Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ОБРАЗОВАНИЯ

ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра систем информационной безопасности

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине: Устройства генерирования и формирования сигналов

Тема: Телевизионный передатчик звукового сопровождения

Выполнил студент РТ-021

Т.В. Сологуб

Руководитель М.И. Бочаров

Нормоконтролер М.И. Бочаров

Воронеж 2006



ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине устройства генерирования и формирования сигналов.

Тема работы: произвести расчёт параметров и разработать конструкцию связного радиопередатчика с угловой модуляцией, по следующим исходным данным:

- рабочие частоты F0min , F0max, МГц……10-й канал;

выходная мощность Pн max, Вт…………….44;

уровень внеполосного излучения Pпоб.изл , мкBт…25;

девиация частоты д, кГц……………5;

полоса модулируемых частот f, Гц……………… - ;

крутизна модулирующей характеристики кГц…1.1;

диапазон рабочих температур, 0С…………………-;

сопротивление нагрузки Rн, Ом………………… -;

дополнительные условия:

конструктивный расчёт………………………….. -;

нетиповой блок……………………………………АРУ;

электрический расчёт каскадов………………..ОГ, ПОК;

Студент группы РТ-021в Бучнев Александр Николаевич.

Перечень вопросов, подлежащих разработке: выбор структурной схемы разрабатываемого устройства, расчёт структурной схемы, электрический расчёт основных функциональных узлов, конструктивный расчёт, составление полной принципиальной схемы всех каскадов передатчика.

Сроки выполнения этапов в течение одного семестра с 1.09.06 г. по 23.12.06г.

Срок защиты курсовой работы в течение периода с 23.12.06г. и до начала сессии (26.12.06г.)

Руководитель М.И. Бочаров

Задание принял студент А.Н. Бучнев



Введение

Формирование радиочастотных сигналов, имеющих заданные временные, спектральные и энергетические характеристики, их последующая передача по специальным направляющим электромагнитным системам или через свободное пространство к потребителю осуществляется с помощью радиопередающего устройства (РПДУ).

Современный РПДУ представляет сложное устройство, состоящее из большого числа каскадов и цепей. Для генерирования и формирования радиосигналов используются различные приборы и активные элементы (АЭ): лампы, транзисторы и т.д. Основными электрическими характеристиками передатчика, определяющими его конструкцию, являются мощность, диапазон несущих частот, вид и требуемое качество модуляции.

Главной задачей курсового проектирования является выбор наиболее эффективных путей реализации технических условий на проектируемое устройство. Обязательны требования по обеспечению электромагнитной совместимости - допустимые нестабильности радиочастоты и уровни побочных и внеполосных излучений.

Передатчики с угловой модуляцией (УМ) получили широкое распространение в радиосвязи. Их используют в системах подвижных служб (сухопутной, морской, воздушной). Интенсивно изучается возможность использования УМ для радиовещания на УКВ и более коротком диапазоне длин волн.

Проектирование современного РПДУ представляет сложную задачу, требующую внедрения новой элементной базы и схемных решений, широкого использования средств вычислительной техники, как на этапе проектирования, так и в качестве управляющих и функциональных элементов.



1. Выбор структурной схемы разрабатываемого устройства

транзистор усилительный автогенератор схемотехнический

Структурные схемы передатчиков с УМ, а именно с фазовой, весьма разнообразны. Они различаются числом каскадов, уровнем проведения модуляции, структурными схемами возбудителей /1/.

Передатчики с ФМ нашли широкое применение на практике из-за существенных преимуществ по сравнению с амплитудной модуляцией (АМ) и частотной модуляцией (ЧМ):

хорошая помехоустойчивость;

использование АЭ в выгодном энергетическом режиме.

Разнородный характер передаваемой информации (телефония, телеграфия, передача данных и т.д.) требует выполнения жестких ограничений на такие параметры передатчика, как стабильность частоты, нелинейные искажения, амплитудно - и фазочастотные характеристики.

Тракт формирования ФМ сигнала обычно является маломощным, т.к. к уровню вносимых искажений и стабильности характеристик предъявляются наиболее высокие требования. В настоящее время применяется почти исключительно фильтровой метод (метод повторной балансной модуляции), характеризуемый высокой стабильностью качественных показателей основных узлов тракта формирования.

Узловым моментом разработки функциональной схемы является поиск такого варианта решения, который обеспечит необходимое выполнение требований задания на курсовую работу. Ориентировочная структурная схема одноканального фильтрового формирователя ФМ сигнала приведена на рис.1.1. Таковой схема является, потому что составляется на основе обобщения опыта проектирования передатчиков. Подобный обобщённый подход позволяет достаточно просто получить представление о том, каким в первом приближении будет проектируемый передатчик, и при дальнейшем проектировании согласовывать отдельные частные решения с общей структурной схемой передатчика в целом.

В целях достижения высокой стабильности частоты современные передатчики чаще всего строят как многокаскадные. Устройство представляет собой цепочку резонансных усилителей и модулятор на определённом уровне (резонансный модулятор). Сигнал, снимаемый с источника информационных частот 1, поступает на усилитель 2 для усиления с целью повышения уровня мощности снимаемого с источника информационных частот 1 сигнала. В резонансный модулятор 4 производится преобразование частоты и самая трудная часть формирования ФМ сигнала. Синтезатор сетки частот 11 - это опорный генератор несущей частоты, т. к. по заданию рабочие частоты - 208-212 (МГц).

источник информационных частот (микрофон); усилитель мощности звуковой частоты; корректор (фильтр низких частот); 4 - частотный модулятор; 5 - буферный усилитель; 6- полосовые фильтры; 7 - буферный усилитель; 8- фильтр; 9 - оконечный каскад; 10- выходная колебательная система; 11 - опорный генератор; 12-антенна

Рисунок 1.1 - Ориентировочная структурная схема одноканального фильтрового формирователя ФМ сигнала

При высоких несущих частотах (такой режим имеет место в мощных передатчиках) резонансный модулятор 4 формирует несущую частоту передатчика (анализируя задание на курсовой проект следует отметить: передатчик является мощным с высокой несущей частотой, т.к. выходная мощность равна 44Вт, а рабочая сетка частот 208- 212 МГц). Нелинейные искажения частот подавляется фильтром ПФ 6. Сформированный радиосигнал усиливается в промежуточных усилителях 5,7, проходит через фильтр 8 и в оконечном каскаде усиливаются до заданной мощности 9. Выходная колебательная система 10 подавляет паразитные составляющие и, прежде всего гармоники основной частоты /1/.

К передатчикам с ФМ предъявляются высокие требования к стабильности частоты. Для обеспечения требуемой стабильности поднесущие частоты вырабатываются синтезатором сетки частот. Усиление ФМ сигнала осуществляется в двух ступенях: в предварительных усилителях или усилителях промежуточной частоты и в оконечных каскадах усилителя мощности. Главными требованиями для усилителей является высокая линейность и надёжность.



2. Обоснование выбора типа элементов структурной схемы

2.1 Обоснование выбора типа преобразователя частоты

Существуют прямые и косвенные методы получения ФМ колебаний. При прямом методе модулирующее колебание непосредственно воздействует на необходимый для данной модуляции параметр - фазу высокочастотного колебания. В этом случае ФМ осуществляется в цепи, через которую проходит ВЧ колебание и сдвиг фазы выходного сигнала изменяется под действием сигнала модуляции.

В случае применения косвенного метода ФМ получается из частотной модуляции и соответствующего преобразования сигнала.

Возможность получения глубокой линейной ФМ делает прямой способ предпочтительным в радиовещательных и связных магистральных передатчиках радиорелейных линий. При этом на очень высоких частотах стабильность средней частоты можно повысить путём осуществления путём осуществления модуляции на одной из вспомогательных поднесущих.

Сравнивая оба варианта получения ФМ колебаний, выяснилось, что косвенный метод требует немного более сложной структуры схемы. Необходимо отметить также и различие в требованиях к отдельным узлам их схем. Остановимся на блоке умножения частоты. При одинаковой заданной девиацией частоты выходного колебания передатчика необходимый коэффициент умножения частоты при косвенном методе больше, чем при прямом методе (из-за различия индекса модуляции ФМ на выходе частотного модулятора и фазомодулированного автогенератора). Поэтому умножитель частоты в передатчике при косвенном методе содержит большее число каскадов, а значит его схема более сложная. Также, многократное умножение частоты увеличивает уровень шумов на выходе, что недопустимо для многих систем низовой радиосвязи.

В курсовом проекте для получения фазомодулированных колебаний был предложен прямой метод фазовой модуляции с помощью варикапа. Применяемые для этой цели преобразователи частоты (ПЧ) состоят из фазового модулятора (ФМ) и полосового фильтра (ПФ), не пропускающего колебание фазовых искажений, образующиеся на выходе модулятора [3].

При проектировании и разработке ПЧ к ним предъявляют обычно следующие требования:

1) малый уровень нелинейных искажений;

2) низкий уровень шумов по отношению к полезному выходному сигналу (менее 60 дБ);

3) малое затухание полезного сигнала;

4) низкий уровень сигналов на выходе ПЧ от прямого прохождения;

5) стабильность характеристик ПЧ в заданных диапазонах амплитуд, частот, фаз и температур;

6) высокая надёжность работы ПЧ.

2.2 Обоснование выбора типа опорного генератора

Возбудителем называют устройство, входящее в состав радиопередатчика, предназначенное для формирования гармонических колебаний с заданными частотами и требуемым видом модуляции.

Согласно заданию на курсовой проект радиопередатчик работает на полосе частот. Возбудитель такого передатчика представляет собой опорный генератор (ОГ), дополняемый при необходимости умножителем частоты. Основным требованием, предъявляемым к автогенераторам опорной частоты, является высокая стабильность частоты. Допустимая нестабильность частоты передатчика зависит от его диапазона рабочих частот, назначения и используемого диапазона рабочих частот (долговременная нестабильность частоты радиопередатчика по заданию составляет 5 кГц). Для получения высокостабильных колебаний используются различные методы стабилизации частоты, которые основаны на использовании кварцевых резонаторов (КР).

Схемы кварцевых автогенераторов, которые используются на практике, можно разделить на две группы. В первой кварцевый резонатор играет роль индуктивного сопротивления (так называемые осцилляторные схемы). Во второй группе схем генераторов кварц используется как последовательный резонансный контур. При этом кварцевый резонатор включается в цепь обратной связи.

Во всех приведённых схемах автогенераторов, как уже указывалось, кварцевый резонатор играет роль индуктивности. На практике чаще всего используется схема ёмкостной трёхточки. Эта схема отличается конструктивной простотой (не требует дополнительный индуктивностей) и лёгкостью настройки.

При работе кварца на механических гармониках несколько усложняют схему ёмкостной трёхточки, включая параллельно ёмкости между коллектором и эмиттером индуктивность. Резонансная частота этого контура выбирается таким образом, чтобы она была ниже рабочей частоты, но выше частоты ближайшей низкой нечётной механической гармоники. Тогда на рабочей частоте этот контур эквивалентен ёмкости и автогенератор представляет собой обычную трёхточную схему. На более же низкой механической гармонике кварца этот контур эквивалентен индуктивности и автогенератор не возбуждается, так как не выполняются фазовые соотношения.

2.3 Обоснование выбора типа усилителей

Усилители мощности состоят обычно из нескольких каскадов, схемы которых могут отличаться. Это обусловлено различными требованиями предъявляемыми к ним, режимом работы и так далее.

Энергетические характеристики усилителей мощности определяются в основном режимом работы оконечного каскада, которые зависят от угла отчески, способа включения активного элемента, напряжённости режима работы, степени использования активного элемента по мощности.

Задача обеспечения высоких энергетических и качественных характеристик является противоречивой, решение которой зависит прежде всего от вида модуляции. Так в усилители мощности передатчиков с угловой модуляцией амплитуда усиливаемого сигнала постоянна. Поэтому в мощных каскадах необходимо использовать режим работы второго рода (с отсечкой), критический, перенапряжённый, а если позволяют рабочие частоты, то и ключевой режимы. Это обеспечивает высокий КПД усилителя. Что касается возникающих при этом амплитудно-частотных и фазочастотных искажений, то ввиду высокой помехозащищённости угловой модуляции, они мало влияют на качество связи. Возникающие при работе с отсечкой и при высоком использовании активного элемента нелинейные искажения создают каналы паразитного излучения и прежде всего на гармониках. Однако уровень этого излучения может быть ограничен применением фильтров гармоник или двухтактного включения активного элемента.

В современных передатчиках с ФМ широкое использование транзисторов ограничивается лишь требованиями малых нелинейных искажений. Режим работы транзистора выбирают слабоперенапряженным, близким к граничному ((1,01…1,02)?гр). Угол отсечки принимают оптимальным по энергетическим показателям. В схеме с ОЭ рекомендуют применять 70…800 , при ОБ ? = 900 .

При усилении ФМ колебаний основным требованием является высокая линейность фазовой характеристики. При этом усиление ФМ колебания имеет особенности, состоящие в том, что нелинейные искажения ФМ сигнала определяются нелинейностью не только фазовой характеристики усилителя, но и изменением амплитуды в зависимости от уровня сигнала. В предварительных каскадах передатчика необходимо не считаясь с КПД каскадов, со степенью использования транзисторов по мощности и сложностью схемы, получить минимально возможный уровень нелинейных искажений. Поэтому в этих каскадах транзисторы работают в слабоперенапряженным режиме колебаниями класса В [3,10].

В оконечных каскадах мощных транзисторных РПДУ можно использовать двухтактные схемы с транзисторами в перенапряжённом режиме класса В (угол отсечки ?=900, реже используются схемы с углом отсечки ?=1800).



3. Расчёт структурной схемы

Исходными данными для ориентировочного расчёта структурной схемы передатчика являются: диапазон рабочих частот передатчика (Fmin…Fmax), коэффициент нелинейных искажений на выходе передатчика (Кf З общ, дБ), измеренный двухтоновым методом, максимальная мощность, отдаваемая передатчиком, измеренная на входе фидера антенны (Р1 А max, Вт) [2].

В процессе выполнения этого этапа установим для каждого ориентировочного каскада передатчика: входную и выходную мощности или коэффициент усиления (затухания) каскада по мощности Кр, допустимый уровень нелинейных искажений Кf З i для всех каскадов. Кроме того, необходимо установить схему колебательной системы выходного каскада.

Ориентировочный расчёт структурной схемы удобно начать с распределения нелинейных искажений по каскадам тракта. Результирующее значение Кf З общ для усилителя с числом каскадов N можно получить из формулы (3.1) [1]:

(3.1)

где Кi - коэффициент нелинейных искажений для i-го каскада, выраженный в разах.

Для мощных каскадов Кi выбирают как компромиссное решение между уровнем нелинейных искажений и энергетическими показателями каскада. Обычно для выходного каскада принимают Кi на 4…6 дБ меньше чем коэффициент нелинейных искажений Кf З общ. Тогда для оконечного каскада возьмем равным -40 дБ. Оставшуюся часть искажений распределим между остальными каскадами, задавая для каскадов меньшей мощности более низкие уровни искажений (около - 60 дБ). Число каскадов обладающих нелинейными искажениями в проектируемом передатчике равно 4.

Высокие требования к уровню нелинейных искажений предъявляются и для модуляторов (-50…70 дБ). Причём первая ступень должна обеспечить низкие уровни нелинейных искажений. Для этой цели целесообразно использовать фазовый модуляторы на варикапе.

Тогда на его выходе уровень нелинейных искажений должен составлять не более -60 дБ. Это условие легко выполняется.

Далее производится распределение уровней коэффициента усиления по мощности Кр усилительных каскадов РПУ. Следует отметить тот факт, что входные каскады устройства должны обеспечить низкие уровни нелинейных искажений, следовательно, приходится, как компромиссное решение относительно энергетических показателей применять мощные усилительные каскады.

Определение числа и типа ступеней усиления необходимо начать с определения максимальной мощности, отдаваемой активным элементом оконечного каскада (входит в выходную в нагрузку (антенну)) P1max.

Далее проводят расчет диаграммы уровней. Для этой цели прежде всего необходимо установить ориентировочное значение - КПД колебательной системы КС. КПД КС зависит от числа контуров в КС, их загрузки и определяется в результате расчета КС по необходимой фильтрации. В данном курсовом проекте расчет КС не требуется, поэтому значения и можно задать 0,8 и 0,95 соответственно.

Для этой цели, прежде всего, необходимо установить ориентировочное значение ?к.с.- КПД колебательной системы КС (входит в состав выходной колебательной системы - ВКС) и ?тр - КПД выходной согласующей цепочки-трансформатор (входит в состав ВКС). КПД КС зависит от числа контуров в КС, их загрузки и определяется в результате расчёта КС по необходимой фильтрации. Для расчёта же структурной схемы значения ?к.с. и ?тр. можно задать, руководствуясь соотношениями, приведёнными в [1], равными 0.75…0.85 и 0.9…0.97 соответственно. Тогда максимальная мощность, отдаваемая активным элементом оконечного каскада в нагрузку (антенну) P1max, определяется следующей формулой [1]:

(3.2)

где Pн max - выходная мощность передатчика.

Теперь рассчитаем входные и выходные мощности для каскадов ЛУМ.

По полученному значению определяется номинальная мощность транзистора

(3.3)

Далее проводят расчет диаграммы уровней. Для этой цели прежде

Очевидно, что это также мощность на выходе линейного усилителя мощности (ЛУМ) .

Для ориентировочной оценки биполярных транзисторов исходят из того, что в недонапряженном режиме при включении с ОЭ на высоких частотах он изменяется приблизительно обратно пропорционально квадрату частоты и, кроме того, зависит от уровня колебательной мощности и напряжения питания выходной цепи .

(3.4)

где K`p - экспериментальный коэффициент усиления по мощности Кр при напряжении в вольтах коллекторного питания Е`к;

f ` - экспериментальная частота, Гц;

P `- экспериментальная мощность, Вт.

Кроме того, колебательную мощность предоконечного и последующего каскадов необходимо определять с учетом КПД цепи межкаскадной связи, который выбирается в пределах от 0,6 до 0,85.

Но мы работаем в той области частот, где формула (3.4) не корректна. Поэтому примем следующие требования к каскадам ЛУМ.

Пусть оконечный каскад будет обеспечивать коэффициент усиления по мощности равный 15. Тогда мощность на его входе будет составлять 4,39 Вт. Здесь можно использовать транзистор 2Т930Б.

В качестве второго полосового фильтра (), как уже отмечалось, будем использовать электромеханический фильтр. Как известно, затухание полезного сигнала у него равно 6 дБ. Тогда на его входе уровень мощности должен составлять 8,8 Вт.

В предоконечном каскаде коэффициент усиления по мощности пусть будет равен 30. Значит на его входе мощность будет около 292,4 мВт. В данном случае можно использовать транзистор 2Т922В.

В качестве первого полосового фильтра (), как уже отмечалось, будем использовать двухкаскадный фильтр настроенный в резонанс на частоту передатчика. Как известно, у полосовых фильтров затухание принимает значение 10 дБ. Очевидно, что на входе этого фильтра мощность будет принимать значение 924 мВт.

В буферном усилителе коэффициент усиления по мощности пусть будет равен 40. Значит на его входе мощность будет около 23,1 мВт. Здесь можно использовать транзистор 2Т314А.

Итак, мы пришли к выводу, что мощность на входе буферных усилителей равна 23,1 мВт.

Тогда общий коэффициент усиления для линейного усилителя мощности в целом будет равен

(3.5)

Наглядно это представлено на рисунке 3.1 (там, где это специально не оговаривается, значения даны в мВт).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 3.1 Структурная схема усиления

Выберем напряжение питания выходной цепи для всех каскадов, равное 27 В (согласно стандартному ряду для ).

Как следует из структурной схемы, далее следует опорный генератор. Этот генератор должен вырабатывать частоту с частотой 208 МГц. Для обеспечения заданной нестабильности частоты опорные генераторы выполним по. осциляторной схема с емкостной связью.



4. Электрический расчёт автогенератора

Кварцевая стабилизация частоты является основным способом обеспечения радиосвязи.

В настоящее время наибольшее практическое применение получила осциляторная схема с емкостной связью (емкостная трёхточечная схема) и её разновидность - схема с кварцем (рис.4.1). В качестве активного элемента используется транзистор, при этом с целью повышения стабильности частоты кварцевый резонатор включается между базой и коллектором. Достоинством этой схемы является её простота и сравнительно малая мощность рассеивания на кварцевом резонаторе.

Рисунок 4.1- Схема автогенератора

Исходными данными для расчёта опорного кварцевого автогенератора являются:

1) частота автогенератора, равная частоте последовательного

резонанса кварца f=f2, МГ………………………….8;

динамическая ёмкость кварцевого резонатора Cq, пФ...0.001;

статическая ёмкость кварцевого резонатора CO, пФ……24;

динамическое сопротивление Rq, Ом………………………10;

максимальная допустимая мощность рассеивания

на кварцевом резонаторе Pq max, мВт…………………………..4;

сопротивление нагрузки RН, Ом……………………….100;

ёмкость нагрузки СН, пФ………………………………..…5;

напряжение стабилизированного источника питания UСТ, В15;

диапазон рабочих температур t, 0С………………...…-32…34.

Расчёт.

Выбираем транзистор типа КТ315Б. Транзистор выбирается из условия f2<0.5·fS при возможно меньшей ёмкости СК и возможно большем коэффициенте передачи тока ?0 [9]. Параметры транзистора приведены в Приложении 2.

Задаёмся углом отсечки тока коллектора ?=900 и по таблицам Берга находим:

? 1=0.5; ?0=0.319; ?I=2; ?1=0.5.

Зададимся напряжением на коллекторе и постоянной составляющей тока коллектора:

EK=5В; I0=1мА.

С целью уменьшения составляющей нестабильности частоты за счёт мощности рассеивания в кварцевом резонаторе целесообразно принимать I0=(0.5…2) мА. Минимальное значение I0 относится к прецизионным кварцевым резонаторам.

4) Дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода RЭ:

(4.1)

RЭ= 26 Ом.

(4.2)

5) Граничная частота по крутизне fS:

fS= 217 МГц.

6) Нормированная частота ?:

(4.3)

?= 0.0392.

7) Крутизна транзистора в рабочей точке S0:

(4.4)

Принимаем ?0= 200.

S0= 38.2 мСм.

8) Фазовый угол ?s*, активная S1 и реактивная S2 составляющие средней крутизны транзистора:

(4.5)

(4.6)

?s*= -2.250;

S1= 19.1 мСм;

S2= -0.75 мСм .

9) Входная gвх.ср и выходная проводимости gвых.ср транзистора, усреднённые по первой гармонике:

(4.7)

(4.8)

(4.9)

gвх.ср= 95.4 мкСм;

gвых.ср= 86.8 мкСм;

g'= 95.5 мкСм.

10) Сопротивления резисторов в цепях эмиттера и базы (рис.4.1):

(4.10)

Принимаем по ГОСТ R3= 10 кОм.

(4.11)

Принимаем по ГОСТ R1= 64 кОм.

(4.12)

Принимаем по ГОСТ R2= 430 Ом.

11) Входная Свх, проходная Спр и выходная Свых ёмкости транзистора:

(4.13)

(4.14)

(4.15)

Свх= 528.1пФ;

Спр= 13 пФ;

Свых= 22.4 пФ.

12) Эквивалентные значения сопротивления Rн' и ёмкости нагрузки Сн', пересчитанные параллельно ёмкости коллекторной связи:

(4.16)

(4.17)

где Ссв=(0.1…0.3)·Сн.

Принимаем Ссв=0.2·Сн;

Ссв= 1 пФ;

Rн'= 21.9 МОм;

Сн'= 1 пФ.

13) Максимальное значение ёмкости генераторной части схемы Сэ max:

(4.18)

где Rq*=1.2•Rq;

gэ= gвх.ср+1/Rн';

Ко=(0.5…0.8);

Принимаем Ко=0.7;

Rq*= 12Ом;

gэ= 4.58 мСм;

Сэ max= 518.9 пФ.

14) Учитывая разброс параметров схемы автогенератора и изменение его нагрузки, принимаем эквивалентную ёмкость генераторной части схемы Сэ:

(4.19)

Сэ= 430.6 пФ.

15) Обобщённая ёмкость Скэ, включённая параллельно кварцевому резонатору:

(4.20)

Скэ= 467.6 пФ.

Рабочая расстройка кварцевого резонатора ?f/f1:

(4.21)



?f/f1=1?10-6

17) Активное Rq' и реактивное Xq' динамические сопротивления кварцевого резонатора на частоте автоколебаний:

(4.22)

(4.23)

(4.24)

(4.25)

Сск= 37 пФ;

dq=2.14?10-7;

Rq'= 11.8 Ом;

Xq'= 108.6 Ом.

18) Реактивное X1' сопротивление и ёмкость конденсатора C1* коллекторной связи:

(4.26)

(4.27)

X1'= 63.9Ом;

C1*= 732.8 пФ.

19) Ёмкости конденсатора обратной связи С2*:

(4.28)

С2*= 1047 пФ.

20) Внешние ёмкости С1 и С2:

(4.29)

С1= 709.43 пФ

Принимаем по ГОСТ С1=680 пФ.

(4.30)

С2= 518.8 пФ

Принимаем по ГОСТ С2=510 пФ.

Следовательно, С1*? 703.4 пФ; С2*? 1038 пФ; Ко'= С1*/ С2*=0.678.

21) Блокировочная ёмкость в цепи коллектора:

(4.31)

(4.32)

Принимаем по ГОСТ Сбл= 21 нФ.

22) Уточнённое значение максимальной ёмкости генераторной части схемы Сэ max:

(4.33)

Сэ max= 527.3 пФ.

23) Амплитуда первой гармоники тока коллектора IК1:

(4.34)

IК1= 1.57мА.

24) Амплитуда напряжения на базе Uб:

(4.35)

Uб= 89 мВ.

25) Амплитуда напряжения на коллекторе Uk:

(4.36)

где К - коэффициент связи.

Uk=0,135

26) В кварцевых автогенераторах коэффициент связи К определяется следующим выражением:



(4.37)

(4.38)

(4.39)

(4.40)

R2'= 8.9 Ом;

X1= 66.5 Ом;

X2= 45.1 Ом;

К=0.659.

27) Напряжение смещения Еб:

(4.41)

Еб= 0.34 В.

28) Амплитуда напряжения на индуктивной ветви контура Uq:

(4.42)

Uq= 0.224 В.

Мощность рассеивания на кварцевом резонаторе Рq где



(4.43)

Uq= 0.224 В;

Рq= 24.8 мкВт.

30) Колебательная мощность Р:

(4.44)

Р= 0.1 мВт.

31) Подводимая мощность Ро:

(4.45)

Ро= 5 мВт.

32) Мощность рассеивания на коллекторе Рк:

(4.46)

Рк= 4.89 мВт.

33) Коэффициент полезного действия ?:

(4.47)

?=0.121 (12.1%).

34) Амплитуда напряжения на нагрузке автогенератора Uн:

(4.48)

(4.49)

pн= 0.167;

Uн= 23 мВт.

Электрический расчёт автогенератора проводился с использованием. Основным программным обеспечением для расчётов - пакет математических программ «MathCad 2000 Pro».



5. Электрический расчёт ПОК

5.1 Выбор схемы и типа усилительного элемента

Согласно ориентировочному расчету структурной схемы предоконечный каскад линейного усилителя мощности должен обеспечивать мощность в нагрузке Рнаг=8,8 Вт. Нагрузкой предоконечного каскада является электромеханический фильтр. Исходя из этого, сопротивление нагрузки можно задать 25 Ом. Источником сигнала для предоконечного каскада усилителя является полосовой фильтр между предварительным усилителем и предоконечным каскадом. Сопротивление источника сигнала выберем равным 2,7 Ом. Исходя из расчета структурной схемы, для обеспечения заданного уровня мощности в нагрузке предоконечный каскад построим на транзисторе типа 2Т922В, его параметры и характеристики приведены в приложении 1.

В качестве предоконечного каскада выберем каскад на транзисторе включенным по схеме с общим эмиттером.

5.2 Расчет коллекторной цепи

Амплитуда напряжения первой гармоники на коллекторе:

В (5.1)

Максимальное напряжение на коллекторе:

(5.2)

Uк max <Eк доп.

Амплитуда первой гармоники тока коллектора:

А (5.3)

Постоянная составляющая тока коллектора:

А (5.4)

Максимальная величина тока коллектора:

А (5.5)

Ik max<Ik доп

Мощность, потребляемая от источника питания:

Вт (5.6)

Коэффициент полезного действия:

(5.7)

Мощность, рассеиваемая на коллекторе:

Вт (5.8)

Эквивалентное сопротивление коллекторной нагрузки:

Ом (5.9)

5.3 Расчет входной цепи

Постоянные составляющие базового и эмиттерного токов:

(5.10)

Напряжение смещения на эмиттерном переходе:

В (5.11)

Определим параметры элементов эквивалентной схемы входной цепи транзистора:

(5.12)

Резистивная и реактивная составляющие входного сопротивления транзистора:

(5.13)

Входная мощность:



Вт (5.14)

Коэффициент усиления по мощности:

(5.15)

5.4 Расчет устойчивости

Устойчивость определяется с помощью выражения:

(5.16)

где

Из расчетов следует, что условие устойчивости для полностью выполняется. В противном случае необходимо повысить устойчивость каскада УМ.

5.7 Расчет элементов цепей питания

Расчет элементов цепи питания коллектора

Индуктивность L3 определяется из соотношения

24 мкГн (5.17)



где АL=10…20 коэффициент;

пусть АL=15

Емкость конденсатора С3 определяется следующим образом

=2,139 нФ (5.18)

где Ас1=50…200 коэффициент

пусть Ас1=100

Выбираем в соответствии с ГОСТ С3=2,2 нФ

Аналогичным образом определяется и емкость конденсатора С4

С4=С3=2,2 нФ



6. Конструктивный расчёт транзистора, согласованного с ферритом (связь с антенной)

Разрабатываемый передатчик является структурно-независимым функциональным узлом более сложного РПДУ, работающего в широком диапазоне частот. Как следствие возникает проблема согласования выходных цепей сложного РПДУ с антенной в широкой полосе частот, т.к. имеется зависимость между шириной полосы пропускания, допуском на параметры цепи согласования и сопротивлением нагрузки (антенны).

Существует теоретически обоснованное ограничение, согласно которому при фиксированных параметрах электрической цепи передать без потерь номинальную мощность источника сигналов в диапазоне частот нельзя. В качестве широкодиапазонных цепей согласования получили распространение различного вида четырёхполюсники, активные фильтры и высокочастотные трансформаторы. Согласно заданию на курсовой проект в качестве широкодиапазонной цепи согласования используется трансформатор.

Широкополосный трансформатор (ШПТ) представляет собой выходную согласующую цепь и выполняет две основные функции [2,3]:

согласует сопротивления для оптимальной передачи выходной мощности от активного в нагрузку;

обеспечивает требуемый уровень подавления побочных колебаний.

коэффициент трансформации на средних частотах:

(6.1)

Rвх - сопротивление предыдущего каскада перед трансформатором, Ом;

n= 2.579;

индуктивность первичной обмотки или «продольная» индуктивность:

(6.2)

L1=3.591 мкГн;

3) выбираем марку феррита с наибольшей проницаемостью ? и достаточно высокой добротностью Qф в рабочем диапазоне частот [3].

? =150; Qф = 90;

4) выберем P`ф.доп и определим рабочее значение индукции на нижней частоте диапазона Bf.раб.н:

Т.к. потери в феррите вызывают нагрев сердечников, а, как известно теплопроводность ферритов невелика, то внутренние области феррита могут значительно перегреваться, что ведёт к разрушению сердечника. Во избежание этого потери в феррите P`ф необходимо ограничивать P`ф?0.3…1.5 Вт/см3:

(6.3)

Bf.раб.н = 0.058 Гс;

тогда на верхней частоте диапазона Bf.раб.в:

(6.4)

Bf.раб.в = 0.011 Гс;

Из двух значений Bf.раб выбираем максимальное.

5) определяем необходимый объём сердечника V, см3:



(6.5)

где D-внешний диаметр сердечника феррита, см;

d- внешний диаметр сердечника феррита, см.

Значение потерь в феррите P`ф даны для случая, когда D ? 3…4 см, отсюда примем D=4 см.

Величина внутреннего диаметра d определяется тем, что во внутреннее отверстие ферритового кольца должно проходить заданное число витков.

d=2.8 см.

Uпр- напряжение подаваемое на трансформатор:

(6.6)

Uпр= 11.6 В;

V= 52.9 см3;

7) подбираем m колец так, чтобы их объём Vm был не ниже V:

(6.7)

где V1- объем одного ферритового кольца, 200 см3;

m ?17;

8) сечение ферритового сердечника S, м2:

(6.8)



h-высота ферритового кольца, 2 см;

S= 4.95 см2;

9) уточняем значение «продольной» индуктивности, для этого уточним:

(6.9)

где ? - число витков обмотки трансформатора, шт;

(6.10)

где а - диаметр обмоточного провода РК50-3, см;

а= 0.5 см;

?=5;

L1расч =7.52 мкГн;

Значение L1расч должно быть не меньше L1. Для достижения максимального значения L1расч нужно увеличивать D/d и число витков.

В результате проведения конструктивного расчёта широкополосного трансформатора получены значения параметров ШПТ, размеры ферритовых колец, количество витков и т.д.

7. Обоснование схемотехнического выбора отдельных узлов радиопередающего устройства

Микрофон служит для преобразования акустических волн человеческой речи в низкочастотный электрический сигнал со спектром от 20 Гц до 20 кГц. Спектр низких частот достаточно широк, для нормальной разборчивости речи достаточно гораздо более узкого спектра, поэтому по государственному стандарту принят стандартный телефонный канал с полосой от 300 до 3400 Гц. Для формирования сигнала с полосой спектра отвечающей стандартному телефонному каналу в цепи формирования низкочастотного сигнала стоит полосовой фильтр. Для нормальной работы схемы формирования однополосного сигнала в схему формирования низкочастотного сигнала включен усилитель низкой частоты.

В результате сравнения различного рода моделей выбор пал на микрофон МКЭ-3 (электростатический). Микрофон предназначен для передачи речи с диапазоном частот от 100 Гц до 7000 Гц; чувствительность от 4…20 мВ/Па.



Заключение

Входе выполнения курсового проекта был спроектирован формирователь сигнала с фазовой модуляцией, уяснены сущности, особенности фазовой модуляции и преимущества её применения в системах связи по сравнению с амплитудной модуляцией (АМ). Среди вариантов структурной реализации РПДУ был выбран фильтровой метод (метод резонансной модуляции с последующей фильтрацией) формирования ФМ сигнала. На начальном этапе проектирования были предложены обоснования выбора компонентов структурной схемы. Произведён общий предварительный расчёт блоков схемы и детальный расчёт отдельных блоков (ОГ и ОК). На основе полученных результатов была составлена электрическая принципиальная схема.

Список литературы

Принципы проектирования транзисторных радиопередающих устройств: Учебн.пособие / М.И. Бочаров; Политехн. ин-т. Воронеж, 1993.-109с.

Проектирование радиопередающих устройств: Учебн. пособие для вузов/ В.В. Шахгильдян, В.А. Власов, В.Б. Козырев и др.; Под ред. В.В. Шахгильдяна.- 3-е изд.; перераб. и доп. М.: Радио и связь, 1993.-512с.

Проектирование радиопередающих устройств: Учебн. пособие для вузов/ В.В. Шахгильдян, М.С. Шумилин, И.А.Попов и др.; Под ред. В.В. Шахгильдяна.- 2-е изд.; перераб. и доп. М.: Радио и связь, 1984.- 424с.

Радиопередающие устройства: Учебник для вузов связи/ Л.Е. Клягин, В.Б. Козырев, А.А. Ляховкин и др.; Под ред. В.В. Шахгильдяна.- М.: Связь, 1980.-328 с.

Проектирование радиопередающих устройств с применением ЭВМ: Учеб. Пособие для вузов / О.В. Алексеев, А.А. Головков, А.Я. Дмитриев и др.; Под ред. О.В. Алексеева.- М.: Радио и связь, 1987.- 392 с.

Н.А. Новинский Учебное пособие по радиопередающим устройствам на транзисторах: Политехн. ин-т. Воронеж, 1977. - 64 с.

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

Полупроводниковые приборы. Транзисторы средней и большой мощности: Справочник / А.А. Зайцев, А.И. Миркин, В.В. Мокряков и др.; Под ред. А.В. Голомёдова.- М.: Радио и связь, 1989.- 640 с.

Полупроводниковые приборы. Транзисторы малой мощности: Справочник А.А. Зайцев, А.И. Миркин, В.В. Мокряков и др.; Под ред. А.В. Голомёдова.- М.: Радио и связь, 1989.- 384 с.

Приложение 1

Транзистор 2Т980А

Электрические параметры:

1. Выходная мощность при Uп=50 В Pвых, Вт……………….40;

3. Коэффициент усиления по мощности при Uп=5 В Кр…..10…40;

4. Граничная рабочая частота fт, МГц…………….. ………….300;

5. Статический коэффициент передачи тока в схеме ОЭ при

Uкб=10 В h.21……………………………………………..…10…150;

6. Ёмкость коллектора Ск, пФ……………………………………65;

7. Ёмкость эмиттера Сэ, пФ……..…...………………………….700;

Экспериментальные параметры:

Экспериментальная частота f `, МГц……..…………………175;

Экспериментальный коэффициент усиления

по мощности Кр`……………………………………………...16…30;

Экспериментальное напряжение коллекторного питания Ек`, В.5;

Экспериментальная выходная мощность P `, Вт…….…………40.

Приложение 2

Транзистор КТ315Б

Электрические параметры

Статический коэффициент передачи тока

в схеме ОЭ при Uкэ=3 В, Iэ=15 мА h.21……………..…50…280;

2. Граничная рабочая частота fт, МГц……….……………….250;

3. Сопротивление базы транзистора Rб, Ом….……………...30;

4. Ёмкость коллектора Ск, пФ………………………….……….5;

Ёмкость эмиттера Сэ, пФ……………………………………20.

Предельные эксплуатационные параметры

Максимальное напряжение коллектор-эмиттер Uкэ, В…...30;

Максимальный ток коллектора Iк мах, мА………..………..100;

Постоянная рассеиваемая мощность

коллектора Pк, мВт…………………………………………150;

4. Напряжение смещения базы Еб, В…..……………………2,5В.



Приложение 3

Схема радиопередающего устройства

Размещено на Allbest.ur

...