Проектирование и расчет радиопередающего устройства

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Техническое задание

Спроектировать радиопередающее устройство со следующими параметрами:

Напряжение питания 12 В;

Выходная нагрузка 50 Ом;

Амплитуда входного сигнала 0,2 В;

Входное сопротивление 600 Ом;

Спектр входного сигнала 300 3400 Гц

Шаг перестройки 1 кГц;

Диапазон перестройки по частоте 34 36 МГц;

Выходная мощность 10 Вт;

Диапозон рабочих температур -30 +30С.

Модуляция ЧМ.

2. Анализ технического задания

Главная задача проектирования любого вида РПУ состоит в выборе наиболее эффективных, с технической точки зрения, путей реализации технических условий на проектируемое устройство. Обычно все содержат указания о назначении и условиях эксплуатации проектируемого передатчика, его мощности, диапазона рабочих частот, видах модуляции и т.д.

Обобщенная структурная схема передатчика приведена на рис. 1.



Рис. 1. Структурная схема передатчика: ЗГ - задающий генератор, ДФКД - делитель с фиксированным коэффициентом деления, ФД - фазовый детектор, ГУН - генератор управляемый напряжением, ДПКД - Делитель с переменным коэффициентом деления, УМ - усилитель мощности

Сигнал с выхода делителя частоты поступает на ФД, на который одновременно подается сигнал кварцевого генератора с частотой fo. Выходное напряжение ФД через ФНЧ воздействует на ГУН, который изменяет частоту. В установившемся режиме

fo=fгун/N,

где N-коэффициент деления частоты ДПКД. Изменяя коэффициент деления частоты N, можно изменять частоту колебаний на выходе ГУНа:

fгун=fo*N

Если коэффициент дeлeния N может принимать только значения целых чисел, то шаг частоты будет равен fo, Дальше сигнал подается на УМ.

3. Расчет выходного усилителя мощности

Принципиальная схема усилителя мощности с выходной цепью согласования (рис. 2):



Рис. 2. Принципиальная схема усилителя мощности с выходной цепью согласования

В оконечном каскаде поставим транзистор RD15HHVF1.

Его параметры:

Табл. 1

Параметр	Значение
Rвх, Ом	8.33
fтр, МГц	175
Sкр	2
Кр ,раз	50
Е'отс, В	2
Е, В	12.5
Р, Вт	15

Общий коэффициент усиления по мощности.

Pвых=10 Pгун=0.08

Кр=125

Рассчитаем требуемую от транзистора мощность:

,

где зцс - КПД цепи согласования (?0,7).

Мощность рассеяния транзистора:

,

где з - КПД цепи стока VT1( ?0,7).

Q=70є: cosQ=0,342; a0=0,253; a1=0,436; a2=0,267; a3=0,091; г0= 0,166; г1=0,288.

Коэффициент использования по напряжению:

Амплитуда выходного напряжения:

Uн= жкр*Eп. Uн=7.8

Амплитуда первой гармоники тока стока:

Амплитуда импульса тока стока:



Постоянная составляющая тока стока:

Ico=Iси* a0 Ico=0,06

Мощность, потребляемая цепью стока:

Po=Ico*Eп. Po=25.56

Мощность рассеиваемая на стоке:

Pc=Po-P1 Pc=11.26

КПД цепи стока:

Критическое сопротивление нагрузки:

Входная мощность:

,

где Kp - коэффициент усиления VT1 по мощности (=50 раз).

Входное напряжение на затворе:

,

Rвх - входное сопротивление VT1 (=8.33).

Напряжение смещения на затворе для требуемого угла отсечки:

Eс=E?-Uвх*cosQ,

где E?- напряжение отсечки Ic (=2).

Eс=1.17

Сопротивления делителя смещения:

, Ido=1ma; кОм

кОм

В соответствии со стандартным рядом Е24 принимаем: Rндел=1.7кОм, Rвдел=11 кОм.

Рассчитаем цепь согласования:

Вычисляем q:

q=5

Находим:

,

пФ

В соответствии со стандартным рядом Е24 принимаем: С1=110пФ.

Вычисляем:

,

, нФ

C2=C2c-Cси,

где Cси- емкость сток-исток VT1 (35пФ).

C2=145пФ

В соответствии со стандартным рядом Е24 принимаем: С2=150пФ.

Вычисляем:

Рассчитаем блокировочные элементы:

В соответствии со стандартным рядом Е24 принимаем: Сбл1=1,1пФ, Сбл2=560пФ

4. Расчет предоконечного усилителя мощности

Ставим предоконечный каскад.

Принципиальная схема предоконечного усилителя мощности с выходной цепью согласования аналогична схеме выходного усилителя мощности (рис. 2).

В предоконечном каскаде поставим транзистор MRF134. Его параметры:

Табл. 2

Параметр	Значение
Rвх, Ом	63,9
fтр, МГц	400
Sкр	0,13*10-3
Кр	11
Е'отс, В	3,6
Е, В	28
Р, Вт	5

Общий коэффициент усиления по мощности Pвых=0.3575 Pгун=0.08.

 Кр=4.47

Рассчитаем требуемую от транзистора мощность:

,

где зцс - КПД цепи согласования (?0,7).

Мощность рассеяния транзистора:

,

где з - КПД цепи стока VT1( ?0,7).

Q=70є: cosQ=0,342; a0=0,253; a1=0,436; a2=0,267; a3=0,091; г0= 0,166; г1=0,288.

Коэффициент использования по напряжению:

Амплитуда выходного напряжения:

Uн= жкр*Eп. Uн=10,32

Амплитуда первой гармоники тока стока:



Амплитуда импульса тока стока:

Постоянная составляющая тока стока:

Ico=Iси* a0 Ico=0,0138

Мощность, потребляемая цепью стока:

Po=Ico*Eп. Po=0,7

Мощность рассеиваемая на стоке:

Pc=Po-P1 Pc=0,22

КПД цепи стока:

Критическое сопротивление нагрузки:

Входная мощность:

,

где Kp- коэффициент усиления VT1 по мощности (=20 раз).

Входное напряжение на затворе:

,

Rвх - входное сопротивление VT1 (=63.9).

Напряжение смещения на затворе для требуемого угла отсечки:

Eс=E?-Uвх*cosQ,

где E?- напряжение отсечки Ic (=3,6).

Eс=2,63

Сопротивления делителя смещения:

, Ido=1ma; кОм

кОм

В соответствии со стандартным рядом Е24 принимаем: Rндел=2.7кОм, Rвдел=9.1кОм.

Рассчитаем цепь согласования:

Вычисляем q:

 q=2

Находим:

,

,

Cси - емкость сток-исток VT2 (11пФ)

В соответствии со стандартным рядом Е24 принимаем: С1=62пФ.

Вычисляем:

,

C2=250пФ

В соответствии со стандартным рядом Е24 принимаем: С1=240пФ.

Вычисляем:

мкГн

Рассчитаем блокировочные элементы:



Xдр1=200 *Rd, Xдр1=4.1*105 мкГн

Xдр2=200 * Rскр , Xдр2=10*103 мкГн

В соответствии со стандартным рядом Е24 принимаем: Сбл1=680пФ, Сбл2=1500пФ

5. Фильтрация в цепи согласования

Подавление гармоники:

передатчик транзистор фильтрация

, n=2

- критическое сопротивление нагрузки для 1 гармоники.

,,,,

Для хорошей фильтрации необходимо выполнение условия:



6. Расчет генератора, управляемого напряжением

Рис. 3. Генератор, управляемый напряжением

Автогенератор по схеме емкостной трехточки (С9=Х1, С7=Х2, L3=Х3 - без учета варикапов). VT1 включен по схеме с ОК. R3,R4,R5 - задают рабочую точку VT1. L5 блокирует по ВЧ составляющей базу VT1 от делителя R3,R4. C8 - блокировка по питанию. С5 - развязка по постоянной составляющей рабочих точек VD1 и VD2. C6 - развязка по постоянной составляющей рабочих точек VD1 иVT1. L1 - блокирует по ВЧ составляющей катод VD1 от низкочастотного Uсинт. R1,R2 задают рабочую точку VD2. C4 развязка по постоянной составляющей. L4- развязка по переменной составляющей.

Выберем транзистор BFR93A.

Расчет генератора.

Вычисляем амплитуду тока переменной составляющей на выходе, при работе без отсечки тока (Q=180є):

Uвыхм=I1выхм*Rн, где Uвыхм=2В, Rн=50 Ом.

I1выхм=0.04 А

Выбираем амплитуду импульса тока коллектора:

Iкм=2 I1выхм <Iкмакс.

Iкм=0.08 А

Eсм мин = Uвыхм + Uбэ, где Uбэ=0,7 В.

Eсм мин = 2.7.

,

где 26мв - потенциал.

RЭБ=3,25

,

где a1- коэффициент Берга, при работе без отсечки тока (Q=180є) a1=0,5.

,

, МГц

,

,

где fн - нижняя граница диапазона перестройки, fв- верхняя граница диапазона перестройки.

цк=2р* fв*Cк*rб, цк=0,0147

Определяем нижний предел частоты генерации:

> fв,

значит транзистор выбран верно.

ГГц

Определяем оптимальный коэффициент обратной связи на нижней и верхней частоте диапазона:

,

,

,

А=17,4

Значение добротности индуктивности контура принимаем Q=100.

Рассчитываем среднюю емкость варикапа ГУН:

, пФ

,

Находим:

, ,

и находим C1.

, пФ

В соответствии со стандартным рядом Е24 принимаем: С1=2,7пФ.

, пФ

В соответствии со стандартным рядом Е24 принимаем: С2=3пФ.

Принимаем С1=С9, С2=С7.

b1=2р*fср*C1, b1=0.022

b2=2р*fср*C2, b2=2.355*10-3 - реактивные проводимости.

XL= Q*A/rб* b1*b2, XL=5,2*106 - сопротивление индуктивности контура,

L= XL/2р*fср, L=3.3мГн - индуктивность.

Принимаем L=L3. Амплитуда переменного напряжения на переходе:

Uбэ.м=¦Uэбмакс-Eo¦/ 2

Uбэ.м=0.35

Находим Iкомин= I1выхм=40*10-3,

,

Ток делителя (R3,R4).

Iдел=7Iбо=0.01 тогда:

,

,

В соответствии со стандартным рядом Е24 принимаем: R3=300Ом, R4=820Ом.

Мощность переменного сигнала на нагрузке:

Pгун= I1выхмІ*Rн., Pгун=0.08

Мощность рассеиваемая на транзисторе:

Pрас=(Епит- Iкомин*Rн)* Iкомин<Pкмакс., Pрас=0.07

Выбираем L5=7L=30мГн, для уменьшения шунтирования контура делителем.

Проектируем ЧМ-модулятор с исходными данными:

 =35 МГц - несущая, (300-3400)-диапазон модулирующей частоты, Кг<5%-коэффициент гармоник, ?f=±5кГц-девиация частоты.

Выбор варикапа ЧМ модулятора.

Для уменьшения нелинейных искажений при частотной модуляции следует применять варикап с возможно большей средней емкостью С . Для уменьшения влияния варикапа на стабильность несущей частоты автогенератора желательно, чтобы на частоте генерации добротность Q была достаточно высокой: Q = 50 ... 100.

Расчет режима варикапа: Выберем варикап KB 132, параметры которого указаны в таблице:

Табл. 3

Параметр	значение
Uнч,В	5.5
?Cв,пФ	21
Св, пФ	17
?f,кГц	5

Рабочий диапазон напряжений смещения на варикапе - это диапазон напряжений, при которых р-п-переход закрыт: 0 ... Uдоп., где Uдоп - максимально допустимое напряжение. В этом случае необходимо выполнять следующие соотношения:

Uв мин=E-Uнч-U>0,

Uв макс=E+Uнч+U<Uдоп.

E выбираем на середине линейного участка вольт-фарадной характеристики.

E=5.

Находим Uнч с учетом ограничений указанных выше.

Uнч=3.5.

Из графика находим ?Cв=21 пФ

,

где:

?f- девиация частоты

fср- средняя частота диапазона

?Cв- требуемое изменение емкости

Cв- емкость варикапа в точке Е

kв- коэффициент вклада варикапа в суммарную емкость контура.

, ,

где: C?- полная емкость контура АГ,

,

Т.к. С6 развязывающий конденсатор:

, МОм кОм , С6=0,05пФ

В соответствии со стандартным рядом Е24 принимаем: С6=0,051пФ.

pв- коэффициент включения варикапа в контур.

Ссв= Cв*pв=0,0731пФ, примем С5= Ссв.

В соответствии со стандартным рядом Е24 принимаем: С5=0,068пФ.

Примем RL4=(50-200)* RVD2=1125Ом.

= 7,4Ом

=7,5Ом, при fн=300Гц.

RL1=(50-200)*RVD1= RL4=1125кОм,

=7,5кОм, при fср.

=1,43мкГн =0,17мкФ

=1,43мкГн =0.17нФ

В соответствии со стандартным рядом Е24 принимаем: L4=1,5мкГн, С4=2мкФ, L1=1,5мкГн, С10=0,17нФ.

R1R2=90R1+90R2

R1=7кОм, R2=6,5кОм

В соответствии со стандартным рядом Е24 принимаем: R1=6,8кОм, R2=6,2кОм.

Литература

1. Интегральные микросхемы: справочник / Б.В. Тарабрин, Л.Ф. Лунин, Ю.Н. Смирнов и др.; Под ред. Б.В. Тарабрина. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 528с.

2. Транзисторы для аппаратуры широкого применения: справочник / К.М. Брежнева, Е.И. Гантман, Т.И. Давыдова и др.; Под ред. Б.Л. Перельмана. - М.: Радио и связь, 1982. - 656с.

Размещено на Allbest.ru