Расчет радиотехнического устройства (усилителя мощности)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Основная цель работы - получение необходимых навыков практического расчета радиотехнического устройства (усилителя мощности), обобществление полученных теоретических навыков и формализация методов расчета отдельных компонентов электрических схем.

Усилители электрических сигналов применяются в широкой области современной техники: в радиоприемных и радиопередающих устройствах, телевидении, аппаратуре звукоусиления и звукозаписи, системах звукового вещания, радиолокации, ЭВМ. Как правило, усилители осуществляют усиление электрических колебаний с сохранением их формы. Усиление происходит за счет электрической энергии источника питания. Таким образом усилительные элементы обладают управляющими свойствами.

Усилитель, исследуемый в данной работе, используется в радиотехнических системах различного назначения, в том числе и в системах нелинейной радиолокации, обеспечивая заданный уровень облучения нелинейного элемента.

Это необходимо для получения требуемого минимального уровня изучаемых нелинейным элементом составляющих обогащенного спектра сигнала.

1. Назначение, основные технические характеристики изделия

Реверсивный усилитель мощности изображен на рисунке 1.

Реверс-изменение хода устройства на обратный.

Высокочастотный усилитель имеет универсальное применение.

В режиме приема повышает чувствительнось приемного тракта радиостанции, при этом коэффициент усиления (по напряжению) составляет приблизительно 6…8 дБ. Малошумящий усилитель для повышения чувствительности приемника собран на транзисторе VT5. Диоды, включенные встречно-параллельно, обеспечивают защиту усилителя.

В режиме передачи обеспечивает усиление по мощности примерно на 10 дБ на 50-тиомной нагрузке.

Использование реверсивных узлов позволяет значительно упростить изготовление и настройку любительской связной аппаратуры. В дана схема простого реверсивного усилителя, который имеет усиление +20 дБ как в режиме приема, так и в режиме передачи. В была предложена одна из возможных практических реализаций основной платы (модема) простого трансивера с использованием таких усилителей.

Однако, если усиление 20 дБ вполне приемлемо для режима приема, то в режиме передачи такое усиление часто излишне, особенно если используется кварцевый ФОС с небольшим затуханием в полосе пропускания до 6 дБ. Передающий тракт, как правило, имеет достаточно большие уровни сигнала, которые можно уменьшить без каких-либо последствий для достижения оптимальной работы трансивера.

С этой целью на основе схемного решения был разработан реверсивный усилитель с разным коэффициентом усиления для различных направлений прохождения сигнала (для приема и передачи).

Питание усилителя производится от источника постоянного напряжения +13В/7А.

Рисунок 1 - Реверсивный усилитель мощности.

реверсивный усилитель неисправность мощность

2. Принцип действия реверсивного усилителя мощности

Реверсивные усилители, в основном, используются в связной аппаратуре. Отличает его то, что он может работать в обоих направлениях, то есть вход и выход меняются местами. Например, в радиостанциях один и тот же усилитель может работать как на прием, так и на передачу.

Рассмотрим принцип работы устройства по принципиальной схеме 001Э3 формата А1, которая находится в графической части.

Усилитель мощности-узкополосный, двухкаскадный и однотактный. Собран на транзисторах VT1 и VT2.

Управление режимом прием / передача происходят автоматически при переходе на передачу базовой радиостанции с появлением ВЧ сигнала на входе усилителя. Усилитель и амплитудный детектор, собранный на транзисторе VT3, представляют собой своеобразный VOX по ВЧ.

Электронный ключ на транзистореVT4 управляет работой коммутаций реле прием / передача. В данной конструкции применяется реле типа РЭ-49.

В выходном каскаде используются транзистор КТ930Б. Согласование выходного каскада с антенной и фильтрация высших гармоник обеспечивается П-контуром С5, С6, L1, и С7. Резисторами R1, R2 определяется необходимое согласование с источником сигнала. Коэффициент передачи по мощности может изменятся в небольших пределах и определяется параметрами цепи R3, C1.

Катушка П-контура L1 бескаркасная, диаметром 10 мм и содержит 3 витка эмалированного провода толщиной 1.5 мм. Катушки L2…L3 также бескаркасные, диаметром 6 мм и содержат соответственно 5,6 витков эмалированного провода толщиной 0,6 мм с отвода и от середины. Высоко частотный дроссель типа ДМ-3 мкГ.

3. Технологическая инструкция по настройке, обслуживанию и ремонту усилителя

Настройка усилителя сводится к установке тока потребления 45…50 мА для каждого плеча подбором сопротивления резисторов R2 и R10.

При этом желательно использовать резисторы R4 и R13 с сопротивлением 51 Ом. После установки тока потребления сопротивление этих резисторов увеличивают до 220 Ом. При разработке схемы трансивера следует учесть, что этот усилитель в высокодинамичном аппарате должен быть установлен после кварцевого ФОС (имеется в виду очередность прохождения сигнала в режиме приема в трансивере с реверсивными узлами).

Метод проверки усилителя выбирают исходя из их конструктивных особенностей усилителей. Они состоят из унифицированных функциональных модулей или из отдельных деталей сборочных единиц.

Ход работы при проверки усилителей:

1 убеждится в правильности электрического монтажа модулей и дополнительных элементов (регуляторов, разъемов),

2 убедиться электромагнитной совместимости усилителей с другими блоками (например, ВЧ-блоками телевизионных или радиоприемников).

3 проверить правильность электрического монтажа, исправность различных соединений.

Проверки и настройки

После этого приступают к проверке

Если усилитель находился в ремонте и был восстановлен, то при проверке его параметры должны соответствовать: в период гарантийного срока эксплуатации - параметрам, указанным в ТУ; по истечении гарантийного срока - параметрам, указанным в инструкции по ремонту усилителя. После пяти лет эксплуатации (с момента выпуска) допускается ухудшение

отдельных параметров: общих гармонических искажений - в 1,3 раза; различие стереоканалов по усилению на частоте 1000 Гц - на 1 дБ; взвешенного отношения сигнал - шум - на 6 дБ.

При ремонте усилителя необходимо иметь определенный минимальный набор контрольно-измерительной аппаратуры: генератор звуковых частот (например, ГЗ-118), универсальный осциллограф (например, Cl-77, С1-94, TR4356), любой комбинированный прибор типа тестера (например, Ц4341). Этот список КИА можно дополнить специализированными приборами, такими как измеритель нелинейных искажений (С6-5), измерители параметров транзисторов, микросхем, емкостей, индуктивностей. Наличие всех этих приборов позволяет ускорить процесс ремонта, произвести его более качественно.

4. Расчет надежности изделия

Целью расчёта является определение основных количественных показателей надёжности.

При расчёте делается ряд допущений:

- Считаю, что все элементы включены последовательно, следовательно, выход любого элемента из строя приводит к отказу изделия;

- Считаем, что интенсивность отказов - величина постоянная, это позволяет применять экспоненциальный закон надежности:

P(t)= (4.1)

P(t) - вероятность безотказной работы;

лизд-интенсивность отказа изделия;

t-заданное время.

Расчёт ведем табличным способом. Для этого данные заносятся в таблицу

Таблица 1 - Расчёт надежности

Интенсивность отказов в лабораторных условия л0 берем из таблицы №7-2 [5]

Интенсивность отказов в групповых элементах:

лэлем=ло*К1*К2*К3*N; (4.5)

лизд=?лэлем. (4.6)

лизд=(2100+655+38+200);

лизд=2993*.

1. Полезная нагрузка и полное сопротивление, приведенные к ЭГ:

2. Амплитуда первой гармоники тока ЭГ:

3. Параметры Sn, r_в, S, А, В:

4.

5. Коэффициент разложения г₁, тока ЭГ:

6. По таблицам коэффициентов разложения, например [2], для рассчитанного г₁ получаем cosи?0,122, g₁(и)=1,62.

7. Амплитуда тока базы:

8. Модуль коэффициента передачи по току, приведенный к ЭГ:

9. Пиковое значение обратного напряжения на эмиттере:

12. Составляющие входного сопротивления транзистора для тока первой гармоники:

13. Усиление по мощности:

14. Постоянная составляющая коллекторного тока, мощность, потребляемая от источника питания, электронный КПД коллектора:

15. Мощность рассеяния на транзисторе, входная мощность:

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

Далее определяется средняя мощность рассеяния на транзисторе за период частоты модуляции:

Следует убедиться, что Ррасс мод не превосходит Ррасс доп. Глубина модуляции предоконечного каскада, обеспечивающая стопроцентную модуляцию тока оконечного каскада:

5. Типовые неисправности, методы их поиска, способы устранения

реверсивный усилитель неисправность мощность

Общие положения. При отыскании неисправности в усилителе необходимо соблюдать следующий порядок.

1. Анализ неисправности. Сюда входят выявление внешних признаков неисправности, разбор принципиальной схемы усилителя, установление по схеме предположительно неисправных каскадов, узлов, блоков.

2. Проверка блока питания усилителя (при необходимости). Она включает внешний осмотр монтажа, измерение питающих напряжений на холостом ходу и под нагрузкой, переменной составляющей (коэффициента пульсаций), проверку коэффициента стабилизации.

3. Внешний осмотр монтажа. Осмотру подлежат в первую очередь каскады, узлы, наличие дефектов у которых наиболее вероятно, а также цепи коммутации.

4. Проверка усилительных каскадов, всего усилителя на прохождение сигнала. При этой проверке замеряют режимы работы активных элементов по постоянному току, проверяют осциллограммы в контрольных точках, АЧХ.

При различных дефектах в рассмотренном усилительном каскаде показания вольтметров PV1 - PV4 могут быть следующие.

- Показание PV3 - 15 В, PV2 - нуль, a PV1 - выше 3,6 В. Это означает обрыв вывода или выводов транзистора VT1. Транзистор необходимо выпаять, проверить и заменить.

- Показания PV1 - PV3 одинаковые (меньше 9 В). Это соответствует пробою эмиттерного и коллекторного переходов транзистора VT1. Транзистор необходимо выпаять, проверить и заменить.

- Показания PV1 и PV2 одинаковые (больше 3,6 В), a PV4 равно нулю. Это соответствует пробою эмиттерного перехода. Необходимы проверка и замена транзистора VT1.

- Показания PV1 и PV3 одинаковые (порядка 9 В или немного больше). Это указывает на пробой коллекторного перехода. Необходимы проверка и замена транзистора VT1.

- Показания вольтметров PV1 - PV3 отличаются от указанных на схеме (более чем на ±20%), а напряжение смещения Ј/_б._э выходит за рамки 0,5 - 0,8 В (показание вольтметра PV4). При этом оно может быть меньше 0,5 В, что соответствует режиму отсечки, или больше 0,8 В, что соответствует режиму насыщения транзистора VT1. В этом случае возможны следующие варианты дефектов: транзистор VT1 имеет большой ток утечки - его необходимо выпаять, проверить сопротивления переходов (особенно обратные) и при необходимости заменить; утечка в одном из конденсаторов С1 - СЗ - их необходимо выпаять, проверить и при необходимости заменить; обрыв в одном из резисторов Rl - R4, что случается крайне редко и в большинстве случаев можно определить визуально (корпус дефектного резистора чернеет), дефектный резистор следует выпаять и заменить.

Наиболее характерные неисправности усилительного каскада следующие:

- Отсутствует сигнал на выходе. Причины: обрыв выводов конденсаторов CI, СЗ, транзистора VT1; отсутствует питающее напряжение 15 В.

- Сигнал на выходе с большими нелинейными искажениями. Причина - нарушен режим работы транзистора VT1 по постоянному току (методика проверки описана выше).

- Сигнал на выходе меньше нормы. Причины: занижено напряжение питания; нарушен режим работы транзистора VT1 по постоянному току; конденсатор С2 в обрыве.

- Многие неисправности усилительного каскада могут быть связаны с дефектами монтажа (обрыв печатных дорожек, микротрещины, замыкания, неправильное расположение навесных элементов или монтажных проводов и т.д.).

6. Алгоритм поиска неисправности

Алгоритм поиска неисправностей - это графическое представление последовательности операций, выполняемых радиомехаником при выполнении ремонтно-регулировочных и ремонтно-восстановительных работ при отыскании и устранении неисправностей характерных и возможных для рассматриваемого устройства.

Алгоритм поиска неисправностей составляется на основе схемы электрической принципиальной и дает исчерпывающее представление о возможных неисправностях устройства и причин их возникновения, а также полный перечень необходимых для замены радиоэлементов.

Алгоритм поиска неисправностей используют с целью ускорения

процесса поиска и устранения неисправностей.

Алгоритмы поиска неисправностей представлены в графической части курсового проекта.

Заключение

В процессе работы над курсовым проектом, я рассмотрел принцип работы реверсивного усилителя мощности, типовые характерные неисправности и способы их устранения, разработал алгоритм поиска неисправностей.

Кроме того, в ходе работы я исследовал возможное применение реверсивного усилителя мощности, произвел расчет надежности изделия, электрический расчет оконечного каскада усилителя. Разработал технологическую инструкцию, в которой указал назначение, перечень контрольного оборудования, основные положения требований безопасности.

Таким образом, техническое задание на курсовой проект мною выполнено.

Литература

1. Боровик С.С., Бродский М.А. Ремонт и регулировка бытовой радиоэлектронной аппаратуры. - Минск: Высшая школа. 1989. - 320 с.

2. Виноградов. В.В. Уроки телемастера. Основы телевидения. Устройство и ремонт современных цветных телевизоров. Учебно-справочное пособие. - С-Пб.: Корона принт. 200. - 416 с.

3. Мисюль П.И. Техническое обслуживание и ремонт бытовой аппаратуры. Спецтехнология. - Минск: Высшая школа. 2006. - 332 с.

4. Пашков Д.В. Энциклопедия телемастера. - М.: Наука и техника. 2000. - 314 с.

5. Ошер Д.Н. Регулировка и испытания радиоаппаратуры. Учебник для радиотехнических техникумов. - М.: Энергия. 1978 - 387 с.

6. Устройства генерирования и формирования радиосигналов: учебник для вузов/Л.А. Богачев и др.; под ред. Г.М. Уткина, В.Н. Кулешова и М.В. Благовещенского. 2-е изд, перераб. и доп., - М.: Радио и связь, 1994. - 416 с.

7. Проектирование транзисторных каскадов передатчиков: учеб. пособие для техникумов/М.С. Шумилин, В.Б. Козырев, В.А. Власов. - М.: Радио и связь, 1987. - 320 с.; ил.

8. Радиопередающие устройства связи и вещания/О.Л. Муравьев. - М.:Радио и связь, 1983. - 198 с.

Размещено на Allbest.ru