Министерство образованияРФ
ГОУ ВПОУГТУ-УПИРадиотехнический институт
Кафедра РЭИС
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯЗАПИСКА К КУРСОВОЙ РАБОТЕ
ПОДИСЦИПЛИНЕ УГФС
СВЯЗНОЙ ПЕРЕДАТЧИК С АМПЛИТУДНОЙМОДУЛЯЦИЕЙ
Руководитель Харитонов Ф. В.
Студент Карамышев А. Ф.
Екатеринбург2009
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЕПРОЕКТИРОВАНИЕ
- назначениепередатчика: связной,
- диапазон рабочихчастот: f = (35 ¸ 45) МГц,
- мощность,передаваемая в антенну: РАмол = 1,5 Вт,
- относительнаястабильность частоты: Df/f = 4*10-5,
- вид источникапитания: химический источник тока (U = 16 В).
СОДЕРЖАНИЕ
1. Выбор иобоснование функциональной схемы передатчика
2. Выбор транзисторадля оконечной ступени передатчика
3. Расчет оконечногокаскада передатчика
4. Расчет входногосопротивления антенны
5. Расчет цеписогласования
Заключение
Библиографический список
1. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ ПЕРЕДАТЧИКА
Для того чтобы выбрать и обосноватьфункциональную схему передатчика необходимо выяснить основные принципыпостроения проектируемого передатчика: выбрать способ формирования заданноговида модуляции, определить принцип построения выходного каскада и типприменяемых в нем транзисторов, решить вопрос о применении типового возбудителяили необходимости разработки автогенератора. На основании этих данных естьвозможность составить функциональную схему и определить общее число усилителейи других каскадов, типы транзисторов и т. д.
Исходя из того, то АМявляется основным видом модуляции, то необходимо выбрать способ ееосуществления, обеспечивающий заданное качество модуляции при возможно болеевысоком КПД передатчика и простом управлении.
Заданная полезная мощность – одно из основных требованийк передатчику. Ее обеспечивает выходной (оконечный) каскад передатчика. Междувыходом передатчика, предназначенного для подключения антенно-фидерной системы,и транзисторами выходного каскада всегда расположены цепи согласования,фильтрации и др. Несмотря на то что они обычно выполняются на реактивныхэлементах (конденсаторах, катушках индуктивности), в них всегда теряется частьэнергии. На начальном этапе проектирования об этих согласующих цепях еще ничегоне известно, поэтому приходится учитывать их свойства ориентировочно. Исходя иззаданного частотного диапазона и выходной мощности передатчика, КПД согласующейцепи не превышает 0,8.
/>
Рис. 1: Функциональнаясхема передатчика: КАГ – кварцевый автогенератор; АГ – автогенератор; СМ –смеситель; N – умножитель частоты; УС –промежуточный усилитель; ОУ – оконечный усилитель; М – модулятор; ЦС – цепьсвязи; А – антенна.
Модулирующий сигнал поступает в модулятор с выходамикрофона или, если это необходимо, с усилителя низкой частоты. Модулируемыйсигнал формируется с помощью кварцевого автогенератора настроенного на частоту8 МГц и автогенератора генерирующего колебания с частотами 0,75 – 3,25 МГц.
Стабильность частоты кварцевого автогенератора Df/fКАГ = 10-5, перестраевомого Df/fАГ= 5*10-4. Общая нестабильность частоты Dfå/få=4*10-5. Далее эти колебания складываются всмесителе. Далее модулируемый сигнал поступает на умножитель частоты, кратностьумножения – 4. Следовательно колебательный контур в умножителе частоты долженбыть настроен на четвертую гармонику. Для подачи сигнала в оконечный каскад егонеобходимо предварительно усилить его. Для этого используется предварительныйусилитель. В оконечном усилителе происходит окончательное усиление сигнала. Таккак выходное сопротивление оконечного каскада меньше, чем входное сопротивлениеантенны, необходимо использовать цепь согласования.
2.ВЫБОР ТРАНЗИСТОРА ДЛЯ ОКОНЕЧНОЙ СТУПЕНИ ПЕРЕДАТЧИКА
Рациональный выбортранзистора для усилителя мощности — многовариантная задача, решение которойвлияет на такие характеристики генератора с внешним возбуждением, каккоэффициент полезного действия и коэффициент усиления мощности.
В задании на курсовоепроектирование указана колебательная мощность на входе антенны в режимемолчания — РАМОЛ = 1,5 Вт. То есть
РАMAX = (1 + m)2 = 6 Вт
Но между фидернымразъемом и коллекторной цепью транзистора стоит цепь связи, трансформирующаясопротивление фидера и ослабляющая внеполосные излучения передатчика. Насопротивлениях потерь элементов цепи связи бесполезно теряется частьколебательной мощности, генерируемой транзистором. Для оценки мощности Р1,которую должен отдавать транзистор, следует задаться величиной КПД цепи связи.
hЦС = РФ/P1 = 0,7
Мощность, на которуюследует рассчитывать ГВВ, равна:
Р1 = РАMAX/hЦС = 6 Вт / 0,7 = 8,6 Вт
Справочная величинамощности, отдаваемой транзистором в приведенном примере, должна быть не менее10 Вт.
Как правило, длягенерации заданной мощности в нагрузке в определенном диапазоне частот можно подобратьцелый ряд транзисторов. При одинаковой выходной мощности ГВВ на этих приборахбудут иметь разный КПД и коэффициент усиления по мощности. Из группытранзисторов нужно выбрать тот, который обеспечивает наилучшие электрическиехарактеристики усилителя мощности.
Коэффициент полезногодействия каскада связан с величиной сопротивления насыщения транзистора — r НАС. Чем меньше его величина, тем меньше остаточное напряжение вграничном режиме и выше КПД генератора.
Коэффициент усиления помощности КР зависит от ряда параметров транзистора — коэффициентапередачи тока базы bО, частотыединичного усиления fTи величины индуктивности эмиттерноговывода LЭ. При прочих равных условиях КРбудет тем больше, чем выше значение bО, f T и меньше LЭ.
Из данных таблицы [1]следует, что заданную мощность можно/> получить,используя транзисторы 2Т921А, 2Т934Б, 2Т909А. Далеко не все их можноиспользовать в проектируемом генераторе. Сразу следует отсеять транзисторы,диапазон рабочих частот которых не совпадает с заданной частотой. Исходя извышеизложенного выберем транзистор 2Т921А.
Параметрыидеализированных статических характеристик:
Сопротивление насыщениятранзистораrНАС=1.2 Ом;
Коэффициент усиления потоку в схеме с ОЭβо=28;
Высокочастотныепараметры:
Граничная частотаусиления по току в схеме с ОЭ fт=164 МГц;
Барьерная емкостьколлекторного переходаСк=45 пФ;
Барьерная емкостьэмиттерного переходаСэ=367 пФ;
Индуктивность выводаэмиттераLэ=3 нГн;
Допустимые параметры
Предельное напряжение наколлекторе Uкэ доп=65 В;
Постоянная составляющаяколлекторного тока Iкомакс. доп=3,5А;
Диапазон рабочих частот КВ,УКВ;
Энергетические параметры
Максимально допустимаямощностьPн=12,5 Вт;
Режим работы линейный,
3. РАСЧЕТ ОКОНЕЧНОГОКАСКАДА ПЕРЕДАТЧИКА
В оконечном каскадерадиопередатчика необходимо усилить имеющийся сигнал до заданной мощности. Вэтом разделе необходимо произвести расчет коллекторной цепи в критическомрежиме и режиме молчания, а также рассчитать входную цепь транзистора.Передатчик считается узкодиапазонный, т.к. коэффициент перекрытия частотырабочего диапазона =/> =/>= 1,28.
Расчет коллекторнойцепи генератора в критическом режиме:
Р1 = РАMAX = 10 Вт
Eк = 16 В
Примем угол отсечки q = 1100, согласно таблице[3]:
(q) = 0,509
1(q) = 0,713
0= 0,379
1 = 0,513
2 = 0,131
Sгр = 1/rНАС = 1/1,2 = 0,83
Амплитуда первой гармоникинапряжения на коллекторе:
/>
Uк = Eк * xк = 12,2 В
Амплитуда тока первойгармоники тока коллектора:
IK1 = 2P1 / Uk = 20 Вт / 12,2 В = 1,64
Постоянная составляющаяколлекторного тока:
IK0= IK1 / g1(q)
Высота импульса токаколлекторного тока:
IKMAX= IK1 / 1(q) = 1.64/0.513 = 3.2
I k макс не должен превышать допустимое значение максимальноготока для выбранного транзистора
Сопротивлениеколлекторной нагрузки:
RK= UK / IK1 = 12.2/1.64 = 7.44 Ом
Остаточное напряжение наколлекторе транзистора в граничном режиме:
eкMIN = IKMAX* rНАС = 3.2*1.2 = 3.84
Мощность, потребляемая отисточника коллекторного питания:
/>
Р0= 16В*1,21А= 19,4 Вт
КПД: h = Р1/Р0= 0,5*xгрa0(q)/a1(q) = 0,5*,76*,379/,513 = 0,28
Расчетвходной цепи транзистора:
Так как значениясопротивлений rб, rэ и Rуэ не заданы, то ихнеобходимо принять равными/>/>/>
Для устранения перекосовв импульсах включим шунтирующее добавочное сопротивление Rдоп междувыводами базы и эмиттера транзистора. Сопротивление Rдоп выбираютследующим образом:
/>
/>
/>/>/>.
Амплитуда тока базы:
/>
c = 1 + 0,713*6,28*164*106*45*10-12*7,44= 0,24
/>/>
Максимальное обратноенапряжение на эмиттерном переходе:
/>/>
Постоянные составляющиебазового и эмиттерного токов:
/>
/>Iэ0 = 1,253 А
Расчет режима молчания:
В силу линейностистатической модуляционной характеристики
Iк1МОЛ = Iк1MAX/(1 + m), ноIк1МОЛ = S*Uб*1(qМОЛ),следовательно:
1(q) = Iк1MAX/((1 + m) S*Uб)
1(qМОЛ) = 0,367Þ qМОЛ = 800, COSqМОЛ = 0.174,0(qМОЛ) = 0,286
1(qМОЛ) =0,472:
ЕМОЛ = -UБ* COSqМОЛ + Е`
UW = ЕБMAX — ЕМОЛ
4. РАСЧЕТ ВХОДНОГОСОПРОТИВЛЕНИЯ АНТЕННЫ
RВХ = Rå/sin2(2pLА/l) = 20(2p LА /l)2/sin2(2p LА /l)
RВХ = 20(2p/6)2/sin2(2p/6) = 29,6 Ом » 30 Ом
5. РАСЧЕТ ЦЕПИСОГЛАСОВАНИЯ
передатчиктранзистор генератор антенна
Цепь согласованияпредназначена для согласования выходного сопротивления оконечного каскада ивходного сопротивления антенны. Перед расчетом схемы согласования необходимовыяснить, необходимо ли при этом учитывать реактивности схемы замещениятранзистора. Для этого необходимо проверить выполнение условия QВЫХ = wСКRКЭ
Учет реактивностей АЭ вРПУ с заданными АЧХ (как узкодиапазонных, так и широкодиапазонных) производитсяследующим образом. Ёмкость Ск и индуктивность Lк вписывают (абсорбируют) в структуру СУ. Часто структуру СУразбивают на две. Первая, простейшая абсорбирует реактивности транзистора.Вторая обеспечивает трансформацию (и может быть фильтрацию гармоник).
/>
Рис. 2 Схема c ППФ
Используем в качествепервой структуры схему двухконтурного ППФ рис. 2. При выполнении условий: Df
L1=1/о2Ck-Lk; L2=(0.9CkRk2-nLk)/n2>(2-10) нГ; C = 1.1Rk/n2;
n = 1/(1-о2CkLk); R=0.9Rк/n2.
Вторая часть СУосуществляет трансформацию сопротивления R (рис. 2) к уровню сопротивления фидера RВХ. В качестве такого СУ можноиспользовать ППФ, квазиполосовые фильтры, связанные контура, трансформаторы наотрезках длинных линий (ТДЛ). ППФ квазиполосовые фильтры и связанные контурачастично фильтруют гармоники и требования к фильтрам гармоник снижаются.
/>
Рис. 3 Схема согласующего устройства
Пример расчета СУ,состоящего из двух частей: двухконтурного ППФ (рис.2), абсорбирующего ёмкостьСк и индуктивность Lк, ичетырехэлементной квазиполосовой цепи, трансформирующей сопротивление R к уровню RВХ, показан на рис. 3.
Для расчета принято: fо= 39,7 МГц, f=10 МГц, Cк=45 пФ, Rк=7,4Ом, Lк=3 нГ. По соотношениям к рис. 2: L1=352 нГ; L2=180 нГ; C=270пФ; R=5,74 Ом.
Нормированные величиныэлементов квазиполосовой цепи определим из табл.: 4=1.366; 3=0.652; =3.26; =n2=0.3415. Коэффициент трансформации сопротивления n2 = RВХ /R = 30/7,4 = 4,05.(Примем n2=4) и а = 2(fв-fн)/(fв+fн)=0.25 (Примема=0.3). Денормируя, получим: L4=20.5нГ; C3=110 пФ; L2=48 нГ; C1=45пФ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе выполнениякурсовой работы спроектирован связной передатчик с АМ с параметрами указаннымив задании на проектирование, а именно: выбраны структурная схема, элементная база,получена электрическая принципиальная схема, произведены электрические и конструктивныерасчёты ОК и ЦС с фидером. Таким образом, спроектированный передатчик обеспечиваетработу в диапазоне 35…45 МГц с выходной мощностью 1,5 Вт при питании от химическогоисточника тока напряжением 16 В.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙСПИСОК
1. Булатов Л.И., ГусевБ.В., Генерирование и формирование сигналов: Методические указания к курсовомупроектированию по дисциплине “Устройства формирования сигналов”. Екатеринбург:Изд-во УГТУ, 2003 г.
2. Шумилин М.С.,Козырев В.А., Власов В.А. и др. Проектирование транзисторных каскадовпередатчиков: Учеб. Пособие для техникумов. – М.: Радио и связь 1987. 320 с.:ил.
3. Гусев Б. В.Устройства генерирования и формирования сигналов: Учебное пособие /Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2002. 138с.