Радіопередавач з вузькосмуговою частотною модуляцією

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Основна частина

1.1 Аналіз технічного завдання

Проектований пристрій призначений для передачі радіосигналів на діапазон частот від 100 до 500 кГц.

Огляд аналогічних пристроїв

Радіопередавач з вузькосмуговою частотною модуляцією

Радіопередавач, схема якого представлена на рисунку 1.1.1, працює в діапазоні 140-150 Мгц з вузькосмуговою частотною модуляцією. Девіація частоти - 3 кГц. Частота задаючого генератора стабілізована кварцевим резонатором.

Як акустичний перетворювач використовується електретний мікрофон М1 з підсилювачем типа МКЕ-3, "Сосна", МЕК-1, і ін. Живлення на мікрофон поступає через rc-фільтр, що складається з резистора К1 і конденсатора С1. Напруга звукової частоти з виходу мікрофону М1 через розділовий конденсатор С2 поступає на вхід підсилювача звукової частоти (база транзистора VТ1).

Підсилювач звукової частоти зібраний за двохкаскадною схемою з активними елементами на транзисторах VТ1 і VТ2 типа КТ315. Він підсилює і обмежує звуковий сигнал до необхідної амплітуди. Режими роботи транзисторів VТ1, VТ2 по постійному струму встановлюються шляхом підбору опору резистора КЗ. Заданий режим підтримується далі автоматично за допомогою зворотного зв'язку між транзисторами VТ1 і VТ2.

Посилений і обмежений сигнал звукової частоти через rc-фільтр низької частоти, виконаний на резисторах К6, К8 і конденсаторі С4, поступає на варікап VD1 типа КВ109. Під дією змінної напруги змінюється ємкість варікапа VD1, здійснюючи тим самим частотну модуляцію.

Постійна напруга, що знімається з колектора транзистора VT2, задає початковий зсув на варікапі VD1. Задаючий генератор виконаний на транзисторі VT3 типа КТ368, КТ3101. Режим транзистора VT3 по постійному струму визначає резистор К9 в його базовому ланцюзі. Кварцевий резонатор Zq1 використовується на частоту 47-49 Мгц. Контур в колекторному ланцюзі транзистора VT3 налаштований на частоту третьої гармоніки використовуваного кварцевого резонатора.

Високочастотний сигнал поступає в антену через конденсатор малої ємкості С8. Як антена використовується відрізок дроту довгої 40-50 див. Котушка L1 намотується дротом ПЕВ 0,6 мм на корпусі подстроєчного конденсатора С7 і містить 3-4 витки. Виводи котушки припаюються до виводів конденсатора.

Налаштування підсилювача звукової частоти полягає в підборі опору резистора КЗ так, щоб отримати на колекторі транзистора VT2 напругу, рівну приблизно половині напруги джерела живлення. Контур L1, С7 набудовується по максимуму випромінюваної потужності шляхом підстроювання конденсатора С7.

Рис 1.1.1 Схема радіопередавача що працює в діапазоні 140-150 Мгц з вузькосмуговою частотною модуляцією



Радіопередавач з ЧМ в діапазоні частот 100-108 Мгц

Цей радіомікрофон працює в діапазоні 100-108 Мгц з частотною модуляцією. Дальність прийому сигналу сягає близько 50 м. Живлення пристрою здійснюється від джерела живлення від 1,5 до 9 В. Принципова схема представлена на мал. 1. Передавач складається з однокаскадного підсилювача звукової частоти і однокаскадного генератора високої частоти. Задаючий генератор зібраний за поширеною схемою. Частота визначається елементами С4, LI, C5 і міжелектродними ємкостями транзистора VT2. Модулюючий підсилювач виконаний на транзисторі VT1 типа КТ315. Посилений сигнал через конденсатор С2 поступає на емітер транзистора VT2 типа КТ315. Модулюючу напругу викликає зміна ємкості переходу база-емітер транзистора VT2 і, тим самим, здійснює частотну модуляцію задаючого генератора. Сигнал з генератора через конденсатор С6 поступає в антену, як яка використовується відрізок дроту завдовжки 10-40 див. Котушка L1 безкаркасна, намотана на облямовуванні діаметром 3 мм і містить 4 витки дроту ПЕВ 0,6 мм, крок намотування 2 мм.

Рис 1.1.2 Радіопередавач з ЧМ в діапазоні частот 100-108 Мгц

Налаштування радіомікрофону полягає в стискуванні або розтягуванні витків котушки L1 для прийому сигналу в свобод-ном від мовних станцій ділянці УКВ діапазону мовного приймача

Радіопередавачі на тунельних діодах

На рис наведені приклади схем ЧС-передавачів, створених на основі тунельних діодів. Тунельні діоди, як відомо, при деяких режимах володіють негативним динамічним (!!) Опором. Завдяки цій властивості дані елементи можуть виконувати функції генераторів коливань і підсилювачів радіосигналів. Поміщений в ланцюг коливального контуру тунельний діод компенсує втрати і забезпечує генерацію незатухаючих коливань. Найпростіші ланцюга частотної модуляції, декілька додаткових елементів - І ЧС-радіопередавач готовий. Саме так побудовані представлені пристрою.

Дані малопотужні УКХ ЧМ-пристрої забезпечують передачу інформації на відстані декількох десятків метрів при чутливості УКХ-приймача 5-10 мкВ і довжині передавальної антени 1 м - 0.5 м для частот 70-144 МГц (оптимальна довжина антени -1 / 4 довжини радіохвилі). Збільшення частоти дозволяє зменшити довжину антени. Це, разом з простотою конструкції дозволяє створювати надмініатюрні апаратуру. Незважаючи на відносно скромні відстані роботи, дані пристрої можуть представляти певний інтерес.

Рис 1.1.3 Схема ЧС-передавача на тунельно діод з автотрансформаторним включенням антени.

Елементи для схеми УКХ ЧМ-передавача (мал.1.) На тунельному діоді:

R1=33.R2=100,R3=510;

З 1 = 20-40, С2 = 10н-68н, СЗ = 4.7мкФ-20мкФ;

D1 - тунельний діод, наприклад, АІ201А або аналогічні;

LI - безкаркасні, 5 +2 (2вітка від "землі") витків ПЕВ-2 0.8, діаметр котушки 8 мм.

Налаштування.

Змінним резистором R3 встановлюється робоча точка, при якій виникає стійка генерація. Частота встановлюється зміною довжини котушки і величини ємності С1.

.

Рис 1.1.4 Схема ЧС-передавача на тунельно діод з трансформаторним включенням антени.

Елементи для схеми УКХ ЧМ-передавача (рис.2.) На тунельному діоді:

R1=100, R2=300;

З 1 = 20-40, С2 = 10н-68н, СЗ = 4.7мкФ-20мкФ, С4 = 0.1мкФ;

D1 - тунельний діод, наприклад, АІ201А або аналогічні;

L1 - безкаркасні, 7 витків ПЕВ-2 0.8, внутрішній діаметр котушки 8 мм, L2 - безкаркасні, 3 витка ПЕВ-2 0.6, довжина котушки 4 мм, внутрішній діаметр котушки 2.5-3 мм.

Налаштування.

Змінним резистором R1 встановлюється робоча точка, при якій виникає стійка генерація. Частота встановлюється зміною довжини котушки і величини ємності С1.

Зауваження

Наведені схеми ЧС-радіопередавачів мають цікавою особливістю: радіопередавачі досить просто перетворюються на радіоприймачі. Для цього замість мікрофона, звичайно, слід використовувати УНЧ з гучномовцем або телефони (навушники), крім того. можливо буде потрібно змінити режим тунельного діода. Звичайно. чутливість такого радіо буде невелика.

1.2 Структурна схема пристрою та її опис

Структурна схема повинна відображати принцип роботи пристрою в самому загальному вигляді,давати наочне уявлення про послідовності взаємодії функціональних частин у пристрої.

Структурну схему складаємо на підставі інформаційного пошуку.

Для реалізації проектованого пристрою для передачі радіосигналів використовуємо таймер Т1 в режимі задаючого генератора,а Т2-модулятора.

А1: Задаючий генератор

А2: Одновібратор

А3:Резонансний контур



1.3 Розробка принципової схеми пристрою

Рис1.3.1 Функціональна схема таймера

Всередині мікросхеми знаходиться понад 20 транзисторів,15 резисторів і 2 діода(в залежності від виробника ці числа можуть незначно відрізнятися

Рис 1.3.2 Принципова електрична схема таймера LM555



Рис 1.3.2 Призначення виводів ІМС таймерів

LM555 мікросхема таймер з досить хорошими і широкими можливостями. Мікросхему LM555 застосовують від генераторів прямокутних імпульсів із змінною сквапністю і реле із затримкою спрацьовування до складних генераторів ШIМ.

Мікросхема LM 555 виготовлена в DIP8 корпусі габаритні параметри якого представлені нижче



Рис 1.3.3 Види корпусів ІМС таймерів

Табл1.3.1 Параметри інтегральних таймерів



Табл1.3.2 Призначення виводів інтегральних таймерів

Принципова схема є найбільш повною електричною схемою пристрою,на якій зображено всі електричні елементи і пристрої,необхідні для здійснення і контролю в виробі заданих електричних процесів,усі зв`язки між ними,а також елементи підключення,якими закінчуються вхідні і вихідні кола.

Схема електрична принципова наведена у додатку КП 05010201.081.019 Е3

Опис принципу дії принципової схеми

На мікросхемах таймера можна зібрати малопотужний передавач на діапазон частот 100-500 кГц. що працює з амплітудною модуляцією,. Його можна використовувати як безконтактний ключ або в пристроях автоматики

Робоча частота передавача залежить від елементів R1-R2-C1 задаючого генератора на мікросхемі DA1. Друга мікросхема -- типовий одновібратор (що запускається по входу 2), ширина імпульсів в якого залежить від модулюючої напруги (Fмод), що подається на вхід 5 (конденсатор С4 забезпечує розв'язку входу від постійної складової модулюючого сигналу). де підтримують гармонійні коливання. Амплітуда цих коливань залежатиме від ширини імпульсів, що приходять. Неповне включення котушки L1 до DA2/3 знижує вплив низького опору виходу мікросхеми на добротність контура. Котушку можна намотати на феритовому стрижні (будь-якої форми) від СВ або ДВ радіоприймача.

1.4 Вибір режиму роботи та розрахунок основних параметрів ІМС таймера

звуковий транзистор радіопередавач частотний

Мікросхеми аналогових таймерів з 555-й серії популярні завдяки своїй універсальності. Вони можуть працювати в одному з п'яти режимів:

1) режим чекаючий мультівібратор (таку схему називають ще одновібратором);

2) мультивібратор (генератор імпульсів, при чому імпульси можуть мати прямокутну, трикутну та інші форми);

3)керований напругою автогенератори;

4) як буферний елемент з двома стійкими станами на виході, тобто компаратор, що володіє гістерезисом при перемиканні;

5)RS-тригер.

Найбільше застосування в радіоапаратурі знаходять одновібратори і мультивібратори.

Використання інтегрального таймера дозволяє досить просто виконати генератор імпульсів, що забезпечує стабільність частоти не гірше 1%. Для роботи мікросхеми в режимі автогенератора виводи 6 і 2 з'єднуються між собою і підключаються до конденсатора, як це показано на мал. а. В цьому випадку процес заряд-розряд часозадаючого конденсатора С1 проходить циклічно і на виході ми побачимо імпульси з формою меандр (Т1=Т2=0,693*R1*С1). У них період (час одного повного циклу) Т=Т1+Т2, а частота:



F=1/T1+T2=1/(0,693*(R1+R1)*C1)=0,722/R1*C1

При будь-яких інших номіналах інтервали визначаються по формулах:

Т1 = 0,693*R1*С1,

Т2 = [R1*R2/(R1+R2)]*C1*ln[(R2-2*R1)/2*R2-R1]

Розрахунок:

T1=0.693*R1*C1=0.693*1000*0.1*=0.0693

T2=[R1*R2/(R1+R2)]*C1*ln[(R2-2*R1)/2*R2-R1]=[1000*3900/(1000+3900)]*0.1**ln[(3900-2*1000)/(2*3900-1000)]=0.1014

T=T1+T2=0.0693+0.1014=0,1707

F=1/T1+T2=(0.0693/2)+2=0.13605

У сталому режимі інтервал, протягом якого на виході діє високий рівень напруги, визначається співвідношенням

Т1 = 0,693*С1*(R1+R2),

але перший імпульс, що з'являється у момент включення схеми, буде ледве ширший, що видно на графіці. Коли внутрішній транзистор мікросхеми (V14) відкритий, конденсатор С1 розряджається через резистор R2 (виходить, що R2 з'єднується через V14 із загальним дротом). В результаті цього формується другий інтервал Т2 = 0,693*R2*С1. Як тільки напруга на конденсаторі досягає рівня 1/3 Un -- спрацьовує ніжній компаратор. Це заставляє тригер перемкнутися, і на виході (3) знову з'явиться напруга. Транзистор V14 вимкнеться, і конденсатор С1 знову починає заряджати. Цикл заряд-розряд конденсатора періодично повторюватиметься, оскільки компаратори заставляють внутрішній тригер перемикатися. В результаті цього на виході виходить безперервна послідовність прямокутних імпульсів, з періодом:

T=T1+T2 и частотою F = 1//Т.

Частота автогенератора залежить від значень елементів R1, R2 і С1, і її можна розрахувати по формулі:

F=1/(0,693(R1+2*R2)*C1)=1,44/((R1+2*R2)*C1)

F=1/(0.693(1000+2*3900)*0.1*)=0.609

При розрахунках для здобуття розмірності частоти F в герцах (Гц) значення величин R1 і R2 беруться в омах (Ом), а С у фарадах (Ф). Щоб набути розрахункового значення частоти відразу в потрібній розмірності, можна керуватися таблицею. . Для швидкого визначення частоти можна також скористатися діаграмою, приведеною на мал.

Для періодичного сигналу відношення інтервалу, коли на виході присутня напруга до повного періоду, називається скважністю або робочим циклом "duty cycle". Скважність розраховується так: D=Т1/Т (величина безрозмірна або ж вказується у відсотках (%), для чого умножається на 100). Інтервали часу для включеного і вимкненого стану виходу залежать від значень номіналів R1 і R2. Для схеми, показаної на рис. 1.4.1, скважність пов'язана з резисторами наступним чином

D = (R1+R2)/(R1+2-R2)

D=(1000+3900)/(1000+2-3900)=0,405



Табл 1.4.1 Одиниці вимірювання

Рис 1.4.1

Як вже говорилося раніше, нескінченно збільшувати номінали резисторів не можна, -- є обмеження на мінімальний вхідний струм компараторів. Так, при живленні схеми від джерела напруги.



2. Конструкторсько-технічна частина

2.1 Компоновка елементів на друкованій платі

Друкована плата -- пластина, виконана з діелектрика, на якій сформований хоча б один провідний малюнок. На друковану плату монтуються електронні компоненти, і з'єднуються своїми виводами з елементами провідного малюнка паянням, або, значно рідше, зварюванням, у результаті чого збирається електронний модуль (або змонтована друкована плата). Друкована плата проектується індивідуально залежно від електронної схеми і типів корпусів деталей. Елементи друкованого монтажу повинні забезпечувати правильність монтажних з'єднань (відповідність ланцюгів технічній документації, цілісність електричних з'єднань, відсутність коротких замикань), Друковані плати повинні зберігати конструкцію, зовнішній вигляд і електричні параметри в межах норм, а також відповідати технічним умовам на виріб в робочому режимі протягом гарантованого терміну служби. Конструювання друкованих плат складається з наступних основних етапів:

- вивчення технічного завдання на розробку виробу:

- визначення конфігурації і габаритних розмірів ДП;

- визначення раціонального взаємного положення елементів на ДП;

- трасування з'єднань на платі;

- перевірка провідного малюнка друкованої плати;

- розробка конструкторської документації відповідне до вимог Єдиної системи конструкторської документації (ЕСКД)

При розробці друкованих плат використовують автоматизовані методи проектування. При виконанні курсового проекту застосовано систему автоматизованого проектування (САПР) РСАD.

Для розробки друкованої плати потрібна принципова електрична схема, перелік елементів. Для елементів необхідно мати креслення або ескізи елементів, креслення посадочного місця. Перед розміщенням компонентів на плату визначається крок сітки робочого поля. Для компонентів встановлюється крок рівним 1,25 мм. Згідно ГОСТ 23751-79 та технічних вимог, в якості матеріалу друкованої плати вибираємо склотекстоліт СФ1-35-1,5, який застосовується для односторонніх друкованих плат. В курсовому проекті була розроблена одностороння друкована плата, яка включає фрагмент пристрою для передавання радіосигналу(обведений пунктирними лініями на принциповій схемі КП 5.05010201.081.019 ЕЗ) КП 5.05010201.081.019 01. Креслення друкованої плати представлене в графічної частині курсового проекту КП 5.05010201.081.019 СК формату АЗ. Конфігурація і габаритні розміри ДП залежать від габаритних розмірів виробу, що розробляється, електричної схеми, навісних елементів, експлуатаційних вимог, що пред'являються до виробу, техніко-економічних показників. Переважною є прямокутна форма ДП. Визначаємо габаритні розміри друкованої плати 35 мм х 27,5 мм. Визначення діаметру отворів контактних площадок здійснюється, формулою:

d=d_вив+(0,2...0,4)

dвив - діаметри виводів радіоелементів. На друкованій платі знаходяться елементи, які мають наступні діаметри виводів: 0,48; 0,6; 0,3. Визначаємо діаметри отворів:

d1=0,6+0,2=0,8 мм;

d2=0,48+0,2=0,68 мм;

d3=0,3+0,2=0,5мм

Діаметр контактних площадок визначаються відповідно до діаметру отворів.



Розміри контактних площадок:

Діаметр отвору	Діаметр контактних пощадок
0,6	1,5(2,0)
0,48	1,5(2,0)
0,3	1,2(1,7)

На друкованій платі розміщуються такі елементи:

- резистори R1-R6;

- конденсатори С1-С8;

- мікросхеми DA1-DA2;

- Котушка L1.

Габаритні розміри елементів пристрою

Резистори С2-23.

Тип	Розміри (мм)
	Н	D	L	D
С2-23 0,5	9,0	3,2	28	0,6 12,5

Номінал	Розміри (мм)
	L	T	A
1000 пФ	7,5	5,0	5,0
200 пФ	7,5	5,0	5,0
0,1мкФ	5,6	4,0	5,0



Конденсатори К10-17 та К10-17б

Мікросхема КР1006ВИ1

Компоновка елементів на друкованій платі зображена на рис 5.1.1

Рис 5.1.1 Компоновка елементів.

Складальне креслення представлене в графічній частині курсового проекту на аркуші КП 5.05010201.081.019 СК формату АЗ.



2.2 Розробка топології друкованої плати

Процес виготовлення друкованих плат складається з двох основних операцій:

а) створення зображення друкованих провідників (копіюванням зображення з негативу на світлочутливий шар, друкуванням зображення захисною фарбою через сітчастий трафарет або за допомогою офсетної форми);

б) створення струмопровідного шару на ізоляційній поверхні. Широкого поширення набули три методи створення струмопровідного шару:

- хімічний, при якому проводиться витравляння незахищених ділянок фольги, заздалегідь наклеєної на діелектрик;

електрохімічний, при якому методом хімічного осадження створюється шар металу товщиною 1-2 мкм, що нарощується потім гальванічним способом до потрібної товщини. При електрохімічному методі одночасно з провідниками металізують стінки отворів, які можна використовувати як перемички для з'єднання провідників, розташованих на різних сторонах плати;

- комбінований, суть якого полягає в поєднанні хімічного і електрохімічного методів. При використанні комбінованого методу провідники отримують таким, що труїть фольги, а металізовані отвори -електрохімічним методом.

Для виготовлення друкованих плат найширше використовують комбінований і хімічний методи. Хімічний метод забезпечує велику продуктивність, але дозволяє отримати фольгу, розташовану тільки на одній стороні друкарської плати. При цьому не може бути отримана висока щільність монтажу. Крім того, він не може забезпечити таку ж високу надійність паяння, яку дають плати з металізованими отворами, виготовлені комбінованим методом. Тому хімічний метод використовують для отримання односторонніх друкарських плат побутової апаратури. Комбінований метод використовують для отримання одно- і двосторонніх друкарських плат в апаратурі, до якої пред'являють жорсткіші вимоги по надійності.

Для розробка топології друкованої плати необхідно використовувати координатну сітку. Крок координатної сітки в прямокутній системі координат повинен дорівнювати 1,25 чи 2,5 мм .

Всі отвори повинні розташовуватися в вузлах координатної сітки.

Форма і розміри отворів залежать від діаметру і форми виводів електрорадіоелементів. Діаметр отворів, звичайно, повинний бути більшим за діаметр виводу електрорадіоелемента на 0,2 - 0,4 мм. Таке співвідношення визначає умови пайки.

Розробка топології друкованої плати була виконана в ручну в графічному редакторі PCAD PCB. Прототип фотошаблону шару металізації зображене на рис 5.1.2

Рис 5.1.2 Провідники і контактні площадки з боку паяння елементів. Плата друкована представлена в графічній частині курсового проекту на аркуші КП 5.05010201.081.013 01 формату A3.

Размещено на Allbest.ru