Транзисторный радиопередатчик

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Московский авиационный институт

Национальный исследовательский университет

Курсовая работа

по предмету: Устройства генерирования и формирования радиосигналов

на тему: Транзисторный радиопередатчик

Выполнил:

Завражин А.Н.

Москва 2015



Содержание

1. Разработка структурной схемы передатчика

2. Расчет оконечного каскада

3. Расчет второго промежуточного каскада усиления

4. Расчет первого промежуточного каскада усиления

5. Выбор автогенератора на микросхеме

Список литературы



1. Разработка структурной схемы передатчика

Разнообразные технические требования к радиопередатчику с амплитудной модуляцией удается удовлетворить, строя передатчик по сложной схеме представленной на рис.1[1]. Подобная схема обычно включает в себя сравнительно маломощный автогенератор, являющийся задающим генератором, промежуточный усилитель, состоящий из одного или нескольких каскадов, и выходной каскад - мощный усилитель.

Рис.1. Блок-схема радиопередатчика с АМ

Промежуточный усилитель обеспечивает мощность, необходимую для возбуждения мощного усилителя, а также позволяет уменьшить влияние изменения режима мощного усилителя на работу автогенератора и тем самым способствовать повышению стабильности частоты колебаний автогенератора. Число каскадов промежуточного усилителя зависит от величины мощности, необходимой для возбуждения мощного усилителя, от величины выходной мощности и коэффициента усиления каждого каскада и от требования к стабильности частоты автогенератора. При выборе количества каскадов промежуточного усилителя желательно ограничиться их меньшим числом. Окончательное число каскадов промежуточного усилителя уточняется при техническом расчете радиопередатчика.

Выбор блок-схемы радиопередатчика предполагает также выбор модуляции с учетом заданного режима работы. При выборе радиопередатчика в режиме амплитудно-модулированных колебаний возможно коллекторная модуляция, модуляция на базу или комбинированная коллекторно-базовая модуляция, осуществляемая, как правило, в последних каскадах.

По заданию глубина модуляции , следовательно,модуляция коллекторная. Поскольку базовая и комбинированная не смогут обеспечить необходимую глубину модуляции.

2. Расчет оконечного каскада

В ТЗ задана мощность передатчика в режиме несущей Вт, рассчитаем максимальную мощность первой гармоники непосредственно на выходе оконечного каскада:

(3.1)

Где - глубина модуляции; - КПД выходной согласующей цепи, .

Вт

Выбор транзистора оконечного каскада производим по следующим определяющим факторам: выходная мощность транзистора ; частота, на которой модуль коэффициента передачи транзистора по току в схеме с ОЭ равен 1, МГц, где , несущая частота передатчика.

В соответствии с вышеперечисленными требованиями выбираем в качестве активного элемента оконечного каскада транзистор 2Т920Б с параметрами:

Uкэдоп, В	Uбэ,В	Iк мах доп, А	Iк0доп, А	Rпк, град/Вт	Tпдоп, град	fн, МГц	fв, МГц
36	4	2	1	20	150	50	200

f, МГц	Pвых, Вт	Kp	Uк0, В	h21э	fгр, МГц	Cк, пФ
175	7	6..12	12,6	1..100	400-1200	12..25

Lб, нГн	Lэ, нГн	Lк, нГн	rнас(ВЧ)	Cэ, пФ
2,6	1,2	2,4	0,8..1,4	61..100

Напряжение питания в режиме несущих колебаний:

(3.2)

Где и принимаем равными единице.

Расчет выполняем для максимального режима, который принимаем граничным, на мощность при напряжении

(3.3)



Расчет для угла отсечки .

(3.4)

(3.5)

Коллекторная цепь.

1) Напряженность граничного режима

(3.6)

2) Амплитуда первой гармоники коллекторного напряжения и тока.

(3.7)

(3.8)

В

А



3) Постоянная составляющая коллекторного, базового и эммитерного токов.

(3.9)

(3.10)

(3.11)

А

А

А

3) Максимальная величина коллекторного тока.

(3.12)

А

Проверка условия:

5) Мощности, потребляемые от источника коллекторного питания и рассеиваемая на коллекторе транзистора.

(3.13)

(3.14)



Вт

Вт

4) КПД коллекторной цепи.

(3.15)

5) Эквивалентное сопротивление коллекторной нагрузки току первой гармоники.

6)

(3.16)

7) Максимальная температура коллекторного перехода.

(3.17)

(3.18)



Базовая цепь.

1)Дополнительное сопротивление между базой и эммитером.

(3.19)

2) Амплитуда базового тока.

(3.20)

(3.21)

3) Максимальное обратное напряжение на эммитерном переходе.

(3.22)

Проверка условия:



4) Напряжение смещения на эммитерном переходе.

(3.23)

5) Активная и реактивная составляющая входного сопротивления транзистора.

(3.24)

(3.25)

(3.26)

(3.27)

(3.28)

(3.29)

(3.30)

Ом

Ом

6) Мощность возбуждения.

(3.31)

8) Коэффициент усиления по мощности.

(3.32)

После определения максимального режима рассчитываем режим несущих колебаний в предположении линейности статической модуляционной характеристики.

(3.33)

В



(3.34)

А

(3.35)

А

(3.36)

(3.37)

Вт

Величины , , , , при переходе к режиму несущих колебаний не меняются.

Средняя за период модуляции мощность, рассеиваемая на коллекторе:

(3.38)

Вт

Расчет цепей питания и смещения.

Цепи питания и смещения должны обеспечить попадание постоянной составляющей тока от источника питания к активному прибору, при этом предотвратить паразитную обратную связь по ВЧ-сигналу через цепи питания и источник питания.

Элементы схемы, подводящие постоянный ток к активному прибору, должны обладать минимальным сопротивлением. Для предотвращения попадания ВЧ-сигнала в источник питания или смещения применяются блокировочные элементы. Блокировочные индуктивности должны обеспечить для переменной составляющей тока очень большое сопротивление. Блокировочные конденсаторы должны обеспечить очень маленькое сопротивление для переменного тока. Для правильного выбора номиналов блокировочных элементов необходимо знать с какими сопротивлениями нужно сравнивать сопротивления этих элементов.

Существуют две основные схемы питания: последовательная и параллельная. Последовательная схема питания применяется преимущественно в ламповых усилителях. Поэтому будем использовать параллельную схему.

При параллельной схеме питания постоянная составляющая тока не проходит через нагрузку активного прибора. Основным достоинством параллельной схемы питания является возможность заземления колебательной системы каскада.

Схема каскада на рис.2.

Рис.2.



Выбор базовой блокировочной индуктивности производится из условия:

(3.39)

нГн

нГн

Выбор базовой блокировочной емкости:

(3.40)

нФ

нФ

Входное сопротивление выходной согласующей цепи равно выходному сопротивлению транзистора.

(3.41)

Ом

Выбор коллекторной блокировочной индуктивности.

(3.42)

мкГн



Выбор коллекторной блокировочной емкости.

(3.43)

пФ

пФ

Разделительный конденсатор отделяет активный прибор каскада от других активных приборов по постоянному току.

(3.44)

нФ

нФ

Цепи смещения.

Существует два основных вида цепей смещения: фиксированное, автоматическое. Фиксированное смещение может осуществляться либо отдельным источником постоянного тока, либо с помощью резистивных делителей. Автоматическое смещение это отрицательное (запирающее) смещение относительно источника питания, осуществляется за счет базового тока транзистора. Как правило в мощных каскадах применяется автоматическое смещение. амплитудный транзистор каскад усиление

(3.45)

Цепи согласования.

При проектировании и расчете ВЧ-цепей блокировочные элементы цепей питания и смещения не учитываются, т.к. правильно подобранные и настроенные блокировочные элементы на работу согласующих цепей не влияют. Согласующие цепи выполняют задачу согласования и трансформирования сопротивления.

КПД согласующих цепей:

(3.46)

(3.47)

В качестве СЦ могут применяться параллельные колебательные контуры полного или частичного включения и ячейки ФНЧ. Сопротивление нагрузки невелико, поэтому используем ФНЧ «П»-типа, в качестве выходной согласующей цепи и «Г»-типа в качестве входной согласующей цепи.

Достоинства СЦ в виде ячеек ФНЧ: возможность согласования низкоомных сопротивлений; полоса пропускания до 30%; КПД от 80%

Недостатки СЦ в виде ячеек ФНЧ:

- относительно низкий уровень фильтрации высших гармоник;

Расчет цепи «П»-типа.

Расчет основан на преобразовании цепочки «П» - типа в 2 встречно включенных цепочки «Г» - типа нагруженных на промежуточное сопротивление. Схема изображена на рис.3.

Рис.3.



Выбираем промежуточное сопротивление исходя из условий:

,

Примем .

(3.48)

(3.49)

(3.50)

(3.50)

(3.51)

(3.52)



(3.53)

(3.54)

(3.55)

(3.56)

(3.57)

(3.58)



Коэффициент фильтрации для второй и третьей гармоник

(3.59)

3. Расчет второго промежуточного каскада усиления

Выходная мощность промежуточного каскада является мощностью возбуждения оконечного каскада, с учетом согласующей цепи.

(4.1)

Для приблизительного расчета примем .

Выбор транзистора оконечного каскада производим по следующим определяющим факторам: выходная мощность транзистора ; частота, на которой модуль коэффициента передачи транзистора по току в схеме с ОЭ равен 1, МГц, где , несущая частота передатчика.



В соответствии с вышеперечисленными требованиями выбираем в качестве активного элемента оконечного каскада транзистор 2Т610Б с параметрами

Транзистор 2Т610А
Uкэдоп, В	Uбэ,В	Iк мах доп, А	Iк0доп, А	Rпк, град/Вт	Tп доп, град	fн, МГц	fв, МГц	Ркдоп, Вт
26	4	0,3		20	150			1,2

f, МГц	Pвых, Вт	Kp	кпд %	Uк0, В	h21э	fгр, МГц	Cк, пФ
400	0,305	6..9,5	60..72	9	50..300	1000	3,8
210	заданная частота			70	1000	3,8

Lб, нГн	Lэ, нГн	Lк, нГн	rнас(ВЧ)	тау н, пс	Sгр	Cэ, пФ
2,5	0,7	2,5	3	3,8..20	0,333333	15

Угол отсечки 90

cos тэта	a0	а1	а3	г0	г1	g1	g2	г0(80)
-0,087	0,334	0,51	0,017	0,363	0,554	1,53	0,578	0,236

Порядок расчета:

(4.2)

(4.3)

Коллекторная цепь.

1) Напряженность граничного режима

(4.4)

2) Амплитуда первой гармоники коллекторного напряжения и тока.

(4.5)

(4.6)

В

А

2) Постоянная составляющая коллекторного, базового и эммитерного токов.

(4.7)

(4.8)

(4.9)

А

А

А



4) Максимальная величина коллекторного тока.

(4.10)

Проверка условия:

5) Мощности, потребляемые от источника коллекторного питания и рассеиваемая на коллекторе транзистора.

(4.11)

(4.12)

6)КПД коллекторной цепи.

(4.13)



7) Эквивалентное сопротивление коллекторной нагрузки току первой гармоники.

(4.14)

8)Максимальная температура коллекторного перехода.

(4.15)

(4.16)

Базовая цепь.

1) Дополнительное сопротивление между базой и эммитером.

(4.17)

2) Амплитуда базового тока.

(4.18)

(4.19)



3) Максимальное обратное напряжение на эммитерном переходе.

(4.20)

Проверка условия:

4)Напряжение смещения на эммитерном переходе.

(4.21)

5)Активная и реактивная составляющая входного сопротивления транзистора.

(4.22)

(4.23)



(4.24)

(4.25)

(4.26)

(4.27)

(4.28)

6) Мощность возбуждения.

(4.28)



7) Коэффициент усиления по мощности.

(4.29)

Расчет цепей питания и смещения.

Применим параллельную схему питания, аналогичную схеме питания в выходном каскаде.

Схема каскада на рис.4.

Рис.4.

Выбор базовой блокировочной индуктивности производится из условия:

(4.30)



мкГн

Входное сопротивление выходной согласующей цепи равно выходному сопротивлению транзистора.

(4.31)

Выбор коллекторной блокировочной индуктивности.

(4.32)

Выбор коллекторной блокировочной емкости.

(4.33)

Разделительный конденсатор отделяет активный прибор каскада от других активных приборов по постоянному току.

(4.34)



Расчет цепи «Г»-типа.

В общем виде цепь «Г»-типа представлена на рис.5.

Рис.5.

Согласуются только активные сопротивления (R, r). Расчет основан на эквивалентности параллельной и последовательной цепей по определенной нагрузочной добротности.

(4.35)

Поскольку разница в согласовываемых сопротивлениях больше одного порядка, используем две цепи «Г»-типа.

Используемые цепи показаны на рис.6.

Рис.6. х1 и х3 - емкости; х2 и х4 - индуктивности



Примем

Сопротивление параллельной и последовательной цепей считаем равным.

Первая цепь «Г»-типа.

(4.36)

при условии R>r, если условие не выполняется, «Г»-цепь располагается конденсатором в сторону бьльшего сопротивления.

(4.37)



(4.38)

(4.39)

(4.40)

(4.41)

(4.42)



Коэффициент фильтрации для 2й и 3й гармоник.

(4.43)

(4.44)

Вторая цепь «Г»-типа.

(4.45)

(4.46)

(4.47)

(4.48)



(4.49)

(4.50)

(4.51)

Коэффициент фильтрации для 2й и 3й гармоник.

(4.52)

(4.53)

Общий КПД согласующих цепей «Г»-типа

(4.54)



4. Расчет первого промежуточного каскада усиления

Выходная мощность первого промежуточного каскада является мощностью возбуждения второго промежуточного каскада с учетом согласующей цепи.

(5.1)

Выбор транзистора оконечного каскада производим по следующим определяющим факторам: выходная мощность транзистора ; частота, на которой модуль коэффициента передачи транзистора по току в схеме с ОЭ равен 1, МГц, где , несущая частота передатчика.

В соответствии с вышеперечисленными требованиями выбираем в качестве активного элемента оконечного каскада транзистор ГТ387 с параметрами:

Транзистор ГТ387
Uкэдоп, В	Uбэ,В	Iк мах доп, А	Ркдоп, Вт
12	4	0,16	0,3

f, МГц	Pвых, Вт	Kp	кпд %	Uк0, В	h21э	fгр, МГц	Cк, пФ
3000	0,022	3	30	7	50	3000	1,7

Lб, нГн	Lэ, нГн	Lк, нГн	Sгр	Cэ, пФ
0,5	0,9	0,9	0,035	4



Угол отсечки 125
cos тэта	a0	а1	а3	г0	г1	g1	g2	г0(55)
-0,574	0,419	0,536	0,042	0,659	0,843	1,28	0,176	0,086

Порядок расчета:

5

Коллекторная цепь.

1) Напряженность граничного режима

(5.2)

2) Амплитуда первой гармоники коллекторного напряжения и тока.

(5.3)

(5.4)

В

А

3) Постоянная составляющая коллекторного, базового и эммитерного токов.



(5.5)

(5.6)

(5.7)

А

А

А

4) Максимальная величина коллекторного тока.

(5.8)

Проверка условия:

5) Мощности, потребляемые от источника коллекторного питания и рассеиваемая на коллекторе транзистора.

(5.9)

(5.10)



6) КПД коллекторной цепи.

(5.11)

7) Эквивалентное сопротивление коллекторной нагрузки току первой гармоники.

(5.12)

8) Максимальная температура коллекторного перехода.

(5.13)

(5.14)



Базовая цепь.

1) Дополнительное сопротивление между базой и эммитером.

(5.15)

2) Амплитуда базового тока.

(5.16)

(5.17)

3) Максимальное обратное напряжение на эммитерном переходе.

(5.18)

Проверка условия:



4) Напряжение смещения на эммитерном переходе.

(5.19)

5) Активная и реактивная составляющая входного сопротивления транзистора.

(5.20)

(5.21)

(5.22)

(5.23)

(5.24)

(5.25)

(5.26)

6)Мощность возбуждения.

(5.27)

7) Коэффициент усиления по мощности.

(5.28)

Расчет цепей питания и смещения.

Применим параллельную схему питания, аналогичную схеме питания во втором промежуточном каскаде.

Схема каскада на рис.7.

Рис.7.



Выбор базовой блокировочной индуктивности производится из условия:

(5.29)

Выбор базовой блокировочной емкости:

(5.30)

Входное сопротивление выходной согласующей цепи равно выходному сопротивлению транзистора.

(5.31)

Выбор коллекторной блокировочной индуктивности.

(5.32)



Выбор коллекторной блокировочной емкости.

(5.33)

Разделительный конденсатор отделяет активный прибор каскада от других активных приборов по постоянному току.

(5.34)

Цепи согласования. Расчет цепи «Г»-типа.

В общем виде цепь «Г»-типа представлена на рис.8.

Рис.8.

Согласуются только активные сопротивления (R, r). Расчет основан на эквивалентности параллельной и последовательной цепей по определенной нагрузочной добротности.

(5.35)



Поскольку разница в согласовываемых сопротивлениях больше одного порядка, используем три цепи «Г»-типа.

Используемые цепи показаны на рис.9

Рис.9.

х1, х3, х5 - емкости; х2, х4, х6 - индуктивности

Примем ,

Сопротивление параллельной и последовательной цепей считаем равным.



Первая цепь «Г»-типа.

(5.36)

при условии R>r, если условие не выполняется, «Г»-цепь располагается конденсатором в сторону бьльшего сопротивления.

(5.37)

(5.38)

(5.39)

(5.40)



(5.41)

(5.42)

Коэффициент фильтрации для 2й и 3й гармоник.

(5.43)

(5.44)

Вторая цепь «Г»-типа.

(5.45)

(5.46)



(5.47)

(5.48)

(5.49)

(5.50)

(5.51)



Коэффициент фильтрации для 2й и 3й гармоник.

(5.52)

(5.53)

Третья цепь «Г»-типа.

(5.54)

(5.55)

(5.56)

(5.57)



(5.58)

(5.59)

(5.60)

Коэффициент фильтрации для 2й и 3й гармоник.

(5.61)

(5.62)

Общий КПД согласующих цепей «Г»-типа

(5.63)



5. Выбор автогенератора на микросхеме

В соответствии с заданием автогенератор должен обеспечивать следующие параметры:

- выходная мощность 1,5 мВт;

- нестабильность частоты ;

- несущая частота 210 МГц;

- выходное сопротивление ;

Тип генератора ГК153-УН: управляемый кварцевый генератор с синусоидальным выходом.

Воспользуемся микросхемой ГК153-УН Н6В9-А2 210МГц.

Общие характеристики.

Общий вид микросхемы рис.7.



Расшифровка условного обозначения Н6В9-А2.

Н - перестройка частоты

6 - точность настройки

В - интервал рабочих температур -10..+50

9 - температурная нестабильность

А - нагрузка 50 Ом

2 - подавление побочных составляющих -20 дБ



Список литературы

1. Грановская Р.А. Радиопередатчик с амплитудной модуляцией на транзисторах. Роспринт МАИ.

2. Конспект лекций.

3. Грановская Р.А. Расчет каскадов радиопередающих устройств. Издательство МАИ 1993 г.

Размещено на Allbest.ru