Прямая частотная модуляция осуществляется: в полупроводниковых генераторах путем изменения параметров колебательного контура с помощью варикапов, варикондов, реактивного транзистора, нелинейной индуктивности, железоиттриевого граната (на частотах от нескольких сот мегагерц до десятков гигагерц); в диодных генераторах (на туннельном диоде, ЛПД, диоде Ганна) путем изменения напряжения смещения на диоде; в транзисторных RC-генераторах путем изменения режима работы транзистора (тока коллектора, напряжения смещения на переходе эмиттер-база).
В проектируемых и выпускаемых промышленностью связных и вещательных передатчиках все шире используется способ прямой ЧМ с помощью варикапа. На практике существуют различные варианты соединения варикапа с контуром автогенератора.
АГ в радиопередатчиках являются источником колебаний, несущая частота и амплитуда которого определяется только собственными параметрами схемы и должны в очень малой степени зависеть от внешних условий, не учитывая модуляцию несущей. В состав АГ обязательно входит активный элемент (транзистор), колебательная система, определяющая частоту колебаний и нелинейный элемент, управляющий элемент, влияющий на частоту, то есть изменяющий частоту настройки колебательной системы генератора.
Так как мощность автогенератора не превышает нескольких десятков милливатт, то транзистор может быть выбран из широкого класса маломощных германиевых и кремниевых транзисторов. Определяющими факторами при выборе выступают рабочая частота автогенератора и диапазон рабочих температур.
В автогенераторе следует применять транзистор с граничной частотой, много большей рабочей частоты. В этом случае можно не учитывать инерционные свойства транзистора, благодаря чему упрощается расчёт автогенератора, но, главное - уменьшается нестабильность частоты, связанная с нестабильностью фазового угла крутизны.
Далее расчёт производится по методике, описанной в [6].
Выбираем резонатор со РТЛМ - 17. Параметры резонатора:
Rk = 30 Ом
m = 0.077
Со = 2.5·10-12
За основу взят кварцевый ЧМАГ, описанный в [6, стр. 157] и изображенный на рисунке 6.1.
Рисунок 6.1 - Частотно модулируемый кварцевый генератор
Для расчета возбудителя выберем транзистор КТ324А. Его параметры:
| Сопротивление насыщения, rнас | 30 Ом |
| Сопротивление базы, rб | 0.014 Ом |
| Статический коэффициент усиления, h21э | 50 |
| Предельная частота усиления, fТ | 800 МГц |
| Емкость перехода коллекторного перехода, Cк | 2.5 пФ |
| Емкость эмиттерного перехода, Cэ | 2.5 пФ |
| Предельное напряжение между коллектором и эмиттером, Uкэ.доп | 10 В |
| Предельный постоянный ток коллектора, Iко.мах | 20 мА |
| Предельный импульсный ток коллектора, Iк.мах | 50 мА |
Крутизна транзистора КТ324А при токе 4 мА составляет 784 мА/В. Определяем управляющее сопротивление генератора:
, (6.1)
где g1(q) = 0.2 исходя из запаса по возбуждению (примем не более 5%)
Находим значения ёмкостей обратной связи генератора:
, (6.2)
где Ко=0.4 – коэффициент обратной связи (выбирается от 0.2 до 0.8)
, (6.3)
Ом, (6.4)
. (6.5)
Ёмкости С3 и С4 соответствуют ёмкостям указанных на рисунке 5.1.
Для обеспечения устойчивой работы автогенератора необходимо стабилизированное питание, поэтому включим стабилизатор напряжения на стабилитроне КС168А, тогда напряжение питания автогенератора будет равно 6.8 В.
Так как амплитудное значение модулирующего напряжения не указано в задании, то примем его 2.5В. Тогда амплитудное значение равно 2.5·√2 = 3.536 В, то для предотвращения открывания варикапа модулирующим напряжением и напряжением высокой частоты выберем напряжение смещения на варикапе равным 5В. При этом приведённое значение модулирующего напряжения:
В, (6.6)
где jр = 0.5 … 0.7 В. Берём 0.5 В.
Рассчитаем приведённое сопротивление варикапа:
.(6.7)
Определяем ёмкость варикапа при напряжении смещения 4В:
, (6.8)
Такую ёмкость обеспечивает варикап КВ109Г, используя последовательное соединение двух варикапов.
Параметры варикапа КВ109Г:
Емкость варикапа  -  ,
| 8…17 пФ |
| Добротность QВ | 160 |
| Евн, | 4 В |
| Предельная частота f, | 50 МГц |
| Собр mах, | 25 В |
Используем встречно-последовательное соединение, когда варикапы соединяются последовательно в частотозадающую цепь генератора и параллельно по отношению к модулирующему напряжению и напряжению смещения.
Для обеспечения работы вблизи последовательного резонанса резонатора необходимо последовательно с резонатором включить индуктивность. Находим для двух граничных значений ёмкости варикапа значение индуктивности:
; (6.9)
При Срн = Свmin, L2min = 17.49 мкГн;
При Срн = Свmax, L2max = 8.42 мкГн;
(6.10)
Катушка индуктивности перестраиваемая: при среднем положении подстроечника должна обеспечиваться индуктивность 12.96 мкГн, при введённом подстроечнике 17.49 мкГн, при выведенном 8.42 мкГн.
Определим коэффициент нелинейных искажений:
, (6.11)
Для уменьшения нелинейных искажений введём корректирующую индуктивность параллельно резонатору. Приведённое сопротивление индуктивности определяем по формуле:
, (6.12)
, (6.13)
Проверяем коэффициент нелинейных искажений с учётом L1:
(6.13)
Kf = 0.65%, а это уже очень хорошо для вещательного передатчика.
Для предотвращения паразитного возбуждения через L1 необходимо последовательно с ней включить резистор сопротивлением 150–300 Ом, конкретное значение которого определяется в процессе настройки генератора. Для удобства настройки поставим переменный резистор сопротивлением 470 Ом.
Коэффициенты разложения тока исходя из условия Кз = 5 ( g1 = 0.2):
a1 = 0.391 , ao = 0.218.
Ток базы:
, (6.14)
Ток эмиттера:
Iэо = Iko + Iбо=20+0.4=20.4 мА, (6.15)
Амплитуда импульса коллекторного тока:
, (6.16)
Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:
, (6.17)
Амплитуда напряжения на базе:
, (6.18)
Амплитуда первой гармоники базового тока:
, (6.19)
Входное сопротивление:
, (6.20)
Мощность, потребляемая от источника коллекторной цепью:
, (6.21)
где Еэ = 3 В для обеспечения термостабилизации каскада.
Мощность, рассеиваемая кварцем:
, (6.22)
Мощность, рассеиваемая транзистором:
Рк = Ро – Ркв =0.076 – 0.01=66 мВт, (6.23)
Амплитуда напряжения на коллекторе:
, (6.24)
Минимальное допустимое сопротивление нагрузки из условия, что выходная мощность составляет 10% от мощности, рассеиваемой на кварце:
, (6.25)
Выходная мощность:
Рвых = 0.1·Ркв=1 мВт , (6.26)
Резистор в цепи эмиттера:
, (6.27)
Смещение на базе:
Еб = 0.7 + Еэ – Umб·cos( q )–Iбо·Rвх=3.37В, (6.28)
Ток делителя:
Iдел = 10·Iбо=4 мА, (6.29)
Базовый делитель:
, (6.30)
, (6.31)
Обратный ток варикапа:
Iобр = 0.2 мкА, (6.32)
Напряжение на анодах варикапов равно 0.4 В, на катодах 5.4В.
Сопротивление между анодами варикапов и землёй:
, (6.33)
Напряжения на R3 и R5 равно 0.2 В.
, (6.34)
Напряжение в средней точке делителя равно 5.6 В.
Ток делителя:
IДЕЛв=20·2·IОБР=8мкА, (6.35)
Сопротивления делителя:
, (6.36)
, (6.37)
Сопротивление R11
R11=(Ek-Ek1)/(Ik+Iдел+IВ+IСб)=450кОм, (6.38)
где Ek1=9 В.
Конденсатор С1:
, (6.39)
, (6.40)
Конденсатор С2:
, (6.41)
Выходной разделительный конденсатор:
, (6.42)
Минимальный и максимальный ток стабилизации:
Iстабmin = 2 мА, Iстабmax= 45 мА. (6.43)
Потребляемый ток:
Iпотр = IЭО + IДЕЛ=20мА (6.44)
Ток стабилитрона:
Iстаб = 4 мА. (6.45)
Балансное сопротивление:
, (6.46)
Ёмкость фильтра из условия, что сопротивление источника питания равно 0.1 Ом:
, (6.47)
Все элементы модулируемого генератора посчитаны и, кроме того, можно считать, что просчитан весь передатчик в целом.
заключение
В ходе проведенной работы был рассчитан радиовещательный ЧМ радиопередатчик мощностью 50Вт, работающий на частоте 68Мгц. Такой передатчик может быть применен для радиовещания в диапазоне УКВ OIRT (65,9-74 МГц). Однако сейчас все российские УКВ радиостанции вещают в диапазоне CCIR (88,0-108 МГц (Европа, Америка), 76-108 МГц (Япония)) и для диапазона OIRT приемников практически не выпускается. Целесообразнее было бы использовать диапазон ССIR еще и по причине наличия в продаже микросхем - монолитных ЧМ стерео передатчиков (вроде BA1404 и подобных) состоящих из стерео модулятора, ЧМ модулятора и ВЧ усилителя. Их применение позволило бы сильно упростить схему передатчика. Можно было применить микросхему ВА1404 и для передатчика на 68МГц, но для частоты ниже 76МГц потребовалось бы дополнительное тестирование (по данным даташита).
список использованной литературы
1 Проектирование радиопередающих устройств: Учеб. пособие для вузов / В.В. Шахгильдян, В.А. Власов, В.Б. Козырев и др.; Под ред. В.В. Шахгильдяна. – 3-е изд., перераб. и доп. М.: Радио и связь, 1993 – 512 с.
2 Полупроводниковые приборы. Транзисторы малой мощности: Справочник / А.А. Зайцев, А.И. Миркин, В.В. Мокряков и др.; Под ред. А.В. Голомедова. – М.: Радио и связь, 1989.- 384 с.
3 Проектирование радиопередающих устройств на транзисторах. Методические указания. / Г.Д. Казанцев, А.Д. Бордус, А.Г. Ильин. – ТИАСУР ,1987 – 79с.
4 Проектирование радиопередающих устройств: Учеб. пособие для вузов / М.С Шумилин. – М.: Связь, 1980 – 152 с.
5 Транзисторы (справочник) / О.П. Григорьев, В.Я. Замятин, Б.В. Кондратьев С.Л. Пожидаев – М.: Радио и Связь, 1989. - 272 с.
6 Г. Б. Альтшуллер, Н. Н. Елфимов, В. Г. Шакулин “Кварцевые генераторы” Мосва, Радио и связь, 1984/
Дата: 2019-12-22, просмотров: 210.
