Проектирование УКВ-передатчика для судовой радиостанции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

укв передатчик синтезатор

В данной дипломной работе проектируется УКВ передатчик для судовой Радиостанции. Основные технические параметры передатчиков соответствуют ГОСТ 22580-84. Настоящий стандарт распространяется на радиостанции с угловой (фазовой) модуляцией, предназначенные для организации телефонной радиосвязи в морской подвижной службе на частотах от 150 до 470 МГц.

Требования к основным характеристикам современного радиопередатчика: выходная мощность, КПД, диапазон рабочих частот, чистота спектра выходного колебания и др.- чрезвычайно высоки и обычно находятся в противоречии. Поэтому при построении передатчика стремятся распределить выполнение различных функций сложного радиопередающего устройства по отдельным блокам и каскадам.

Наряду с этим существенную роль играет назначение передатчика и соответствующие условия будущей эксплуатации. В данном случае это широкий диапазон температур и высокая влажность. Поэтому передатчик следует помещать в герметичный корпус, а также по возможности выбирать влагостойкие детали и коррозийно-стойкие материалы.

В начале XX века, на первом этапе развития радиотехники, радиосвязь начала развиваться как морская подвижная связь. В те годы этот вид связи являлся единственно возможным для организации связи судов между собой и с берегом. Фирмой «Маркони» в Великобритании, а затем и на предприятиях других стран (России, США, Франции и Германии) было организовано производство судовых искровых радиостанций. До 1904 года более пятидесяти судов военно-морского флота России было оснащено судовыми радиостанциями. Широкое внедрение средств судовой подвижной связи, существенно повышающее безопасность плавания, обусловило необходимость принятия международных правил радиообмена и стандартов на средства морской радиосвязи. Такие правила и стандарты были приняты на Первой Международной конференции по радиосвязи в Берлине в 1903 году. Техника морской подвижной связи развивалась и продолжает развиваться параллельно с техникой систем наземной связи.

На начальном этапе развития систем наземной подвижной связи в них использовались телеграфные режимы работы, а позже- телефонные режимы с применением для передачи сообщений AM. В 1940 году в США в диапазоне ОВЧ создается первая система подвижной связи с использованием ЧМ.

Во второй половине XX века появляются и параллельно развиваются различные виды подвижной связи: системы пейджинговой (поискового радиовызова - ПРВ), транкинговой и сотовой связи, а также системы беспроводного абонентского доступа.

1. Обзор литературы

Тема построения устройств генерирования сигналов рассматривалась во многих литературных источниках и проработана достаточно полно. На данный момент уже существуют методики оптимального расчета различных узлов и схем устройств передачи. Поэтому ограничимся перечислением источников, которые будут использованы в данной работе.

Расчет возбудителей радиопередающих устройств и усилительного тракта подробно рассматривается в учебном пособии «Проектирование радиопередающих устройств СВЧ» под ред. Уткина Г.М. [1], а также «Транзисторные радиопередатчики» Под ред. Каганова В.И. [2].

Много полезной информации можно получить из учебного пособия «Устройства генерирования и формирования радиосигналов» Вовченко П.С. Дегтярь Г.А. [3].

В [4] подробно описаны современное состояние, особенности построения и перспективы развития передатчиков звукового вещания диапазонов низких, средних, высоких и сверх высоких частот. Рассмотрены работа умножителей и преобразователей частоты на транзисторах, усилителей мощности, а также проблемы устойчивости каскадов усиления и надежности передатчиков.

Расчет надежности можно осуществить, воспользовавшись «Методическими указаниями по курсовому и дипломному проектированию: расчет надежности РЭС» составителем которого является Мищенко П.П. [5].

Экономический расчет себестоимости проведения НИР и изготовления опытного образца можно провести используя учебное пособие для втузов Л.A. Астриена, В.В. Балдесов, В. К. Бекешов и др.[6].

Вопросы охраны труда изложены в «Охрана труда в приборостроении» под ред. А.Г. Алексаняна [7] и «Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий» СН245-71 [8].

Патент Российской Федерации №94032112 (опубликован 10.06.2004) «Система внутри корабельной аварийной связи».

Система внутрикорабельной аварийной связи относится к системам низкочастотной связи, и может быть использована для организации связи на подвижных объектах -кораблях, судах, подводных аппаратах, и позволяет повысить надежность и живучесть аварийной связи. Система содержит симметричную направляющую линию, вдоль которой расположены абонентские приборы безбатарейной телефонной связи, малогабаритные приемопередатчики, портативные радиостанции и блоки сопряжения абонентских приборов безбатарейной телефонной связи с приемопередатчиками. Для передачи и приема речевой информации используется физическая цепь двухпроводной линии, по которой передаются электромагнитные волны. Сигналы с приемопередатчика передаются по двухпроводной линии связи в обе стороны, и через блок сопряжения поступают на другие приемопередатчики, эти же сигналы проходят через приемопередатчики, усиливаются в блоках сопряжения и излучаются в отсеках корабля. Излучение принимается портативными радиостанциями. Для повышения живучести двухпроводной линии связи, последняя проложена через отсеки, как внутри, так и вне прочного корпуса корабля.

2. Выбор, обоснование и расчет структурной схемы передатчика

Структурная схема радиопередатчика строится на основании предъявляемых к нему требований. Т.к. требования к стабильности частоты достаточно высоки, то необходимо использовать многокаскадную схему. Исходными данными для расчета являются мощность в полезной нагрузкеи рабочий диапазон частот [3].

Расчет начнем с выходного каскада усилителя мощности (УМ). Требуемую мощность в нагрузке в заданной полосе частот способен обеспечить транзисторный УМ. Для согласования комплексного выходного сопротивления оконечного каскада УМ с активным сопротивлением нагрузки, а также для обеспечения требуемой фильтрации гармоник выходного тока в качестве нагрузки в выходной цепи транзистора используем цепь согласования Примем КПД выходной цепи согласования [1].

Тогда мощность, требуемая от выходного каскада УМ, должна быть несколько выше мощности в нагрузке, где - колебательная мощность, требуемая от активного элемента выходного каскада (ВК) радиопередатчика.

Однако транзистор в выходной каскад следует выбирать с учетом производственного запаса по мощности, характеризуемого коэффициентом



Тогда мощность транзистора должна удовлетворять следующему условию:

Кроме того, транзистор должен иметь граничную частоту, превышающую рабочую, но не более, чем в 3...5 раз, т.к. при этом ухудшается устойчивость усилителя из-за большого коэффициента усиления по мощности. Рабочая частота передатчика:

Используя справочные данные транзисторов, выберем транзистор, удовлетворяющий заданным требованиям по мощности и частоте.

Транзистор 2Т930А имеет граничную частоту 450...1350 МГц, рабочий диапазон частот 100…400МГц, выходную мощность 40 Вт и коэффициент усиления по мощности на частоте при напряжении коллекторного питания [1].

Рассчитаем коэффициент передачи по мощности выходного каскада передатчика (в пределах расчета структурной схемы) для определения мощности, подаваемой на вход каскада.

Зная выходную мощность, требуемую от оконечного каскада и его коэффициент усиления по мощности, можно найти мощность, необходимую для возбуждения усилителя мощности:

С учетом КПД предвыходной согласующей цепи (60%) выходная мощность предвыходного каскада должна быть равна:

Предвыходной каскад выполним на транзисторе 2Т934А [1]. Параметры транзистора, требуемые для составления структурной схемы:

1.

- граничная частота.

2.

- коэффициент усиления по мощности на частоте

Коэффициент усиления предвыходного каскада:

Коэффициент усиления не должен превышать 30, поэтому выберем [1].

Мощность, необходимая для возбуждения предвыходного каскада:

С учетом потерь в согласующей цепи (50%) предыдущий каскад должен развивать мощность, равную:

Мощность, необходимая для возбуждения каскада:

С учетом потерь в согласующей цепи (40%) предыдущий каскад должен развивать мощность, равную:

Требованиям по мощности и частоте удовлетворяет транзистор ГТ387. Коэффициент усиления каскада равен:

Мощность, необходимая для возбуждения каскада:

С учетом потерь в согласующей цепи (10%) предыдущий каскад (генератор) должен развивать мощность, равную:

На данном этапе получены все данные, необходимые для построения структурной схемы передатчика. Чертеж структурной схемы приведен в приложении 1.

4. Расчет усилительных каскадов передающего устройства

4.1 Выходной каскад

Методика расчета взята из [2]. Запишем справочные данные транзистора КТ930А:

1.;

2.

3. МГц - граничная частота;

4. пФ-емкость коллекторного перехода;

5. пФ-емкость эмиттерного перехода;

6. - постоянная времени цепи обратной связи на высокой частоте;

7. нГн-индуктивность эмиттерного вывода;

8. нГн-индуктивность базового вывода;

9. нГн-индуктивность коллекторного вывода;

10. =50Вт-постоянное напряжение коллектор-эмиттер;

11. =4В-постоянное напряжение база-эмиттер;

12. =6А- постоянный ток коллектора;

13. Диапазон рабочих частот-100...400МГц;

14. =160°С-температура перехода;

15. °С/Вт- тепловое сопротивление переход- корпус;

16. >40Вт- выходная мощность;

17. =4... 10- коэффициент усиления по мощности на частоте 400МГц;

18. =28Вт-напряжение питания;

19. =50...76% -КПД коллекторной цепи;

20. Схема включения - общий эмиттер.

1. Сопротивление потерь коллектора в параллельном эквиваленте ():

2. Граничная крутизна:

Тогда коэффициент использования коллектора по напряжения в граничном режиме:

3. Напряжение и первая гармоника тока нагрузки:

4. Полезная нагрузка и полное сопротивление:



5. Амплитудапервой гармоники тока:

6. Крутизнапо переходу:

7. Сопротивление рекомбинации:

8. Крутизнастатической характеристики коллекторного тока:

,

где:

9. Найдем коэффициент разложения:

U'-напряжение сдвига статической характеристики (примем = U' 0. 65В);

-напряжение смещения (выберем=0В);

10.

Для полученноговоспользовавшись приложением 1 в [2], находим:

11.

Амплитуда тока базы:

12. Модуль коэффициента усиления по току:

13. Пиковое обратное напряжение на эмиттере:



14. Составляющее входного сопротивления транзистора по первой гармонике:

Активная составляющая:

Реактивная составляющая:

15. Коэффициент усиления по мощности:

16. Постояннаясоставляющая коллекторного тока:

17. Мощность, потребляемая от источника питания:



18. Коэффициент полезного действия:

19. Входная мощность:

20. Рассеиваемая мощность:

,

что меньше_;

21. Составляющие сопротивления нагрузки, приведенные к внешнему выводу коллектора в параллельном эквиваленте:

Активная составляющая:

Реактивная составляющая



4.2 Предвыходной каскад

Расчет аналогично расчету выходного каскада. Запишем справочные данные транзистора2Т934А:

1. =0.55...2ООм;

2. =5...150;

3. =500... 1400МГц-граничная частота;

4. =5... 9пФ-емкость коллекторного перехода;

5. =15... 60пФ-емкости эмиттерного перехода;

6. = 3...20пк -постоянная времени цепи обратной связи на высокой частоте;

7. =1.3нГн-индуктивность эмиттерного тока;

8. =3.1 нГн-индуктивность базового вывода;

9. =2.5нГн-индуктивность коллекторного вывода;

10. =-- постоянное напряжение коллектор-база;

11. =60В-постоянное напряжение коллектор-эмиттер;

12. =4В-постоянное напряжение база-эмиттер;

13. =0.5А-постоянный ток коллектора;

14. =160°С температура перехода;

15. =17.5°С/Вт-тепловое сопротивление переход-корпус;

16. . выходная мощность;

17. =28В-напряжение питания;

18. =6... 15-коэффициент усиления по мощности;

19. Схема включения- общий эмиттер.

20.

Сопротивление потерь коллектора в параллельном эквиваленте

():

1. Граничная крутизна:

Тогда коэффициент использования коллектора по напряжения в граничном режиме:

2.

Напряжение и первая гармоника тока нагрузки:

4. Полезная нагрузка и полное сопротивление:

5. Амплитудапервой гармоники тока:



6. Крутизна по переходу:

7. Сопротивление рекомбинации:

8. Крутизнастатической характеристики коллекторного тока:

, где:

9. Найдем коэффициент разложения:

где:

-напряжение сдвига статической характеристики (примемРазмещено на http://www.allbest.ru/

=0.7В);

-напряжение смещения (выберемРазмещено на http://www.allbest.ru/

=0В);

10. Для полученноговоспользовавшись приложением 1 [2], находим:

11. Амплитуда тока базы:

12. Модуль коэффициента усиления по току:

13. Пиковое обратное напряжение на эмиттере:

14. Составляющие входного сопротивления транзистора по первой гармонике:

Активная составляющая:

Реактивная составляющая:

15. Коэффициент усиления по мощности:

16. Постоянная составляющая коллекторного тока:

17.

18. Мощность, потребляемая от источника питания:

19. Коэффициент полезного действия:



20. Входная мощность:

21. Рассеиваемая мощность:

,

что меньше_;

22. Составляющие сопротивления нагрузки, приведенные к внешнему выводу коллектора в параллельном эквиваленте:

Активная составляющая:

Реактивная составляющая:

4.3 Маломощные каскады

В усилителях мощности транзисторы часто работают с нулевым смещением (=0), что позволяет упростить схему и конструкцию. В этом случае угол отсечки заранее неизвестен, и в процессе расчета его надо определить [1].Исходные данные: транзистор ГТ387 в критическом режиме.;;=ЗВ.

Для ГТ387 r'_б =10 Ом, f_гр =4.8ГГц, тогда _грL_э=0.ЗОм, т.е. выполняется условие и расчет может быть сделан по приведенной методике.

1. Коэффициент использования коллекторного напряжения:

2. Амплитуда напряжения на коллекторе. Первая гармоника коллекторного тока и сопротивление в нагрузки в коллекторной цепи:

3.

Рассчитываем параметры эквивалентной схемы ,,, граничную частоту по крутизне F_s,параме:

4. Параметр , определяющий угол отсечки

(в маломощном усилителе можно считать);

5. По рассчитанным значениямс помощью графика рис 2.3 [1] находим коэффициент разложения

г₁= 0,5

6. Зная г₁, с помощью приложения 1 из [1] определим коэффициент формы , а затем постоянную составляющую коллекторного тока

7. Фаза первой гармоники тока ЭГ:

Амплитуда напряжения возбуждения:

8. Входная проводимость транзистора для тока первой гармоники по:

9. Мощность возбуждения и коэффициент усиления по мощности:

Примем К_р=20 для обеспечения стабильности.

11. Мощность, потребляемая от источника питания, мощность рассеяния на транзисторе, к.п.д. коллектора:

,

что меньше Р_доп

12. Максимальное обратное напряжение на эмиттере:

,

т.е. не превышает допустимого.

Далее ставим четвертый каскад такой же- с транзистором ГТ387. Он является буферным с коэффициентом включения 0.1.

Полученная мощность лежит в интервале 1... 10 мВт, следовательно, дополнительных каскадов усилителя не понадобится.

5. Расчет цепей согласования

Цепи согласования в радиопередатчике выполняют ряд полезных ~ функций, основными из которых являются согласование комплексных сопротивлений источника возбуждения и его нагрузки (в межкаскадных цепях согласования источником является предыдущий, менее мощный каскад. А нагрузкой- комплексное входное сопротивление следующего, более мощного каскада) и фильтрация побочных гармонических составляющих выходного тока АЭ. Для расчета ЦС необходимо иметь исходные данные: выходное сопротивление источника колебаний и входное сопротивление нагрузки, требования к фильтрации цепи.

Задачи выходной ЦС:

1) Преобразование активного сопротивления антенны в оптимальное сопротивление нагрузки транзистора;

2) Обеспечение требуемого уровня побочных излучений, т.е. требуемой фильтрации побочных составляющих выходного тока УМ;

3) Пропускание в нагрузку части мощности, определяемой КПД ЦС.

5.1 выходная ЦС П-контур

Рассчитаем его элементы по методике, приведенной в [2].

Рис.1-а) П-образная согласующая цепь; б) ее эквивалент. Значение сопротивления Rh=Ra=50Ом - сопротивление антенны, а значение сопротивления R₀, указанного на рисунке 1,б выбираем из условия:



Рассчитаем значения С и L:

Индуктивность катушки:

Емкостное сопротивление:

Емкость конденсатора:

Емкостное сопротивление:

Емкость конденсатора:

Учитывая комплексный характер выходного сопротивления оконечного каскада радиопередатчика, необходимо внести поправку в значение емкости Q:

Рассчитаем коэффициент фильтрации.

Зададимся добротностью ненагруженного контура: Q_xx⁼100.

Коэффициент полезного действия согласующей цепи:

Добротность нагруженного контура:

Относительная полоса пропускания по уровню ЗдБ:

Коэффициент фильтрации для второй гармоники (n=2):

Одна цепь согласования не в состоянии обеспечить заданную в техническом задании фильтрацию высших гармоник, последовательно необходимо добавить еще одну цепь согласования.

Рис.2 Расчет выходной согласующей цепи

Рассчитаем вторую П-образную согласующую цепь. Которая будет согласовывать 50 Ом и 50 Ом.

Значение сопротивления R0 выбираем из условия:

Рассчитаем значения С и L:

Индуктивность катушки:



Емкостное сопротивление:

Емкость конденсатора:

Емкостное сопротивление:

Емкость конденсатора:

Рассчитаем коэффициент фильтрации. Зададимся добротностью нагруженного контура: Qxx=100

Коэффициент полезного действия согласующей цепи:

Добротность нагруженного контура:

Относительная полоса пропускания по уровню З дБ:

Коэффициент фильтрации для второй гармоники (n=2):

Коэффициент фильтрации. Обеспечиваемый двумя согласующими цепями:

Полученный коэффициент фильтрации не удовлетворяет техническому заданию. Поставим еще одну согласующую цепь, такую же как вторая.

Найдем общий коэффициент полезного действия всей согласующей цепи:



Коэффициент полезного действия, не ниже заложенного при выборе структурной схемы передатчика.

Общая схема цепи согласования выходного каскада с нагрузкой представлена на рисунке 3.

Для согласования предвыходного и выходного каскадов применим Г-образную согласующую цепь.

Составляющие выходные сопротивления предвыходного каскада, приведенные внешнему выводу коллектора в параллельном эквиваленте:

,

Входное сопротивление выходного каскада:

Рис.4. Цепь согласования предвыходного и выходного каскадов.

Входное сопротивление выходного каскада:

Найдем номиналы элементов цепи согласования:

С учетом уже имеющихся реактивностей выходного и входного сопротивлений необходимо скорректировать номиналы емкости и индуктивности цепи согласования:

Для получения нужного КПД найдем Х_L

Ставим дополнительную емкость:

Рассчитаем коэффициент фильтрации.

Зададимся добротностью ненагруженного контура: Q_xx=50.

Добротность нагруженного контура:

Относительная полоса пропускания по уровню ЗдБ:

Коэффициент фильтрации для второй гармоники(n=2):

6. Синтезатор частот

В качестве синтезатора частот выберем цифровой синтезатор частот [стр. 193,2].

Рис.5. Структурная схема цифрового синтезатора частоты.

ИФАП- импульсная фазовая автоподстройка„

ПГ-перестраиваемый по частоте автогенератор

ДПКД-делитель с переменным коэффициентом деления

ИФД-импульсно- фазовый дискриминатор

ФНЧ-фильтр нижних частот

Д-делитель

ЭГ-эталонный генератор

В цифровом синтезаторе частоты используются элементы цифровой схемотехники. По существу он представляет собой систему импульсной фазовой автоподстройки (ФАП) с импульсно- фазовым дискриминатором (ИФД). В высокочастотном тракте которого находится делитель частоты с переменным коэффициентом деления (ДПКД). На правый вход ИФД поступает преобразованное в импульсы колебание от эталонного генератора и делителя частоты с коэффициентом деления 400, с высокостабильной частотой квантования Р_с=25кГц.

А коэффициент деления К_д будет изменяться в пределах:



В качестве эталонного генератора выберем генератор типа «Сонет-М» [стр.282,3].

Таблица 1 - Характеристики опорного генератора «Сонет-М»

Частота, МГц	Нестабильн частоты	Температура окружаю щей среды, С	ивыхВ	Напряжение источника питания,В	Энергопетребл, Вт	Масса, кг	Обьем, л
	кратковременная	су точная
10	10-10	2*10-6	-10…+50	0.25	12 ±1.2	0.7/0.3	0.05	0.005

По заданию шаг сетки частот у нас равен. Тогда коэффициент деления Ki будет равен:

А коэффициент деления К_д будет изменяться в пределах:

Параметры типового кварцевого ОГ: частота-= 10МГц; относительная нестабильность частоты- кратковременная: Ю"¹⁰, суточная: 2x10"⁶; температура окружающей среды- (- 10-^+55)4 напряжение питания- 12В; выходное напряжение-; потребляемая мощность- 0,ЗВм; масса - 25г; объем-0,025л.

Для построения нашего цифрового синтезатора частот применим быстродействующую микросхему КФ1015ПЛЗ. Их выпускают в пластмассовом 16-выводном миниатюрном корпусе 4308.16-1. Масса прибора- не более 0.3 г.

В состав микросхемы входят (см.рис.6) генератор образцовой частоты делитель образцовой частоты, усилитель- формирователь входных ВЧ- импульсов, тракт двоичного делителя частоты с программируемым коэффициентом деления, состоящий из двухмодульного предварительного делителя частоты на 31 и 32, пятиразрядного счетчика управления предделителем, двенадцати старших разрядов программируемого делителя и логического блока управления, частотно-фазовый детектор и двадцатиразрядные приемный в буферный регистры.

Рисунок. Структурная схема микросхемы КФ1015ПЛЗ.

Цоколевка микросхемы: выв.1- общий для приемного и буферного регистров, тракта программируемого делителя частоты и частотно - фазового детектора. Минусовый вывод питания; выв.1 - зарядный выход частотно - фазового детектора (сток полевого транзистора с р-каналом); выв.З - разрядный выход частотно - вазового детектора (сток полевого транзистора с п- каналом); выв. 4- контрольный вывод индикации фазовой синхронизации в петле ФАПЧ; выв.5- ВЧ вход усилителя- формирователя тракта программируемого делителя4 выв.7- вход разрешения перезаписи информации из приемного регистра в буферный; выв.8- вход тактовых импульсов записи информации; выв.9- плюсовой вывод питания; выв. 10- вход записи информации о коэффициентах деления; выв. 11 - вывод для подключения кварцевого резонатора; вход генератора образцовой частоты; выв. 12- вывод для подключения кварцевого резонатора; вход сигнала внешнего генератора образцовой частоты; выв. 13- вход сигнала отключения выхода делителя образцовой частоты (при уровне 1); выв. 14- выход делителя образцовой частоты (при уровне 0 на выв. 13) или вход частотно - фазового детектора (пи уровне й на выв. 13); выв. 15- общий для генератора и делителя образцовой частоты, минусовый вывод питания; выв. 16- контрольный выход приемного регистра.

Основные характеристики при и напряжении питания 5В, а также

Предельно-допустимые значения микросхемы КФ1015ПЛЗ приведены в табл.4.

Параметр	Значение
Номинальное напряжение питания, В	4,5...5,5
Пределы коэффициента деления тракта программируемого делителя частоты	992-131071
Шаг коэффициента деления программируемого делителя	1
Коэффициенты деления делителя образцовой частоты	100, 200, 40( 512, 640, 80( 1000, 1024
Интервал входной частоты тракта программируемого делителя, МГц д л я К Ф1015Ш13 А для КФ1015ПЛЗБ	50... 1000 20...800
Интервал входной частоты делителя образцовой частоты, МГц	1...50
Чувствительность усилителя- формирователя, Вэфф, (меньшее значение - для частоты в пределах 50...500 МГц)	0,2...0,9
Чувствительность по входу генератора образцовой частоты (для внешнего кварцевого генератора), мВэфф	100...150
Наибольший потребляемый ток, мА, не более	15
Выходное сопротивление выходов частотно-фазового детектора, Ом, не более зарядного разрядного	300 200
Выходное сопротивление делителя образцовой частоты, Ом, не более	200
Выходное сопротивление контрольного выхода индикации фазовой синхронизации, Ом, не более	200
Выходное сопротивление генератора образцовой частоты, Ом, не более	200
Входной ток входа разрешения перезаписи информации из приемного регистра в буферный (выв. 7), входа тактовых импульсов записи информации (выв. 8), входа записи информации о коэффициенте деления (выв.Ю)и входа сигнала отключения выхода делителя образцовой частоты (выв. 13), мкА, не более	±1
Входной ток ВЧ входа усилителя- формирователя (выв. 5) и входа генератора образцовой частоты (выв. 12), мкА, для сигнала низкого уровня высокого уровня	не менее -30 не более +30
Предельно допустимые значения
Предельные значения напряжения питания, В	3...6
Наибольший электростатический потенциал. В, не менее	150
Рабочий интервал температуры окружающей среды, °С	-60...+70
Предельные значения температуры окружающей среды, °С	-70...+85

На рис.7 представлена схема включения прибора.

Рис.7. Схема включения микросхемы.

Так как мы в качестве образцового генератора используем внешний стабильный кварцованный генератор «Сонет», то его выходной сигнал напряжением 250мВ подают на выв.12 через разделительный конденсатор емкостью 1000...10000пФ. Также необходимо, чтобы частота среза ФНЧ была меньше нижней модулирующей частоты. Для

этого в схеме включения микросхемы заменим номинал конденсатора Сб (рис. 26). Возьмем его Сб=0.1 мкФ. Тогда частота среза ФНЧ будет равна мкФ =100 Гц.

Значительного снижения энергопотребления (при работе на частоте до 600 Мгц) можно достичь, понизив напряжение питания до 3.3...4 В. При этом потребляемый ток уменьшается до 4.. .5 мА и к тому же улучшается чувствительность по ВЧ входу микросхемы.

Произведем расчет автогенератора. Схема автогенератора построена по емкостной трехточечной системе (схема Клаппа). В индуктивную ветвь контура включен конденсатор Сз. Введение конденсатора Сз позволяет применить катушку индуктивности с такой конструкцией и индуктивностью, при которой ее добротность на рабочей частоте будет максимальной. Кроме того, введение емкости Сз уменьшает коэффициент подключения транзистора к контуру, снижая тем самым дестабилизирующее влияние меняющихся параметров транзистора на частоту автогенератора.

Рисунок 8 - Схема автогенератора.

Число бесподстроечных каналов:



6.1 Расчет автогенератора

Использование транзисторов позволяет построить автогенератор (АГ) практически на любую частоту и мощность, что и обусловливает их самое широкое распространение в радиоаппаратуре. АГ является первичным источником гармонического сигнала в любой радиотехнической системе, в первую очередь, в радиопередатчике.

Далее будет рассчитан АГ высокочастотных, т.е., радиочастотных колебаний. Как всякая радиочастотная цепь, интересующий нас АГ строится с использованием индуктивных L и емкостных С элементов. Поэтому такие АГ называют LС- автогенераторами. Отличая этим их относительно низко- частотных RС- автогенераторов.

По техническому заданию требуется, чтобы рабочая частота была 156,8 МГц.

С точки зрения надежности, простоты и доступности было принято решение разработать автогенератор для лабораторного макета на базе биполярного транзистора КТ 368Б, который имеет следующий характеристики:

-максимальный ток коллектора;

- максимальное напряжение коллектор- эмиттер;

- максимальное обратное напряжение эмиттер - база;

-максимальная мощность4

-емкость коллекторного перехода;

-напряжение запирания;

-температура перехода;

- статический коэффициент передачи тока в схеме ОЭ;

с- постоянная времени цепи коллектора;

- рабочая частота.

Далее, определим дополнительные параметры транзистора, необходимые для дальнейшего расчета автогенератора по рекомендациям [1];

Крутизна по переходу:

Зададимся средним током коллектора:, тогда:

Потери в материале базыколлектораи эмиттера:

Сопротивление рекомбинации:

Крутизна статической характеристики коллекторного тока:

Статическая крутизна по базе:

6.1.1 Расчет режима и параметров автогенератора

Расчет ведется согласно методике и формулам из [1]. Принимаем напряжение источника питания цепи коллектора (напряжение смещения)

Задаемся углом отсечки. Который в автогенераторах обычно равен

Берем для этого угла

По графикам (рис.10.5[1]) находим, и затем находим значения коэффициентов обратной связи, соответствующие работе активного элемента в АГ в предельных режимах: К,- по току, К_и-по напряжению, К_р-по мощности рассеяния.

Каждый из них можно выразить через нормированные значения предельно допустимых параметров и некоторые функции, зависящие только от угла отсечки:

Таким образом, в данном случае наиболее жесткое ограничение по К определяется допустимым током. Выбираем Далее определяем:

Напряжение коллектор- эмиттер:

Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:

Выходная мощность:

Сопротивление коллекторной нагрузки:

Проводимость коллекторной нагрузки:

КПД цепи коллектора:

Мощность, рассеиваемая коллектором:

Мощность, рассеиваемая цепью коллектора:

Амплитуда напряжения возбуждения:



Постоянная составляющая коллекторного тока:

Постоянная составляющая базового тока:

6.1.2 Расчет параметров колебательного контура

Автогенератор можно выполнить на основе емкостной или индуктивной трехтонки. В силу того, что емкостная трехточка на базе схемы Клаппа, производит лучшую фильтрацию высших гармоник, примем ее в качестве колебательного контура автогенератора.

Примем параметры контура:

Q_xx- добротность нагруженного контура;

P_кл=0.25-постоянная Клаппа;

з_сц =0.1 -КПД согласующей цепи.

Рис.1. Схема автогенератора Клаппа.

Коэффициент включения:

Суммарный коэффициент включения:

Добротность нагруженного контура:

Характеристическое сопротивление контура р:

Номиналы элемента колебательного контура на рабочей частоте

Емкость контура:

Индуктивность контура:

Расчет элементов цепей питания автогенератора.

Для создания благоприятного и стабильного режима работы автогенератора необходимы дополнительные цепи, которые бы смогли преобразовать общее питающее напряжение 12В в напряжения, меньших значений для эффективной работы транзистора.

Рис.2. Схема автогенератора на основе емкостной трехтонки Клаппа со схемой подачи напряжения.

Напряжение питания автогенератора:

Чтобы обеспечить термостабилизацию падения напряжения на резисторе R-э, стоящим в эмиттерной цепи транзистора, примем:

а смещение перехода база - эмиттер:

Падение напряжения на сопротивлении R₂ не может быть менее чем

Примем тогда сопротивления в цепи делителя:

Сопротивление резистора в цепи эмиттера:

Емкость конденсатора в цепи эмиттера:

Падение напряжения на резисторе Rk стоящем в коллекторной цепи, тогда:

Для обеспечения автосмещения на базе транзистора найдем сопротивление Rb_:



Емкость конденсатора в цепи базы:

6.1.3 Расчет блокировочных элементов

Блокировочные конденсаторы предназначены для блокирования переменной составляющей тока. Их сопротивление на рабочей частоте должно быть много меньше сопротивления контура на этой же частоте. Примем Сбп=22нФ;

Сопротивление разделительных конденсаторов должно быть примерно в 100 раз меньше входного сопротивления транзисторов:

Пример

Блокировочный дроссель выбирается из условия:

7. Расчет надежности радиопередающего тракта

Расчёт надёжности радиопередающего тракта будем проводить по следующей методике:

Отказ любого элемента приводит к отказу всей системы (считается, что все элементы соединены последовательно);

Интенсивность отказов не зависит от времени, поэтому вероятность безотказной работы устройства подчиняется экспоненциальному закону.

Согласно методике расчёта, предложенной в [5] все элементы делятся на группы равной интенсивности отказов в группах:

,

где-интенсивность отказа, j-той группы.

Для группы имеем:,где

-интенсивность отказа;

- поправочный коэффициент, учитывающий условия эксплуатации; - интенсивность отказа 1-го элемента группы (величина постоянная для всех элементов группы).

- поправочный коэффициент, учитывающий нагрузку на детали группы и температуру среды;

N_j- количество элементов с одинаковой интенсивностью отказов (размер} -й группы). Коэффициентыивзяты из таблиц, приведенных для, с учётом коэффициентов нагрузки Кн ориентировочно оцененных элементов по рекомендациям [5].

Итого:

Наработка устройства на отказ тысяч часов.

Статья II.

Статья I. Элементы конструкции	Nj	оj, 10-6/ч	лHJ	al	a2	лoij, 10-6/ч
Резисторы MJ1T	8	0,04	0,8	4	0,72	0,922
Конденсаторы КМ-4а, КМ-6а, КД-2	15	0,15	0,7	4	0,23	1,5
Конденсаторы КТ-4-27ДТ4-22	7	0,02	0,7	4	0,23	0,06
Транзистор кремневый с Ртах <250	2	0,84	0,8	4	0,63	3,39
мВт.
Транзистор кремневый с Ртах <	1	0,5	0,8	4	0,63	1,01
2 Вт.
Транзистор кремневый Ртах	1	0,7	0,8	4	0,63	1,41
>2 Вт.
Дроссели высокочастотные	8	2,1	0,8	4	0,6	24,2
Индуктивности настроечные	6	0,008	0,8	4	0,6	0,092
Плата печатная	1	0,7	1	4	0,4	1,34
Провода соединительные	4	0,015	1	4	0,4	0,29
Соединение пайкой	100	0,01	1,0	4	0,48	0,019

8. Безопасность жизнедеятельности

Радиопередатчики, кроме, может быть, самых маломощных, представляют опасность и могут быть вредными для здоровья обслуживающего персонала или пользователя. Опасность и вредность передатчиков обусловливаются высоким электрическим напряжением, электромагнитным и рентгеновским излучением (при особо больших напряжениях), шумом вентиляторов системы охлаждения, возможностью попадания со стороны антенно-фидерной системы наводок от других передатчиков, грозовых разрядов и статического атмосферного электричества, возможностью возникновения сильной электрической дуги в низковольтных, но мощных цепях при случайном замыкании и др.

Меры обеспечения безопасности работ с передатчиками определены «Правилами техники безопасности при сооружении и эксплуатации радиопредприятий» и другими нормативными документами, которые созданы на основе многолетнего опыта эксплуатации, как отечественного, так и зарубежного. Техника безопасности и охрана труда изучаются в специальном курсе, знакомство с ними проводится в лабораториях и при прохождении производственной практики. Большинство мер технического обеспечения безопасности обслуживающего персонала относится к области механического конструирования передатчика (корпус как средство ограждения высоковольтных цепей и экранирования электромагнитного и рентгеновского излучений; механическая блокировка безопасности) и построения систем управления цепями питания (электрическая блокировка), изучающийся в специальных курсах.В последние десятилетия человечество вынуждено принимать интенсивные меры для защиты воздушной и водной сред, флоры и фауны, да и самого себя от вредного воздействия побочных продуктов различных производств. Многочисленные передатчики, и прежде всего мощные и сверхмощные, оказывают вредное воздействие на окружающую среду. Вредными являются и электромагнитное излучение передатчика, и выбросы тепла из его системы охлаждения, и упомянутое выше рентгеновское излучение. Вред природе наносят выбрасываемые отработанные электрические батареи и выливаемый отработанный электролит аккумуляторов передатчиков небольшой мощности.Во всем мире происходит бурное развитие сетей радиосвязи с подвижными объектами. Этот процесс характеризуется появлением большого числа радиопередатчиков УВЧ мощностью от долей до сотен ватт в наиболее густо населенной местности и непосредственно в руках пользователей. Степень вредного воздействия этих передатчиков на людей сейчас изучается. Безусловными являются рекомендации предельного снижения мощности передатчиков, контроль за распределением электромагнитных полей базовых передатчиков на местности, разумная конструкция и расположение антенны ручной абонентской радиостанции и др.Для уменьшения вредного воздействия передатчиков на окружающую среду прежде всего необходимо разрабатывать радиотехнические системы и системы связи, нуждающиеся в передатчиках возможно меньшей мощности. Необходимо проектировать передатчики с возможно большим полным (промышленным) КПД, что приведет к меньшему тепловому загрязнению среды непосредственно и снизит потребность в энергии питания, т.е., будет способствовать уменьшению вредного воздействия на природу энергетической промышленности. Таким образом, экологические требования не противоречат основным тенденциям развития техники радиопередатчиков.

8.1 Требования к помещениям

В радиотехнической лаборатории условия труда должны обеспечивать эффективную работу умственного и физического труда, максимальную производительность, снизить утомляемость, обеспечить безопасность и гигиену работы радиоинженера. В лаборатории должны поддерживаться комфортные условия работы [7,8].В помещении у работающего персонала не должно возникать чувства тесноты, скованности. По санитарным нормам на каждого работающего должно приходиться 4,5 м² и 15м³. Высота производственного помещения должна быть не менее 3.2 м.Освещение не должно утомлять глаза, хорошо передавать цвета, быть экономичным. При работе с мелкими деталями должно быть индивидуальное освещение рабочего места. Для удаления вредных веществ и лишнего тепла в лаборатории должна быть оборудована приточно-вытяжная вентиляция .Строго должны соблюдаться правила пожаро - и электробезопасности, нормы производственной санитарии.

8.2 Влияние факторов окружающей среды на человека

Сильное влияние на самочувствие человека, следовательно, и на производительность труда, оказывает микроклимат на рабочем месте. При повышенной температуре человек быстро утомляется. Процессы, протекающие в организме человека, убыстряются, что ведет к преждевременному старению. Может возникнуть перегрев организма и наступить тепловой удар. Действие тепла усугубляется повышенной важностью. Так же неблагоприятно сказывается пониженная температура. Движение воздуха в зависимости от его скорости может улучшать или ухудшать самочувствие человека. Естественное освещение положительно влияет не только на зрение, но также тонизирует организм человека в целом и оказывает благоприятное психологическое воздействие. Искусственное освещение применяется при недостаточности естественного. Несоблюдение норм освещенности ведет к ухудшению зрения. Неблагоприятное воздействие на организм человека оказывает вибрация и шум. Их влияние на здоровье человека описано в последующих главах. Вредные вещества, находящиеся в воздухе помещения, проникая в организм человека при дыхании, заглатывании и через кожу, вызывают отравления органов дыхания, сердечно- сосудистой системы, желудочно- кишечного тракта, нервной системы, наследственного аппарата.

8.3 Электробезопасность

Компьютер - обычный электроприемник, работающий от однофазной сети переменного тока 220В, 50Гц. При работе с любым электроприемником может возникнуть опасность поражения электрическим током. Поэтому при эксплуатации электроустановок необходимо соблюдать определенные меры защиты. Прежде всего - это требования к персоналу, занятому работой с ПК. Требуемый допуск по электробезопасности зависит от того, какие операции с оборудованием выполняет сотрудник (ремонт, обслуживание, настройка, управление, пользование). С точки зрения обеспечения требований электробезопасности при выполнении этих работ нет никакой разницы, работает специалист с ПК или с любым иным производственным оборудованием с питанием от сети 220В. Соответственно, никаких дополнительных «компьютерных» требований к группе допуска не существует. Для пользователя ПК (того, кто работает с ПК) достаточно 1 группы допуска в электроустановках, которая присваивается неэлектротехническому персоналу, выполняющему работы, при которых может возникнуть опасность поражения электрическим током. Если работник производит ремонт видеодисплейной техники, обслуживание, настройку, то требования к допуску по электробезопасности ужесточаются. Для персонала, работающего с ПК на ЖК мониторах - II или III группа допуска в электроустановках до 1000В, а с ПК на ЭЛТ - группа допуска в электроустановках выше 1000В. В ПК с мониторами на электронно-лучевых трубках напряжение на самой трубке достигает нескольких десятков киловольт. В связи с этим работа по ремонту этих устройств должна классифицироваться как «работа с напряжением выше 1000В» [19].

Опасность поражения электрическим током существует уже при нарушении правил подключения ПК к питающей сети. Есть определенные правила подключения ПК к питающей сети с точки зрения безопасности человека. Электрическое питание ПК осуществляется через блок питания. Практически каждый блок питания или питающее устройство имеет сетевой фильтр (рис.7.1). Конденсаторы этого фильтра предназначены для шунтирования высокочастотных помех питающей сети на землю через провод зануления и соответствующую трехполюсную вилку и розетку. К розетке подключены три провода: один фазный, второй - нулевой рабочий проводник и (N) третий - нулевой защитный проводник (PE или НЗП) (рис. 26). Нулевой защитный проводник соединен с нулевым проводом сети. В системном блоке и мониторе объединены точки с нулевым потенциалом (на платах). К этой точке присоединен нулевой защитный провод, второй конец которого выведен на замыкающий контакт вилки питающего шнура.

При занулении необходимо быть уверенным в том, что «нуль» не станет фазой. Если же НЗП никуда не подключать, на корпусе системного блока появится напряжение около110В (рис. 2). Это происходит потому, что конденсаторы фильтра работают как емкостной делитель напряжения.

Рис.7.1. Входные электрические цепи блока питания ПЭВМ



Рис. 7.2 Правильное подключение трехполюсной розетки к двухпроводной однофазной сети с заземленным выводом источника тока:

R_о - заземление нейтральной точки источника тока;

TV - источник тока;

Ф - фазный провод;

Н - нулевой провод;

НЗП - нулевой защитный проводник

Рис. 7.3. Условия появления опасного напряжения на корпусе системного блока

Для исключения опасности поражения электрическим током электроустановки должны быть заземлены (занулены).

Схема подключения ПЭВМ к питающей сети согласно классификации Международного электротехнического комитета приведена на рисунке 4. Из рисунка видно, что нулевой защитный проводник (РЕ) выполнен в виде отдельного проводника (N). НЗП связан с заземленной нейтраль [20].



Рис 7.4. Подключение системного блока ПЭВМ к электропитающей сети

R_о- заземление нейтральной точки;

N-нулевой рабочий проводник;

РЕ- нулевой защитный проводник;

СФ- сетевой фильтр;

СБ- системный блок ПЭВМ

Выполнение требований безопасности при эксплуатации персональных компьютеров является обязательным.

8.4 Электромагнитное излучение

Уровни электромагнитных излучений, считающихся безопасными для здоровья, регламентируются нормами MPR II 1990: 10 Шведского национального комитета по измерениям и испытаниям, которые считаются базовыми, и более жесткие нормы ТСО 92, 95 Шведской конференции профсоюзов. Российский нормативный документ Госкомсанэпидемнадзора «Гигиенические требования к видео дисплейным терминалам, персональным электронно-вычислительным машинам и организация работы» полностью совпадают в части уровней ЭМИ с требованиями MPR II (табл. 2).

Допустимые значения не ионизирующих электронно-магнитных излучений

Таблица 7.2

Наименование параметров	Допустимые значения
Напряженность электрического поля - в диапазоне частот 5Гц - 2кГц - в диапазоне частот 2 - 400кГц	25В/м 2,5В/м
Плотность магнитного потока- - в диапазоне частот 5Гц - 2кГц - в диапазоне частот 2 - 400кГц	250нТл 25нТл
Электростатический потенциал экрана видеомонитора	500 В

Напряженность электростатического поля не должна превышать 20кВ/м для взрослых пользователей, 15кВ/м - для детей дошкольных учреждений, учащихся средних специальных и высших учебных заведений.

8.5 Освещение

Из общего объема информации человек получает через зрительный канал около 90%. Качество поступающей информации во многом зависит от освещения. Плохое освещение не только утомляет зрение, но и вызывает утомление организма в целом. В результате снижается производительность труда и увеличивается число ошибок, брака .Естественное освещение -- освещение светом солнца, проникающего через световые проемы в наружных ограждающих конструкциях. Нормы на естественное освещение учитываются при строительстве зданий. Искусственное освещение -- при работе в темное время суток и днем, когда естественного освещения недостаточно, для обеспечения наиболее благоприятных условий зрительной работы принято нормировать минимальную освещенность на наиболее темном участке рабочей поверхности, при выборе необходимых значений освещенности необходимо принимать во внимание следующие показатели: точность зрительной работы, коэффициент отражения рабочей поверхности и контраст объекта различения с фоном. Для освещения помещения применяются газоразрядные лампы низкого и высокого давления: люминесцентные, дуговые ртутные, металлогенные, натриевые, ксеноновые. Лампы накаливания используются только в случае невозможности или технико-экономической нецелесообразности применения газоразрядных источников света.

Искусственное освещение в помещениях с ВДТ и ПЭВМ должно осуществляться системой общего равномерного освещения. В производственных и административно-общественных помещениях, в случае преимущественной работы с документами, допускается применение системы комбинированного освещения.

Освещенность поверхности стола в зоне размещения рабочего документа должна быть 300-500лк.

Следует ограничивать прямую и отраженную блесткость на рабочих поверхностях за счет правильного выбора типов светильников и расположения рабочих мест по отношению к источникам естественного и искусственного освещения.

В качестве источников света при искусственном освещении должны применяться преимущественно люминесцентные лампы типа ЛБ. При устройстве отраженного освещения в производственных и административно-общественных помещениях допускается, применение метало галогенных ламп мощностью до 250Вт. Допускается применение ламп накаливания в светильниках местного освещения. Коэффициент запаса (Кз) для осветительных установок общего освещения должен приниматься равным 1,4.

Общее освещение следует выполнять в виде сплошных или прерывистых линий светильников, расположенных сбоку от рабочих мест, параллельно мышц зрения пользователя при рядном расположении компьютеров.

При периметральном расположении компьютеров линии светильников должны располагаться локализовано над рабочим столом ближе к его переднему краю, обращенному к оператору.Для обеспечения нормируемых значений освещенности следует проводить чистку стекол оконных рам и светильников не реже 2 раз в год и проводить своевременную замену сгоревших ламп.

8.6 Микроклимат

При монтажных работах в воздухе накапливаются вредные токсичные вещества, также как пары свинца, испарения ацетона, спирта. Проникая в организм человека, они пагубно влияют на различные органы. Согласно требованиям санитарных норм [7,8] в воздухе рабочей зоны производственных помещений установлены предельно-допустимые концентрации вредных веществ, утвержденные Минздравом России, превышение которых не допускается.

температура окружающей среды 20...22°С;

относительная влажность 40...60 %;

скорость воздуха, не более, 0,2 м/с .

Одним из способов защиты от вредных веществ является вентиляция. Она снижает концентрацию вредных веществ до допустимой, одновременно она регулирует температуру в помещении.

Для повышения влажности воздуха в помещениях следует применять увлажнители воздуха, заправляемые ежедневно дистиллированной или питьевой водой.

8.7 Краткий эргономический анализ рабочего места

Рабочее место характеризуется рабочей средой, т.е. совокупностью факторов внешней среды. К ним относятся физические, химические, биологические, информационные, социально-психологические и эстетические свойства среды, воздействующие на человека [7,8].Комфортной средой рабочего места называется такое состояние внешней среды на рабочем месте, которое обеспечивает оптимальную динамику работоспособности инженера, хорошее самочувствие и сохранение его здоровья.

Организация рабочего места заключается в выполнении ряда мероприятий, обеспечивающих рациональный и безопасный трудовой процесс, и эффективное использование орудий и предметов труда, что повышает производительность труда и способствует уменьшению утомляемости. Рациональное устройство рабочего места учитывает оптимальную его планировку, степень механизации, автоматизации, положения приборов, инструментов, деталей и др. Рабочее место должно быть удобным как для расчетов и конструирования, так и для монтажа, настройки, измерений. На рабочем столе должно быть достаточно места для расчетов и стоять необходимые для работы приборы. При этом должны быть соблюдены условия организации рабочего места: - достаточное рабочее пространство для работающего человека, позволяющие осуществлять все необходимые движения и перемещения при эксплуатации оборудования; - достаточные физические, зрительные и слуховые связи между работающим человеком и оборудованием;- оптимальное расположение рабочего места в лаборатории;- необходимое естественное и искусственное освещение для выполнения работ;- допустимый уровень акустического шума и вибрации, создаваемых оборудованием;- должны быть предусмотрены необходимые средства защиты работающих от действия опасных и вредных производственных факторов.

При организации рабочего места необходимо принимать во внимание:- рабочую позу;

- конфигурацию и способ размещения индикаторов и приборов;

- потребность в обзоре рабочего места;

...