Расчёт радиопередатчика с АМ-модуляцией
1
ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
Рассчитать радиопередатчик связной с АМ-модуляцией по следующим параметрам:
1.Рабочая частота 2 МГц
2.Выходная мощность 15 Вт
3.Относительная нестабильность
частоты
1.2
10
4.Источник питания 127 / 220. В
1.Введение.
Радиопередающими называют устройства, предназначенные для выполнения двух основных функций – генерации электромагнитных колебаний высокой частоты или сверхвысокой частоты и их модуляции в соответствии с передаваемым сообщением. Радиопередающие устройства входят в состав радиокомплексов, содержащих, кроме того, антенны, радиоприёмные и различные вспомогательные устройства. При проектировании задают параметры, которым должен удовлетворять радиопередатчик. Основными из них являются выходная мощность на рабочей частоте или в диапазоне частот; относительная нестабильность частоты; вид и параметры модуляции.
2.Структурная схема РП.
В состав Р.П. входят:
Автогенератор с кварцевой стабилизацией.
Предварительный усилитель высокой (радио) частоты.
Усилитель мощности
Амплитудный модулятор.
Антенна.
Расчет Р.П. начнём с усилителя мощности.
3. Усилитель мощности.
Усилитель мощности (УМ) – один из основных каскадов РП; он предназначен для усиления мощности высокочастотных электромагнитных колебаний, возбуждаемых в задающем автогенераторе, путём преобразования энергии постоянного электрического поля в энергию электромагнитных колебаний. Следовательно, в состав УМ должен входить элемент, способный производить подобное преобразование. Эти элементы называют активными элементами (АЭ). В качестве АЭ в РП наиболее часто применяют биполярные и полевые транзисторы, иногда генераторные диоды (лавинно – пролетные, диоды Ганна).
В состав УМ (рис.1) помимо АЭ входят согласующие цепи, а также цепи питания и смещения. На вход усилителя поступают электромагнитные колебания частоты f от предшествующего каскада, называемого возбудителем. Нагрузкой УМ является входное сопротивление последующего каскада либо линии, ведущей к антенне.
Входная согласующая цепь
Цепь смещения
Цепь питания
Выходная согласующая цепь
Рис.1. Структурная схема усилителя мощности.
3.1 Расчёт усилителя мощности на биполярном транзисторе.
Требуется рассчитать режим работы транзистора в схеме с ОЭ с мощностью первой гармоники равной 15 Вт на частоте 2 МГц.
Выберем транзистор КТ903А. Его параметры:
Гн.
Ф.
Ф.
3.1.1Порядок
расчёта режима работы БПТ.
3.1.2 Расчёт принципиальной схемы УМ.
Eп.
R1
C3 L2
L3 C5
Выход
C1 L1
Вход
C2 R2 C4 С6
Схема №1. Принципиальная электрическая схема УМ.
Выходная согласующая цепь:
Входная согласующая цепь:
Таблица №1.
|
Элемент |
Номинал |
Ед. измерения |
|
R1 |
41 |
Ом. |
|
R2 |
43 |
Ом. |
|
C1 |
0.8 |
мкФ |
|
C2 |
25 |
нФ. |
|
C3 |
0.8 |
мкФ. |
|
C4 |
3 |
нФ. |
|
C5 |
0.8 |
мкФ. |
|
С6 |
3 |
нФ. |
|
L1 |
93 |
мкГн. |
|
L2 |
2.7 |
мкГн. |
|
L3 |
2 |
мкГн. |
4. Расчёт предварительного усилителя.
Предварительный усилитель выполнен на транзисторе КТ911А. Расчёт режима и принципиальной схемы
Еп
С1
R1
L1
L2
С2
R2
Схема№2. Принципиальная электрическая схема предварительного усилителя.
4.1 Расчёт электрического режима транзистора большой мощности КТ911А. Его параметры:
По формулам п.3.1.1 и п.3.1.2 рассчитаем режим работы и принципиальную схему.
Расчёт цепи согласования L2C3:
Таблица №2
-
Элемент
Номинал
Ед. Измерения
R1
1.8
кОм.
R2
1.82
кОм.
C1
0.8
мкФ.
C2
0.6
нФ.
L1
67
мкГн.
L2
45
мкГн.
5.Автогенератор.
Автогенератор – это источник электромагнитных колебаний, колебания в котором возбуждаются самопроизвольно без внешнего воздействия. В радиопередатчиках автогенераторы применяются в основном в качестве каскадов, задающих несущую частоту колебаний. В зависимости от типа АЭ различают транзисторные и диодные автогенераторы. Идея создания транзисторного автогенератора основана на том, чтобы обеспечить режим транзистора приблизительно такой же,
как в УМ. При этом на вход транзистора подаются колебания не от внешнего источника, а из собственного резонатора через цепь обратной связи. Главное
свойство резонатора – колебательный характер переходного процесса. Простейший резонатор – это колебательный контур.
Относительная
нестабильность частоты
автогенераторов, выполняемых на
резонаторах в виде
-контуров,
менее
. Однако к современным радиопередатчикам
предъявляют более высокие требования
по стабильности частоты. Как правило,
долговременная относительная
нестабильность частоты должна быть не
менее чем
,
что можно обеспечить, применяя кварцевые
резонаторы.
5.1 Структурная схема автогенератора с кварцевой стабилизацией.
Согласующая
цепь
Кварцевый
резонатор
к нагрузке
5.2 Расчёт автогенератора с кварцевой стабилизацией.
Rбл
Ссв
R1
С2
Сбл1
R2
С1 Rсм
Сбл2
Схема№3. Принципиальная электрическая схема кварцевого автогенератора.
Выберем в качестве АЭ транзистор КТ331А. Его параметры:
Расчёт произведём по указанным ниже формулам.
Расчёт кварцевого резонатора.
-
Элемент
Номинал
Ед. Измерения
R1
4.66
кОм.
R2
1
кОм.
Rсм
873
Ом.
Rбл
4.2
кОм.
С1
0.05
мкФ.
С2
1.1
мкФ.
Ссв
385
пФ.
Сбл1
0.8
мкФ.
Сбл2
900
пФ.
6.Модулятор.
Модулятор – это каскад радиопередатчика, в котором осуществляется модуляция высокочастотных колебаний в соответствии с передаваемым сообщением. Как известно, модуляцией в радиотехнике называют процесс управления одним из параметров высокочастотного колебания
,
где
- амплитуда,
- частота,
-
начальная фаза,
-
мгновенная фаза колебания.
Изменяя
с помощью управляющего НЧ сигнала
амплитуду
,
получим амплитудную модуляцию.
Структурная схема модулятора изображена на Рис.2. Преобразование спектра, которое происходит при модуляции, возможно в нелинейных системах либо в линейных системах с переменными параметрами. В качестве НЭ используют п/п диоды и транзисторы.
НЭ с цепями смещения и питания
Выходная согласующая цепь
Входная
согласующая цепь несущей частоты
Входная согласующая цепь сигнала
Рис.2. Структурная схема модулятора.
6.1.АМ – модуляция изменением напряжения питания.
Выходной ток АЭ зависит от напряжения на коллекторе, особенно сильна эта связь в перенапряжённом режиме. Поэтому можно осуществлять АМ – модуляцию, изменяя напряжение на коллекторе. В данном случае модулирующий сигнал вводят в цепь питания АЭ и напряжения питания (рис.3.)
напряжение
питания в режиме несущих колебаний
(напряжение источника питания);
амплитуда
НЧ колебаний.
Выходная согласующая цепь
Вход ВЧ
Цепь питания
Вход НЧ
Цепь смещения
Рис.3. Функциональная структурная схема АМ – модулятора при модуляции напряжением питания.
Расчёт электрического режима.
Колебательная
мощность в максимальном режиме
Где
максимальная глубина модуляции
,
а выходная мощность в режиме молчания
Выбираем
транзистор, способный рассеивать
мощность того же порядка, например
КТ970А, для которого
Еп1
R1
Cбл
Вход НЧ
R2
Еп2
Выход
Вход ВЧ
Схема№4. Принципиальная электрическая схема АМ – модулятора при модуляции напряжением питания.
Расчёт произведём по формулам пункта 3.1.1.
В качестве предварительного УНЧ применим каскад, выполненный на микросхеме К174УН9 с типовой схемой включения (рис.4.).
напряжение
питания
+ 100мк 0.1мк
10мк 1 1000мк
К174УН9
+ 8
16 +
Выход
Вход
10
11 220
0.1мк
500мк
4
+
2 1
Выходная мощность ……………….5,5 Вт.
Чувствительность входа……………20 мВ.
Напряжение питания……………..16,5 В.
Потребляемый ток…………………..60 мА.
Список используемой литературы:
Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах. Авторы: Б.Е. Петров, В.А. Романюк
Проектирование радиопередатчиков. Под редакцией В.В. Шахгильдяна
Схемы устройств формирования радиосигналов. Авторы: А.И. Александров, М.П. Кевлишвили
Справочник по транзисторам.
Каталог по транзисторам и интегральным схемам.
Ôîðìàò: WinWord Êóðñîâîé ïðîåêò ïî ïðåäìåòó "Óñòðîéñòâà ãåíåðèðîâàíèÿ è ôîðìèðîâàíèÿ ðàäèîñèãíàëîâ" Òåìà: Ðàñ÷¸ò ðàäèîïåðåäàò÷èêà ñ ÀÌ-ìîäóëÿöèåé. Àâòîð: Øåâöîâ À.Í. Ñäàâàëñÿ â Ìîñêîâñêîì Èíñòèòóòå Ðàäèîòåõíèêè, Ýëåêòðîíèêè è Àâòîìàòèêè â ÿíâàðå 2001ã. Ïîáëî÷íûé ðàñ÷¸ò ðàäèîïåðåäàò÷èêà. Ïðèìå÷àíèå: Áåç îáùåé ïðèíöèïèàëüíîé ñõåìû