Курсовой проект
по дисциплине
«Устройства генерирования и передачи сигналов»
по теме:
«Расчет каскадов ЧМ передатчика»
Составление блок-схемы передатчика
Составление блок-схемы передатчика начинается с выходного каскада начинается с выходного каскада. Данные, определяющие его мощность, содержатся в задании. Также задается колебательная мощность в антенне в режиме несущей частоты. В данном передатчике необходимо применить умножитель частоты, в качестве которого может работать предоконечный или дополнительный предварительный каскад, включаемый между возбудителем и предоконечным каскадом. Вид блок-схемы передатчика с частотной модуляцией представлен на рисунке:
/>
Техническое задание:
Требуется произвести расчет передатчика, работающего на 120 МГц.
Вид модуляции – частотная (ЧМ)
Максимальная девиация частоты – 100 кГц
Вид передаваемых сообщений – аудиосигналы
Мощность передатчика – 100 Вт
1. Расчет выходного каскада
Для работы в выходном каскаде выберем транзистор
Приведем его характеристики.
Тип – кремниевый n канальный высокочастотный МОП – транзистор вертикальной структуры, выполненный по технологии с двойной диффузией, рекомендован производителем для применения в промышленных устройствах в КВ\УКВ диапазоне.
Достоинства:
– высокий коэффициент усиления по мощности (19 дБ на 108 МГц)
– низкие интермодуляционные искажения
– высокая температурная стабильность
– устойчивость при работе на согласованную нагрузку.
Технические характеристики:
Пробойное напряжение сток-исток /> > 110 В
Ток утечки сток-исток /> (при />= 50 В, />=0)
Ток утечки затвор-исток /> (при />= 20 В)
Крутизна линии граничного режима /> 4,5 – 6,2 См
Напряжение отсеки определим по проходной характеристике транзистора />
Крутизна передаточной характеристики S = 5 См
Коэффициенты Берга, соответствующие выбранному углу отсечки />, />
Расчетные данные
/>50 В
Ток стока />20 А
/>110 В
/>(данная величина рекомендована для УКВ-диапазона)
/>130 Вт
Коэффициент использования стокового напряжения
/>
Амплитуда стокового напряжения:
/>
Амплитуда первой гармоники стокового тока:
/>
Амплитуда импульсов стокового тока:
/>
Постоянная составляющая стокового тока:
/>
Эквивалентное сопротивление нагрузки:
/>
7. Напряжение возбуждения:
/>
Напряжение смещения для угла отсечки = /> будет равно напряжению отсечки по паспорту транзистора, т.е. 3 В, тогда амплитуда напряжения на затворе будет равна 5,85 В.
Посчитаем входную мощность ГВВ:
/>
Коэффициент усиления по мощности:
/>
/>
Таким образом, схема генератора с внешним возбуждением будет выглядеть так:
Выходное сопротивление транзистора:
/>
Для согласования с пятидесятиомной нагрузкой нужна схема с неполным включением индуктивности, при этом, емкость конденсатора в колебательном контуре рекомендуется брать />, а индуктивность катушки />
2. Расчет модулятора
В проектируемом передатчике частотная модуляция будет получена из фазовой методом расстройки колебательного контура:
Схема модулятора выглядит следующим образом:
/>
Выберем диод Д902. При напряжении смещения 5 В, его характеристика имеет достаточно большую крутизну и линейность. По графику для Д902 определяем
S=2 пФ/В.
Амплитуда возбуждения звуковой частоты – 1 В, значит максимальное изменение емкости составит 2 пФ. Начальная емкость /> при отсутствии сигнала ЗЧ составит--PAGE_BREAK--
8 пФ.
В результате подбора параметров получены следующие величины:
Частота возбуждения: />, т.е. /> рад/с
Коэффициент умножения – 10
Индуктивность: />
Максимальное отклонение частоты от />:
/>рад/с
Зададим добротностью колебательного контура, равной 20.
Величина фазовой модуляции:
/>рад
Девиация частоты при частоте модулирующего сигнала 15 кГц:
/>рад/с
Индекс модуляции, получаемый в фазовом модуляторе: M=0,307. При умножении частоты в 10 раз, индекс модуляции получится равным 3,07.
Выберем транзистор КТ312А. Он обладает следующими параметрами:
/>
Расчет коллекторной цепи
Выбираем напряжение на коллекторе />, зададим угол отсечки /> и определим коэффициенты разложения (/>, />).
Коэффициент использования коллекторного напряжения:
/>
Амплитуда напряжения на коллекторе:
/>
Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:
/>
Амплитуда импульсов коллекторного тока:
/>
Выполним проверку условия /> – условие выполняется.
Постоянная составляющая постоянного тока:
/>
Эквивалентное сопротивление нагрузки, обеспечивающее рассчитываемый режим:
/>
Мощность, потребляемая от источника питания:
/>
Мощность, рассеиваемая на коллекторе:
/>
При этом, мощность, рассеиваемая на коллекторе, меньше предельно допустимой.
КПД коллекторной цепи:
/>
Расчет базовой цепи
1. Находим предельную частоту транзистора, при которой коэффициент передачи по току в схеме с общим эмиттером равен 1:
/>
2. Рассчитываем время дрейфа транзистора:
/>
3. Определим угол дрейфа на высшей частоте:
/>
Т.к. угол дрейфа меньше />, то считаем, что /> и />.
4. Амплитуда переменного напряжения на переходе эмиттер-база:
/>
5. Модуль коэффициента передачи напряжения со входа на переход эмиттер-база:
/>
6. Амплитуда напряжения возбуждения, требуемая от источника возбуждения:
/>
7. Входное сопротивление:
/>
8. Мощность возбуждения:
/>
9. Первая гармоника тока базы:
/>
Реальная величина тока базы:
/>
Напряжение смещения, обеспечивающее заданный угол отсечки базового тока:
/>
Максимальное значение положительного импульса тока базы:
/>
Постоянная составляющая положительных импульсов тока базы:
/>
Мощность рассеяния в цепи базы:
/>
Рассчитаем сопротивления делителя напряжения цепи смещения /> и />. Значения индуктивностей (кроме колебательного контура) должны быть такими, чтобы не предоставлять значительного сопротивления постоянному току, в то же время, блокируя переменную составляющую на частоте 10 МГц: продолжение
--PAGE_BREAK--
/>
3. Расчет возбудителя
/>
Схема возбудителя с кварцевой стабилизацией.
Выбираем транзистор КТ312А.
Приведем параметры, применяемые при расчете:
/>
Определим коэффициент обратной связи:
/>(/>– динамическое сопротивление кварца, />– коэффициент регенерации, />– нормированное управляющее сопротивление)
/>, где />– фаза крутизны />,
/>– обобщенная расстройка – />
/>– затухание кварца.
Для заданной частоты – 10,1 МГц – />=10 пФ, />= 80 Ом
/>
/>
/>
Рассчитаем емкость />, включенную между базой и эмиттером:
/>
Тогда, емкость />, включенная между эмиттером и коллектором, будет равна:
/>
Вычисляем функцию угла отсечки:
/>
/>– характеристическое сопротивление кварца (/>=0,025 Гн)
/>– добротность кварца
/>
/>
/>
/>
/>
По таблицам значений Берга, это значение соответствует />. продолжение
--PAGE_BREAK--
Расчет коллекторной цепи возбудителя
Выбираем напряжение на коллекторе />.
В генераторе необходимо развить мощность, требующуюся для возбуждения следующего каскада с учетом потерь в согласующей цепи:
/>
Коэффициент использования коллекторного напряжения:
/>
Амплитуда напряжения на коллекторе:
/>
Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:
/>
Амплитуда импульсов коллекторного тока:
/>
.
Постоянная составляющая постоянного тока:
/>
Эквивалентное сопротивление нагрузки, обеспечивающее рассчитываемый режим:
/>
Мощность, потребляемая от источника питания:
/>
Мощность, рассеиваемая на коллекторе:
/>
При этом, мощность, рассеиваемая на коллекторе, меньше предельно допустимой.
КПД коллекторной цепи:
/>
Расчет базовой цепи возбудителя
1. Находим предельную частоту транзистора, при которой коэффициент передачи по току в схеме с общим эмиттером равен 1:
/>
2. Рассчитываем время дрейфа транзистора:
/>
3. Определим угол дрейфа на высшей частоте:
/>
Т.к. угол дрейфа меньше />, то считаем, что />и />.
4. Амплитуда переменного напряжения на переходе эмиттер-база:
/>
5. Модуль коэффициента передачи напряжения с входа на переход эмиттер-база:
/>
6. Амплитуда напряжения возбуждения:
/>
7. Входное сопротивление:
/>
8. Мощность возбуждения:
/>
9. Первая гармоника тока базы:
/>
Напряжение смещения, обеспечивающее заданный угол отсечки базового тока:
/>
12. Сопротивление в цепи базового смещения, обеспечивающее заданное напряжение смещения R = 4590 Ом.
4. Расчет умножителя частоты
Для умножения частоты в 10 раз нужно выбрать угол отсечки />.
При таком малом угле отсечки резко увеличивается ток возбуждения, падает КПД и выходная мощность, поэтому, чтобы получить необходимую для следующего каскада мощность приходится применять мощный транзистор КТ904А
Схема умножителя:
/>
В расчете требуются 10-е коэффициенты Берга: />и />. продолжение
--PAGE_BREAK--
Умножитель должен на 10-й гармонике развивать мощность 0,06 Вт.
Расчет коллекторной цепи
Напряжение питания: />.
1. Коэффициент использования коллекторного напряжения:
/>
2. Коэффициент использования коллекторного напряжения на 10 й гармонике:
/>
3. Амплитуда напряжения на коллекторе:
/>
4. Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:
/>
5. Амплитуда десятой гармоники коллекторного тока:
/>
6. Амплитуда импульсов коллекторного тока:
/>
7. Постоянная составляющая постоянного тока:
/>
8. Эквивалентное сопротивление нагрузки коллекторного контура на 10-й гармонике:
/>
Расчет базовой цепи
1. Находим предельную частоту транзистора, при которой коэффициент передачи по току в схеме с общим эмиттером равен 1:
/>
2. Рассчитываем время дрейфа транзистора:
/>
3. Определим угол дрейфа на высшей частоте:
/>
Т.к. угол дрейфа меньше />, то считаем, что />и />.
4. Амплитуда переменного напряжения на переходе эмиттер-база:
/>
5. Модуль коэффициента передачи напряжения со входа на переход эмиттер-база:
/>
по графику определяем />.
6. Амплитуда напряжения возбуждения, требуемая от источника возбуждения:
/>
7. Входное сопротивление:
/>
8. Мощность возбуждения:
/>
9. Первая гармоника тока базы:
/>
10. Реальная величина тока базы:
/>
11. Напряжение смещения, обеспечивающее заданный угол отсечки базового тока:
/> продолжение
--PAGE_BREAK--
Колебательный контур, на который нагружен транзистор, должен при частоте 100 МГц иметь эквивалентное сопротивление 1650 Ом:
/>
Рассчитаем емкость и индуктивность:
/>
/>
Индуктивность на входе: />
5. Расчет предоконечного каскада
/>
Схема предоконечного каскада
В первой части расчета мощность возбуждения выходного каскада получилась равной 2,11 Вт. С учетом потерь в согласующей цепи. Зададим мощность предоконечного каскада: />.
Исходя из требований по мощности и частоте, выберем транзистор КТ903А. Угол отсечки примем равным />.
Расчет коллекторной цепи
Выбираем напряжение питания />.
1. Коэффициент использования коллекторного напряжения:
/>
2. Амплитуда напряжения на коллекторе:
/>
3. Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:
/>
4. Амплитуда импульсов коллекторного тока:
/>
5. Постоянная составляющая постоянного тока:
/>
6. Эквивалентное сопротивление нагрузки, обеспечивающее рассчитываемый режим:
/>
7. Мощность, потребляемая от источника питания:
/>
8. Мощность, рассеиваемая на коллекторе:
/>
При этом, мощность, рассеиваемая на коллекторе, меньше предельно допустимой.
9. КПД коллекторной цепи:
/>
Расчет базовой цепи
1. Находим предельную частоту транзистора, при которой коэффициент передачи по току в схеме с общим эмиттером равен 1:
/>
2. Рассчитываем время дрейфа транзистора:
/>
3. Определим угол дрейфа на наивысшей частоте:
/>
4. Нижний угол отсечки положительных импульсов эмиттерного тока:
/>
Коэффициенты />и />, соответствующие углу отсечки />: />и />.
5. Модуль коэффициента передачи по току на рабочей частоте:
/>
где /> продолжение
--PAGE_BREAK--
6. Амплитуда первой гармоники тока эмиттера:
/>
7. Амплитуда положительного импульса эмиттерного тока:
/>
8. Постоянная составляющая тока эмиттера:
/>
9. Амплитуда переменного напряжения на переходе эмиттер-база:
/>
10. Модуль коэффициента передачи напряжения с входа на переход эмиттер-база:
/>
по графику определяем />.
11. Амплитуда сигнала возбуждения, требуемая от предыдущего каскада:
/>
12. Входное сопротивление:
/>
13. Мощность, требуемая от предыдущего каскада:
/>
14. Первая гармоника тока базы:
/>
Напряжение смещения:
/>
Индуктивность на входе:
/>
17. Емкость и индуктивность на выходе колебательного контура:
/>и />
Расчет коэффициентов трансформации согласующих трансформаторов
Согласование возбудителя и модулятора.
/>
Согласование модулятора и умножителя частоты.
/>
Согласование умножителя частоты и предусилителя.
/>
/>
Список использованной литературы
«Радиопередающие устройства» – под ред. В.В. Шахгильдяна, РиС, 1996 г.
«Проектирование и техническая эксплуатация радиопередающих устройств» – Сиверс Г.А., РиС, 1989 г.
«Проектирование радиопередающих устройств» – под ред. В.В. Шахгильдяна, РиС, 1998 г.