Выбор структурной схемы передатчика

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

РЕФЕРАТ

Курсовой проект 33 стр., 5 источника, 6 рис.

ЧАСТОТНАЯ МОДУЛЯЦИЯ (ЧМ), РАДИОПЕРЕДАТЧИК, УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ, МОДУЛИРУЕМЫЙ КАСКАД, УМНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ, КВАРЦЕВЫЙ АВТОГЕНЕРАТОР, ВЫХОДНАЯ МОЩНОСТЬ, ВЫХОДНАЯ КОЛЕБАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА (ВКС), БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР

Объектом проектирования является радиопередатчик. Цель работы – приобретение навыков аналитического расчета радиопередающего устройства по заданным к нему требованиям.

В процессе работы производился расчет различных параметров и элементов радиопередатчика с частотной модуляцией.

Пояснительная записка выполнена в текстовом редакторе Microsoft Office Word 2007, графическом редакторе Microsoft Office Visio и математическом пакете MathCAD 14.

СОДЕРЖАНИЕ

РЕФЕРАТ. 2

1 введение. 4

2 Выбор структурной схемы передатчика.. 5

3 Расчет оконечного каскада.. 8

3.1 Энергетический расчёт коллекторной цепи. 8

3.2 Расчет выходной колебательной системы.. 16

3.4 Конструкторский расчет элементов ВКС.. 20

3.5 Уточнение элементной базы. Коррекция выходного усилителя мощности 23

4 Предоконечный усилитель мощности сигнала.. 25

5 Расчет умножителя частоты.. 28

6 Расчет модулируемого каскада.. 37

заключение. 48

список использованной литературы.. 49

1 введение

Стремительный темп развития радиопередающих устройств диктует новые правила в области передачи сигнала на расстояния, а кроме того требует все более высоких качеств, предъявляемых к радиоаппаратуре, предназначенной для радиовещания.

В настоящее время для радиовещания используют ультракоротковолновый (УКВ) диапазон. Несмотря на потери при вещании в данном диапазоне и недостатки использования УКВ волн, к которым, в первую очередь, можно отнести возможность работы в зоне прямого видения, УКВ радиопередатчики получили довольно широкое применение. В данном проекте рассматривается именно радиопередатчик УКВ диапазона.

Частотная модуляция (ЧМ) заключается в принципе воздействия на частоту задающего генератора процессом, протекание которого повторяет вид передаваемого сообщения. Вследствие этого воздействия частота передаваемого радиосигнала изменяется по времени в соответствии с передаваемым сообщением. Физика получения ЧМ - колебаний в рамках данного проекта не рассматривается в виду громоздкости самого процесса.

Остается отметить (как следует из выше сказанного), что радиопередающие устройства предназначены для генерации электромагнитных колебаний высокой и сверхвысокой частоты и их модуляции в соответствии с передаваемым сообщением.

Расчет оконечного каскада

Расчет умножителя частоты

Поскольку по ТЗ задана кварцевая стабилизация частоты, то рабочая частота 68 МГц слишком высока для использования кварцевого резонатора. Обычно частота кварца не превышает десятков мегагерц, а использование его на высших гармониках не рентабельна с точки зрения энергетического выхода. Поэтому то и необходимо применить схемы умножения частоты, и в принципе об этом уже отмечалось во введении.

Схема умножителя частоты ни чем не отличается от схемы усилителя мощности. Главное отличие – режим работы транзистора.

Основным недостатком умножителей частоты является низкий КПД, поскольку основным продуктом работы транзистора выступают высшие гармоники коллекторного тока. Чем выше коэффициент умножения (номер полезной гармоники), тем ниже КПД. Для повышения выхода энергии пользуются оптимальным углом отсечки, который определяется следующим выражением:

, (5.1)

В данном проекте будем использовать коэффициент умножения n = 5. Согласно (5.1) при данном коэффициенте умножения, оптимальный угол отсечки выберем 24 градусов. Методика расчета эквивалентна расчету усилителя мощности и ведется следующим образом.

(5.2)

В качестве полезной мощности на выходе, выступает мощность возбуждения следующего по схеме каскада и равна Р_вх. = 4.75 мВт.

По полученной мощности и частоте выберем в качестве нелинейного элемента, на основе которого будет построен умножитель частоты, транзистор КТ397А-2. Его параметры:

Сопротивление насыщения, r_нас	428.57 Ом
Сопротивление базы, r_б	0.072 Ом
Статический коэффициент усиления, h_21э	150
Предельная частота усиления, f_Т	1.06 ГГц
Емкость перехода коллекторного перехода, C_к	1.3 пФ
Емкость эмиттерного перехода, C_э	1.5 пФ
Предельное напряжение между коллектором и эмиттером, U_кэ.доп	40 В
Предельный постоянный ток коллектора, I_ко.мах	10 А
Предельный импульсный ток коллектора, I_к.мах	20 А

Рассчитаем амплитуду переменного напряжения на коллекторе (предварительный расчет):

, (5.3)

Рассчитываем напряжение источника коллекторного питания (предварительный расчет):

, (5.4)

Из ряда стандартных значений напряжений питания выберем напряжение равное Ek =20В. Рассчитываем амплитуду напряжения на коллекторе:

, (5.5)

Рассчитываем остаточное напряжение на коллекторе:

, (5.6)

Рассчитываем амплитуду импульса коллекторного тока:

. (5.7)

Рассчитываем постоянную составляющую тока коллектора:

. (5.8)

Произведём расчёт высокочастотных Y–параметров на рабочей частоте. При расчёте значение тока эмиттера I_э принимаем равным I_ko. Расчёт вспомогательных параметров:

, (5.9)

, (5.10)

, (5.11)

. (5.12)

Расчёт Y–параметров:

,(5.13)

, (5.14)

. (5.15)

Активная составляющая выходного сопротивления транзистора:

, (5.16)

где R_e(Y₂₂)-действительная часть выходной проводимости.

Теперь, зная R₂₂, найдем первую гармоники тока, протекающую через выходное сопротивление транзистора:

. (5.17)

Амплитуда первой гармоники коллекторного тока

. (5.18)

Первая гармоника тока, протекающая через нагрузочный контур:

. (5.19)

Сопротивление нагрузочного контура, необходимое для обеспечения критического режима:

, (5.20)

Максимальная мощность, потребляемая от источника коллекторного питания:

. (5.21)

Мощность переменного тока, поступающая в нагрузочный контур:

, (5.22)

Коэффициент полезного действия коллекторной цепи при номинальной нагрузке:

. (5.23)

Максимальная рассеиваемая мощность на коллекторе транзистора:

. (5.24)

Переходим к энергетическому расчёту цепей эмиттера и базы, используя методику, приведенную в [3].

Угол дрейфа на рабочей частоте (в градусах):

, (5.25)

Угол отсечки импульсов эмиттерного тока:

Q _э = Q _к – 0.5· j _др =24-0.5·3.66=22.17⁰, (5.26)

Модуль коэффициента усиления по току в схеме с общей базой на рабочей частоте:

, (5.27)

Первая гармоника тока эмиттера:

, (5.28)

Высота импульса тока эмиттера:

, (5.29)

Модуль комплексной крутизны транзистора на рабочей частоте:

, (5.30)

Амплитуда напряжения возбуждения на рабочей частоте:

, (5.31)

Постоянная составляющая тока базы:

, (5.32)

Напряжение смещения, обеспечивающее требуемый угол отсечки тока эмиттера:

Е_б = 0.7 – U_mб·cos Q _э – I_бо·r'_б=0.7-4.12·0.926- 13.85=-3.11 B, (5.33)

Угол отсечки импульсов тока базы:

, (5.34)

Определяем коэффициенты разложения базового тока: a_об=0.08, a_1б=0.16. Активная составляющая входного сопротивления:

, (5.35)

Мощность возбуждения на рабочей частоте без учёта потерь во входном согласующем контуре:

, (5.36)

Коэффициент усиления по мощности, без учёта потерь во входном и выходном согласующих контурах:

, (5.37)

Общая мощность, рассеиваемая транзистором:

P _тр = P _К + P _возб = + = Вт (5.38)

Блокировочные индуктивность и емкость в цепи коллектора:

, (5.39)

.(5.40)

Сопротивление и реактивности авто смещения в цепи базы:

, (5.41)

, (5.42)

. (5.43)

Определяем параметры согласующего контура:

Умножитель мощности можно считать рассчитанным.

РЕФЕРАТ

Курсовой проект 33 стр., 5 источника, 6 рис.

СОДЕРЖАНИЕ

РЕФЕРАТ. 2

1 введение. 4

2 Выбор структурной схемы передатчика.. 5

3 Расчет оконечного каскада.. 8

3.1 Энергетический расчёт коллекторной цепи. 8

3.2 Расчет выходной колебательной системы.. 16

3.4 Конструкторский расчет элементов ВКС.. 20

3.5 Уточнение элементной базы. Коррекция выходного усилителя мощности 23

4 Предоконечный усилитель мощности сигнала.. 25

5 Расчет умножителя частоты.. 28

6 Расчет модулируемого каскада.. 37

заключение. 48

список использованной литературы.. 49

1 введение

Выбор структурной схемы передатчика

Проектирование передатчика необходимо начинать с составления структурной схемы, которая в процессе проектирования уточняется, но на начальном этапе она в полной мере должна отражать все выполняемые радиопередатчиком функции.

Поскольку в радиопередатчике генерируются высокочастотные колебания, то в структурной схеме, безусловно, должен присутствовать автогенератор, который является источником высокочастотных колебаний. По ТЗ поставлена задача спроектировать передатчик с самостоятельным выбором типа стабилизацией частоты. Целесообразно применить кварцевую стабилизацию – она обеспечивает высокую стабильность частоты. Как правило, частоту кварцевого резонатора не рекомендуется выбирать выше 10 МГц (в крайнем случае, до 15 МГц), поскольку с ростом частоты повышается относительная нестабильность частоты. Но в нашем случае задан передатчик с рабочей частотой 68 МГц, поэтому полученные в автогенераторе колебания необходимо увеличить по частоте до необходимого значения, что в радиопередатчике осуществляется умножителем частоты. Коэффициент умножения находится по формуле:

(2.1)

Принимая n=5 определим точное значение частоты автогенератора:

(2.2)

Кроме того, мощность автогенератора не превышает десятков милливатт и для того, чтобы добиться необходимой мощности в антенне, необходимо усилить полученные высокочастотные колебания до заданного уровня. В этих целях используется усилитель мощности.

Для отсутствия потерь в тракте высокой частоты, т.е. для согласования отдельных блоков устройства, используют согласующие цепи, основной функцией которых заключается в трансформации сопротивлений сходящихся в одной точке соединения различных блоков. В функции согласующих цепей входит также и селекция, т.е. фильтрация колебаний являющихся побочным продуктом формирования полезного радиосигнала.

Осуществление ЧМ колебаний может вестись двумя способами: прямым и косвенным методами получения ЧМ колебаний. Более простым является первый метод, поэтому в данном проекте строится передатчик именно по этому принципу. Суть его заключается в прямом воздействии на задающий автогенератор с целью изменения его частоты.

Как видим из сказанного выше, в структурную схему радиопередатчика ЧМ колебаний входят следующие блоки: модулятор, воздействующий на автогенератор с целью изменения частоты генерации последнего; непосредственно автогенератор, генерирующий автоколебания заданной частоты; умножитель частоты, повышающий частоту колебаний, подаваемых с автогенератора; усилитель мощности; согласующие цепи. В качестве последних будем использовать колебательные системы, которые могут отвечать поставленным выше требованиям.

Согласно проведенным рассуждениям на рисунке 2.1 представлена структурная схема радиопередатчика ЧМ колебаний.

Рисунок 2.1- Структурная схема радиопередатчика ЧМ колебаний

Далее произведем расчет блоков структурной схемы радиопередатчика ЧМ колебаний представленных на рисунке 2.1. Расчет будем производить с конца схемы, т.е. от антенной цепи. В процессе данного расчета будет вводиться коррекция структурной схемы, необходимая для обеспечения заданных параметров. В основном коррекция будет заключаться в уточнении количества каскадов в том, или ином блоке радиопередатчика.

Расчет оконечного каскада

Дата: 2019-12-22, просмотров: 196.

12 3 4 5 Следующая ⇒