Расчет связного транзисторного передатчика

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

"Московский государственный технический университет радиотехники,

электроники и автоматики" (МГТУ МИРЭА)

Институт радиотехнических и телекоммуникационных систем (РТС)

Кафедра радиолокации и радионавигации

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине

«Устройства генерирования и формирования сигналов»

Тема: «Расчет связного транзисторного передатчика »

Студент группы РСС-1-11 Галкин П. С.

Руководитель курсовой работы

Старший преподаватель кафедры

радиолокации и радионавигации

Баранников И.В.

Москва 2015



Оглавление

Задание

Введение

1. Расчет структурной схемы передатчика

1.1 Расчет выходного усилителя мощности (УМ2)

1.2 Расчет усилителя мощности (УМ1)

1.3 Расчет предварительного усилителя

1.4 Расчет кварцевого автогенератора

Библиографический список



Задание

Целью данной работы является: построение структурной и принципиальной схемы связного транзисторного передатчика, расчет выходного каскада, автогенератора, схемы согласования.

Исходные данные:

1. Назначение: связной транзисторный передатчик.

2. Мощность в антенне: 10 Вт

3. Диапазон частот: 140 ч 174 МГц

4. Количество фиксированных частот: f₁ = 140,0 МГц; f₂ = 142,0 МГц; f₃ = 143,0 МГц; f₄ = 144,0 МГц; f5=145,0 МГц; f6 =146,0 МГц; f7 =147 МГц; f8 =148 МГц; f9 =149 МГц; f10=150 МГц; f11 =151 МГц; f12 =152 МГц; f13 =153 МГц; f14 =154 МГц; f15 =155 МГц; f16 =156 МГц; f17 =157 МГц; f18 =158 МГц; f19 =159 МГц; f20 =160 МГц; f21 =161 МГц; f22 =162 МГц; f23 =163 МГц; f24 =164 МГц; f25 =165 МГц; f26 =166 МГц; f27 =167 МГц; f28 =168 МГц; f29 =169 МГц; f30 =170 МГц; f31 =171 МГц; f32 =172 МГц; f33 =173 МГц; f34 =174 МГц .

5. Нестабильность частоты: Дf/f = 10^-6

6. Вид модуляции: ЧМ

7. Шаг сетки частоты: 12,5

8. Сопротивление антенны: R_н = 50 Ом

9. Условия эксплуатации: от -30єC до +60єC



Введение

схема усилитель автогенератор

Радиопередающие устройства (передатчики) предназначены для формирования колебаний несущей частоты, модуляции их по закону передаваемого сообщения и излучения полученного радиосигнала в пространство.

Передатчики классифицируются по назначению, диапазону рабочих частот (длин волн), излучаемой мощности, виду модуляции и условиям эксплуатации.

По назначению передатчики делятся на вещательные (радиовещательные, телевизионные), связные, радиолокационные, навигационные, телеметрические и др.

По диапазону рабочих частот современные передатчики делятся в соответствии с классификационной таблицей диапазонов частот.

По средней излучаемой мощности передаваемых сигналов различают передатчики очень малой (менее 3 Вт), малой (3 … 100 Вт), большой (10 … 100кВт) мощности.

По виду модуляции сигнала передатчики делятся на устройства с амплитудной, фазовой, частотной, импульсной и другими видами модуляции.

По условиям эксплуатации различают стационарные, бортовые (космические, корабельные, самолетные, автомобильные и др.) и переносные (портативные) передатчики.

К основным параметрам передатчиков относятся: коэффициент полезного действия (КПД), нестабильность частоты несущего колебания, коэффициенты нелинейных и линейных искажений передаваемого сигнала и уровни внеполосного излучения.

КПД передатчика определяется следующей формулой: з = P_A/P₀, где P_A -- средняя мощность, отдаваемая в антенну; P₀ - мощность, потребляемая устройством от всех источников питания.

Нестабильность частоты определяется отклонением частоты автогенератора. Типовые ограничения по стабильности частоты для современных радиопередатчиков лежат в пределах 10^-5 ч 10^-6. На стабильность частоты АГ влияют многие дестабилизирующие факторы, основными из которых являются: самонагрев, изменение питающих напряжений и нагрузки, механические воздействия, изменения внешних условий (температуры, давления, влажности) и т.д.



1. Расчет структурной схемы передатчика

Проведем предварительный расчет и разработаем структурную схему транзисторного передатчика.

В соответствии с заданием, мощность в антенне P_A = 10 Вт, диапазон частот 140 ч 174 МГц. В качестве активного элемента усилителя мощности выбран биполярный транзистор КТ930А, в соответствии со справочными данными з = 0,65 и коэффициент усиления K_P = 5, примем для расчета КПД каждого УМ з = 0,8.

Для обеспечения требуемой мощности в антенне, решено использовать 2 каскада усиления (УМ1, УМ2) с параметрами:

Р_ВЫХ2 = Р_А/з = 10/0,8 = 12,5 Вт

Р_ВХ2 = Р_ВЫХ2/К_Р = 12,5/5 = 2,5 Вт

Р_ВЫХ1 = Р_ВХ2/з = 2,5/0,8 = 3,125 Вт

Р_ВХ1 = Р_ВЫХ1/К_Р = 3,125/5 = 0,625 Вт

Перед УМ1 устанавливаются каскады предварительного усиления:

Р_ВЫХ3 = 1/0,8 = 1,25 Вт

Р_ВХ3 = 1,25/5 = 0,25 Вт

Р_ВЫХ2 = 0,25/0,8 = 0,312 Вт

Р_ВХ2 = 0,312/5 = 0,0625 Вт

Р_ВЫХ1 = 0,0625/0,8 = 0,0781 Вт

Р_ВХ1 = 0,0781/5 = 0,0156 Вт

В передатчике применен высокостабильный, Дf/f = 10^-6, КАГ выдающий сигнал на рабочей частоте. Исходя из предварительного расчета, строим структурную схему радиопередатчика (рис. 1). В соответствии с полученной структурной схемой (рис. 1) и ее параметрами построим электрическую принципиальную схему связного транзисторного передатчика и рассчитаем параметры ее элементов.



1.1 Расчет выходного усилителя мощности (УМ2)

Для генератора в узком диапазоне частот рабочая частота определяется по формуле:

,

где F_H, F_B - нижняя и верхняя частоты диапазона.

Исходные данные для расчета:

F_P = 156,08 Мгц

Р_ВЫХ2 = 25 Вт

Е_к = Е_П = 28 В

R_A = 50 Ом

В качестве активного элемента усилителя мощности выбран биполярный транзистор КТ930А.

Справочные данные для расчета:

P_KMAX = 75 Вт

F_ГР = 450 МГц

r_Б = 0,129 Ом

U_КЭ = 50 В

C_Э0 = 180 пФ

L_Э = 0,54 нГн

I_KMAX = 6 А

C_Э3 = 60 пФ

S_ГР = 0,4

r_НАС = 1,2 Ом

Выбираем критический режим работы. Примем угол отсечки и = 90°C.

Параметры, определяющие свойства эквивалентной схемы входной цепи транзистора:

Коэффициент:

Активное сопротивление:

r_Б0 = r_Б ґ б_Б = 0,129 ґ--12,83 = 1,65 Ом

Постоянная времени при открытом эмитторном переходе:

ф_{_}--=--r_Б0 ґ--C_Э0 = 1,65 ґ 180 ґ 10^-12 = 0,297 нс

Постоянная времени при закрытом эмиттерном переходе:

t_З = r_Б0 ґ--C_ЭЗ = 1,65 ґ--65--ґ--1_^-12--=--_,_99нс с

Характерные значения частот:

Обобщенные параметры:

Действительное значение угла отсечки и_вч определяется по графику, при о_В= 0,91 и при и_вч= 90° с учетом поправочного коэффициента:



тогда и_вч = 100°

Для этого значения и_вч коэффициенты гармонического разложения косинуидального импульса:

a_{_--}=--_,35

a₁--=--_.52

g₁ = 1,49

Обобщенный коэффициент для первой гармоники:

где K_a = 1,05 определен по графику с учетом поправочного коэффициента.

Амплитуда первой гармоники напряжения на коллекторе:

Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:

Требуемое сопротивление коллекторной нагрузки:



Постоянная составляющая коллекторного тока:

Мощность потребляемая по коллекторной цепи:

Мощность, рассеиваемая на коллекторе:

КПД по коллекторной цепи:

Крутизна по эмиттерному переходу:

Требуемая амплитуда напряжения на входе транзистора:



Требуемая мощность возбуждения:

Коэффициент усиления по мощности:

Расчет выходной цепи согласования.

R₀ выбирается из условия (0,2 … 0,5) R_min, где R_min -- меньшее сопротивление из R_H2 = 10,58 Ом, R_A = 20 Ом.

Принимаем R₀ = 5 Ом.

1.2 Расчет усилителя мощности (УМ1)

Исходные данные для расчета:

F_p=156,08 МГц

E_k=E_n=28 В

В качестве активного элемента усилителя мощности выбран биполярный транзистор КТ930А.

Параметры, определяющие свойства эквивалентной схемы входной цепи транзистора:

Амплитуда 1-й гармоники напряжения на коллекторе:

Амплитуда 1-й гармоники коллекторного тока:

Требуемое сопротивление коллекторной нагрузки:

Постоянная составляющая коллекторного тока:

Мощность потребляемая по коллекторной цепи:

Мощность рассеиваемая на коллекторе:

КПД по коллекторной цепи:



Требуемая амплитуда сигнала на входе транзистора:

Требуемая мощность возбуждения:

Коэффициент усиления по мощности:

Расчет выходной цепи согласования.

R₀ выбирается из условия (0,2 … 0,5) R_min, где R_min -- меньшее сопротивление из R_H1 = 58 Ом,

r_Б0 = 1,65 Ом.

Принимаем R₀ = 0,8 Ом.

1.3 Расчет предварительного усилителя

Исходные данные для расчета:

F_p=156,08 МГц

E_k=E_n=28 В

В качестве активного элемента усилителя мощности выбран биполярный транзистор КТ930А.

Расчет 3 каскада.

Примем угол отсечки и = 180°.

Действительное значение угла отсечки и_ВЧ определяется по графику, о_В = 0,91 и и = 180° с учетом поправочного коэффициента:

Коэффициенты гармонического разложения косинусоидального импульса:

б₀=0,5

б₁=0,5

g₁=1

Амплитуда первой гармоники напряжения на коллекторе:

Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:

Требуемое сопротивление коллекторной нагрузки:

Постоянная составляющая коллекторного тока:

Мощность потребляемая по коллекторной цепи:

Мощность, рассеиваемая на коллекторе:



КПД по коллекторной цепи:

Требуемая амплитуда напряжения на входе транзистора:

Требуемая мощность возбуждения:

Коэффициент усиления по мощности:

Расчет выходной цепи согласования.

R₀ выбирается из условия (0,2 … 0,5) R_min, где R_min -- меньшее сопротивление из R_H3 = 307,7 Ом,

R_Б0 = 1,65 Ом.

Принимаем R₀ = 0,8 Ом.



Расчет 2 каскада.

Амплитуда первой гармоники напряжения на коллекторе:

Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:

Требуемое сопротивление коллекторной нагрузки:



Постоянная составляющая коллекторного тока:

Мощность потребляемая по коллекторной цепи:

Мощность, рассеиваемая на коллекторе:

КПД по коллекторной цепи:

Требуемая амплитуда напряжения на входе транзистора:

Требуемая мощность возбуждения:



Коэффициент усиления по мощности:

Расчет выходной цепи согласования.

R₀ выбирается из условия (0,2 … 0,5) R_min, где R_min -- меньшее сопротивление из R_H2 = 126,8 Ом,

rБ0 = 1,65 Ом.

Принимаем R₀ = 0,8 Ом.

Расчет 1 каскада.

Амплитуда первой гармоники напряжения на коллекторе:

Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:

Требуемое сопротивление коллекторной нагрузки:

Постоянная составляющая коллекторного тока:

Мощность потребляемая по коллекторной цепи:

Мощность, рассеиваемая на коллекторе:



КПД по коллекторной цепи:

Требуемая амплитуда напряжения на входе транзистора:

Требуемая мощность возбуждения:

Коэффициент усиления по мощности:

Расчет выходной цепи согласования.

R₀ выбирается из условия (0,2 … 0,5) R_min, где R_min -- меньшее сопротивление из R_H3 = 496,4 Ом,

R_Б0 = 1,65 Ом.

Принимаем R0 = 0,8 Ом.



1.4 Расчет кварцевого автогенератора

Для обеспечения заданной стабильности частоты, выбрана схема с общим эмиттером, в которой кварц включен между базой и коллектором транзистора.

В качестве активного элемента кварцевого автогенератора выбран биполярный транзистор КТ316Г.

Справочные данные на КТ316Г, необходимые для проведения расчета:

P_KMAX = 150 мВт

F_ГР =600 МГц

r_Б =25 Ом

U_КЭ = 10 В

Н_21Э = 20

S = 0,3

I_KMAX =50 мА

Е_ОТС = 0,3

Данные кварца:

R_КВ = 80 Ом

L_КВ = 90 нГн

C₀ = 7 пФ

Q_КВ = 5Ч10⁵

Исходные данные:

F_р = 156,08 МГц

P_Н = 0,024 Вт

Выбираем E_k ? (0,4 … 0,5) Ч U_КЭmax = 25 мА

Расчет КАГ ведется на полную генерируемую мощность:

Зададимся углом отсечки в установившемся режиме автоколебаний и = 70°, для этого значения:

б₀ = 0,253

б₁ = 0,436

cos и = 0,342

г₀ = 0,166

г₁ = 0,288

Расчет параметров частотно-задающей цепи:

где k₀ - коэффициент обратной связи.

x_C4 = k₀ Ч x_C1 = 0,5 Ч 43 = 21,5



Расчет элементов цепей питания.

Постоянная составляющая коллекторного тока:

I_k1 = б₀ Ч I_km = 0,253 Ч 0,025 = 0,0063 А

Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:

I_k1 = б₁ Ч I_km = 0,436 Ч 0,025 = 0,01 А

Мощность, потребляемая по коллекторной цепи:

P_k0 = I_k0 Ч E_k = 0,0063 Ч 5 = 0,03 Вт

Мощность, потребляемая по коллекторной цепи:

P_k = P_k0 - P₁ = 0,03 - 0,012 = 0,018 Вт < P_kmax = 150 мВт

Постоянная составляющая тока базы:

Смещение на базе:



Амплитуда напряжения напряжения на коллекторе:

Сопротивление коллекторной нагрузки:

Гасящее сопротивление:

Принимаем R₃ = R_Э = 500 Ом, R₄ = 200 Ом.

Напряжение в точке соединения R₃, R₅, R₆ обозначим E_Д:

E_Д = E_Б0 + (I_К0 + I_Б0) Ч R₃ + I_Б0 Ч R₄ = 0,256 + (0,0063 + 0,0003) Ч 500 + 0,0003 Ч 200 = 3,6 В

I_Д = 5 Ч I_Б0 = 5 Ч 0,003 = 0,0015 А

Емкость конденсатора C₃ находится из условия:

Расчет согласующей цепи:

R_H = 240 Ом

r_Б0 = 1,65 Ом

R₀ = 0,8 Ом

Принимаем R₀ = 0,8 Ом.



Библиографический список

1. Проектирование радиопередатчиков: учеб. пособ. для вузов / В.В.Шагильдян, М.С.Шумилин, В.Б.Козырев и др.; под ред. В.В.Шахильдяна. - М.: Радио и связь, 2000. - 656с., ил.

2. Полупроводниковые приборы: транзисторы. Справочник / В.А.Аронов, А.В.Баюков, А.А.Зайцев и др. Под общ. ред. Н.Н.Горюнова. - М.: Энергоиздат, 1982. - 904 с., ил.

3. Транзисторы для аппаратуры широкого применения: справочник / К.М.Брежнева, Е.И.Гантман, Т.И.Давыдова и др. Под. ред. Б.Л.Перельмана.- М.: Радио и связь, 1981.- 656 с., ил.

4. Кварцевые генераторы: справочное пособие. / Г.Б.Альтштуллер, Н.Н.Елфимов, В.Г.Шакулин. - М.: Радио и связь, 1984 -- 232 с., ил.

Размещено на Allbest.ru

...