Министерство образования Российской Федерации
УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА «РАДИОПЕРЕДАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА»
КУРСОВАЯ РАБОТА
«РАСЧЕТ СВЯЗНОГО ПЕРЕДАТЧИКА 27,2 МГц»
Екатеринбург 2003
Задание
Дано:
Передатчик с частотной модуляцией.
Мощность P1= 2,5 Вт.
Частота f = 27,2 МГц.
EП= 12 В.
Антенна — штырь 1,5 м.
Ф2 = 25 дБ.
составить структурную схему передатчика;
рассчитать режим оконечной ступени;
рассчитать согласующее устройство оконечной ступени с антенной;
пояснить назначение всех элементов схемы.
Структурная схема передатчика
Умножитель
Рис. 1 структурная схема передатчика
УНЧ — усилитель низкой частоты;
УЧ — управитель частоты;
АГ — автогенератор (кварцевый);
У — усилитель;
Умножитель частоты на 2;
ОУ — оконечный усилитель;
СЦ — согласующая цепь.
2. Расчет режима оконечной ступени
2.1 Расчет коллекторной цепи
Паспортные данные:
rнас= 1,73 Ом;
Е'б= 0,7 В;
Iк о доп = 0,8 А.
Определим коэффициент использования выходного напряжения (Uвых)
/>
/>
Возьмем угол отсечки (q) равным 90, тогда a1(q) = 0,5.
Определим амплитуду напряжения коллектора в граничном режиме:
Uкгр = Ек*xгр;
Uкгр = 12*0,86 = 10,32 (В).
Найдем первую гармонику тока коллектора:
/>
Определим постоянную составляющую коллекторного тока:
/>
Определим подводимую мощность P.
P0 = Eк*Iк0,
P0 = 12*0,306 = 3,672 »3,7 (Вт)
Определим мощность, рассеиваемую в виде тепла:
Pк1 = P0 — P1,
Pк1 = 3,7 — 2,5 = 1,2(Вт)
Определим коэффициент полезного действия (h)
/>
Определим сопротивление коллектора (Rк)
/>
2.2 Расчет базовой цепи
Определим сопротивление резистора Rд, включенного по РЧ между базой и эмиттером, которое определяется по следующей формуле:
Rд» b0/2pfТCЭ
Rд » 24/2*3,14*350*106*124*10-12 » 88(Ом)
Значение сопротивления Rбк резистора, включенного по РЧ между коллектором и базой:
Rбк = b0/2pfТCк
Rбк = 24/2*3,14*350*106*12*10-12» 909,46 (Ом)
Рассчитаем амплитуду тока базы:
/>
где c= 1 + g1(q)2pfТCкRк--PAGE_BREAK--
c= 1 + 0,5*2*3,14*350*106*12*10-12*21,5 »1,28
/>
/>
Максимальное обратное напряжение на эмиттерном переходе:
/>
/>
Постоянные составляющие базового и эмиттерного токов:
Iб0= Iк0/b0
Iб0= 0,306/24 = 0,013(А);
Iэ0= Iк0+ Iб0
Iэ0= 0,306 + 0,013 = 0,319 (А).
Напряжение смещения на эмиттерном переходе:
/>
/>
Рассчитаем элементы схемы:
/>
LвхОЭ= 4*10-9 + 4*10-9/1,28 »9,12 (нГн);
/>
Входное сопротивление транзистора (Zвх= rвх+ jXвх):
/>
Входная мощность:
/>
Коэффициент усиления по мощности транзистора:
kp= P1/Pвх
kp= 2,5/0,09=27,78.
3. Расчет штырьевой антенны
3.1 Из конструктивных соображений выбираем радиус штыря:
r= 5*10-3(м)
3.2 Находим волновое сопротивление антенны:
/>
3.3 Входное сопротивление:
/>
4. Расчет согласующего устройства оконечной ступени с антенной
4.1 Расчет трансформатора сопротивления
Емкость С22 предназначена для разделения по постоянной составляющей тока Iк0, реактивное сопротивление ХС22 должно удовлетворять соотношению:
ХC22
XC22 = (wC22)-1= 4Rк/100 Þ
С22 = 100/(4*21,5*2*3,14*27,2*10-6) = 6,8 (нФ);
XL2 >> Rое = 4Rк, (ХL2 = Rое*[50…100])
XL2= wL2 = 4Rк*100 Þ
L2= 4*21,5*100/(2*3,14*27,2*10-6) = 50,3 (мкГн).
Волновое сопротивление:
ZС= 2*21,5 = 43 (Ом).
Ток в линии:
/>
Требуемая индуктивность линии:
/>
где a1, и сходя из допустимой неравномерности АЧХ трансформатора на f=27,2 МГц, равен 0,1.
Uпр = Uк= 10,32 (В).
/>
Исходя из волнового сопротивления линии выбираем кабель КВФ-37:
ZC= 37 Ом;
Спогонная= 120 пФ/м;
b= 2,56 мм (внешний диаметр кабеля);
с = 0,78 мм (внутренний диаметр).
Геометрическая длина линии:
/>
где q продолжение
--PAGE_BREAK--
e— диэлектрическая проницаемость диэлектрика (фторопласт e= 2,1).
/>
Для данного уровня мощности, из условия обеспечения добротности Qне ниже 10 на частоте f, выбираем феррит марки 1000 НМ:
mн= 1000;
Q= 20 при B= 0,01 Тл.
Выбираем многовитковую конструкцию на кольцевом ферритовом сердечнике с типоразмерами:
D= 45 мм;
d= 28 мм;
h= 12 мм.
Средний диаметр феррита:
Dср= 0,5(D+ d),
Dср= 3,65 (мм).
Максимальная магнитная индукция на рабочей частоте:
/>
где P'ф— допустимые удельные тепловые потери в феррите (P'ф£0,3…1,5 Вт/см2).
/>
Выберем Bf= 15*10-3Тл.
V= pDсрS,
V=3,14*3,65*(0,5*1,2*1,7)=11,7 (см3).
/>
V> Vmin
Число витков:
/>
Уточняем Lпр.расч:
/>
pd= 3,14*2,8 = 8,8 (см),
wb= 10*0,256 = 2,56 (см),
следовательно, все витки помещаются на феррит.
/>
Удельные тепловые потери в феррите:
/>
Мощность потерь в феррите:
/>
4.2 Расчет колебательного контура
Для определения номиналов элементов (С23, L3) колебательного контура пересчитаем сопротивление антенны в контур следующим образом:
Рис. 2 Пересчёт сопротивления антенны в контур
Сопротивление на зажимах контура равно 4Rк, добротность контура из конструктивных соображений примем равной 100.
/>Общая емкость контура равна:
/>
Коэффициент включения равен:
/>
Характеристическое сопротивление контура в резонансе:
/>
/>
Далее находим индуктивность контура:
/>
Приведем конструктивный расчет индуктивности L3:
— диаметр провода катушки:
/>
— число витков:
/>
— электрическая прочность катушки:
а) напряжение между соседними витками:
Uв = 2Uк/N
Uв = 2*10,32/3 »6,9 (В).
b) напряженность поля между витками:
E= Uв/(g— d),
E= 6,9/(1,5*2,26- 2,26) »6,1 (В/мм)
Библиографический список
ГЕНЕРИРОВАНИЕ И ФОРМИРОВАНИЕ РАДИОСИГНАЛОВ: Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине “Устройства генерирования и формирования радиосигналов” /Л.И. Булатов, Б.В. Гусев. Екатеринбург: Изд-во УГТУ, 1998.
«Проектирование радиопередатчиков»: Учеб. пособие для вузов/В.В. Шахгильдян, М.С. Шумилин, В.Б. Козырев и др.; Под ред. В.В. Шахгильдяна. — 4 -е изд., перераб. И доп. — М.: Радио и связь, 2000. -656 с.: ил.
РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАДИОПЕРЕДАЮЩИХ УСТРОЙСТВ: Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине “Устройства формирования сигналов” /Л.И. Булатов, Б.В. Гусев. Екатеринбург: Изд-во УГТУ, 1997. 31 с.
М.С. Шумилин, В.Б. Козырев, В.А. Власов Проектирование транзисторных каскадов передатчиков. Учеб. пособие для техникумов. М.: Радио и связь, 1987. — 320 с.: ил.