Курсовая работа на тему:
Связные радиопередающие устройства с частотной модуляцией
Техническое задание
В процессе проектированиярадиопередающего устройства необходимо выполнить следующее:
составить и обосноватьструктурную схему ПРД;
рассчитать режимы работыоконечного каскада;
рассчитать цепи согласованияоконечного каскада с нагрузкой;
рассчитать модулятор (ЧМ);
рассчитать блокировочныеэлементы в оконечном каскаде;
сформировать требования к ИП,привести схемы.
Характеристики передатчика:
Рф = 8 Вт
f = (160 ¸ 180) МГц
WФ = 50 Ом
Df = 10 кГц
/>
ПВИ = -50 дБ
Fмод = (0,3 ¸ 3) кГц
питание сетевое — 220 В, 50 Гц
Введение
Связные радиопередающиеустройства (РПУ) с частотной модуляцией (ЧМ) проектируются для работы на однойфиксированной частоте или в диапазоне частот. В первом случае рабочая частотастабилизируется кварцевым резонатором, а для генерации ЧМ колебаний могут бытьиспользованы как прямой метод управления частотой, так и косвенный. Структурнаясхема передатчика с использованием прямого метода ЧМ изображена на рис.1.
/>
Рис.1 Структурная схемапередатчика с прямой ЧМ
Модулирующее напряжение UWподается на варикап, с помощью которого модулируется по частоте кварцевыйавтогенератор (КГ). Кварцевый генератор работает на частотах 10-15 МГц, затемего частота умножается в n раз до рабочего значения,сигнал подается на усилитель мощности (УМ) и через цепь связи в антенну.
Косвенный метод ЧМ основан напреобразовании фазовой модуляции (ФМ) в частотную при помощи введения в схемуинтегрирующего звена, т.е. фильтра низких частот (ФНЧ). Структурная схемапередатчика с использованием косвенного метода получения ЧМ изображена на рис.2.
/>
Рис.2 Структурная схемапередатчика с использованием косвенного метода ЧМ.
В качестве возбудителядиапазонного передатчика с ЧМ используется синтезатор сетки дискретных частот,ведомый генератор которого управляется двумя варикапами (рис.3).
/>
Рис.3 Структурная схема ЧМпередатчика с синтезатором частоты
Для построения нашего связногопередатчика воспользуемся подобной схемой, но уточним состав и количествовходящих в неё блоков.
В качестве возбудителядиапазонного передатчика с ЧМ используется синтезатор сетки дискретных частот,ведомый генератор которого управляется двумя варикапами (рис.3). На варикап VD1 подается модулирующее напряжение UW, на варикап VD2 — управляющее напряжение системы фазовой автоподстройкичастоты (ФАПЧ). Разделение функций управления объясняется тем, что девиациячастоты под влиянием модулирующего сигнала относительно невелика (3-5 кГц) всравнении с диапазоном перестройки ведомого генератора (ГУН) управляющимсигналом с выхода системы ФАПЧ. Поэтому варикап VD1связан с колебательным контуром ГУНа значительно слабее, чем VD2.Шаг сетки частот на выходе передатчика в зависимости от рабочего диапазонаможет быть 5; 10; 12,5; 25 кГц.
Для повышения устойчивостинеобходимо, чтобы оконечный усилитель как можно меньше влиял на работу ГУНа,поэтому производят их развязку по частоте введением в структуру передатчикаумножителя частоты. В таком случае шаг сетки синтезатора уменьшается в n раз, где n — коэффициент умножениячастоты умножителя.
В данном курсовом проектепроведен анализ диапазонного передатчика ЧМ. В пояснительной запискепредставлены электрические расчеты оконечного каскада, цепи связи с фидером,автогенератора и частотного модулятора, приведены конструктивные расчетыоконечного каскада и цепи связи с фидером. К пояснительной записке прилагаютсячертежи с изображениями полной электрической схемы и конструкцией оконечногокаскада передатчика.
1. Расчет оконечного каскада1.1 Выбор транзистора
Мощность в фидере связногопередатчика, работающего в диапазоне 160 — 180 МГц, равна 8 Вт. Примем величинуКПД цепи связи: hЦС = 0,7. Мощность,на которую следует рассчитывать оконечный каскад, равна:
Р1макс = РФ/hЦС = 8/0,7 = 11,43 Вт.
Справочная величина мощности,отдаваемой транзистором, должна быть не менее 10 Вт.
Как правило, для генерациизаданной мощности в нагрузке в определенном диапазоне частот можно подобратьцелый ряд транзисторов. Из группы транзисторов нужно выбрать тот, которыйобеспечивает наилучшие электрические характеристики усилителя мощности.
При выборе типа транзистораусилителя мощности (УМ) учтем следующее:
для снижения уровня нелинейныхискажений транзистор должен удовлетворят условию 3. fт/ βо > f;
выходная мощность транзистора Рвых> Р1макс.
Коэффициент полезного действиякаскада связан с величиной сопротивления насыщения транзистора — rнас. Чемменьше его величина, тем меньше остаточное напряжение в граничном режиме и вышеКПД генератора.
Исходя из этих условий, выбираемтранзистор 2Т909А, имеющий следующие параметры:
1. Параметры идеализированныхстатических характеристик:
сопротивление насыщениятранзистора на высокой частоте rнас »0,39 Ом;
коэффициент усиления по току всхеме с ОЭ на низкой частоте (f→0) βо= 32;
сопротивление базы rб = 1,0 Ом;
сопротивление эмиттера rэ = 2,0 Ом;
2. Высокочастотныехарактеристики:
граничная частота усиления потоку в схеме с ОЭ fт =570 МГц;
емкость коллекторного перехода Ск= 30 пФ;
емкость эмиттерного перехода Сэ= 244 пФ;
индуктивности выводов LБ = 2,5 нГн, LЭ= 0,2 нГн, LК = 2 нГн;
3. Допустимые параметры:
предельное напряжение наколлекторе Uкэ доп = 60 В;
обратное напряжение наэмиттерном переходе Uбэ доп = 3,5 В;
постоянная составляющаяколлекторного тока Iко. доп = 2 А;
максимально допустимое значениеколлекторного тока Iк. макс. доп= 4 А;
диапазон рабочих частот 100 — 500 МГц;
4. Тепловые параметры:
максимально допустимаятемпература переходов транзистора tп. доп= 160 ºС;
тепловое сопротивление переход — корпус Rпк= 5 ºС/Вт;
5. Энергетические параметры
Pвых = 17 Вт;
Ек = 28 В;
h= 45 — 75%;
Кр = 1,7;
Режим работы — класс В.
Т.к. УМ должен усиливать сигналс минимальными искажениями, т.е. иметь линейную амплитудную характеристику, и,кроме того, возможно больший КПД, примем угол отсечки коллекторного тока q = 90° (класс В). Приэтом
/> - коэффициенты Берга.1.2 Расчет коллекторной цепи
1. Амплитуда первой гармоникинапряжения на коллекторе в критическом режиме
/>В
2. Максимальное напряжение наколлекторе
/>В
Т.к. не выполняется условие />, необходимо уменьшить Еk, выберем стандартное постоянное питающеенапряжение равным 24 В. А также, если Еkвыбирать равным наибольшему предельно допустимому для данного типа транзистора,то следует ожидать существенного снижения его надежности из-за опасности пробоя.
Тогда
/>В
и />В.
3. Амплитуда первой гармоникиколлекторного тока
/>А
4. Постоянная составляющаяколлекторного тока
/>А;
5. Максимальная мощность,потребляемая от источника коллекторного напряжения
/>Вт
6. КПД коллекторной цепи приноминальной нагрузке
/>
7. Мощность, рассеиваемая наколлекторе транзистора
/>Вт
8. Сопротивление коллекторнойнагрузки
/>Ом
1.3 Расчет входной цепи
1. Предполагается, что междубазой и эмиттером активного элемента (АЭ) по радиочастоте включен резистор RД, предназначенный для устранения «перекосов»в импульсах коллекторного тока.
/>/>
/>= 36,62 Ом
Между базой и коллекторомвключается Rос
/>/>
/>/>= 297,83 Ом
2 Коэффициент уменьшениякоэффициента усиления по току:
/>,/> />
c=/>= 2,27
Рис.4 Входная цепь АЭ
Амплитуда тока базы:
/>= 1,34 А
3. Максимальное обратноенапряжение на закрытом эмиттерном переходе:
/>= 4,41 В
где E' — напряжение отсечки транзистора.
Т.к. Uбэ.макс > Uбэ доп = 3,5 В,необходимо уменьшить сопротивление Rд, чтобывыполнялось соотношение Uбэ. макс Uбэ доп.
Rд= />
Rд =30,11 Ом, тогда Uбэ. макс=3,5 В.
4. Постоянные составляющиебазового и эмиттерного токов:
/>=20 мА
Iэ0=Iко+Iбо=0,63+0,02=0,65А
5. Напряжение смещения наэмиттерном переходе
/>
/>/>0,66 В
6. Эквивалентная схема входногосопротивления транзистора:
/>
Рис.5 Эквивалентная схемавходного сопротивления транзистора
/>2,6 нГн
/>,
где Ска=0,5Скбарьерная емкость активной части коллекторного перехода
/>
/>=1,75 Ом,
/>
/>/>28,6 Ом,
/>=0,31 нФ,
7. Резистивная и реактивнаясоставляющие входного сопротивления:
/>/>2,06 Ом
/>
/>-25,36 Ом
8. Входная мощность
/>= 1,85 Вт
9. Коэффициент усиления помощности
/>/>= 6
После выполнения расчёта входной(базовой) и коллекторной цепи транзистора видно, что в выбранном режиметранзистор может обеспечить требуемую мощность 8 Вт на выходе передатчика с Kp = 6, имеет при этом достаточно высокий КПД » 76%.
2. Расчет цепи согласования оконечного каскада с нагрузкой2.1 Расчет цепи согласования
При расчете коллекторной цепиоконечного каскада получили сопротивление коллекторной нагрузки Rэк. ном = 23,61 Ом. К такому сопротивлениюнеобходимо трансформировать сопротивление фидера Rф= 50 Ом, который является нагрузкой разрабатываемого оконечного каскада.
Так как коэффициент перекрытиярабочего диапазона частот передатчика Kf=/> = 1,13
Выберем в качестве цеписогласования П-образный четырехполюсник.
/>
Рис.6 Схема согласующейП-цепочки.
Рассчитаем значения элементовсогласующей цепи.
Согласующую П-образную цепочкуможно представить как две последовательно соединенных Г-образных цепочек. Праваяцепочка (Г2) трансформирует R2 внекоторое сопротивление R0, а левая (Г1)- R0в R1,где R0должно быть меньше в 2 — 5 раз R1 и R2.
Примем R0равным R1/2 = 11,8 Ом.
Рассчитаем Г1:
1. Добротность
/>;
2. Значения элементов С1и L1
/> пФ,
/> мкГн.
Рассчитаем Г2:
1. Добротность
/>;
2. Значения элементов С1и L1
/> пФ,
/> мкГн.
/> мкГн.
Исходя из приведенных расчетовдобротность нагруженного П-контура: Q » 3. Определим коэффициентфильтрации высших гармоник:
/>,
где n =2 — номер гармоники.
/> дБ
На второй гармонике рабочегодиапазона частот данная П-образная цепь обеспечивает затухание примерно 14 дБ,что не соответствует техническому заданию, следовательно, необходимо после цеписогласования поставить фильтр нижних частот, обеспечивающий подавлениегармоники на 36 дБ.2.2 Расчет фильтрующей цепи
Заданную фильтрацию гармоникфильтрующая цепь должна обеспечить в рабочем диапазоне частот передатчика призаданном уровне колебательной мощности высоком КПД.
Исходные данные:
диапазон рабочих частот fн = 160 МГц, fв= 180 МГц;
Rн= Wф = 50 Ом — сопротивление нагрузки;
Кб. н > 0,8 — допустимое значение коэффициента бегущей волны (КБВ) нагрузки;
Кб. вх > 0,7 — допустимое значение КБВ на входе фильтрующей цепи;
aдоп= -50 дБ — допустимый уровень высших гармоник в нагрузке передатчика;
aцс= 19 дБ — дополнительное затухание, вносимое согласующей цепью;
aгN — относительный уровеньвысших гармоник напряжения (или тока) на выходе УМ.
Для рассматриваемого случая (одноактныйУМ в критическом режиме):
/>.
Расчет проводится для наиболеезначимой второй гармоники.
1. aг2 = -7,5 дБ при q= 900a2 = 0,212.
2. Как уже выше было сказанокоэффициент перекрытия рабочего диапазона частот передатчика Kf= 1,13.
3. Граничные частоты фильтрасовпадают с соответствующими частотами fн =160 МГц, fв = 180 МГц передатчика.
4. КБВ, который должнаобеспечить колебательная система
/>.
5. Неравномерностьамплитудно-частотной характеристики (АЧХ) в полосе пропускания фильтрующей цепи
/>.
/> дБ.
6. Минимальное затухание,которое должен обеспечить фильтр в полосе задерживания
aфN > -aдоп+ aцс + aг2 = 50 — 14 — 7,5 = 28,5 дБ.
7. Нормированная частота вполосе задерживания (для ФНЧ)
WзN = />= />= 1,77.
8. При выборе схемы фильтранеобходимо обеспечить малое входное сопротивление на частотах высших гармоник. Вчастности, для однотактного УМ ФНЧ должен начинаться с емкости. Длярассматриваемого случая aф2= (20 — 30) дБ и Wз2 = (1,5 — 1,8) необходимо применить фильтр Кауэра (эллиптический), имеющийравноколебательную АЧХ в полосе пропускания и АЧХ с «всплесками» вполосе задерживания. Используя диаграмму для оценки порядка эллиптического ФНЧи данные таблиц «Справочника по расчету фильтров» Р. Зааля, выбираемфильтр 4-го порядка С0408b-37 с Da = 0,0279 дБ, Wз = 1,771353621, aф = 28,1 дБ, коэффициентомотражения r = 8%.
/>
Рис.7 Схема эллиптического ФНЧ
Нормированные значения элементовфильтра:
С1’ = 0,642980 Ф
С2’ = 0,288778 Ф
С3’ = 1,344509 Ф
L2’= 0,942820 Гн
L4’= 0,750226 Гн
Для преобразования нормированныхвеличин в реальные их необходимо умножить на коэффициент преобразования. Нормированнаяиндуктивность и емкость умножаются на постоянные КLи КС, которые вычисляем с помощью следующих формул:
/>,
где все величины выражены вгенри, фарадах, омах и герцах.
Вычисляем требуемые значенияэлементов фильтра:
С1 = С1’.KC = 11,37038 пФ
С2 = С2’.KC = 5,106716 пФ
С3 = С3’.KC = 23,77614 пФ
L2= L2’. KL= 41,6818 нГн
L4= L4’. KL= 33,16727 нГн
Для рассчитанного ФНЧ с помощьюпакета схемотехнического моделирования OrCAD9.1 былполучен график АЧХ, приведенный на рис.8.
/>
Рис.8 АЧХ согласующей ифильтрующей цепочек
Из приведенного графика АЧХвидно, что согласующая П-образная цепь и фильтр обеспечивают фильтрацию высшихгармоник примерно на 52 дБ, что удовлетворяет требованию технического задания.
Произведем конструктивный расчеткатушек L2 и L4.
Главной задачей данногоконструктивного расчёта является расчёт геометрии катушек индуктивностивходящих в состав выходного фильтра.
Это необходимо для выполненияпомимо требований к заданной индуктивности, высокой добротности, определённойстабильности, также и требований к электрической прочности, допустимогонагрева, механической прочности и т.д.
В транзисторных ступеняхблагодаря низким значениям постоянного и переменного напряжений электрическуюпрочность обеспечить не трудно: расстояния в несколько десятых долей миллиметрамежду витками достаточно, чтобы напряжённость поля не превышала допустимую: 500- 700 В/мм по воздуху и 250 — 300 В/мм по поверхности керамического или другогоподобного каркаса.
Вместе с тем ток радиочастоты,протекающий по катушке, может достигать большой величины и вызвать еёзначительный нагрев.
Приближенно можно считать, чтодействующее на LC — элементахнапряжения и токи в 3 — 5 раз больше номинальных значений напряжения и тока внагрузке Rн.
Действующее значение тока внагрузке:
/>А.
Действующее значение напряженияна нагрузке:
/>В.
Исходя из выше сказанногодействующие напряжения и тока на LC — элементах не превосходят:
/> А,
/> В,
/>В.
1. Уточним расчетные значенияиндуктивностей с учетом размагничивающего влияния близко расположенныхпроводников, деталей конструкции, каркаса и стенок блока:
/>мкГн,
/>нГн,
/>нГн.
2. Выберем диаметр проводакатушки исходя из соображений ее допустимого перегрева.
Для цилиндрической катушки сестественным (конвекционным) охлаждением:
/>,
где />=40 К — разность температур провода и окружающей среды.
Примем d= 0,9 мм
3. Шаг намотки:
/>мм.
4. Число витков спирали катушки:
/>,
где D — диаметр намотки катушки, см;
F — коэффициент формы катушки, зависящий от отношения длинынамотки катушки l к ее диаметру D. Для катушек диаметром до 5 см обычно берут /> = 0,5 — 0,8. Примем /> = 0,5 Тогда из графика длякоэффициента формы катушки (рис.9) F = 13.10-3.
/>
Рис.9 График зависимостикоэффициента формы катушки
Поскольку величины D, />, />выбираются произвольно,необходимо проверить правильность выбора — должно выполнятся равенство />. При совпадениирезультатов с точностью + (5 — 7)% расчет можно считать законченным.
Для L: D = 2,3 мм, l = 1,15 мм, N = 1 виток;
Для L2:D = 3 мм, l = 2,6 мм, N = 1 виток;
Для L4:D = 2,4 мм, l = 1,2 мм, N = 1 виток.
3. Расчет ГУН3.1 Выбор основных параметров и активного элемента
ГУН имеет две регулировкичастоты: регулировка частоты по диапазону (управляющее напряжение в этом случаепоступает с синтезатора сетки дискретных частот) и модуляция частоты сигналом. Регулировкипроизводятся с помощью двух варикапов.
Диапазон частот, в котором работает ГУН лежит от 40 до 45 МГц, т.к посленего идут два умножителя частоты сигнала в два раза, т.е.
fнг = 40 МГц; fвг = 45 МГц
Мощность, которую должен развивать ГУН в нагрузке примем равной 10мВт.
На рис.10 представлена принципиальнаясхема ГУНа, расчет которой приведен ниже.
/>
Рис.10 Схема ГУН с частотныммодулятором
Для упрощения расчетаавтогенератора выберем безынерционный транзистор для частоты автоколебаний,например, КТ306А.
1. Параметры идеализированныхстатических характеристик:
сопротивление насыщениятранзистора на высокой частоте rнас »35 Ом;
коэффициент усиления по току всхеме с ОЭ на низкой частоте (f→0) βо= 50; сопротивлениебазы rб = 15 Ом;
2. Высокочастотныехарактеристики:
граничная частота усиления потоку в схеме с ОЭ fт =600 МГц;
емкость коллекторного перехода Ск= 4 пФ;
емкость эмиттерного перехода Сэ= 5 пФ;
3. Допустимые параметры:
предельное напряжение наколлекторе Uкэ доп = 10 В;
обратное напряжение наэмиттерном переходе Uбэ доп = 3 В;
постоянная составляющаяколлекторного тока Iко. доп = 30 мА;
максимально допустимое значениеколлекторного тока Iк. макс. доп= 50 мА;
4. Тепловые параметры:
максимально допустимаятемпература переходов транзистора tп. доп= 150 ºС;
тепловое сопротивление переход — корпус Rпк= 100 ºС/Вт;
5. Энергетические параметры
Pвых = 0,4 Вт; Ек= 40 В; h = 40%; Кр =4,5.
Проверим, можно ли пренебречьинерционностью этого транзистора в данных условиях. Для этого необходимовыполнение условия:
/>,
где f — частота генерируемыхколебаний, fS — граничная частота транзистора по крутизне.
Граничная частота транзистора покрутизне определяется выражением:
/>
где распределённое сопротивлениебазы rБ берется из справочника, />а крутизна статической проходнойхарактеристики S0:
/>,
где />-температурный потенциал перехода; зададим постоянную составляющая токаколлектора — Iк0 = 3 мА
/>
Подставляя рассчитанные величиныв начальную формулу, получим:
/>.
Таким образом, транзистор вданном случае можно считать безынерционным устройством.3.2 Расчет автогенератора
1. Задаемся фактором регенерацииG = 5;
2. Берем коэффициенты Берга изсправочника:
/>
3. Определяем первую гармоникуток коллектора
/>А;
4. Напряжение на коллекторнойнагрузке автогенератора
/> В;
5. Сопротивление коллекторнойнагрузки
/>Ом;
6. Зададимся величинойкоэффициента использования по напряжению: />
7. Напряжение питания />В, выберем стандартное ЕК= 9В;
8. Мощность, подводимая кавтогенератору
/>Вт;
9. Рассеиваемая на коллекторемощность
/>Вт;
10. Коэффициент обратной связи
/>
11. Напряжение обратной связи
/>
12. Входное сопротивлениеавтогенератора
/>Ом;
13. Постоянная составляющая токабазы
/>мкА;
14. Смещение на базе
/>В.3.3 Расчет элементов колебательного контура
Элементы колебательного контурадолжны быть рассчитаны так, чтобы обеспечивалось найденное ранее сопротивлениенагрузки автогенератора /> прирассчитанном значении коэффициента обратной связи К. Характеристическоесопротивление колебательного контура rвыберем равным 200 Ом. Примем добротность ненагруженного контура QXX= 120, топри передаче в нагрузку 10 — 20 процентов колебательной мощности автогенераторанагруженная добротность QH будет
QH= QXX (1 — hK) = 120(1 — 0,1) = 108
1. Коэффициент включения контурав коллекторную цепь
/>.
2. Реактивное сопротивлениемежду коллектором и эмиттером
/>Ом,
/>пФ.
3. Реактивное сопротивлениемежду базой и эмиттером
/>Ом,
/>нФ.
4. Реактивное сопротивлениемежду базой и коллектором
/>Ом,
/>мкГн,
/>Ом,
/>пФ.
Сопротивление R3входит в контур и поэтому шунтирует его, чтобы этого не происходило нужно взятьего величину значительно большей, чем сопротивление коллекторной нагрузки, т.е.выбираем R3=2,8 кОм.
3.4 Расчет цепи автосмещения
Зададимся величиной
/>, />, />В.
Из выражения для напряжениясмещения в установившемся режиме
/> найдем значения R1 и R2.
/>кОм.
/>
Следует убедиться в том, чтоневозможен режим прерывистой генерации:
/>.
/>
2,64 × 10-6 3.5 Расчет частотного модулятора
/> МГц,/>МГц — диапазон изменениячастоты ГУНа;
/> МГц — средняя частотаавтогенератора;
/> кГц- ширина спектра радиочастот передаваемого сигнала;
/>Гц,индекс модуляции />, девиациячастоты на выходе передатчика />Гц.
/>Гц — девиация частоты навыходе автогенератора.3.5.1 Расчет частотного модулятора по сигналу />
Расчет ведем исходя из следующихвеличин:
/>-добротность нагруженного контура;
/> В- напряжение питания;
/> пФ — емкость контураавтогенератора;
/>-амплитуда высокочастотного колебательного напряжения на контуре;
/>-коэффициент гармоник;
/> -показатель степени для «резкого» перехода.
1. Выбираем варикап КВ110А. Егопараметры: />пФ (при />В); добротность /> (f= 50 МГц, />В); /> - коэффициент перекрытияпо емкости; допустимое напряжение смещения />В;/> В;
2. Относительная девиациячастоты
/>;
3. Необходимое изменение емкостиконура для получения заданной девиации частоты
/>Ф;
4. Напряжение смещения наварикапе Есм = 4 В, при этом смещении емкость варикапа С0= 15 пФ;
5. Сопротивление делителянапряжения при токе делителя
Iдел= 1000 × Iобр= 1 мА,
где Iобр — обратный ток варикапа, равный 1 мкА
/>кОм,
отсюда выбираем R6 = 6 кОм, R7= 3 кОм.
6. Для ослабления факторов,дестабилизирующих частоту генерации выбираем наименьший коэффициент включенияварикапа в контур
/>,
откуда
/>;
7. Постоянная составляющаяемкости, вносимой варикапом,
С = p × С0= 0,035 × 15 = 0,525пФ;
8. Необходимое изменение емкостиварикапа в процессе модуляции
/>пФ;
9. Емкость конденсатора связи
/>пФ;
10. Амплитуда высокочастотногонапряжения на варикапе
/>В;
11. Нормированная амплитудамодулирующего сигнала
/>;
12. Амплитуда модулирующегонапряжения на варикапе
/>В;
13. Проверка режима работыварикапа
/>В
14. Коэффициент паразитнойамплитудной модуляции
/>
15. Коэффициент нелинейныхискажений
/>,
где
/>
Допустимые нелинейные искаженияне более 10%.3.5.2 Расчет варикапа для перестройки частоты по диапазону
Для перестройки ГУНа от fН до fВнеобходимо изменять емкость контура, для этого параллельно к емкости С3(главная составляющая общей емкости контура) через емкость связи подключимварикап (см. рис.10).
Определим, как изменяется общаяемкость колебательного контура: на частоте /> МГцона составит />пФ, а на частоте /> МГц она возрастет до />пФ, т.е. варикап долженобеспечить изменение емкости контура на 2,2 пФ.
При параллельном подключенииварикапа к емкости С3 необходимо изменять ее величину (принеизменных значениях остальных емкостей) в пределах /> пФ.
1. Выбираем варикап КВ110А,параметры смотри выше;
2. Задаем напряжение смещения наварикапе />В, при этом емкостьварикапа />Ф;
3. Зададимся изменением емкостиварикапа в />пФ (от 17,5 до 20 пФ) приэтом необходимо изменять управляющее напряжение на варикапе от -3,5 до -4,5В (этонапряжение поступает с вывода 2 микросхемы КФ1015ПЛ3А синтезатора частоты).
4. Коэффициент включенияварикапа в контур/>
5. Емкость конденсатора связи />пФ;
6. Значения сопротивлений /> выберем исходя изследующего соображения:
/>;
/> кОм.
4. Описание синтезатора частоты
Быстродействующая микросхемаКФ1015ПЛ3А предназначена для построения современных цифровых частотныхсинтезаторов с ФАПЧ для КВ, УКВ и дециметрового диапазонов волн. Прибор изготовляютпо КМОП-технологии с поликремниевым затвором. Микросхемы серии КФ1015ПЛ3выпускают в пластмассовом 16-выводном миниатюрном корпусе 4308.16-1. Массаприбора — не более 0,3 г.
/>
Рис.11. Структурная схемасинтезатора частоты
В состав микросхемы входят (см. структурнуюсхему на рис.11) генератор образцовой частоты, делитель образцовой частоты,усилитель-формирователь входных ВЧ импульсов, тракт двоичного делителя частотыс программируемым коэффициентом деления, состоящий из двумодульногопредварительного делителя частоты на 31 или 32, пятиразрядного счетчикауправления предделителем, двенадцати старших разрядов программируемого делителяи логического блока управления, частотно-фазовый детектор и двадцатиразрядныеприемный и буферный регистры.
Включенная по типовой схеме снавесными компонентами микросхема способна работать в цифровых синтезаторах сФАПЧ метрового и дециметрового диапазонов с уменьшенным энергопотреблением.
Цоколевка микросхемы:
выв.1 — общий для приемного ибуферного регистров, тракта программируемого делителя частоты ичастотно-фазового детектора, минусовой вывод питания;
выв.2 — зарядный выходчастотно-фазового детектора (сток полевого транзистора с р-каналом);
выв.3 — разрядный выходчастотно-фазового детектора (сток полевого транзистора с n-каналом);
выв.4 — контрольный выходиндикации фазовой синхронизации в петле ФАПЧ;
выв.5 — ВЧ вход усилителя — формирователятракта программируемого делителя;
выв.6 — выход программируемогоделителя;
выв.7 — вход разрешенияперезаписи информации из приемного регистра в буферный;
выв.8 — вход тактовых импульсовзаписи информации (С);
выв.9 — плюсовой вывод питания;
выв.10 — вход записи информации окоэффициентах деления (D);
выв.11 — вывод для подключениякварцевого резонатора; выход генератора образцовой частоты;
выв.12 — вывод для подключениякварцевого резонатора; вход сигнала внешнего генератора образцовой частоты;
выв.13 — вход сигнала отключениявыхода делителя образцовой частоты (при уровне 1);
выв.14 — выход делителяобразцовой частоты (при уровне 0 на выв.13) или вход частотно-фазовогодетектора (при уровне 1 на выв.13);
выв.15 — общий для генератора иделителя образцовой частоты, минусовой вывод питания;
выв.16 — контрольный выходприемного регистра.
Основные характеристики при Токр.ср=25/>10°С и напряжении питания 5ВПараметр Значение Номинальное напряжение питания, В 4,5 — 5,5 Пределы коэффициента деления тракта программируемого делителя частоты 992 — 131071 Шаг коэффициента деления программируемого делителя 1 Коэффициенты деления делителя образцовой частоты 100, 200, 400, 512, 640, 800, 1000, 1024 Интервал входной частоты тракта программируемого делителя, МГц 50 — 1000 Интервал входной частоты делителя образцовой частоты, МГц 1 — 50 Чувствительность усилителя-формирователя, Вэфф, (меньшее значение — для частоты в пределах 50 — 500 МГц) 0,2 — 0,9 Чувствительность по входу генератора образцовой частоты (для внешнего кварцевого генератора), мВэфф 100 — 150 Наибольший потребляемый ток, мА, не более 15
Выходное сопротивление выходов частотно-фазового детектора, Ом, не более зарядного
разрядного 300 200 Выходное сопротивление делителя образцовой частоты, Ом, не более 200 Выходное сопротивление контрольного выхода индикации фазовой синхронизации, Ом, не более 200 Выходное сопротивление генератора образцовой частоты, Ом, не более 200 Входной ток ВЧ входа усилителя — формирователя (выв.5) и входа генератора образцовой частоты (выв.12), мкА, для сигнала низкого уровня высокого уровня не менее минус 30 не более +30
Предельно допустимые значенияПредельные значения напряжения питания, В 3 — 6 Наибольший электростатический потенциал, В, не менее 150 Рабочий интервал температуры окружающей среды, °С минус 60 — +70 Предельные значения температуры окружающей среды, °С минус 70; +85
/>
Рис.12 Схема включениясинтезатора частоты
На рис.12 представлена одна извозможных схем включения прибора. При выборе кварцевого резонатора длягенератора образцовой частоты надо учитывать, что резонатор должен работать напараллельном резонансе, частота которого больше частоты последовательного. Включениемпоследовательно с резонатором катушки индуктивностью 10 мкГн удаетсяприблизиться к частоте последовательного резонанса, номиналом которой обычно имаркируют кварцевый резонатор.
Подстройкой конденсатора С1добиваются устойчивой генерации, в чем можно убедиться, снимая сигнал с выв.11микросхемы. В нормальном режиме этот сигнал представляет собой синусоиду сдвойной амплитудой 1 — 1,2В с постоянной составляющей около половины Uпит.Если в качестве образцового использован внешний стабильный кварцованныйгенератор, его выходной сигнал напряжением 100 — 250 мВ подают на выв.12 черезразделительный конденсатор емкостью 1000 — 10 000 пФ.
Значительного сниженияэнергопотребления (при работе на частоте до 600 МГц) можно достичь, понизивнапряжение питания до 3,3 — 4 В. При этом потребляемый ток уменьшается до 4 — 5мА и к тому же улучшается чувствительность по ВЧ входу микросхемы.