Синтезаторы частот в технике радиосвязи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство транспорта РФ

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

ГОУ ВПО «Дальневосточный государственный университет путей сообщения»

Кафедра «Автоматика, телемеханика и связь»

6 курс

Контрольная работа

«Радиосвязь на ж/д транспорте»

Выполнил студент:

Полещук Е.В.

Проверил:

Михеев АИ

Хабаровск 2015 г

Содержание

Введение

1. Описание работы синтезатора частот

2. Расчет автогенератора

Заключение

Список литературы

Введение

Развитие современных видов связи выдвинуло новые требования к возбудителям диапазонных передатчиков. Так, применение однополосной связи с подавленной несущей частотой требует обеспечение долговременной стабильности частоты передатчика не хуже 2*10-7. Такую стабильность можно получить только в прецизионных кварцевых генераторах. Диапазон частот возбудителя должен быть таким же, как и в передатчике.

Это привело к созданию однокварцевых схем широкодиапазонных возбудителей, в которых сетка частот образуется в результате суммирования ряда колебаний, полученных путём кратных и дробно - кратных, т.е. когерентных преобразований частоты опорного (прецизионного) кварцевого автогенератора. Поскольку выходные колебания возбудителя образуются в результате синтеза, такие возбудители получили название синтезаторов частоты. В этих возбудителях нестабильность любой частоты определяется только опорным кварцевым генератором. Поэтому стабильность частоты синтезаторов характеризуется величиной порядка 10-7-10-8.

В возбудителях автоматизированных передатчиков число перестраиваемых элементов должно быть минимальным. Существенны время, просто- та и однозначность установки частоты. Возбудитель должен допускать дистанционное управление частотой из удалённого пункта. В связи с этим в синтезаторах применяется декадная система установки частоты, при которой цифры в каждом декадном разряде частоты устанавливаются отдельным переключателем. Чаще всего каждому декадному разряду соответствует свой ряд из десяти частот с требуемым шагом, например: 10 частот с шагом 1 МГц, 10 частот с шагом 100 кгц и т.д. Функциональные узлы, в которых образуется указанный ряд, называются декадными преобразователями соответствующего разряда. Полученные ряды частот суммируются, образуя требуемую сетку в заданном диапазоне частот. В настоящее время существует несколько методов синтезирования сетки частот, например, в данном курсовом проекте фигурирует метод фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), который используется для алгебраического суммирования частот ряда колебаний, для выделения требуемой гармоники из спектра опорной частоты, а так-же для умножения и деления частот колебаний.

Для уменьшения габаритов синтезаторов в них используются транзисторы и полупроводниковые диоды. Обычно на выходе синтезатора обеспечивается напряжение 0,5 - 1 В на нагрузке 50 - 75 Ом. Это соответствует мощности выходных колебаний порядка 10 - 20 мВт.

1. Описание работы синтезатора частот

Синтезатор частот - один из самых распространенных узлов современных радиостанций, сотовых систем радиосвязи, спутниковых систем. Исключительно широко применяются синтезаторы частот в измерительной аппаратуре, высокочастотных генераторах, анализаторах спектров и т.д.

Функциональная схема синтезатора частот:

Выходное напряжение

Генератор, Делитель

управляемый f частоты Fсравнения

напряжением переменным

(ГУН) коэффициентом

деления

Управляющее Код Частотно -

напряжение управления фазовый

детектор

Опорный Делитель

кварцевый fоп частоты с Fсравнения

генератор фиксированным

коэффициентом

деления

Кратко принцип работы синтезатора можно представить следующим образом. ГУН представляет собой обычный LC - автогенератор, в котором емкость контура, определяющего частоту генерации, представлена варикапом. Емкость варикапа, как известно, зависит от напряжения на его электродах.

Опорный генератор выполняется виде кварцевого автогенератора как правило по схеме емкостной трехточки. Остальная часть схемы может рассматриваться как кольцо фазовой автоподстройки (ФАПЧ). Отличием от стандартной схемы ФАПЧ является наличие частотного детектора в этом кольце автоподстройки.

Рассматриваемое устройство совмещает в себе аналоговые и цифровые элементы. Так автогенератор типично аналоговое устройство, а делители, выполненные на синхронизируемых триггерах и цепи управления ими с помощью десятично - двоичного кода представляют собой элементы импульсно - цифровых устройств.

Такие синтезаторы могут работать в режимах ручной перестройки каналов или автоматической перестройки.

В курсовом проекте будем рассчитывать LC - автогенератор и один из элементов делителя частоты - синхронизируемый триггер с общим входом.

2. Расчет автогенератора

Электрический расчёт автогенератора включает в себя энергетический расчёт и расчёт колебательной системы. Эта часть расчёта одинакова для всех схем автогенераторов. Исходными данными для расчёта на заданную мощность являются активная составляющая мощности генератора Pаг и частота колебаний f. Должны быть известны также статические характерис- тики транзистора.

Данные для расчёта автогенератора:

Мощность Pаг= 1 Вт

Частота f = 300 МГц ;

вид автогенератора - LC.

Расчёт начинаем с выбора транзистора. Рабочая частота f должна выбираться в пределах (0,2 - 0,3)fb , граничная частота, при которой модуль коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером равен 0,7.

Определяем граничную частоту транзистора:

 МГц (СВЧ)

Модуль коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером |h21|= 0,7

Исходя из этих данных я выбираю транзистор: КТ 301

Параметры транзистора:

Ток базы: Iб= 85 мкА

Допустимая мощность рассеяния на коллекторе:Pдоп=1,5 Вт

1. Выбор угла отсечки коллекторного тока q:

Так как выбранный мною транзистор имеет класс усиления C, а так же для уменьшения искажений на выходе выбираю q = 80є, что позволяет подачей начального смещения приоткрыть транзистор и сместить рабочую точку из нуля на прямой отрезок входной характеристики транзистора.

2. Нахождение коэффициентов по таблице Берга:

a0= 0,286

a1= 0,472

cosq = 0,174

3. Выбор источника питания:

Так как выбранный мною транзистор является маломощным, следовательно источник питания не должен выдавать большое напряжение. Я выбираю:

Eп= 5 В

4. Расчет коэффициента использования источника питания:

где Sкр - крутизна линии критического режима, выходных характеристик транзистора.



xкр близок к единице, следовательно, Eп выбрано верно.

5. Определение амплитуды напряжения на нагрузке коллекторной цепи:

6. Определение амплитуды первой гармоники тока коллектора:

, А

7. Определение модуля эквивалентного сопротивления нагрузки генератора в критическом режиме:

, Ом

8. Определение амплитуды импульса тока коллектора:

, А

9. Расчет постоянной составляющей тока коллектора:

10. Расчет мощности, потребляемой от источника:

, Вт

11. Расчет мощности, рассеиваемой на коллекторе:

Pк= Pn-Pаг= 0,2-0,1= 0,1 Вт ,Вт

Pдоп= 1,5 Вт

Pк< Pдоп ,следовательно, транзистор выбран верно

12. Нахождение средней крутизны проходной характеристики транзистора:

Для проверки Sср построим проходную характеристику

Это значение совпадает с расчетным, следовательно вычисления проведены верно.

Для дальнейших расчетов определим аппроксимированное значение смещения по проходной характеристике:

Eб'= 0,7 В

13. Вычисление коэффициента положительной обратной связи (из условия баланса амплитуд):

где ЅZэ.крЅ- модуль сопротивления нагрузки, то есть контура. Он равен резонансному сопротивлению конура Rк , которое определяется по формуле:

,

где r = 6 Ом (из справочника);

волновое (характеристическое) сопротивление контура.

Cк= 6*10-12 Ф (из таблицы)

Для нахождения Lк воспользуемся формулой:

,

Гн

Согласно ГОСТ выбираем: L= 45 нГн

, Ом

, Ом

14. Определение значений емкостей C1 , C2 :

(по схеме автогенератора)

При этом ранее рассчитанная ёмкость контура Cк :

Согласно ГОСТ задаем: C1= 250*10-12 Ф

, Ф

Согласно ГОСТ выбираем: C2= 6,2 пФ

15. Определение величины необходимого смещения для реализации данного режима транзистора:

Найдем амплитуду напряжения на базе транзистора:

B

Воспользуемся известным выражением для угла отсечки:

Eб'= 0,7 В (см. в пукте 12)

В

16. Расчет элементов делителя R1 и R2 :

Задаваясь величиной из справочника (R1+R2)= 104 Ом можно определить ток делителя:

 A

Для проверки воспользуемся условием:

Iб= 85*10-6 А (см. параметры транзистора)

расчет выполнен верно

Определим постоянный ток базы, возникающий вследствие нелинейного преобразования напряжения, воздействующего на переход база - эмиттер: синтезатор колебательный автогенератор транзистор

(см. пункт 9)

A

Теперь можно определить R2 :

Ом

Согласно ГОСТ выбираем: R2= 3600 Ом

Ом

Согласно ГОСТ выбираем: R1= 6,4 кОм

17. Вычисление емкости C3 из условия:

t = R2C3< Tк,

где - постоянная времени контура

Резонансную частоту можем определить из выражения:

рад/с

Добротность контура выбираем из справочника:

Q= 100

с

Берем постоянную времени цепи:

t = 10-7 < Tк

Ф

Согласно ГОСТ выбираем: C3= 30 пФ

18. Выбор индуктивности дросселя из соотношения:

Гн

Согласно ГОСТ выбираем: Lдр= 2,5 мкГн

Спецификация

Название элемента	Параметры
Транзистор Т	КТ 301
Резистор R1	МЛТ0,5 6,4 кОм
Резистор R2	МЛТ0,5 3,6 кОм
Конденсатор C1	КСО 250 пФ
Конденсатор C2	КСО 6,2 пФ
Конденсатор C3	КСО 30 пФ
Катушка индуктивности L	ПЭВ2 0,14 35 45нГн
Катушка индуктивности Lдр	ПЭВ2 0,14 35 2,5мкГн

Расчет насыщенного симметричного триггера:

Дано по заданию:

Максимальная частота переключения fmax= 300 МГц

Амплитуда выходного напряжения Um= 1,2 В

Потребляемая мощность P= 0,1 Вт

Амплитуда запирающих импульсов Um вх= 0,3 В

Сопротивление источника Rи= 170 Ом (примем 200 Ом)

1.Выбор типа транзистора:

Критерием выбора служат соотношения:

Гц

Выбираем: f2= 1600 МГц

Допустимое коллекторное напряжение:

Uкэ.допі Um

Um= 1,2 В

Исходя из этих данных выбираем транзистор: КТ 301Ж

Параметры транзистора:

* Структура транзистора: n-p-n

* Рк max - Постоянная рассеиваемая мощность коллектора: 150 мВт;

* fгр - Граничная частота коэффициента передачи тока транзистора для схемы с общим эмиттером: не менее 30 МГц;

* Uкбо max - Максимальное напряжение коллектор-база при заданном обратном токе коллектора и разомкнутой цепи эмиттера: 20 В;

* Uэбо max - Максимальное напряжение эмиттер-база при заданном обратном токе эмиттера и разомкнутой цепи коллектора: 3 В;

* Iк max - Максимально допустимый постоянный ток коллектора:

10 мА=0,01 А;

* Iкбо - Обратный ток коллектора - ток через коллекторный переход при заданном обратном напряжении коллектор-база и разомкнутом выводе эмиттера: не более 10 мкА=0,00001 А;

* h21э - Статический коэффициент передачи тока транзистора в режиме малого сигнала для схем с общим эмиттером: 80... 300;

* Ск - Емкость коллекторного перехода: не более 10 пФ;

* Rкэ нас - Сопротивление насыщения между коллектором и эмиттером: не более 300 Ом.

Определение ЭДС источника питания:

В

Согласно ГОСТ выбираем: Eк= 2 В

3. Определение напряжения смещения:

В

4. Расчет сопротивления нагрузки Rк :

 Ом

Iк0 max= 0,01 А , Ом

Таким образом выбираю:

Rк= 100 Ом

5. Нахождение значений резисторов R1 и R2 :

Ом

Согласно ГОСТ выбираем: R2= 20 Ом

Коэффициент насыщения транзистора S= 1,3 выбираем из справочника.

bmin= 80

2 Ом

Согласно ГОСТ выбираем: R1= 2 Ом

6. Определение значения ускоряющей емкости:

Ф

Согласно ГОСТ выбираем: C1= 3 пФ

7. Определение амплитуд выходного напряжения:

В

8. Выбор коммутирующих диодов Д1 и Д2 :

Я выбирая диоды: КД 407 А

Его параметры:

Динамическое сопротивление Rд= 1 Ом

Ток диодов Iд= 0,5 мкА=

9. Определение длительности запускающих импульсов:

S= 1,3

bmax= 300

bmin= 20 (из задания)



Запирающий ток транзистора:

А

с

10. Определение разрешающего времени триггера:

с

11. Определение емкости разделительного конденсатора:

Входное сопротивление rвх транзистора определим по семейству входных характеристик:



Ом

Ф

Примем Cр= 1 нФ

12. Выбор напряжения E, предотвращающего открывание транзисторов Д1 и Д2 :

ЅEЅ>ЅUm.вхЅ

Um.вх= 0,7 В

Примем E= 1В

13. Выбор значения сопротивления R3 :

= 534,3 Ом

Примем R3= 550 Ом

Название элемента	Параметры
Транзисторы Т1, Т3	КТ 301Ж
Диоды Д1, Д2, Д3	КД 407А
Резистор R1	МОН-2 2 Ом
Резистор R2	МУН-1 20 Ом
Резистор R3	МЛТ0,5 550 Ом
Резистор Rк	МЛТ0,5 100 Ом
Резистор Rи	МЛТ0,5 200 Ом
Конденсатор C1	КСО 3 пФ
Конденсатор Cр	МК90 1 нФ

Заключение

В данном курсовом проекте мы произвели расчет двух элементов: LC- автогенератора и синхронного триггера синтезатора частот, который удов-летворяет современным требованиям, предъявляемым к возбудителям пе-редатчиков, а также познакомились с принципом работы и областью применения синтезаторов частот.

Список литературы

1. Горелов В.А., Волков П.И. «Каналообразующие устройства ж.д. телемеханики и связи» 1986 г.

2. Горюнова Н.Н. «Справочник по полупроводниковым диодам и транзисторам» 1968 г.

3. Перельман П.А. «Транзисторы широкого применения» 1987 г.

4. Минскер Ф.Е. «Справочник сборщика микросхем» 1992 г.

5. Рыжков А.В. «Синтезаторы частот в технике радиосвязи» 1991 г.

6. Шахгильдян В.В. «Проектирование радиопередатчиков» 2000 г.

Размещено на Allbest.ru