Техническое проектирование радиопередающего устройства

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Техническое задание на проектирование радиопередающего устройства

1.1 Технические требования

1.2 Конструктивные требования

2. Выбор и обоснование структурной схемы

3. Выбор и обоснование функциональной схемы

3.1 Выходная цепь (ВЦ)

3.2 Усилитель мощности

3.3 Модулятор

3.4 Датчик сетки частот (ДСЧ)

3.5 Датчик опорной частоты (ДОЧ)

4. Расчет элементов функциональной схемы

4.1 Оконечный каскад

4.1.1 Расчет коллекторной цепи транзистора

4.1.2 Расчет входной цепи

4.1.3 Элементы выходного каскада

4.2 Выходная цепь

4.2.1 Фильтр низких частот

4.2.2 Настроечная цепь

4.3 Генератор, управляемый напряжением

4.3.1 Расчет автогенератора

4.3.2 Расчет цепи управления

4.4 Датчик сетки частот (ДСЧ)

4.4.1 Расчет общих параметров

4.4.2 Расчет переходных процессов

4.5 Опорный кварцевый генератор (ОКГ)

Заключение

Список использованных источников

Введение

Радиопередающие устройства любого вида являются основой всей современной радиотехники. Беспроводная связь любых классов: пейджинговая, сотовая, спутниковая, радиотелефонная и другие - базируется на применении радиопередающих устройств, спроектированных с учетом требований обеспечения различных видов модуляции, диапазонов рабочих частот и выходных мощностей.

Современная ситуация с насыщенностью радиоэфира предъявляет отдельные требования к электромагнитной совместимости проектируемых радиопередающих устройств, обеспечению приемлемого уровня внеполосных излучений и стабильности частоты используемых автогенераторов.

Конъюнктура рынка также диктует условия соблюдения оптимальности массогабаритных показателей конечных устройств, их стоимости, эргономики и технической эстетики, которые также должны непосредственно учитываться в ходе любой серьезной реализации любого технического проекта.

Задание на проектирование радиопередающего устройства

Рабочий диапазон частот	21.5-24 МГц
Средняя мощность в антенне	68 Вт
Вид модуляции	ЧМ
Девиация частоты	60 кГц
Полоса НЧ-сигнала	120-1200 Гц
Активное сопротивление антенны на минимальной частоте	37 Ом
Емкость антенны	19 пФ



1. Техническое задание на проектирование радиопередающего устройства

1.1 Технические требования

Разработать радиопередающее устройство КВ-диапазона с частотной модуляцией.

Рабочий диапазон частот	21.5-24 МГц
Средняя мощность в антенне	68 Вт
Вид модуляции	ЧМ
Девиация частоты	60 кГц
Полоса НЧ-сигнала	120-1200 Гц
Активное сопротивление антенны на минимальной частоте	37 Ом
Емкость антенны	19 пФ
Способ перекрытия частоты	дискретный
Допустимая относительная нестабильность частоты	10-5
Уровень внеполосных излучений B	Не более -60 дБ
Потребляемая мощность	Не более 200 Вт

1.2 Конструктивные требования

Диапазон рабочих температур	0 - +40?С
Атмосферное давление	720±50 мм рт. ст.
Относительная влажность	не более 95±3 %
Габариты	не более 100x400x400 мм
Масса	не более 5 кг



2. Выбор и обоснование структурной схемы

Структурная схема радиопередающего устройства, удовлетворяющего требованиям технического задания, представлена на рисунке 1.

Модулятор (М) формирует сигнал частотной модуляции, а сигналы с частотами f_счн и f_счв, вырабатываемые датчиком сетки частот (ДСЧ), формируют диапазон полезного сигнала в низкочастотной области.

Опорный кварцевый генератор (ОКГ) формирует опорный сигнал с частотой 20 МГц.

В преобразователе частоты (ПЧ) частоты, поступающие с модулятора и ДСЧ, вычитаются, и разность на выходе ПЧ представляет собой ЧМ-сигнал, спектр которого перенесен в область рабочих частот.

Антенна служит для излучения ЧМ-сигнала в окружающее пространство. Согласование выходного сопротивления усилителя и комплексного антенны происходит в выходной цепи - цепи согласования (ЦС), на которую поступает усиленный в 4-х каскадах усилителя информационный сигнал.

Рисунок 1 - Структурная схема ЧМ-передатчика

Структурная схема частотной модуляции состоит из возбудителя, усилителя мощности и выходной цепи.

· Выходная цепь (ВЦ, ЦС) на выходе передатчика предназначена для согласования выходного сопротивления усилителя с антенной нагрузкой, т. е. для трансформации эквивалентного сопротивления нагрузки усилителя в комплексное сопротивление антенны; а также служит для обеспечения заданных частотных характеристик всего усилителя.

· Усилитель мощности (УМ) служит для усиления колебаний, которые формируются на выходе ПЧ, так как амплитуда их достаточно мала и недостаточна для передачи полезного сообщения в пространстве.

· Возбудителем является устройство, в котором формируются гармонические сигналы с заданными частотами и требуемым видом модуляции, подлежащие дальнейшему усилению в УМ. Основными компонентами возбудителя являются: опорный кварцевый генератор, датчик сетки частот, модулятор, преобразователь частот и датчик опорной частоты (ДОЧ).

· Преобразователь частот (ПЧ) позволяет перенести модулированное колебание в диапазон рабочих частот возбудителя. В простейшем случае ПЧ состоит из смесителя и полосового фильтра.

· Смеситель (СМ) - устройство для сложения, вычитания частот, поданных на его входы. В ПЧ он обеспечивает сдвиг (преобразование) полезного сигнала из области частот модулятора в область частот, в которой необходимо передавать сообщение, на постоянное значение без изменения его спектрального состава (соотношения амплитуд гармоник).

· Полосовой фильтр (ПФ) обладает полосой пропускания, совпадающей с полосой пропускания полезного сигнала. Фильтр служит для выделения гармонических составляющих полезного сигнала в заданной области частот и синхронного подавления всех паразитных гармоник.

· Модулятор (М) предназначен для формирования сигнала частотной модуляции (частотный модулятор).

· Датчик сетки частот (ДСЧ) - устройство для формирования когерентных колебаний с требуемой точностью и стабильностью частоты из опорного сигнала, вырабатываемого опорным кварцевым генератором. Причем один из вырабатываемых сигналов дискретно перестраивается по частоте (с требуемыми шагом и скоростью).

· Датчик опорной частоты (ДОЧ) - необходим для формирования ряда колебаний с фиксированными частотами (f₀₁, f₀₂), необходимых для работы модулятора: для получения требуемой модуляции в модуляторе и для переноса по частоте сформированного сигнала в требуемый диапазон рабочих частот возбудителя.

· Опорный кварцевый генератор (ОКГ) представляет собой автогенератор (АГ) малой мощности с кварцевой стабилизацией частоты. Задающий генератор в передатчике служит для формирования всех вспомогательных частот. АГ выполняется на биполярном транзисторе, включенным по схеме с общим эмиттером. Большая крутизна проходной характеристики такого транзистора позволяет уменьшить его связь с внешним колебательным контуром и увеличить стабильность генерируемых частот.



3. Выбор и обоснование функциональной схемы

3.1 Выходная цепь (ВЦ)

Одна из главных задач ВЦ - фильтрация гармоник. Нормы на мощность внеполосных излучений достаточно жесткие, и гармоники выходного тока активного элемента (АЭ) оконечного каскада не должны создавать дополнительных мощностей в нагрузке. В промежуточных усилителях требования к фильтрации гармоник более либеральны. Однако для реализации расчетных режимов ЦС должна быть построена так, чтобы входное напряжение или входной ток следующего каскада были близки к гармоническим.

В нашем случае стоит задача согласования АЭ с нагрузкой в заданной полосе частот. В данной ситуации рабочую частоту можно менять в пределах полосы согласования, причем режим АЭ будет оставаться близким к оптимальному с заданной точностью.

В проектируемом передатчике будет применена наиболее простая схема ЦС, с помощью которой еще удается реализовать требования к полосе согласования и к подавлению высших гармоник. Хотя использование более двух контуров улучшит фильтрацию, это усложнит как саму схему, так и ее расчет.

3.2 Усилитель мощности

С целью достижения высокой стабильности частоты при соблюдении других требований в передатчике используется многокаскадная схема усиления сигнала. В целях соответствия проектируемого устройства техническому заданию, расчет оконечного каскада следует производить с учетом КПД выходной цепи. При заданной мощности в нагрузке P_ср=68 Вт и длине волны 10...30 м, КПД цепи согласования h_цс=0.65, ориентировочное количество каскадов усиления n определяется по формуле:

,

где K_p1=10 - коэффициент усиления по мощности одного каскада для транзисторов не очень высоких частот.

Полученное значение округляется до целого, т. е. до четырех, и получается четырехкаскадный усилитель мощности.

3.3 Модулятор

Индекс модуляции:

.

Средняя частота промодулированного сигнала на выходе генератора, управляемого напряжением (ГУН):

.

Коэффициент деления частоты в петле ФАПЧ:

.

Модулятор предназначен для формирования сигнала частотной модуляции. На выходе модулятора формируется сигнал с частотой f_срм, из которого в тракте преобразования частоты будет сформирован диапазон частот полезного сигнала.

Рисунок 2 - Функциональная схема частотного модулятора

3.4 Датчик сетки частот (ДСЧ)

Синтезатор сетки частот представляет собой систему фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), на вход которой, через делитель частоты, подается сигнал со стабильной частотой от кварцевого автогенератора. В кольце обратной связи находится делитель с переменным коэффициентом деления (ДПКД). Коэффициент деления изменяется при помощи устройства управления (УУ), состоящего из вычитающего счетчика, сумматора и реверсивного счетчика. При нажатии на кнопки управления, находящиеся на передней панели устройства, происходит изменение состояния реверсивного счетчика. Далее выбирается средняя частота модулированного сигнала, а также верхняя и нижняя частоты сетки частот, вырабатываемые ДСЧ. Используется известная номограмма частот.

Задаемся верхним отношением f/f₂=f_в/f_срм=k₁=0.300, тогда средняя частота промодулированного колебания равна:

.

Определяем нижнее отношение:

f/f₂=f_н/f_срм=k₂:

.

Ординатам k₁=0.300 и k₂=0.269 на номограмме соответствуют абсциссы ?₁=0.700 и ?₂=0.730.

Далее можно определить верхнюю и нижнюю поднесущие частоты:

Рисунок 3 - Фрагмент номограммы частот для текущего случая

3.5 Датчик опорной частоты (ДОЧ)

Частота, поступающая с ДОЧ на фазовый детектор:

.

Частота, поступающая на смеситель в модуляторе -

.

Рисунок 4 - Функциональная схема датчика опорных частот



4. Расчет элементов функциональной схемы

4.1 Оконечный каскад

Усилитель мощности строится по схеме с ОЭ на биполярном транзисторе, т. к. биполярные транзисторы позволяют получить более высокий КПД, чем полевые [4, стр. 8]

Рисунок 5 - Схема оконечного каскада

4.1.1 Расчет коллекторной цепи транзистора

Мощность, передаваемая транзистором через цепь согласования в нагрузку, зависит от вида модуляции. Для выбора транзистора необходимо определить рассеиваемую мощность:

.

Выбираем транзистор КТ 927А. Подсчитаем допустимую мощность, рассеиваемую на коллекторе:

.

Т. к. P_рас ? P_{к max} - условие выполняется.

Проверяем частотное соответствие транзистора:

.

- условие выполняется.

При усилении модулированных колебаний необходимо обеспечить угол отсечки q=90? [4, стр. 9]. Тогда коэффициенты разложения синусоидального импульса равны:

a₀=0.319 a₁=0.5 a₂=0.212 g₀=0.319 g₁=0.5

Е_п выберается из условия: Е_п?U_{к max} /2 = 70/2=35. Возьмем типовое значение Е_п=24 В. радиопередающее частотная функциональная транзистор

Амплитуда первой гармоники напряжения на коллекторе:

Максимальное напряжение на коллекторе не должно превышать допустимого:

Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:

.

Максимальный коллекторный ток не должен превышать допустимого:

.

Постоянная составляющая коллекторного тока:

I_{к 0}=a₀•I_кmax=0.319•18.120=5.780 А.

Максимальная мощность, потребляемая от источника коллекторного питания:

.

Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора:

P_рас=P_0max-P_max=138.720-104.615=34.105 Вт ? P_кmax=100 Вт.

Коэффициент полезного действия коллекторной цепи при номинальной нагрузке:

.

Номинальное сопротивление коллекторной нагрузки:

.

4.1.2 Расчет входной цепи

При расчете входной цепи транзистора с ОЭ предполагается, что между базовым и эммитерным выводами транзистора по ВЧ включен резистор с сопротивлением, равным:

Для получения приемлемых расчетных величин в дальнейшем задаемся:

R_доп=4 Ом.

Амплитуда тока базы:

.

.

Амплитуда напряжения возбуждения:

.

Напряжение смещения на эммитерном переходе:

.

Постоянные составляющие токов базы и эмиттера:

.

.

Элементы эквивалентной схемы входного сопротивления транзистора определяются по формулам:

.

.

Входные сопротивления транзистора в эквивалентной схеме:

r_вxOЭ.

RвxOЭ

Активная и реактивная составляющие входного сопротивления транзистора:

Входная мощность:

Коэффициент усиления по мощности транзистора:

4.1.3 Элементы выходного каскада

Определим значения блокировочных емкостей в цепи питания транзистора:

.

.

.

Найдем разделительную емкость:

.

.

Емкость, параллельная R_э, определяется их соотношения X_Сэ" R_э на средней частоте рабочего диапазона:

.

Блокировочная индуктивность:

.

Определим сопротивление эмиттера:

E_кэ=0.1•E_п=0.1•24=2.4 В.

.

Расчет элементов базового делителя:

E_Rдоп=I_{б 0}•R_доп=0.275•4=1.100 В.

I_дел=3•I_{б 0}=3•0.275=0.825 А.

.

.

.

.

.

.

.

4.2 Выходная цепь

4.2.1 Фильтр низких частот

Для подавления высших гармоник и фильтрации первой гармоники в передатчике используется сдвоенный П-образный контур (рисунок 6), позволяющий получить необходимый КПД.

Рисунок 6 - Выходная цепь передатчика

При заданном подавлении второй гармоники B=60 дБ, коэффициент фильтрации внеполосных излучений будет равен:

.

Зададимся добротностью контура по условию Q?Q_max, исходя из максимального значения:

.

Q=10

Зададимся средним значением вспомогательного резистора R_вс=3...6 кОм=4.5 кОм, тогда:

.

Определим значения элементов контуров:

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Так как нагрузка реактивная, то фильтр нагружаем на настроечную цепь [4, стр. 11].

4.2.2 Настроечная цепь

На рисунке 7 приведена схема настроечной цепи.

Рисунок 7 - Схема настроечной цепи

Определим значение емкости связи на нижней частоте:

.

.

Найдем активное сопротивление антенны на верхней частоте [4, стр. 10]:

.

Определим значение емкости связи на верхней частоте:

.

.

Реактивное сопротивление антенны на нижней частоте:

.

Реактивное сопротивление антенны на верхней частоте:

.

Определим значение индуктивности связи на нижней частоте:

X_Lcвн=X_Ccвн+X_Сан=408.044+389.608=797.652 Ом.

.

Определим значение индуктивности связи на верхней частоте:

X_Lсвв=X_Cсвв+X_Cав=455.491+349.024=804.515 Ом.

.

Найдем активное сопротивление антенны на удвоенной нижней частоте:

.

Найдем значение сопротивления емкости связи на удвоенной нижней частоте:

X_{Ссв 2}(2щ_н)= X_{Ссв 2}(щ_н)/2=455.491/2=227.745 Ом.

Найдем значение сопротивления емкости антенны на удвоенной нижней частоте:

X_Ca2(2щ_н)= X_Ca2(щ_н)/2=389.608/2=194.804 Ом.

Найдем значение сопротивления индуктивности связи на удвоенной нижней частоте:

X_{Lсв 2}(2щ_н)= X_{Lсв 2}(щ_н)•2=804.515•2=1609 Ом.

Полное сопротивление антенного контура:

Коэффициент фильтрации:

.

Полученный коэффициент больше заданного (Ф_з=424), значит условие Ф_з ? Ф выполняется.

4.3 Генератор, управляемый напряжением

4.3.1 Расчет автогенератора

Средняя частота генерации:

.

Выберем транзистор, граничная частота и постоянная рассеиваемая мощность на коллекторе которого удовлетворяли бы условиям f_т > 60•f_г, Р_{к max} ? 100...150 мВт.

Выбираем транзистор КТ 3120А.

Задаемся следующими величинами:

Е_к=0.4•U_{к max}=0.4•15=6 В.

I_км=0.3•I_{к max}=0.3•20•10^-3=6 мА.

Рисунок 8 - Принципиальная схема автогенератора

Выберем параметр регенерации П_р=2.5, тогда:

.

.

.

.

.

Постоянная составляющая коллекторного тока:

.

Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:

.

Сопротивление базы транзистора:

.

Входное сопротивление:

.

Средняя крутизна:

.

Амплитуда первой гармоники коллекторного напряжения:

.

Эквивалентное сопротивление нагрузки:

.

Коэффициент обратной связи:

.

Сравниваем полученный коэффициент с коэффициентами обратной связи, соответствующими работе АЭ в предельных режимах по току, напряжению и мощности рассеяния:

.

.

.

.

где g₁ - коэффициент формы тока:

.

.

Таким образом, коэффициент K_ос удовлетворяет неравенству:

Напряжение на базе:

U_б=К_ос•U_{к 1}=0.058•4.65=0.27 B.

Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора:

.

Получили, что условие P_кpac ? P_{к max} выполняется.

Для улучшения стабильности частоты целесообразно выбрать контур с высокой добротностью (Q=100).

Определим добротность нагруженного контура. Приняв коэффициент k'=0.9, получим Q_н=k'•Q=0.9•100=90.

Далее определяем проводимость:

.

Проводимость эквивалентной нагрузки:

.

Сопротивление нагрузки:

.

Зададимся сопротивлением емкости С ₂:

.

r_вх " X_C2 "

1055 " X_{С 2} " 3.78•10^-2

Принимаем X_{С 2}=1 Ом.

На частоте генерации f_ГУНср=19.067 МГц определим величину емкости С ₂:

.

Далее, зная r`=19.4, можем найти индуктивность:

.

.

Найдем значение и сопротивление емкости С ₁:

С ₁=K_oc•C₂=0.058•8.347•10^-9=0.484 нФ.

.

Определим емкость С ₃:

X_C3=r- (X_C1+X_C2)=19.4- (17.683+1)=0.717 Ом.

.

Найдем значение разделительной емкости из условия X_Cp " R_н:

.

.

Найдем значение блокировочной индуктивности из условия X_Lбл " R_эн:

X_Lбл=30•R_эн=30•1631=48 930 Ом.

.

Найдем значение блокировочной емкости из условия X_Сбл " X_Lбл:

.

.

Сопротивление эмиттера:

.

Определим емкость эмиттерного перехода из двойного неравенства:

1/w " R_э•С_э " 2Q_н/w

8.347•10^-9" R_э•С_э " 1.502•10^-6.

Отсюда R_э•С_э=7.552•10^-7.

.

Амплитуда первой гармоники базового напряжения:

.

Постоянная составляющая токов базы и эмиттера:

.

.

Напряжение смещения на базе транзистора:

.

Напряжение питания:

.

Ток базового делителя:

I_дел=(5...10)•I_{б 0}=10•61.28•10^-6=6.128•10^-4 A.

Суммарное сопротивление резисторов R₁ и R₂:

.

Далее из двойного неравенства найдем сопротивление базового делителя, а также резисторов R₁ и R₂:

r_вх " R_б+ " b•R_э

1067 " R_б+(R₁ || R₂) " 37 692

R_общ=R_б+(R₁ || R₂)=20 кОм

Из выражения E_cм=I_дел•R₂-I_{б 0}•R_общ-R_э•I_{э 0} выразим R₂:

.

.

.

R_б=R_общ-R₁ || R₂=20•10³-3409=16 591 Ом.

4.3.2 Расчет цепи управления

Рисунок 9 - Принципиальная схема генератора, управляемого напряжением

Относительная девиация частоты:

.

Управляемым элементом в автогенераторе является варикап КВ 106А. у него определяем среднюю емкость:

.

Емкость варикапа в рабочей точке при номинальном напряжении E_{п ном}=4 В:

.

Общая контурная емкость:

.

Максимальная девиация частоты, допускаемая схемой:

.

Определим коэффициент включения P₂, при котором девиация частоты будет больше исходной:

.

В ходе подстановки различных значений Р ₂ в вышеописанное выражение, мы получили, что значение Р ₂=0.6 дает относительную девиацию в 8.3•10^-3.

Напряжение на варикапе:

.

Найдем коэффициент Р ₁:

.

Управляющее напряжение:

.

Коэффициент нелинейных искажений:

.

Расчет элементов цепи управления:

.

.

.

Найдем значения резисторов:

.

.

.

.

Найдем значения емкостей:

X_{Cбл 2} " R₃

.

X_{Сбл 1} " R₂ || R₃

.

.

4.4 Датчик сетки частот (ДСЧ)

4.4.1 Расчет общих параметров

При использовании оконечного умножителя на 3, частоты ГУНа в ДСЧ, соответственно:

f_ГУНн=18.667 МГц f_ГУНср=19.067 МГц f_ГУНв=19.467 МГц.

Ширина спектра сигнала:

.

Число фиксированных частот в сетке частот (число каналов):

.

Шаг сетки частот (частота дискретизации):

.

Частота опорного генератора равна частоте ОКГ f_ог=f_кв=20 МГц, соответственно, коэффициент деления ДФКД:

.

Найдем нижний и верхний пределы коэффициента деления ДПКД:

.

.

4.4.2 Расчет переходных процессов

Полоса захвата колебаний:

Df_зах=1.5•5•10^-3•f_{г 0}=84.75 кГц.

Перестройка частоты:

Df_пер=f_счв-f_счн=58-55=3 МГц.

Df_пч=(f_счв-f_счн)/n=((58-55)•10⁶)/5=600 кГц.

Df_у=(f_счв-f_счн)/2n=300 кГц.

Нормированная полоса захвата:

g₃=Df_зах/Df_уд=0.26.

m=0.01.

T_у=2•p•Df_y=75.

Рисунок 10 - Пропорционально-интегрирующий ФНЧ

Приняв С=1 мкФ, получим:

.

.

.

Относительная максимальная нестабильность частоты при перестройке на один шаг и весь диапазон соответственно:

.

Время перехода с одной частоты на другую:

.

Принципиальная схема устройства управления и ДПКД приведена на рисунке 11. Логика работы этих устройства следующая. ДПКД состоит из сумматора и счетчика. На сумматор поступают код 66 и код 1…4. С выхода сумматора эта сумма поступает на вход счетчика, затем с выхода счетчика управляющий сигнал поступает на смеситель.

Устройство управления состоит из реверсивного счетчика, двух RS-триггеров и двух схем совпадения (конъюнкторов). Счетчик выдает коды 1…4 на индикатор и ДПКД в зависимости от управляющих сигналов, поступающих на управляющие входы счетчика.

Рисунок 11 - Функциональная схема ДПКД

4.5 Опорный кварцевый генератор (ОКГ)

Рисунок 12 - Принципиальная схема ОКГ

В кварцевом генераторе применяется транзистор с граничной частотой f_т > 60Чf_кв и максимально допустимой рассеиваемой мощностью на коллекторе P=100...150 мВт. Транзистор КТ 3120А имеет граничную частоту 1.8 ГГц и допустимую мощность рассеяния 100 мВт. Кварцевый резонатор имеет следующие параметры: f_кв=20 МГц, L_кв=0.012 Гн, добротность кварца Q_кв=, ТКЧ=0.2Ч10^-6, сопротивление кварца r_кв=15 Ом.

Задаемся следующими параметрами:

Е_к=0.4•U_{к max}=0.4•15=6 В.

I_км=0.3•I_{к max}=0.3•20•10^-3=6 мА.

Выберем параметр регенерации П_р=5, тогда:

.

.

.

.

.

Постоянная составляющая коллекторного тока:

.

Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:

.

Постоянная составляющая тока базы и эмиттера:

.

.

Входное сопротивление:

.

Средняя крутизна:

.

Амплитуда первой гармоники коллекторного напряжения:

.

Эквивалентное сопротивление нагрузки:

.

Коэффициент обратной связи:

.

Сравниваем полученный коэффициент с коэффициентами обратной связи, соответствующими работе АЭ в предельных режимах по току, напряжению и мощности рассеяния:

,

где g₁ - коэффициент формы тока:

.

.

Таким образом, коэффициент K_ос удовлетворяет неравенству:

Напряжение на базе:

U_б=К_ос•U_{к 1}=0.21•5.36=1.12 B.

Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора:

.

Определим время нарастания характеристики Х_кв(n), при n=14.9:

.

Потери в резонаторе при данной обобщенной расстройке n=14.9:

.

X_кв=R_кв• [n•(1-t₀· n)-t₀]=18• [14.9•(1-5.65•10^-3•14.9)- 5.65•10^-3]=13.6 Ом.

Определим емкости С₁ и С₂:

.

.

.

.

Нагруженная добротность:

.

Условие Q_кв > Q_н выполняется.

Допустимая проводимость нагрузки:

.

Сопротивление нагрузки:

.

Определим емкости С_р, С_бл и С_э:

.

.

.

.

Сопротивление эмиттера:

.

Определим емкость эмиттерного перехода из двойного неравенства:

1/w " R_э•С_э " 2Q_н/w

7.957•10^-9" R_э•С_э " 3.899•10^-6

Отсюда R_э•С_э=1•10^-8:

.

Напряжение питания:

.

Ток базового делителя:

I_дел=(5...10)•I_{б 0}=10•46.92•10^-6=4.692•10^-4 A

Суммарное сопротивление резисторов R₁ и R₂:

.

Далее из двойного неравенства найдем сопротивление базового делителя, а также резисторов R₁ и R₂:

r_вх " R_б+ " b•R_э

2784 " R_б+(R₁ || R₂) " 98 000

R_общ=R_б+(R₁ || R₂)=20 кОм.

Напряжение смещения на базе транзистора:

.

Из выражения E_cм=I_дел•R₂-I_{б 0}• R_общ-R_э•I_{э 0} выразим R₂.

.

.

R_б=R_общ-R₁ || R₂=20•10³-5 690=14 310 Ом

Найдем значение блокировочной индуктивности из условия X_Lбл " R_эн:

X_Lбл=30•R_эн=30•2 273=68 190 Ом.

.

Относительная нестабильность частоты генератора определяется температурой окружающей среды и температурным коэффициентом частоты кварцевого резонатора:

.

.

Рисунок 13 - Общий вид разработанного устройства: 1 - кнопка включения питания (ВКЛ/ВЫКЛ); 2 - светодиодный индикатор питания передатчика; 3 - семисегментный четырехразрядный индикатор номера канала; 4 - кнопки переключения каналов; 5 - гнездо для подключения антенны (ВЫХОД); 6 - гнездо для подключения источника внешнего сигнала (ВХОД); 7 - вентиляционные отверстия; 8 - паз для транспортировки; 9 - корпус передатчика



Заключение

В данном курсовом проекте было разработано радиопередающее устройство (РПУ) для передачи информации посредством частотной модуляции.

На основе функциональной схемы произведен расчет основных блоков передатчика.

Для получения необходимой полезной мощности в антенне применяется четырехкаскадный транзисторный усилитель мощности. На выходе усилителя включается цепь согласования, преобразующая реактивное сопротивление антенны в номинальное коллекторное сопротивление транзистора выходного каскада усилителя. Т. к. передатчик работает в некотором диапазоне частот, а не на фиксированной частоте, цепь согласования содержит настроечные емкость и индуктивность, обеспечивающие мануальное управление параметрами согласования. Управление этими элементами происходит при помощи устройства настройки. Расчет выходного каскада усилителя произведен с учетом КПД выходной цепи.

Выходная цепь, представляющая собой сдвоенный П-образный контур, позволяет получить необходимую полосу пропускания и уровень подавления побочных составляющих, соответствующий техническому заданию.

Для формирования ЧМ-колебаний используется принцип зависимости частоты автогенератора от резонансной частоты контура, которая меняется посредством варикапа в цепи управления. При подключении варикапа к контуру АГ, в нем образуется переменное напряжение, которое можно считать гармоническим. В ходе практической реализации данного устройства неизбежным является присутствие паразитных емкостей схемы и появление нестабильности частоты генератора, которая приводит к искажениям результирующего сигнала (искажениям частоты, в которой заложена информация) и сказывается на качестве передаваемого сообщения. Для уменьшения нестабильности частоты стараются получить (выбрать) нагруженную добротность контура, лежащую в диапазоне 40...60, что и было выполнено.

Формирование всех необходимых частот передатчика осуществляется в синтезаторе частот (СЧ), работающем по методу фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). В ходе расчета СЧ были найдены частоты модулированного колебания и поднесущие частоты с учетом таких требований, что при смешении этих частот имеется возможность отфильтровать паразитные гармоники в результирующем сигнале. Для наилучшего подавления паразитных составляющих, которое составляет примерно 72 дБ, был выбран участок прямой на номограмме частот, которую пересекают комбинационные частоты не ниже 7 порядка. Также были найдены коэффициенты деления ДФКД и ДПКД.

Для корректной работы РПУ (а именно, кольца ФАПЧ), необходимо, чтобы полоса захвата сигнала была больше максимально возможных начальных расстроек ГУНа: чем значительнее полоса захвата превышает начальную расстройку, тем меньше длительность переходных процессов в системе ФАПЧ. В свою очередь, полоса удержания системы ФАПЧ должна быть больше полосы захвата. При расчете эти требования были соблюдены.

Результатом расчета СЧ стали определения относительной максимальной нестабильности частоты и времени перехода при перестройке на один шаг и весь диапазон.

По требованиям ТЗ необходимо обеспечить заданную нестабильность частоты в течение длительного промежутка времени. Это достигается прямой стабилизацией частоты АГ посредством кварцевого резонатора. Применение кварца позволяет обеспечить надежную работу на выбранной механической гармонике (основной частоте, с учетом разброса параметров элементов схемы при действии дестабилизирующих факторов), заданную частоту и ее стабильность, мощность в нагрузке.

При расчете, кроме основных параметров, были определены номиналы всех разделительных, блокировочных и других дискретных элементов, которые обеспечивают необходимые режимы работы транзисторов, варикапов (температурный режим, исключение прохождение постоянных и переменных составляющих в соответствующие цепи) и всего устройства в целом.

Таким образом, параметры разработанного в курсовом проекте радиопередающего устройства в полной мере удовлетворяют всем требованиям технического задания.



Список использованных источников

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

2. Проектирование радиопередающих устройств СВЧ: Учебное пособие для вузов / Г.М. Уткин, М.В. Благовещенский, В.П. Жуховицкая и др.; Под ред. Г.М. Уткина - М.: Сов. радио, 1979. - 320 с., ил.;

3. Проектирование транзисторных каскадов передатчиков / М.С. Шумилин, В.Б. Козырев; Под ред. М.С. Шумилина - М., Радио и связь, 1987. - 320 с., ил.;

4. Устройства генерирования и формирования радиосигналов. Методические указания к выполнению курсового проектирования для студентов специальности 200700 - "Радиотехника" / Сост. Н.Н. Лисовская, С.И. Щитников. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 1995. 38 с.

Размещено на Allbest.ru