Размещено на http://www.allbest.ru/

Техническое задание

Разработать конструкцию передающего устройства со следующими характеристиками:

· Рабочая частота: 27,1 МГц

· Допустимая не стабильность частоты: 5*10-6

· Вид передаваемой информации: аналоговый

· Полоса передаваемых частот: 100…6300 Гц

· Допустимый уровень нелинейных искажений: 7%

· Вид модуляции: ЧМ

· Максимальная девиация частоты: ±5 кГц

· Уровень побочных излучений: - 40 дБ

· Выходная мощность: 10 мВт

· Тип аппаратуры: группа 6 по ГОСТ 16019-78

Содержание

Введение

1. Анализ технического задания

2. Выбор структурной схемы устройства. Синтез функциональной схемы

3. Выбор функциональных блоков

4. Энергетический расчет

5. Расчетная часть

6. Конструкторская часть

Заключение

Список литературы

Введение

Радиопередающими называют устройства, предназначенные для выполнения двух основных функций - генерации электромагнитных колебаний высокой или сверхвысокой частоты и их модуляции в соответствии с передаваемым сообщением. Радиопередающие устройства входят в состав радиокомплексов, содержащих, кроме того, антенны, радиоприемные и различные вспомогательные устройства.

Радиопередатчики классифицируют по назначению, условиям эксплуатации, выходной мощности, частоте, виду модуляции и т.д. По выходной мощности передатчики могут быть разделены на маломощные (выходная мощность - десятки милливатт), средней мощности(сотни милливатт - десятки ватт) и мощные(сотни ватт - единицы киловатт); по частоте - на высокочастотные (частота менее 300 МГц) и сверхвысокочастотные(частота более 300 МГц).

В связи с быстрым ростом сети радиопередающих станций, резким ужесточением требований электромагнитной совместимости (ЭМС) радиоэлектронных устройств, повышением требований к качеству и надежности их работы особое внимание необходимо уделить использованию новейших достижений отечественной и зарубежной техники в области радиопередатчиков.

1. Анализ технического задания

Рассмотрим назначение отдельных элементов. Задающий генератор генерирует высокостабильные колебания на заданной частоте. Далее эти колебания могут, усиливаются в предварительных каскадах и поступают на оконечный усилитель мощности. Усилитель мощности обеспечивает на выходе антенны заданную мощность ВЧ колебаний. Антенная система излучает ВЧ колебания в пространство. Для управления ВЧ колебаниями служит модуляционное устройство. Если передатчик работает с амплитудной модуляцией, то модуляционное устройство воздействует на оконечный или предоконечный каскады. Если передатчик работает с частотной модуляцией то модуляция осуществляется в задающем генераторе. Источники питания необходимы для подачи заданных напряжений на транзисторы передатчика.

Для создания частотной модуляции необходим источник модулирующих колебаний. Промодулированный сигнал малой мощности поступает через цепь согласования в усилитель мощности, который может состоять из нескольких каскадов. Выходная колебательная система является нагрузкой оконечного каскада и предназначена для передачи выходного сигнала в антенну.

2. Выбор структурной схемы устройства. Синтез функциональной схемы

Передатчик частотно-модулированных колебаний можно реализовать по нескольким типовым схемам. Схема, изображенная на рис.1, предполагает модуляцию частоты задающего генератора и умножение частоты (УЧ) в последующих каскадах передатчика. Управляя частотой кварцевого генератора можно получить долговременную нестабильность частоты 10-5 …10-6, однако относительный диапазон управления частотой невелик и составляет 10-3…10-4.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1

От этого недостатка свободна схема изображенная на рисунке 2

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2

Схема представляет собой передатчик, для стабилизации средней частоты которого используется система фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Здесь модуляция осуществляется в модулируемом генераторе (МГ), частота которого стабилизируется при помощи опорной частотой высокостабильного кварцевого генератора (КГ). Для того чтобы ФАПЧ не ослабляла полезной модуляции, обратную связь в системе на частотах Fmin<F<Fmax исключают с помощью фильтра нижних частот (ФНЧ).

На основе второй схемы построим функциональную схему передатчика, изображенную на рисунке 3.

Рисунок 3

Частота среза ФНЧ выбирается меньше минимальной частоты спектра модулирующего сигнала. Изменение частоты модулируемого генератора осуществляется с помощью варикапов.

3. Выбор функциональных блоков

· Усилитель низкой частоты

На рисунке 4 представлен довольно простой низкочастотный предусилитель, выполненный на двух транзисторах, включенных по схеме с ОЭ. Резистор R3 устанавливает отрицательную обратную связь.

Рисунок 4

· Модулируемый генератор

В качестве генератора используется транзисторный автогенератор с емкостной ОС и дополнительной емкостью С3 в индуктивной ветви (схема Клаппа). Резонатор в схеме образован элементами L1, С3, С4, С6. Rсм - сопротивление автосмещения. (Рисунок 5)

Модуляция генератора осуществляется с помощью варикапа VD.



Рисунок 5

· Фазовый детектор и ФНЧ

Наибольшее практическое применение находит схема балансного фазового детектора (рисунок 6)

Рисунок 6

· Усилитель постоянного тока

В качестве УПТ применяется схема дифференциального усилителя. Достоинство схемы в том, что она позволяет установить на выходе некоторое значение напряжения, обеспечивающее начальное смещение корректирующего варикапа.



Рисунок 7

· Опорный генератор

Представленная схема предназначена для возбуждения колебаний на механической гармонике кварца. Точная настройка на требуемую частоту осуществляется с помощью подстроечного конденсатора С 30.

Рисунок 8

· Усилитель мощности

На рисунке 9 приведена одна из возможных схем усилителя мощности на биполярном транзисторе с общим эмиттером. Здесь С10, L3 - входная ЦС; С11, L3, С13, С12 - выходная.



Рисунок 9

· Усилитель частоты

Данный усилитель будет усиливать частоту в три раза.

Рисунок 10

4. Энергетический расчет

передатчик модуляция генератор резонатор

В данной части курсовой работы произведем энергетический расчет передатчика, а именно мощности на входе и выходе каждого блока.

На выходе ВКС по заданию необходимо развить мощность 10 мВт. Для определения мощности на выходе УМ необходимо учесть потери вносимые ВКС. Определим полосу пропускания:

Добротность при этом составит:

Так как ВКС выполняется на LC элементах, то добротность будет определяться добротностью катушек, которую примем Q = 150.

Рассчитаем потери вносимые ВКС:

КПД цепи согласования составит:

Выходная мощность УМ составит:

Входная мощность УМ составит:

Выходная мощность МГ составит:

Добротность как и первом случае примем равной . Следовательно коэффициент передачи .



Выходная мощность УПТ составит:

Входная мощность УПТ составит:

Расчет фильтра:

Потери в фильтре составляют примерно 10%, поэтому на его входе мощность составит:

Выходная мощность утроителя частоты составит:

5. Расчетная часть

Расчеты будут производиться для основных блоков (модулируемого генератора, модулятора, оконечного каскада).

Оконечный каскад в значительной мере определяет энергетические, эксплуатационные и конструктивные показатели всего передатчика.

Расчет автогенератора и модулятора (см. рисунок 5)

1) Выбор транзистора.

Для увеличения стабильности частоты в автогенераторе выбираем транзистор малой мощности КТ 324

Его паспортные данные:

КТ 324 с граничной частотой ft = 800 МГц. Его паспортные данные: Ск = 2,5 пФ, Сэ = 2,5 пФ; фос = 180 пс; uотс = 0,6 В; uкдоп = 10 В; iкдоп = 20 мА; uбдоп = 4В; Рдоп = 15 мВт; Sгр = 10 мА/В. Считаем, что средний коэффициент усиления тока В = 20.

Граничные частоты:

Активная часть коллекторной емкости

и сопротивление потерь в базе

2) Расчет корректирующей цепочки.



гдесопротивления, корректирующие частотные свойства транзистора в открытом и закрытом состоянии.

Крутизна переходной характеристики транзистора с коррекцией

.

3) Расчет электрического режима.

Учитывая необходимый запас по самовозбуждению, а также условие баланса активных мощностей выбираем угол отсечки , Учитывая требуемую стабильность частоты, выбираем величину коэффициента обратной связи .

Тогда:

Также выбираем

.

Рассчитаем основные параметры генератора:



огр = 1-iк max/(SгрUк 0) = 0,75

4) Расчет резонатора.

Расчет резонатора. В диапазоне частот 10 … 30 МГц оптимальные значения индуктивности контура L = 1… 10 мкГн. Выбираем L = 1,25 мкГн с добротностью QL = 125. Считаем, что Q0 ? QL. Вычислим параметры элементов резонатора:

5) Расчет емкостей Ссв и С6. Чтобы сопротивление нагрузки , пересчитанное к выходным электродам транзистора, не снижало заметно добротность контура, примем ?3Rк?924 Ом. Добротность последовательной цепочки СсвR:

Отсюда емкость связи цепочки

.

Емкость, пересчитанная параллельно емкости С 6:

.

.

6) Расчет цепи смещения

7) Расчет цепи питания:

Rбл = 7Rк = 2310 Ом;

выбираем 1/щрСбл = 0,1 Ом, тогда Сбл = 59 нФ;

Lбл = (5…10)Rн /щр = 50 мкГн.

Еп = Uк 0 + Iк 0Rбл = 9В.

8) Расчет модулятора.

Выбираем схему модулятора, изображенную на рис. Схема замещения

выглядит следующим образом:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 11

Из расчета автогенератора известны следующие параметры:

Uб 1 = 0,6 В; Еп = 9В; Uк 1=1,2 В; р = 0,107;

= 520 пФ; С6 = 250 пФ; С 3 = 33 пФ; С? = 27,5 пФ.

Выбираем варикап КВ 104Е, емкость которого Ссв 0 = 100пФ при Uв = 4В и добротность Q = 150 на частоте 10 МГц. Предельные параметры варикапа: Uдоп = 45 В; Рдоп = 100 мВт. Степень нелинейности вольт-фарадной характеристики н = 0,5.

Смещение на варикап будем подавать от источника коллекторного питания транзистора Еп = 9В, выбираем постоянное смещение на варикапе Uв 0 = 4В, тогда:

U= = 0,187В;

?Св/Св 0 = = 0,093;

;

рв = = 0,03;

Uв 1 = рв Uк 1/р = 0,37 В;

Ссв = Св 0 = 160 пФ;

UЩ = U/Uв 0 = 0,05 В;

С 4 = -(Св-1 + Ссв-1)-1 = 460 пФ.

Рассчитаем резистивный делитель R6R7 в цепи смещения варикапа, учитывая следующие условия:

Еп= 4В;

« = 160 кОм.

Второе условие вводится для того, чтобы нагрузка источника модулирующего сигнала была постоянной в полосе частот Fmin…Fmax. Пусть = 2 кОм; тогда R6= 4500 Ом; R7 = 3535 Ом.

Расчет оконечного каскада

Рассчитаем параметры схемы, изображенной на рисунке 12.

Рисунок 12. Электрическая принципиальная схема оконечного каскада усилителя мощности

Применим параллельную цепь питания, то есть через элементы цепи согласования проходят полезные переменные составляющие выходного тока.

Благодаря блокировочным элементам Cбл 1 и Lбл исключаются потери мощности высокой частоты в источнике питания и устраняется нежелательная связь между каскадами передатчика через источник питания. Разделительная емкость Ср в параллельной схеме нужна для развязки по постоянному току активных элементов данного и последующего каскадов.

Блокировочная емкость Cбл 1 совместно с элементами Lбл и Ср образует колебательный контур, резонирующий на частоте, существенно меньшей рабочей частоты усилителя. При наличии высокочастотных колебаний активный элемент эквивалентен отрицательному сопротивлению на резонансной частоте контура, что может привести к возбуждению в нем колебаний. Чтобы исключить их применяют антипаразитный резистор Rап.

Напряжение смещения есть сумма фиксированного смещения от источника питания, пересчитанного через делитель R1R2, и автосмещения, образованного протеканием постоянной составляющей тока эмиттера Iэ 0 через сопротивление Rсм, а также постоянной составляющей базового тока Iб 0 через параллельно соединенные сопротивления R1, R2.

Цель расчета состоит в определении токов и напряжений в входной и выходной цепях транзистора, коэффициента усиления по мощности, определении номиналов элементов цепей питания и смещения, а также цепи согласования.

Исходными данными для расчета усилителя мощности являются рабочая частота fр = 27,1 Мгц, мощность в антенне РА = 10 мВт, напряжение питания коллектора Еп = 5,6 В, угол отсечки и = 120о. В качестве активного элемента выбираем транзистор КТ 324 с параметрами:

ft = 800 МГц; Ск = 2,5 пФ; Сэ = 2,5 пФ; фос = 180 пс; uотс = 0,6 В; uкдоп = 10 В; uкбдоп = 10В; iкдоп = 20 мА; uбдоп = 4В; Рдоп = 15 мВт; Sгр = 10 мА/В. Средний коэффициент усиления тока В = 20.

КБВ = 0.6

Расчет выходной цепи транзистора

1) Амплитуда первой гармоники напряжения на коллекторе

,

где - напряжение коллекторного питания считается заданным и его следует брать на 0.1… 0.5 В ниже чем , что связано с потерями по постоянному току в блокировочном дросселе.

Согласно техническому заданию выходная мощность 10 mBт, однако, учитывая потери мощности в выходной цепи согласования примерно 10%, примем, зададим , угол отсечки возьмем (оптимальный для усилителей мощности), тогда

2) Максимальное напряжение на коллекторе не должно превышать допустимого:



3) Амплитуда первой гармоники коллекторного тока

4) Постоянная составляющая коллекторного тока

5) Максимальный коллекторный ток

6) Максимальная мощность, потребляемая от источника коллекторного питания,

7) Коэффициент полезного действия коллекторной цепи при номинальной нагрузке

8) Максимальная рассеиваемая мощность на коллекторе транзистора

9) Номинальное сопротивление коллекторной нагрузки

Расчет входной цепи транзистора

При расчете входной цепи транзистора в цепи включения с ОЭ предполагается, что между базовым и эмиттерным выводами транзистора по ВЧ включен резистор , сопротивление которого

1) Амплитуда тока базы

,

где

2) Напряжение смещения на эмиттерном переходе при

,

где

4) В эквивалентной схеме входного сопротивления транзистора на рис. , и находятся по формулам

5) Входная мощность

6) Коэффициент усиления по мощности транзистора

6. Конструкторская часть

Тип аппаратуры - портативная носимая, работающая в наземных сооружениях и на открытой местности. Для аппаратуры данного типа в соответствии с ГОСТ 16019-78 проводят следующие испытания:

Прочность при синусоидальных вибрациях: частота, Гц линейное ускорение, м/с 2 время выдержки, час, не менее	20 19,6 0,5
Обнаружение резонансов в конструкции: диапазон частот, Гц амплитуда, мм время выдержки, мин, не менее	10..30 0,5..0,8 0,4
Устойчивость к синусоидальным вибрациям: диапазон частот, Гц линейное ускорение, м/с 2 время выдержки, мин, не менее	10..70 7,8..37 12
Устойчивость к механическим ударам: длительность действия ударного ускорения, мс частота, мин-1 максимальное линейное ускорение, м/c2 суммарное число ударов, не менее	5..10 40..80 98 60
Устойчивость к цикл. изменениям температуры: диапазон температур, К время выдержки, мин	223..333 2..6
Воздействие повышенной влажности: влажность, % температура, К время выдержки, час	93 298 72
Воздействие пониженной температуры: температура предельная, К температура рабочая, К время выдержки, час	233 263 2..6
Воздействие инея и росы: температура, К время выдержки, час	263 2..6
Воздействие повышенной температуры: температура предельная, К температура рабочая, К время выдержки, час	333 323 2..6
Воздействие пониженного атм. давления: температура, К давление, кПа время выдержки, час	263 61 2..6
Прочность при транспортировании: длительность ударного ускорения, мс частота, мин-1 максимальное линейное ускорение, м/с 2 суммарное число ударов, не менее	5..10 40..80 49..245 13000
Прочность при воздействии синусоидальной вибрации: диапазон частот, Гц время выдержки, час линейное ускорение, м/с 2	10..70 1,5..7,5 9,8..39,2
Прочность при воздействии многократных ударов: длительность ударного ускорения, мс частота, мин-1 максимальное линейное ускорение, м/с 2 суммарное число ударов, не менее	5..10 40..80 147 12000
Воздействие соляного (морского) тумана (95% капель): температура, К дисперсность, мкм водность, г/м 3 время выдержки, час	300 1..10 2..3 48
Воздействие дождя: интенсивность, мм/мин время выдержки, мин, не менее	3 20
Воздействие воздушно-пылевого потока: скорость, м/с, не менее время выдержки, мин, не менее	10 60
Герметичность при погружении в воду: глубина, м, не менее время выдержки, мин, не менее	0,5 60

Все испытания должны проводиться только в специально оборудованных помещениях и на специальном оборудовании.

Данное устройство размещается на одной печатной плате в соответствии с электрической принципиальной схемой.

Выбор типа и класса точности печатной платы

Исходя из того, что печатные платы 1-го и 2-го классов точности наиболее просты в исполнении, надежны в эксплуатации и имеют минимальную стоимость, выбор пал на 2-й класс точности, как самый оптимальный для установочной серии.

Минимальная ширина проводника t и зазора s, мм 0,45

Предельное отклонение проводника с металлическим покрытием, мм +0,15.. -0,1

Гарантийный поясок контактной площадки, мм 0,2

Допуск на отверстие диаметром до 1 мм:

- с металлизацией d, мм +0,1.. -0,15

- - // - без металлизации +0,1

Допуск на отверстие диаметром свыше 1 мм:

- с металлизацией d, мм +0,15.. -0,2

- - // - без металлизации ±0,15

Отношение диаметра металлизированного

Отверстия к толщине платы, у 0,4

Выбор внешних соединителей

Внешняя коммутация обеспечивается с помощью непосредственного сочленения с использованием проводников, соединенных в жгут. Для исключения влияний выходных цепей на входные, в разъеме их следует разнести.

Для 2-го класса точности при расстоянии между отверстиями 3.54мм их диаметр составляет 1.3 мм.

Выбор вариантов установки навесных элементов на печатную плату

В соответствии с требованиями, предъявляемыми к ФУ в качестве варианта для установки сопротивлений рекомендуется выбрать вариант 1а, который обеспечивает достаточную жесткость крепления. Для повышения устойчивости транзисторов к вибрации их дополнительно закрепить на радиаторах стандартным креплением.

Выбор материала печатной платы

Повышенные требования к функциональному узлу, в связи с жесткими условиями эксплуатации, вынуждают использовать в качестве основания печатной платы стеклотекстолит фольгированный. Данный материал по сравнению с гетинаксом обладает более высокими электроизоляционными свойствами, лучшей механической прочностью, обрабатываемостью, стабильностью параметров при воздействии агрессивных сред и изменяющихся климатических условий. Длительно допустимая рабочая температура +160С 0 (гетинакс +85С°), допустимая влажность окружающей среды для платы без дополнительной влагозащиты до 98% при t<40C° (45% при t=15..32 C°), стеклотекстолит имеет меньший тангенс угла потерь 0.035 (0,07) и меньшую диэлектрическую проницаемость 5,5 (7,0), что уменьшает паразитную емкость; влагопоглощение при толщине 1.5мм 20мг против 80мг для гетинакса, прочность на отслаивание фольги после кондиционирования в гальваническом растворе 3,6Н (1,8Н), прочность на отрыв контактной площадки 6011 (50ЕГ). Наиболее полно отвечает требованиям стеклотекстолит марки СФ-1-35 (односторонний, толщина фольги 35 мкм.). Необходимая и достаточная толщина материала 1мм. (ГОСТ 10316-78).

Заключение

В данной курсовой работе был выбран и спроектирован вариант ЧМ передатчика с выходной мощностью 10 мВт. Был рассчитан автогенератор, оконечный усилитель мощности и модулятор. Была разработана конструкторская часть и выяснено, что данное устройство размещается на одной печатной плате в соответствии с электрической принципиальной схемой. Построены структурная, функциональная и электрическая принципиальная схемы.

Список литературы

Проектирование радиопередающих устройств: Учеб. пособие для вузов/под ред. В.В. Шахгильдяна, В.А. Власов, Б.В. Козырев и др.-3-е издание перераб. и доп. М.: Радио и связь, 1993 - 512 с.: ил.

Петров Б.Е, Романюк В.А. Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах: учеб. пособие для радиотехн. спец. вузов.-М.:Высш.шк.-1989.-232 с.:ил.

Радиопередающие устройства: Учеб. для вузов/под ред. В.В. Шахгильдяна, В.А. Власов, и др.-3-е издание перераб. и доп. М.: Радио и связь, 1996 - 560 с.: ил.

Валитов Р.А., Попов И.А. Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах. М.: Советское радио, 1973, 464 с.

Каганов В.И. Радиопередающие устройства: Учебник для сред. Проф. Образования - М.: Академия, 2002, 288 с.

Ред Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике: Схемы, блоки, 50-омная техника: Пер. с нем. - М.: Мир, 1990. - 256 с.

Хавин М.Л. Схемотехника радиопередающих устройств. - М.: Энергия, 1975. - 96 с.

Размещено на Allbest.ru

...