Разработка передатчика низовой радиосвязи (НРС)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

• Введение
• 1. Выбор и обоснование структурной схемы передатчика
• 2. Разработка функциональной схемы
• 3. Расчет параметров функциональных узлов передатчика
• 4. Разработка электрической принципиальной схемы передатчика
• 4.1 Разработка аналогового входного устройства
• 4.2 Разработка цифрового входного устройства
• 4.3 Разработка генератора промежуточной частоты
• 4.4 Разработка балансного модулятора
• 4.5 Разработка аттенюатора и сумматора
• 4.6 Разработка утроителя частоты
• 4.7 Разработка тракта промежуточной частоты
• 4.8 Разработка синтезатора частоты с ФАПЧ
• 4.9 Устройство управления
• 4.10 Усилитель мощности
• 4.11 Выходная колебательная система
• 5. Техническое задание на разработку конструкции изделия
• 6. Электрический расчет АГ с кварцевой стабилизацией частоты
• 7. Электрический расчет оконечного каскада усилителя мощности
• Заключение
• Список литературы


Введение

В настоящее время радиопередающие устройства получили широкое распространение. Они находят применение в радиосвязи, в РЛС, в сотовой телефонии, в охранных сигнализациях, в телевидении и радиовещании т.д. Техника радиопередающих устройств развивается непрерывно и интенсивно. Это обусловлено определяющей ролью передатчиков. Непрерывно внедряются новые и новые идеи, благодаря которым снижается энергопотребление устройств, повышается качество их работы, надежность. Практически все население Земли обслуживается радиопередатчиками звукового и телевизионного вещания. Это передатчики с мощностью от милливатт до сотен киловатт и единиц мегаватт.

В данном случае необходимо разработать наиболее оптимальную структурную схему и спроектировать передатчик низовой радиосвязи (НРС) с амплитудной модуляцией.

Передатчики НРС применяются в диапазонах КВ и УКВ для передачи сообщений на небольшие расстояния. Передатчики такого типа проектируются для работы на одной фиксированной частоте или в диапазоне частот.

Техническое задание подробно описывает требования, необходимые для проектирования передатчика. Поэтому для достижения цели работы проект разбит на несколько последовательных частей. В первой главе рассмотрены несколько вариантов реализации поставленной задачи на уровне структурных схем. Во второй главе подробно описана функциональная схема передатчика. В третьей главе приведен выбор схем, расчет параметров функциональных узлов передатчика, найден КПД ВКС. Четвертая глава представляет собой последовательный выбор элементов для электрической принципиальной схемы. Основной упор сделан на отечественную элементную базу. Также рассмотрены кварцевый автогенератор, усилитель мощности, его построение и выходная колебательная система, функции которой подробно описаны во второй главе. Пятая глава содержит рекомендации по изготовлению конструкции передатчика. И, наконец, в шестой главе приведен математический расчет автогенератора, оконечного каскада мощности, включая ВКС, вплоть до поиска конкретных значений элементов.

Все материалы, необходимые для более подробного описания и понимания информации, представленной в работе, приведены в приложении.

Также приводятся необходимые чертежи структурной, функциональной и электрической принципиальной схем, выполненные соответственно на форматах А4, А3 и А0.

передатчик цифровой модулятор усилитель



1. Выбор и обоснование структурной схемы передатчика

Для реализации поставленной задачи возможны несколько вариантов структурных схем, одни из которых представлены на рисунках 1.1 - 1.2

Рисунок 1.1

Рисунок 1.2

Исходя из условий технического задания, подходят обе схемы, но более предпочтительной является схема, приведенная на рисунке 1.2. Она отвечает требованиям технического задания и, в то же время, является наиболее простой. Первоначальный выбор пал на схему, изображенную на рис.1.1. При анализе и проработке данной схемы было выяснено, что дальнейший расчет и построение могут вызвать значительные затруднения. Поэтому была выбрана схема, приведенная на рис. 1.2.



2. Разработка функциональной схемы передатчика

В нашем передатчике возможно осуществление трех видов модуляции: однополосная амплитудная телефония с подавленной несущей (Н3Е), скоростная телеграфия с подавленной несущей, при амплитудной модуляции (А2В) и передача телефонных сигналов с амплитудной модуляцией (А3Е). Таким образом, описание схемы можно разбить на три части.

Н3Е модуляция осуществляется следующим образом: аналоговый сигнал поступает через буферный усилительный каскад на усилитель с логарифмической амплитудной характеристикой, далее на полосовой фильтр, аналоговый ключ и усилитель, с выхода которого на НЧ-вход балансного модулятора (БМ). Генератор промежуточной частоты (ГПЧ) формирует гармонический сигнал частотой f=600 кГц, который пройдя через буферный каскад и усилитель, поступает на ВЧ-вход БМ. Далее, для требуемого подавления несущей, этот сигнал приходит через аналоговый ключ на аттенюатор и затем поступает на вход сумматора. Сигнал с выхода БМ поступает на входы двух полосовых фильтров, каждый из которых подавляет побочные гармоники спектра сигнала, а один из которых давит левую боковую. Затем сигналы с выходов полосовых фильтров идут на аналоговый ключ, и один из выбранных сигналов, в нашем случае ОМ сигнал, поступает на вход сумматора. Таким образом, осуществляется однополосная амплитудная телефония с подавленной несущей.

А2В модуляция осуществляется за счет того, что цифровой сигнал поступает на вход передатчика, пройдя через импульсный усилитель, далее, сигнал поступает на триггер Шмитта. Затем, сигнал с выровненными фронтами поступает на вход низкочастотного RC - генератора и идет на вход аналогового ключа, а затем, через усилитель, идет на НЧ - вход БМ, в который, в свою очередь, приходит сигнал с ГПЧ. Сигнал с выхода БМ поступает на входы двух полосовых фильтров, каждый из которых подавляет побочные гармоники спектра сигнала, а один из которых давит левую боковую. Далее, через аналоговый ключ, выбирается сигнал с двумя боковыми полосами, но без несущей. Этот сигнал идет на сумматор, в который также поступает сигнал с ГПЧ, пройденный через аттенюатор. Таким образом, осуществляется скоростная телеграфия с подавленной несущей, при амплитудной модуляции.

А3Е модуляция отличается от А2В лишь тем, что сигнал с ГПЧ поступает сразу на вход сумматора, минуя аттенюатор, дабы сохранить полную несущую.

Т. к. рабочий диапазон частоты передатчика равен 100…150 МГц, то необходимо осуществить переход к данной частоте, в несколько этапов. Независимо от того, какой вид модуляции выбран, сигнал с выхода сумматора усиливается и поступает на НЧ - вход преобразователя частоты (ПЧ). На ВЧ - вход ПЧ поступает сигнал с частотой f=6,6 МГц, формируемый генератором опорной частоты, предварительно пройдя через буферный каскад и усилитель. ПЧ служит для того, чтобы из частоты опорного сигнала вычесть промежуточную частоту. Т. о. мы получаем на выходе ПЧ сигнал с частотой f=6 МГц. Далее, сигнал с выхода ПЧ поступает на фильтр сосредоточенной селекции (ФСС), затем усиливается и вновь поступает на НЧ - вход следующего ПЧ. Сигнал, который приходит на ВЧ - вход ПЧ имеет частоту f=66 МГц. Этот сигнал формирует второй опорный генератор(ОГ), работающий на частоте f=22 МГц. Сигнал с выхода второго ОГ усиливается и поступает на вход утроителя частоты, затем вновь усиливается и идет на ВЧ - вход ПЧ. Выходной сигнал с ПЧ будет с частотой f=60 МГц. Далее этот сигнал вновь поступает на ФСС, затем усиливается и приходит на НЧ - вход следующего ПЧ. На ВЧ - вход поступает сигнал с частотой 160…210 МГц, формируемый синтезатором частоты с ФАПЧ.

С генератора импульсных сигналов сигнал проходит через делитель частоты с изменяемым коэффициентом деления. Далее, поступает на вход фазового детектора, который, вырабатывая сигнал ошибки формируемого колебания через ФНЧ и усилитель постоянного тока, подает его на генератор, управляемый напряжением (ГУН). Сигнал с ГУНа, пройдя через еще один делитель частоты, попадает на второй вход фазового детектора. Обратная связь замыкается. Сигнал с ГУНа через буферный каскад поступает на преобразователь частоты. Коэффициентами <M> и <N> можно регулировать частоту выходного колебания и шаг сетки частот.

Выбранный вариант функциональной схемы приведен в документе КНФУ.657120.510 Э2.



3. Расчет параметров функциональных узлов передатчика

Расчет параметров функциональных узлов передатчика сведем к расчету выходной мощности оконечного усилителя с учетом затухания на ВКС и частот генераторов.

Выходную мощность найдем из следующего соотношения:

, где - КПД ВКС.

КПД ВКС получим, используя формулу для добротности Q:

Причем КПД ВКС:

Оценим необходимый коэффициент усиления усилительных каскадов на выходе передатчика. Для этого оценим мощность на выходе преобразователя частоты. Она будет примерно равна 50 мВт. Таким образом, коэффициент усиления будет равен:



Требуемый коэффициент усиления на заданных частотах получим с помощью одного каскада усилителя напряжения и двух каскадов усилителя мощности с К₁ = 15, К_р2 = 10, К_р3 = 2. Таким образом, мы с запасом осуществим усиление сигнала. На рисунке 3.1 приведена эскизная блок-схема усилительного тракта.

Рисунок 3.1

Частоту генератора промежуточной частоты возьмем равной 600 кГц, чтобы он работал на основной гармонике кварца, тем самым будет увеличена стабильность частоты.

Частоту генераторов опорной частоты возьмем 6,6 МГц и 22 МГц. После второго ОГ необходим утроитель частоты, для того, чтобы получить 66 МГц.

Частота синтезатора частоты должна быть взята исходя из правила:

Таким образом, синтезатор частот должен быть спроектирован с полосой рабочих частот 160…210 МГц, с шагом сетки частот 5 кГц.

Для синтезатора частоты с ФАПЧ выбор частоты эталонного генератора зависит от характеристик микросхемы синтезатора частот (т.к. принято решение строить его на микросхеме), поэтому расчет параметров будет произведен в главе 4.7.



4. Разработка электрической принципиальной схемы передатчика

Для разработки электрической принципиальной схемы потребуются:

- кварцевый автогенератор;

- буферный каскад;

- усилитель напряжения;

- балансный модулятор;

- сумматор;

- аттенюатор;

- усилитель с логарифмической амплитудной характеристикой (ЛАХ);

- полосовой фильтр;

- аналоговй ключ (коммутатор);

- утроитель частоты;

- импульсный усилитель;

- триггер Шмитта;

- генератор низких частот;

- преобразователь частоты;

- синтезатор частоты;

- усилитель мощности;

- выходная колебательная система.

Разработку начнем с аналогового и цифрового входных устройств.

4.1 Разработка аналогового входного устройства

Учитывая простоту и удобство проектирования, было принято решение строить входное устройство на операционных усилителях.

Для буферного каскада используем операционный усилитель КР140УД6. Данная микросхема представляет собой операционный усилитель средней точности с транзисторами на входе со сверхвысоким усилением, с малыми входными токами, с внутренней частотной коррекцией и схемой защиты выхода от короткого замыкания.

Электрические параметры:

Номинальное напряжение питания ± 15 В

Входной ток ? 100 нА

Ток потребления? 4 мА

Коэффициент усиления напряжения? 30 • 10³

Частота единичного усиления? 0,35 МГц

Входное сопротивление? 1 МОм

Схему эмиттерного повторителя берем стандартную (Рисунок 4.1.1), подключение ведем с учетом цепи балансировки на контактах 3, 9.

Рисунок 4.1.1 - Повторитель напряжения на ОУ

Схему для усилителя с ЛАХ возьмем из [4 c. 27] . Операционные усилители выберем К140УД8А, т.к. они имеют на выходе полевые транзисторы с p-n переходом и p-каналом, с внутренней частотной коррекцией и малыми входными токами.

Электрические параметры:

Номинальное напряжение питания ± 15 В ± 5 %

Входной ток при U_п = ± 15 В, R_н?50 кОм? 2 нА

Ток потребления? 5 мА

Коэффициент усиления напряжения? 50 • 10³

Частота единичного усиления3 МГц

В качестве транзисторов возьмем согласованную монолитную пару LM394. Принципиальная схема представлена на рисунке 4.1.2

Рисунок 4.1.2 - Усилитель с ЛАХ

Активный фильтр нижних частот и интегратор построены на одной микросхеме КР140УД20А. Параметры активного фильтра приедены выше.

Принципиальная схема активного фильтра представлена на рисунке 4.1.3.

Рисунок 4.1.3 - Активный фильтр нижних частот и интегратор



Для управления режимом работы после входного аналогового устройства построен аналоговый ключ, замыкающий цепь от Вх. АУ к балансному модулятору. Данный ключ построен на полевом транзисторе КП304А, который предназначен для применения в переключающих и усилительных схемах с высоким входным сопротивлением. Принципиальная схема приведена на рисунке 4.1.4.

Рисунок 4.1.4 - Аналоговый ключ

4.2 Разработка цифрового входного устройства

Информационный сигнал попадает на импульсный усилитель. В виду того, что скорость телеграфирования небольшая, 200 бод, возможно использование усилителя постоянного тока. Принципиальная схема представлена на рисунке 4.2.1. Транзисторы необходимо использовать, входящие в состав микросборок,VT1и VT5 - КТС303-2. VT3 - КТ306.

Рисунок 4.2.1 - Усилитель постоянного тока

Триггер Шмитта построен в качестве компаратора с ПОС. Используется операционный усилитель КР140УД6. Сигнал подается на не инвертирующий вход ОУ и задает пороги переключения схемы. На инвертирующий вход подается эталонный синусоидальный сигнал. Напряжение снимается на не инвертирующем входе с делителя напряжения, подключенного к выходу ОУ. Его принципиальная схема на рисунке 4.2.2.

Рисунок 4.2.2 - Триггер Шмитта

НЧ генератор представляет собой RC - генератор, построенный по двухтактной схеме. Его принципиальная схема имеет следующий вид:

Рисунок 4.2.3 НЧ - генератор.

4.3 Разработка генератора промежуточной частоты

Генератор промежуточной частоты состоит из автогенератора с кварцевой стабилизацией частоты, истокового повторителя и усилителя напряжения.

Основным требованием технического задания, относящимся к автогенератору, является относительная нестабильность частоты. Для соблюдения этого требования необходимо применять кварцевые резонаторы. Так как частота генерации f_р=6,6 МГц, возможна работа на основной частоте кварца. Удобнее всего взять схему емкостной трехточки, так как меньшее количество индуктивностей упрощает разработку автогенератора. Подробный расчет кварцевого автогенератора представлен в главе 6

Принципиальная схема автогенератора представлена на рисунке 4.3.1

Рисунок 4.3.1 - Автогенератор с кварцевой стабилизацией частоты

Для соединения автогенератора с последующими каскадами применен истоковый повторитель ввиду относительно малой крутизны, а также высокого полного сопротивления предпочтительнее перед эмиттерными повторителями. Схема истокового повторителя представлена на рисунке 4.3.2. Транзистор выберем КП305Д. Он предназначен для применения в усилительных каскадах высокой и низкой частот с высоким входным сопротивлением.

Рисунок 4.3.2 - Истоковый повторитель

Для усиления сигнала применяется усилитель напряжения. Принципиальная схема приведена на рисунке 4.3.3. В качестве активного элемента был выбран биполярный транзистор КТ379А. Данный транзистор предназначен для работы в схемах усиления высокой частоты и переключения герметизированной аппаратуры.

Рисунок 4.3.3. - Усилитель напряжения

4.4 Разработка балансного модулятора

В курсовом проекте выбран метод амплитудной модуляции, поэтому сигнал промежуточной частоты и модулирующий сигнал, необходимо подавать на балансный модулятор. БМ построен по типу преобразователя частоты, в качестве которого выступает мостовой смеситель на диодах. Входные каскады представляют собой фазоинверторы, с выходов которых сигнал подается на диодный мост. Выбираем транзисторы КТ606А. В дифференциальном каскаде выбираем транзисторную сборку BFG591 и КТ606А. Принципиальная схема представлена на рисунке 4.4.

Рисунок 4.4 - БМ, выполненный по типу преобразователя частоты на диодном смесителе.

4.5 Разработка аттенюатора и сумматора

Аттенюатор служит для подавления несущего колебания до нужного уровня, что соответствует выбору режима работы с однополосной модуляцией. Он построен по схеме П-образного звена. Его принципиальная схема приведена на рисунке 4.5.1.

Рисунок 4.5.1. Аттенюатор.

В качестве суммирующего устройства используется развязка из резисторов. Принципиальная схема на рисунке 4.5.2.

Рисунок 4.5.2. Сумматор

4.6 Разработка утроителя частоты

После осуществления АМ необходимо перейти на более высокую частоту, а именно, с частоты генерации 22 МГц на 66 МГц. Для этой цели был разработан утроитель частоты, показанный на рисунке 4.6.1. Два разделительных конденсатора на выходе необходимы для согласования сопротивлений с преобразователем частоты. Транзистор можно выбрать аналогично предыдущему каскаду - КТ606А.

Рисунок 4.6.1 - Утроитель частоты

4.7 Разработка тракта ПЧ

В качестве преобразователя частоты выступает мостовой смеситель на диодах (рисунок 4.4). Входные каскады представляют собой фазоинверторы, с выходов которых сигнал подается на диодный мост. Выбираем транзисторы КТ606А. В дифференциальном каскаде выбираем транзисторную сборку BFG591 и КТ606А.

Полосовые фильтры проектируем на основе схем из [6 c. 39] (рисунок 4.7.1). Данные фильтры 3-го порядка дают хорошие результаты и являются достаточными для пропускания узкой полосы частот f=30 кГц на средних частотах.

Рисунок 4.7.1 - Полосовой фильтр 3-го порядка

4.8 Разработка синтезатора частоты с ФАПЧ

Синтезатор частоты с ФАПЧ принято решение строить на микросхеме. Для правильного ее выбора необходимо произвести расчеты пределов изменения коэффициентов деления <M> и <N>.

Известно, что

,

где f_э - частота эталонного генератора.

Если N=1, то

Таким образом для получения шага сетки частот f=5кГц, необходимо задаваться, например, f_э=1МГц (что выбирается исходя из резонансной частоты кварцевого резонатора) и М=1000.

f_min=160 МГц, f_max=210 МГц, с учетом последующего преобразования частоты. Отсюда находим

Данным требованиям удовлетворяет микросхема синтезатора частоты КН1015ПЛ4А.

Основные параметры микросхемы даны в таблице 1

Таблица 1

Параметр	Значение параметра	Единицы измерения	Примечания. Режим измерения
Напряжение Ucc	5	В
Разрядность управляющего слова	32	Бит
Диапазоны коэффициентов деления ДПКДv (шаг 1), Nv1 Nv2	49 - 65535 961 - 62143	Ед.	Предделитель“7/8” “31/32”
Диапазон коэффициентов деления ДПКДr (с шагом 1) Nr	3 - 8191	Ед
Диапазон рабочей частоты ДПКДv, fiv	10 - 450 5- 400	МГц	“7/8”, группа А группа Б
	10 - 900 5- 800		“31/32”, группа А группа Б
Диапазон рабочей частоты ДПКДr, fir	0,1 - 80	МГц	группа А
Максимальная входная частота ЧФД, Fr max	5	МГц
Максимальное напряжение стока NМОS -транзистора, Umax	12 9	B	Ids=0,1мА Ids=3мА
Масса (КН1015ПЛ4 - металлокерамика, шаг выводов 1 мм)	не более 0,5	г	Н02.16-1вн
Диапазон рабочих температур, Tamb,	-60…+85	оС

Функциональная схема БИС представлена на рисунке 4.8.1

Рисунок 4.8.1 - Функциональная схема КН1015ПЛ4А

Подключение выбираем с использованием внутреннего интегратора на NMOS-транзисторе (рисунок 4.8.2).

Рисунок 4.8.2 - Схема подключения микросхемы КН1015ПЛ4А

ГУН выберем с встречным включением варикапов. При данной схеме включения коэффициент перестройки по частоте равен квадратному корню из коэффициента перекрытия по емкости варикапов:

Значит K_c=1,71

Принципиальная схема ГУНа представлена на рисунке 4.8.3.

Рисунок 4.8.3 - Генератор, управляемый напряжением

Варикапы выбираем КВ146А. Они обеспечивают коэффициент перекрытия по емкости К_с=2,4 при изменении напряжения в пределах 0-10 В. Максимальное обратное напряжение равно 32 В.



4.9 Устройство управления

Для управления режимом работы и выбором частоты необходимо устройство управления. Было принято решение строить микропроцессорную систему, состоящую из микропроцессора, клавиатуры и дисплея. Был выбран микроконтроллер Atmega 8, т.к. в ходе предыдущих дисциплин он был достаточно хорошо изучен и полностью подходит для подключения клавиатуры и дисплея, и управления режимом работы передатчика.

Отличительные особенности:

· 8-разрядный высокопроизводительный AVR микроконтроллер с малым потреблением;

· Прогрессивная RISC архитектура, приближающаяся к 16 MIPS (при тактовой частоте 16 МГц) производительность;

· Энергонезависимая память программ и данных

· 8 Кбайт внутрисистемно программируемой Flash памяти (In-System Self-Programmable Flash)

· Обеспечен режим одновременного чтения/записи (Read-While-Write)

· 512 байт EEPROM

· 1 Кбайт встроенной SRAM

· Встроенная периферия

· Счетчик реального времени с отдельным генератором

· Байт-ориентированный 2-проводный последовательный интерфейс

· Программируемый последовательный USART

· Последовательный интерфейс SPI (ведущий/ведомый)

· Программируемый сторожевой таймер с отдельным встроенным генератором

· Встроенный аналоговый компаратор

· Специальные микроконтроллерные функции

· Сброс по подаче питания и программируемый детектор кратковременного снижения напряжения питания

· Встроенный калиброванный RC-генератор

· Внутренние и внешние источники прерываний

· 23 программируемые линии ввода/вывода

· 28-выводной корпус PDIP, 32-выводной корпус TQFP и 32-выводной корпус MLF

· Рабочие напряжения 4,5 - 5,5 В

· Рабочая частота 0 - 16 МГц

Расположение выводов указано на рисунке 4.9.1

Рисунок 4.9.1 - Расположение выводов микропроцессора AVR Atmega 8

В качестве устройства вывода используем символьный ЖК-дисплей CFAH0802A (рисунок 4.9.2). Данный дисплей двухстрочный, по восемь символов в каждой строчке. Данный ЖК-дисплей имеет LED-подсветку. Напряжение питания 5 В. Описание выводов дано в таблице 2



Таблица 2

№ вывода	Обозначение	Функция
1	Vss	GND
2	Vdd	+ 5 В
3	Vo	Регулировка контрастности
4	RS	Сигнал выбора регистра
5	R/W	H/L чтение/запись сигнала
6	E	Разрешение сигнала
7 - 14	DB0 -DB7	Шина данных

Рисунок 4.9.2 - ЖК-дисплей CFAH0802A

Так как необходим выбор частоты работы будем использовать матричную клавиатуру 3х4, т.е. 10 цифр и 2 кнопки, например «Выбор режима работы» и «Сброс». Данная клавиатура использует меньшее количество портов микропроцессора, чем отдельные кнопки.

4.10 Усилитель мощности

Согласно техническому заданию исходный частотный диапазон удовлетворяет условию , следовательно, усилитель мощности является узкополосным. Угол отсечки выберем и=90°, т. к. в этом случае усилитель имеет высокий КПД, а мощность предыдущего каскада имеет невысокое значение. Для простоты проектирования усилителя мощности возьмем усилитель напряжения в качестве первого усилительного каскада и два идентичных друг другу однотактных каскада усиления с общим эмиттером. Т.к. по техническому заданию требуется провести электрический расчет только оконечного каскада усиления, то покажем схему последнего каскада применяемого усилителя мощности (схема приведена на рисунке 4.10.1).

Рисунок 4.10.1 - Оконечный каскад усилителя мощности

Подробно электрический расчет будет приведен далее в главе 6. Здесь необходимо отметить, что цепь L₃₃ R₁₇₀ C₁₁₀ является параллельной цепью автоматического смещения. В приведенной схеме применена параллельная схема питания, которая используется именно с фильтровыми и резонансными нагрузочными колебательными системами. Дополнительные как индуктивные, так и емкостные элементы используются для согласования каскадов по входному сопротивлению и одновременно являются фильтровыми системами.



4.11 Выходная колебательная система

ВКС обеспечивает заданный уровень побочных излучений, а также является согласующим звеном с выходным сопротивлением 10 Ом. Но, чтобы получить требуемое сопротивление на выходе, необходимо определить количество звеньев, которые будут использоваться для построения ВКС. Т.к. выходная колебательная система является своеобразным завершением в схеме построения передатчика, то ВКС необходимо сделать инвертирующей. А этого эффекта можно добиться, если использовать нечетное количество звеньев.

На данном этапе возможно оценить лишь нужную минимальную добротность контуров и проверить такой параметр, как уровень побочных излучений в -40 дБ. Уровень побочных излучений показывает: во сколько раз необходимо подавить вторую гармонику тока для работы только на первой. Данный расчет сводится лишь к отношению коэффициентов Берга, т.к. постоянные составляющие при подстановке сокращаются.

Для граничного режима работы и угла отсечки и = 90⁰ коэффициенты Берга для первой и второй гармоник равны:

,

(для одного звена).

Следовательно, использование трех звеньев с большим запасом обеспечит требуемый по заданию уровень побочных излучений.

Минимальная требуемая добротность:



Значения частот в формуле приведены в МГц.

Остальные параметры элементов ВКС найдем после проведения расчетов оконечного тракта усилителя мощности.



5. Техническое задание на разработку конструкции изделия

Тип аппаратуры - возимый, устанавливаемый во внутренних помещениях речных судов.

Перечислим основные особенности конструкций возимых РЭС:

· Повышенные требования к защите от механических воздействий;

· Защитные мероприятия от возможных воздействий влаги и пыли;

· Возможность погрузки и разгрузки силами двух человек (для массивных РЭС).

В зависимости от назначения и характера ответственности задач, возлагаемых на РЭС, различают:

· Бытовые РЭС;

· Профессиональные РЭС;

· РЭС военной техники и спецназначения.

Бытовые РЭС характеризуются следующими особенностями:

1) Повышенной эстетичностью внешнего вида и качеством акустических характеристик;

2) Возможностью эксплуатации иногда совершенно неподготовленным человеком;

3) Массовостью производства;

4) Определяющим значением стоимости.



Таблица 3 - Требования к возимой аппаратуре подвижной радиосвязи по ГОСТ 16019

Так как аппаратура устанавливается во внутренних помещениях речных судов, то блок находится в отапливаемом помещении, поэтому считаем, что условия эксплуатации зависит от температуры окружающей среды лишь в период перевозок. Считаем, что РЭС не имеет специальных средств защиты.

Произведем 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 - 0,45 мм;

* Предельное отклонение проводника с металлическим покрытием - +0,15… -0,1 мм;

* Гарантийный поясок контактной площадки - 0,2 мм;

* Допуск на отверстие диаметром до 1 мм:

- с металлизацией d - +0,1… -0,15 мм;

- без металлизации d - +0,1;

* Допуск на отверстие диаметром свыше 1 мм:

- с металлизацией d - +0,15… -0,2 мм;

- без металлизации d - +0,15мм;

* Отношение диаметра металлизированного отверстия к толщине платы у - 0,4.

Выберем материал 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 +160 ⁰С (гетинакс +85 ⁰С), допустимая влажность окружающей среды для платы без дополнительной влагозащиты до 98% при t<40 ⁰С (45% при t=15..32 ⁰С), 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 3,6 Н (1,8Н), прочность на отрыв контактной площадки 60 Н. Наиболее полно отвечает требованиям стеклотекстолит марки СФ-1-35 (односторонний, толщина фольги 35 мкм.). Необходимая и достаточная толщина материала 1мм. (ГОСТ 10316-78).

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. Данная печатная плата устанавливается в отдельный корпус типа БНК 1 и входит в состав общего блочного каркаса в стойке БНК 3. ЖК-дисплей, матричная клавиатура и кнопка включения, выносится на переднюю панель.



6. Электрический расчет автогенератора с кварцевой стабилизацией частоты

Схема автогенератора приведена на рисунке 4.3.1. Для расчета используем методику, приведенную в [3 с. 144]. Для начала выберем транзистор. Он должен быть маломощный сверхвысокочастотный. Данным требованиям удовлетворяет транзистор КТ331А-1 [5 с. 336]. Подробный расчет с помощью программы MathCAD приведен в Приложении А. Здесь приведены лишь готовые результаты согласно пунктам используемой методики.

1. Граничные частоты

Активная часть коллекторной емкости

Сопротивление потерь в базе

2. Расчет крутизны переходной характеристики

Тогда

3. Расчет электрического режима

· Амплитуда первой гармоники и постоянная составляющая коллекторного тока

· Амплитуда первой гармоники напряжения на базе и коллекторе транзистора с коррекцией

· Сопротивление нагрузки транзистора

· Колебательная, потребляемая и рассеиваемая в транзисторе мощности

· Выполняем проверку

· Электронный КПД

· Напряжение смещения

· Выполняем проверку

· Напряженность режима

4. Расчет резонатора

Суммарная емкость выбирается исходя из условия 3 пФ на 1 м длины волны:

Выбираем кварцевый резонатор РК-415.

· C₀=5 пФ;

· R_кв=80 Ом;

· f_р=6,6 МГц;

· Уход частоты ±5 ppm.

C₁=1,35 нФ

С₂=150 пФ

5. Расчет емкости связи

Т.к. после автогенератора стоит истоковый повторитель с высоким входным сопротивлением, примем R_н=100 кОм. Отсюда

6. Расчет цепи смещения

· Амплитуда напряжения на базе транзистора

· Амплитуда постоянной составляющей базового тока

Выполним проверку

Условие соблюдается

7. Расчет сопротивления в цепи коллектора

· Среднее падение напряжения на переходе коллектор-эмиттер

· Амплитуда постоянной составляющей эмиттерного тока

· Падение напряжения на R_см

· Падение напряжения на R_к

8. Расчет блокировочных цепей

С учетом того, что:

R1=R172, R2=R173, Rк=R169, Rсм=R170, Cбл1=C91, Cбл2=C77, Cсв=C78, C1=C82, C2=C81

Приведем рассчитанные элементы к стандартному ряду Е24 (таблица 3).

Таблица 3

Элемент	Расчетное значение	Значение согласно ряду Е24
R172	15,6 кОм	15 кОм
R173	854 Ом	820 Ом
R169	160 Ом	160 Ом
R170	121,4 Ом	120 Ом
С91	282 пФ	270 пФ
C77	273,8 пФ	270 пФ
C78	150 пФ	150 пФ
C82	1,35 нФ	1,33 нФ
C81	2,4 пФ	2,4 пФ



7. Электрический расчет оконечного каскада усилителя мощности

Схема оконечного каскада усилителя мощности приведена на рисунке 4.9.1. Для расчета используем методику, приведенную в [1, стр. 72].

Но для начала необходимо выбрать транзистор. На основании таких параметров, как частотный диапазон и выходная мощность, был выбран транзистор КТ909А [5, стр. 695].

Подробный расчет с помощью программы MathCAD приведен в Приложении Б. Здесь приведены лишь готовые результаты согласно пунктам используемой методики.

Напряжение питания транзистора равно Е_к = 28 В. Остальные параметры приведем по пунктам:

1) коэффициент использования коллекторного напряжения в граничном режиме:

. Данный параметр всегда меньше единицы.

2) Амплитуда напряжения на коллекторе:

.

Предельный эксплуатационный параметр Е_кдоп в 60 В соблюдается:

.

3) Амплитуда первой гармоники тока:

.

4) Постоянная составляющая коллекторного тока:

.

5) Потребляемая мощность:

.

6) Коэффициент полезного действия:

.

7) Сопротивление нагрузки:

. Примем его равным 30 Ом и обозначим через R_g (для дальнейших расчетов).

8) Амплитуда тока возбуждения (базовый ток первой гармоники):

.

9) Напряжение на входе и напряжение смещения:

.

Для граничного режима напряжение смещения и напряжение отсечки будут равны друг другу. Однако они будут зависеть от параметра сопротивления R₁₂. Примем его равным R₁₇₀ = 10 Ом и подставим в формулу:

.

Мощность, рассеиваемая на коллекторе:

.

Проведем расчет параметров для согласующих индуктивных и емкостных элементов. При этом ввиду того, что усилительные каскады схожи по своему строению, будем учитывать, что выходное сопротивление 2 каскада усиления равно сопротивлению нагрузки, рассчитанному в пп. 7 для 3 каскада. Используем методику расчета, приведенную в [6, стр.94]. Полный подробный расчет приведен в Приложении В. Здесь приведены лишь готовые расчетные результаты. Также для стандартизации полученных значений приведем полученные данные к стандартному ряду Е24. Полученные значения приведены в таблице 4



Таблица 4

Элемент	Расчетное значение	Значение согласно ряду Е24
С94	72,05 пФ	75 пФ
С95	140 пФ	150 пФ
L24	7,71 нГн	8,2 нГн
L27	7,5 мкГн	7,5 мкГн
L25	0,2041 мкГн	0,2 мкГн
R181	10 Ом	10 Ом
C109	129,9 пФ	130 пФ
C112	3,295 нФ	3,3 нФ
C117	274,4 пФ	270 пФ
C110	274,4 пФ	270 пФ
L32	0,2462 мкГн	0,24 мкГн
L35	0,3077 мкГн	0,3 мкГн
C122	11,96 пФ	12 пФ
L38	0,2467 мкГн	0,24 мкГн

Заключительный расчет ВКС сведем к поиску недостающих параметров емкостных и индуктивных элементов. Полный подробный расчет, проведенный с помощью программы MathCAD, приведен в Приложении Г. Здесь приведены лишь готовые расчетные результаты. Аналогично полученные результаты сведем к стандартному ряду Е24. Полученные значения приведены в таблице 5. Все переменные в расчетах обозначены согласно рисунку 7.1.

Рисунок 7.1



Таблица 5

Элемент	Расчетное значение	Значение согласно ряду Е24
L42	7,5 нГн	7,5 нГн
C126	216 пФ	200 пФ
L43	3,3 нГн	3,3 нГн
L44	9,67 нГн	6,8 нГн
C142	709 пФ	680 пФ
C144	661 пФ	620 пФ
C145	167 пФ	160 пФ



Заключение

В результате выполнения работы был разработан многофункциональный радиопередатчик низовой радиосвязи согласно варианту № 510.

Синтезирована структурная и функциональная схема передатчика, разработана схема электрическая принципиальная. Произведены электрические расчеты автогенератора, оконечного усилителя и выходной колебательной системы. Так же произведён эскизный расчёт синтезатора частоты.

Вещание осуществляется с модуляцией Н3E. Так же при помощи этого передатчика можно осуществить А3Е и А2B.

Данный передатчик реализован преимущественно на элементной базе отечественного производства. Достаточно подробно рассмотрена периферия данного устройства и описаны его основные параметры..

В заключение отметим, что в процессе написания курсовой работы мы ознакомились с принципами использования, как специализированных микросхем, так и аналоговой элементной базы для построения заданного типа радиопередатчика.



Список литературы

1. Радиопередающие устройства: учебник для вузов / В. В. Шахгильдян, В. Б. Козырев, А. А. Ляховкин и др.; под ред. В. В. Шахгильдяна. - М.: Радио и связь, 2003. - 560 с.

2. Чернышев, А. Ю. Устройства генерирования и формирования сигналов: методические указания к курсовому проектированию для студентов специальностей 210302.65, 210303.65, 210405.65 и направлений 210300.62, 210400.62 / сост. А. Ю. Чернышев. - Йошкар-Ола: Марийский государственный технический университет, 2008. - 40 с.

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

4. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: В 3-х томах: Т. 1. Пер. с англ. - 4-е изд. перераб. и доп. -М.: Мир, 1993. - 413 с.

5. Полупроводниковые приборы: Транзисторы. Справочник / В. Л. Аронов, А. В. Баюков, А. А. Зайцев и др. Под общ. ред. Н. Н. Горюнова. - 2-е изд., перераб. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 904 с.

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

7. Нефедов А.В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги. Справочник. Т.1.- М.: ИП РадиоСофт, 2000. - 512 с.



Приложение А

Расчет параметров работы транзистора и согласующих элементов автогенератора с кварцевой стабилизацией частоты



Приложение Б

Расчет параметров работы транзистора усилителя мощности



Приложение В

Расчет параметров согласующих индуктивных и емкостных элементов



Приложение Г

Расчет ВКС



Размещено на Allbest.ru

...