

МГц (СВЧ)

Модуль коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером |h₂₁|= 0,7

Исходя из этих данных я выбираю транзистор: КТ 301

Его параметры:

Ток базы: I_б= 85 мкА

Допустимая мощность рассеяния на коллекторе:P_доп=1,5 Вт

1. Выбор угла отсечки коллекторного тока q:

Так как выбранный мною транзистор имеет класс усиления C, а также для уменьшения искажений на выходе выбираю q = 80є, что позволяет подачей начального смещения приоткрыть транзистор и сместить рабочую точку из нуля на прямой отрезок входной характеристики транзистора.

2. Нахождение коэффициентов по таблице Берга:

a₀= 0,286

a₁= 0,472

cosq = 0,174

3. Выбор источника питания:

Так как выбранный мною транзистор является маломощным, следовательно источник питания не должен выдавать большое напряжение. Я выбираю:

E_п= 5 В

4. Расчет коэффициента использования источника питания:

где S_кр - крутизна линии критического режима, выходных характеристик транзистора.

x_кр близок к единице, следовательно, E_п выбрано верно.

5. Определение амплитуды напряжения на нагрузке коллекторной цепи:

6. Определение амплитуды первой гармоники тока коллектора:

, А

7. Определение модуля эквивалентного сопротивления нагрузки генератора в критическом режиме:

, Ом

8. Определение амплитуды импульса тока коллектора:

, А

9. Расчет постоянной составляющей тока коллектора:

10. Расчет мощности, потребляемой от источника:

, Вт

11. Расчет мощности, рассеиваемой на коллекторе:

P_к= P_n-P_аг= 0,2-0,1= 0,1 Вт ,Вт

P_доп= 1,5 Вт

P_к< P_доп ,следовательно, транзистор выбран верно

12. Нахождение средней крутизны проходной характеристики транзистора:

Для проверки S_ср построим проходную характеристику



Это значение совпадает с расчетным, следовательно, вычисления проведены верно.

Для дальнейших расчетов определим апроксиммированное значение смещения по проходной характеристике:

E_б'= 0,7 В

13. Вычисление коэффициента положительной обратной связи (из условия баланса амплитуд):

где ЅZ_э.крЅ- модуль сопротивления нагрузки, то есть контура. Он равен резонансному сопротивлению конура R_к , которое определяется по формуле:

,

где r = 6 Ом (из справочника); - волновое (характеристическое) сопротивление контура. синтезатор частота триггер транзистор

C_к= 6*10^-12 Ф (из таблицы)

Для нахождения L_к воспользуемся формулой:

,

Гн

Согласно ГОСТ выбираем: L= 45 нГн

, Ом

, Ом

14. Определение значений емкостей C₁ , C₂ :

(по схеме автогенератора)

При этом ранее рассчитанная ёмкость контура C_к:

Согласно ГОСТ задаем: C₁= 250*10^-12 Ф

, Ф

Согласно ГОСТ выбираем: C₂= 6,2 пФ

15. Определение величины необходимого смещения для реализации данного режима транзистора:

Найдем амплитуду напряжения на базе транзистора:

B

Воспользуемся известным выражением для угла отсечки:

E_б'= 0,7 В (см. в пункте 12)

В

16. Расчет элементов делителя R₁ и R₂ :

Задаваясь величиной из справочника (R₁+R₂)= 10⁴ Ом можно определить ток делителя:

A

Для проверки воспользуемся условием:

I_б= 85*10^-6 А (см. параметры транзистора)

расчет выполнен верно

Определим постоянный ток базы, возникающий вследствие нелинейного преобразования напряжения, воздействующего на переход база - эмиттер:

(см. пункт 9)

A

Теперь можно определить R₂ :

Ом

Согласно ГОСТ выбираем: R₂= 3600 Ом

Ом

Согласно ГОСТ выбираем: R₁= 6,4 кОм

17. Вычисление емкости C₃ из условия:

t = R₂C₃< T_к,

где - постоянная времени контура

Резонансную частоту можем определить из выражения:

рад/с

Добротность контура выбираем из справочника:

Q= 100

с

Берем постоянную времени цепи:

t = 10^-7 < T_к

Ф

Согласно ГОСТ выбираем: C₃= 30 пФ

18. Выбор индуктивности дросселя из соотношения:

Гн

Согласно ГОСТ выбираем: L_др= 2,5 мкГн

2.1 Спецификация

Название элемента	Параметры
Транзистор Т	КТ 301
Резистор R1	МЛТ0,5 6,4 кОм
Резистор R2	МЛТ0,5 3,6 кОм
Конденсатор C1	КСО 250 пФ
Конденсатор C2	КСО 6,2 пФ
Конденсатор C3	КСО 30 пФ
Катушка индуктивности L	ПЭВ2 0,14 35 45нГн
Катушка индуктивности Lдр	ПЭВ2 0,14 35 2,5мкГн

3. Расчет насыщенного симметричного триггера

Дано по заданию:

Максимальная частота переключения f_max= 310 МГц

Амплитуда выходного напряжения U_m= 1,5 В

Потребляемая мощность P= 0,4 Вт

Амплитуда запускающих импульсов U_{m вх}= 0,7 В

Сопротивление источника R_и= 200 Ом

1.Выбор типа транзистора:

Критерием выбора служат соотношения:

Гц

Выбираем: f₂= 1600 МГц

Допустимое коллекторное напряжение:

U_кэ.допі U_m

U_m= 1,5 В

Исходя из этих данных выбираем транзистор: КТ 301

Его параметры:

Допустимое коллекторное напряжение U_кэ.доп= 3 В

Граничная частота f_b= 1550 МГц

Постоянный ток коллектора I_{к0 max}= 10^-2 А

Ток насыщения коллектор -эмиттер I_кн= 10^-2 А

Максимальное значение статического коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ b_max= 60

Минимальное значение статического коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ b_min= 20

2. Определение ЭДС источника питания:

В

Согласно ГОСТ выбираем: E_к= 2 В

3. Определение напряжения смещения:

В

4. Расчет сопротивления нагрузки R_к :

Ом

I_{к0 max}= 10^-2 А (см. пункт 1)

Ом

Таким образом выбираю:

R_к= 100 Ом

5. Нахождение значений резисторов R₁ и R₂ :

Ом

Согласно ГОСТ выбираем: R₂= 20 Ом

Коэффициент насыщения транзистора S= 1,3 выбираем из справочника.

b_min= 20 (см. пункт 1)

Ом

Согласно ГОСТ выбираем: R₁= 6 Ом

6. Определение значения ускоряющей емкости:

Ф

Согласно ГОСТ выбираем: C₁= 3 пФ

7. Определение амплитуд выходного напряжения:

В

8. Выбор коммутирующих диодов Д₁ и Д₂ :

Я выбирая диоды: КД 407 А

Его параметры:

Динамическое сопротивление R_д= 1 Ом

9. Определение длительности запускающих импульсов:

S= 1,3 (см. пункт 5)

b_max= 60 (см. пункт 1)

b_min= 20 (см. пункт 1)

Запирающий ток транзистора:

А

Выбираю I_бз= 0,1 А

с

Выбираю t_и.вх= 2 нс

10. Определение разрешающего времени триггера:

с

11. Определение емкости разделительного конденсатора:

Входное сопротивление r_вх транзистора определим по семейству входных характеристик:

Ом

Ф

Выбираем C_р= 1 пФ

12. Выбор напряжения E, предотвращающего открывание транзисторов Д₁ и Д₂ :

ЅEЅ>ЅU_m.вхЅ

U_m.вх= 0,7 В (см. пункт 1)

Выбираю E= 1В

13. Выбор значения сопротивления R₃ :

Ом

Выбираю R₃= 550 Ом

3.1 Спецификация

Название элемента	Параметры
Транзисторы Т1, Т3	КТ 301
Диоды Д1, Д2, Д3	КД 407А
Резистор R1	МОН-1 6 Ом
Резистор R2	МУН-1 20 Ом
Резистор R3	МЛТ0,5 550 Ом
Резистор Rк	МЛТ0,5 100 Ом
Резистор Rи	МЛТ0,5 200 Ом
Конденсатор C1	КСО 3 пФ
Конденсатор Cр	КСО 1 пФ

Заключение

В данном курсовом проекте мы произвели расчет двух элементов: LC- автогенератора и синхронного триггера синтезатора частот, который удовлетворяет современным требованиям, предъявляемым к возбудителям передатчиков, а также познакомились с принципом работы и областью применения синтезаторов частот.

Список литературы

1. Горелов В.А., Волков П.И. «Каналообразующие устройства ж.д. телемеханики и связи» 1986 г.

2. Горюнова Н.Н. «Справочник по полупроводниковым диодам и транзисторам» 1968 г.

3. Перельман П.А. «Транзисторы широкого применения» 1987 г.

4. Минскер Ф.Е. «Справочник сборщика микросхем» 1992 г.

5. Рыжков А.В. «Синтезаторы частот в технике радиосвязи» 1991 г.

6. Шахгильдян В.В. «Проектирование радиопередатчиков» 2000 г.



Размещено на Allbest.ru

...