Схемотехника основных блоков радиопередающего устройства

25

Содержание

Реферат

1. Разработка структурной схемы передатчика

2. Общие сведения об автогенераторах

2.1. Расчет задающего автогенератора

3. Расчет умножителя частоты

4. Расчет усилителя мощности

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Заключение

Список литературы

Реферат

Целью данной работы является ознакомление со схемотехникой основных блоков радиопередающего устройства, с принципами их работы и методиками их расчета. В качестве изучаемого устройства взят передатчик радиолокационного маяка. Хотя схемы радиолокационных маяков постоянно совершенствуются, состав и расчёты основных блоков в них практически не изменился, изменилась только элементная база и новые схемотехнические решения построения этих блоков. Диапазон частот радиомаяков различен, существуют системы, использующие частоты, на которых работают штатные радиолокационные станции слежения и сопровождения. В данной работе мы рассмотрим структуру спасательного радиомаяка.

1. Разработка структурной схемы радиомаяка.

Передатчик радиомаяка излучает в пространство модулированные колебания с частотой 210МГц и мощностью28Вт. В передатчике осуществляется генерация заданной частоты и усиление.

Передатчик содержит следующие крупные узлы:

- кварцевый автогенератор с частотой кварца f_кв

- умножитель частоты с коэффициентом умножения равным 3

- тракт усиления мощности рабочей частоты, осуществляющей

получение заданной мощности передатчика.

Задающий кварцевый генератор построен по схеме емкостной трехточки. Кварцевый резонатор включен между коллектором и базой коллектора.

Такая схема имеет ряд преимуществ:

1. обеспечивается высокая стабильность частоты

2. генератор имеет меньшую склонность к паразитной генерации на

частоте выше рабочей

3. схема построена без катушек индуктивности

4. частоту генератора можно менять в широком диапазоне путем смены

только кварцевого резонатора

Умножители частоты применяются в радиопередатчиках главным образом для переноса спектра стабилизированных кварцем низкочастотных колебаний в более высокий частотный диапазон. Кроме того, умножители частоты используются для углубления частотной и фазовой модуляции. Как правило, частота умножается в целое число раз (n), называемое кратностью умножения. В качестве нелинейного элемента используется варактор.

В передатчике использован импульсный модулятор.

Назначение тракта усиления состоит в повышении мощности колебания полученного от задающего генератора.

25

Рис.1.1 Структурная схема радиомаяка

2. Общие сведения об автогенераторах

Автогенератор- это источник электромагнитных колебаний, колебания в котором

возбуждаются самопроизвольно без внешнего воздействия. Поэтому автогенераторы, в отличие от генераторов с внешним возбуждением (усилители мощности), часто называют генераторами с самовозбуждением.

В радиопередатчиках автогенераторы применяются в основном в качестве каскадов, задающих несущую частоту колебаний. Такие генераторы входят в состав возбудителя передатчика и называются задающими. Главное требование, предъявляемое к ним, - высокая стабильность частоты

Автогенератор.

Схема структурная.

Рис.2.1

25

Рис.2.2 Принципиальная схема задающего генератора

2.1 Расчет задающего генератора

В качестве задающего генератора используем транзисторный АГ с кварцевой стабилизацией частоты (рис.1.2), работающий на частоте МГц.

2.2 Выбираем транзистор малой мощности КТ324А с граничной частотой =800 МГц.

Его паспортные данные сведены в Табл.1.1

Табл.1.1

2.3  Вычисляем граничные частоты, используя формулы:

= 40 МГц

= 840 МГц

2.4 Расчет цепей коррекции.

Вычисляем граничную частоту:

= 40 МГц

Находим время жизни неосновных носителей в эмиттере:

= 2.16*с

Определяем активную часть коллекторной емкости

= 1.25 пФ

Определяем пользуясь формулой:

= 39 Ом

где Ом

Сопротивление, учитывающее сопротивление закрытого перехода:

= 80 Ом

Находим емкость коррекции:

= 4.9 пФ

согласно ряду выбираем пФ

Определяем общее сопротивление коррекции:

= 26 Ом

согласно ряду выбираем = 25 Ом

Так как выполняется условие R_кор < R_з , то корректирующая цепь

эффективна.

Крутизна с учетом коррекции равна:

= 0.038 А/В

2.5 Расчет электрического режима

Находим максимальное значение импульса тока коллектора:

= 0.016 А

Постоянное напряжение на коллекторе определяем по формуле:

= 3 В

Выбираем угол отсечки равным =60, находим значения

коэффициентов Берга

, ,

определяем

.

Значение коэффициента обратной связи выбираем

.

Расчет основных параметров генератора

Амплитуда первой гармоники тока коллектора:

= 0.0063 А

Амплитуда постоянной составляющей тока коллектора:

= 0.0035 А

Амплитуда первой гармоники напряжения базы:

= 0,8 В

Амплитуда первой гармоники напряжение коллектора:

= 0,8 В

Эквивалентное сопротивление контура:

127 Ом

Мощность первой гармоники:

= 0,0025 Вт

Потребляемая мощность:

= 0.01 Вт

Мощность рассеяния:

0.008 Вт

Проверяем условие

видно, что условие выполняется (0.008<0.015).

Вычисляем коэффициент полезного действия (КПД):

= 0.24%

Напряжение смещения:

0.2 В

Проверяем условие:

0.2-0,8 < 4В

Находим напряженность режима по формуле:

= 0.27

= 0.57

2.6 Расчет резонатора

Выбираем индуктивность с = 0,125 мкГн и с = 125

Находим характеристическое сопротивление контура

55 Ом

Суммарная емкость контура равна:

= 41 пФ

Резонансное сопротивление контура определяем по формуле:

= 6,9 кОм

Находим коэффициент включения контура

= 0.136

Определяем эквивалентную емкость контура

= 300 пФ

Емкость определяется из формулы:

= 300 пФ

принимаем =300пФ в соответствии со стандартным рядом емкостей и

в дальнейших расчетах используем именно это значение.

2.7 Расчет емкостей и .

Принимаем

= 380 Ом

Добротность последовательной цепочки

= 2.31

Определяем емкость связи:

= 16 пФ

принимаем =16 пФ в соответствии со стандартным рядом емкостей

Емкость, пересчитанную параллельно емкости определяем по

формуле:

= 13 пФ

Определяем емкость

= 290 пФ

принимаем =290 пФ в соответствии со стандартным рядом емкостей

2.8 Расчет цепи смещения

Напряжение на базе

= 2.66 В

Внутреннее сопротивление источника:

= 2.2 кОм

Находим сопротивления

= 330 Ом

принимаем=185 Ом в соответствии со стандартным рядом

сопротивлений

= 4.3 кОм

в соответствии с рядом выбираем =4.3 кОм

=4.4 кОм

в соответствии с рядом выбираем=4.4 кОм

Определяем номиналы блокировочных конденсаторов:

= 68.9пФ

в соответствии со стандартным рядом емкостей принимаем =70 пФ

= 0.022 мкФ

в соответствии со стандартным рядом емкостей принимаем =0.022 мкФ

2.9 Расчет цепи питания.

Находим значение сопротивления :

= 640 Ом

в соответствии со стандартным рядом выбираем =640Ом

Напряжение питания:

= 5,24 В

3.Умножители частоты

Умножители частоты применяются в радиопередатчиках главным образом для переноса спектра стабилизированных кварцем низкочастотных колебаний в более высокий частотный диапазон. Кроме того, умножители частоты используются для углубления частотной и фазовой модуляции. Как правило, частота умножается в целое число раз (n), называемое кратностью умножения.

Поскольку умножение частоты - существенно нелинейный процесс, в состав умножителя включают нелинейный элемент (НЭ). Структурная схема умножителя частоты представлена на рис.2.1

Умножитель частоты.

Схема структурная.

Рис.3.1

25

Рис.3.2 Принципиальная электрическая схема рассчитываемого

умножителя частоты.

3.1 Расчёт некоторых параметров варактора:

Электронный КПД умножителя с кратностью 3: =0.8

Мощность рассеяния Вт

3.2 Расчёт режима работы варактора

Находим барьерную емкость варактора по формуле:

= 0.768 пФ

где - напряжение, при котором измерена и указана справочнике

барьерная емкость .

Для варактора 2А602А она составляет =6.7 пФ при = 6 В.

Допустимое напряжение

=60 В.

-контактная разность потенциалов (=0.5..0.7 В).

Угол отсечки выбирают исходя из соотношения:

=60

Определяем нормированный коэффициент ряда Фурье:

= 0.01

Находим сопротивление варактора третьей гармонике:

= 112 Ом

значение М выбираем равным М=1.

Находим эквивалентное сопротивление потерь варактора, усредненное

по 3-ей гармонике:

= 3,2 Ом

где выбираем равным =0.5;

=1.6 Ом - сопротивление потерь внутри кристалла

Реальная часть полного сопротивления варактора на третьей гармонике

равна:

= 109 Ом

Амплитуду 3-ей гармоники тока определяем по формуле:

= 0.006 А

Находим произведение на амплитуду n-ой гармоники заряда:

= 1.36* Кл

Определяем амплитуду 1-ой гармоники заряда:

7.76* Кл

Определяем максимальное напряжение на варикапе:

= 3.88 В

Находим амплитуду 1-ой гармоники тока:

= 0.003 А

Сопротивление варактора первой гармонике тока:

= 196 Ом

Определяем эквивалентное сопротивление потерь по 1-ой гармонике:

= 2.0336 Ом

где:

Реальная часть полного сопротивления по первой гармонике равна:

= 198,0336 Ом

Мощность на первой гармонике:

0.0089 Вт

= 0.00097 Вт

где =100нс-среднее время жизни носителей заряда в базе диода

(справочные данные).

Определяем коэффициент полезного действия:

=0.76977 %

3.3 Расчет элементов схемы, задающих режим работы варактора

= 30,5 кОм

согласно ряду =31 кОм

где

Рассчитаем емкость блокировочного конденсатора:

Пусть = 0,1Ом, тогда пФ

Для расчета дросселя выбираем = 10кОм, тогда

3.4 Входной контур для частоты f = 70МГц

Выбираем индуктивность =0,125мкГн, тогда=41пФ

 3.5 Выходной контур для частоты f = 210Мгц = 0,05мкГн

=12пФ

4. Расчёт усилителя мощности на биполярном транзисторе

Требуется рассчитать режим работы транзистора в схеме с ОЭ с мощностью первой гармоники 25 Вт на частоте 210 МГц

4.1 Выберем транзистор КТ930А. Его параметры:

900Мгц, 75Вт, 1А/В, 8пс, 60пФ, 800пФ,

6А, 50В, 4В, В=20, 0.24нГн, 1.42нГн,

1.6нГн 90є, 0.5, 0.318

1.5В, 25В.

4.2 Расчет режима работы транзистора:

Находим напряженность режима:

0.76

Находим амплитуду первой гармоники напряжения коллектора:

19В

Находим амплитуду первой гармоники коллекторного тока:

3А

Находим постоянную составляющую коллекторного тока:

1.9А

Определим полезную мощность:

28.5Вт

Определим потребляемую мощность:

47.5 Вт

Определим мощность рассеивания:

19Вт

Выполним проверку условия :

19Вт < 75Вт, следовательно транзистор работает нормально

Вычислим КПД:

60%

Определим амплитуду гармонического управляющего заряда:

2.857·10^-9Кл

Рассчитаем минимальное мгновенное значение напряжения на эмиттерном переходе:

-2.1В

Выполним проверку условия :

|-2.1В |< 4В

Вычислим амплитуду постоянной составляющей напряжения на

эмиттерном переходе:

0.355В

Рассчитаем коллекторное сопротивление:

6.3Ом

Рассчитаем амплитуду первой гармоники суммарного тока базы:

0.4А

Рассчитаем корректирующий резистор:

2.21Ом

Рассчитаем часть входной мощности потребляемой в :

1.18Вт

Рассчитаем входное сопротивление:

0,635Ом

Рассчитаем часть мощности обусловленной прохождением мощности

в нагрузку через :

0.051Вт

Определим полную входную мощность:

1.231Вт

Определим коэффициент усиления:

23.19

Определим входную индуктивность:

1,64нГн

Рассчитаем входную ёмкость:

1709пФ

1.105Ом

4.3 Расчет элементов принципиальной схемы усилителя мощности

25

Рис.4.1 Принципиальная схема усилителя мощности

, ; 0.05мкФ

0,08мкГн; где 0,63

0,2В, где 2,21Ом; 0,0095А

24,8В

37Ом

40Ом

Рассчитаем выходную согласующую цепь:

18Ом, где 50Ом

С4=С6==4,2пФ

L3=0.14мкГн

Входная согласующая цепь:

35пФ, где , Q = 3; 65Ом

; , где 6,5Ом, отсюда

L1 = 2мкГн

Приложение 1.Спецификация к принципиальной схеме задающего генератора

Приложение 2 Спецификация к принципиальной схеме умножителя частоты.

Приложение 3. Спецификация к принципиальной схеме усилителя мощности.

Заключение

В данной работе разработана структурная схема радиомаяка, работающего на частоте 210МГц и выходной мощностью 28Вт. Рассчитаны задающий автогенератор с кварцевой стабилизацией частоты на биполярном транзисторе КТ324, рассчитан умножитель частоты с коэффициентом умножения 3 на варакторе 2А602А, также рассчитан усилитель мощности на биполярном транзисторе КТ930А.

Список литературы

1. Б.Е. Петров, В.А. Романюк Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах. -М.: Высшая школа,1989.

2. В.В. Шахгильдян, В.А. Власов, Козырев В.Б. Проектирование радиопередающих устройств. - М.: Радио и связь,1993.

3. Курс лекций по предмету «Устройства формирования сигналов» Преподаватель Тертышник В.В. Саратов:СГТУ