Исследование радиопередающего устройства
Федеральное агентство по образованию Российской Федерации
ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет – УПИ»
Кафедра теоретических основ радиотехники
ИССЛЕДОВАНИЕ РАДИОПЕРЕДАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА
Пояснительная записка к курсовой работе
по дисциплине «Устройства формирования и генерирования сигналов»
Преподаватель: Булатов Л.И.
Студент: Жуков А.В.
Группа: Р-439А
Екатеринбург 2006
Содержание
Задание на курсовое проектирование
Структурная схема передатчика
Электрические расчеты режимов и элементов оконечного каскада 5
Расчет параметров штыревой антенны
Расчет выходной цепи оконечного каскада
Расчет входной цепи оконечного каскада
Расчет устройства согласования передатчика с нагрузкой
Конструкторский расчет элементов оконечной ступени
Расчет параметров катушек L21 и L22
Выбор стандартных номиналов
Выбор блокировочных дросселей L19 и L20
Выбор блокировочной емкости C56 15
Выбор емкостей C57 и C58
Назначение всех элементов принципиальной схемы радиопередатчика
Заключение
Список использованной литературы
Приложение 1
Задание на курсовое проектирование
Вам предлагается для исследования и расчета оконечной ступени схема реального радиопередающего устройства.
Составьте пояснительную записку, которая должна содержать следующие разделы:
Структурная схема передатчика с пояснениями: тип применяемой модуляции, вид согласующего устройства выходного каскада передатчика с нагрузкой, схема возбудителя передатчика.
Электрические расчеты режимов и элементов оконечного каскада. Полагая, что мощность выходной ступени P1=8Вт, а антенна – это вертикальный штырь длиной l=0.5м, сделайте расчет электрического режима этого каскада и устройств согласования передатчика с нагрузкой.
Конструкторский расчет элементов оконечной ступени.
Назначение всех элементов принципиальной схемы радиопередатчика.
Принципиальная схема радиопередатчика:
Рис.1. Схема ультракоротковолнового передатчика
Структурная схема передатчика
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
Рис. 2. Структурная схема передатчика
Из структурной схемы видно, что в передатчике используется косвенный метод получения ЧМ.
Схема возбудителя передатчика:
Рис. 3. Схема возбудителя передатчика
Схема автогенератора – осцилляторная (емкостная трехточка с заземленным эмиттером).
Электрические расчеты режимов и элементов оконечного каскада
Рис. 4. Схема оконечного каскада
Расчет параметров штыревой антенны
Для расчета параметров антенны была использована программа MMANA.
Антенна – это вертикальный штырь длиной l=0.5м
Вид антенны с учетом подстилающей поверхности:
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
Рис. 5. Вид антенны с учетом подстилающей поверхности
Зададимся следующими параметрами:
Материал – медь
Радиус антенны – 5мм.
Результаты работы программы представлены на рис.5, рис.6 и рис.7.
Рис. 6. Результат работы программы (вкладка «Вычисления»)
Рис. 7. Результат работы программы (вкладка «Вид»)
Рис. 8. Результат работы программы (вкладка «Диаграммы направленности»)
В результате сопротивление антенны получилось равным:
Z>A>=R>A>+jX>A>=23.835-j3.345 (Ом).
Так как R>A><<X>A>, следовательно реактивной составляющей можно пренебречь. Следовательно:
Z>A>>>R>A>=23.835Ом.
Расчет выходной цепи оконечного каскада
Производится расчет выходной цепи оконечного каскада на заданную мощность P1=8Вт.
Угол отсечки коллекторного тока θ=105.7˚ (выбирается так, чтобы смещение на базе получилось равным 0).
Коэффициенты Берга для θ=105.7˚:
>>
Коэффициент использования
коллекторного напряжения в граничном
режиме:>>
Амплитуда первой гармоники
напряжения на коллекторе в граничном
(критическом) режиме:.
Максимальное напряжение на
коллекторе:>>.
Амплитуда первой гармоники
коллекторного тока:>>.
Постоянная составляющая
коллекторного тока:>>.
Максимальная величина коллекторного
тока:>>.
Мощность, потребляемая от
источника коллекторного питания:>>.
Коэффициент полезного действия
коллекторной цепи:>>.
Мощность, рассеиваемая на
коллекторе транзистора:>>.
Сопротивление коллекторной
нагрузки:>>.
Расчет входной цепи оконечного каскада
Данная методика расчета справедлива на частотах до (0,5…0,8)f>T>. Так как у транзистора КТ934В частота единичного усиления f>T>=700МГц, следовательно эта методика может использоваться для расчета входной цепи оконечного каскада.
Для устранения перекосов в импульсах i>к>(ωt) нужно включать шунтирующее добавочное сопротивление R>доп> между выводами базы и эмиттера транзистора, как показано на рис. 9.
Рис. 9
Сопротивление R>доп> выравнивает постоянные времени эмиттерного перехода в закрытом и в открытом состоянии. Одновременно сопротивление R>доп> снижает максимальное обратное напряжение на закрытом эмиттерном переходе.
>>.
При включении транзистора с ОЭ целесообразно между коллекторным и базовым выводами транзистора включать сопротивление R>О.С.>, как показано на рис. 10.
Рис. 10
>>.
В результате включения R>О.С.> создается дополнительная отрицательная обратная связь на низких и средних частотах, такая же по величине, как на высоких частотах через емкость C>К>. В результате на всех частотах модуль коэффициента усиления по току транзистора β(ω) снижается в χ раз.
>>.
При работе транзистора на частотах ω>3ω>T>/β>0> в реальной схеме генератора можно не ставить сопротивления R>доп>> > и R>О.С.>. Однако в последующих расчетных формулах сопротивление R>доп> необходимо оставлять.
Амплитуда тока базы >
>.
Максимальное обратное напряжение
на эмиттерном переходе >
>
Постоянные составляющие базового
и эмиттерного токов >
>
>>
Напряжение смещения на эмиттерном
переходе >
>
Значения L>ВХ.О.Э>, r>ВХ.О.Э.>, R>ВХ.О.Э.>, C>ВХ.О.Э.> в эквивалентной схеме входного сопротивления транзистора на рис. 11.
Рис. 11. Эквивалентная схема входного сопротивления транзистора
>>
>>
>>
Резистивная и реактивная
составляющие входного сопротивления
транзистора (Z>ВХ>=R>ВХ>+iX>ВХ>)
>
>
>>
Входная мощность >
>
Коэффициент усиления по мощности
>
>
Расчет устройства согласования передатчика с нагрузкой
В данной схеме роль согласующего устройства играет параллельный колебательный контур L21-C57-L22-C58. Целесообразно поменять местами емкость C57 и индуктивность L22 (рис. 12).
Рис. 12. Согласующее устройство
Для расчета зададимся следующими значениями:
Характеристическое сопротивление
контура:ρ=(50…200)Ом
>
>
ρ=200Ом
Добротность ненагруженного
контура:Q>ХХ>=(50…100)
>
>
Q>ХХ>=100
КПД цепи согласования:η>ЦС>=(0.5…0.8)
>
>
η>ЦС>=0.7
Для удобства расчета сделаем замену:
C1=C57;
C2=C58;
L1=L22;
L2=L21;
R>Н>=R>А>=23.835Ом.
Добротность нагруженного контура:
Q>Н>=Q>ХХ>(1-
η>ЦС>)=>>
Эквивалентная индуктивность контура:
>>
Эквивалентная емкость контура:
>>
Мощность, отдаваемая в нагрузку (антенну):
>>
Коэффициент подключения АЭ к контуру:
>>
Через эквивалентную индуктивность контура и коэффициент подключения АЭ к контуру можно рассчитать индуктивности L1 и L2:
>>
>>
Коэффициент подключения нагрузки к контуру:
>>
Через эквивалентную емкость контура и коэффициент подключения нагрузки к контуру можно рассчитать емкости C1 и C2:
>>
>>
Следовательно:
C57=C1=5.6762пФ;
C58=C2=101.96пФ;
L22=L1=207.63нГн;
L21=L2=7.4464нГн.
Расчет блокировочных элементов:
>>
>>
>>
>>
>>>
>
Конструкторский расчет элементов оконечной ступени
Расчет параметров катушек L21 и L22
Определим значение контурного тока:
>>
Действующее значение контурного тока:
>>
Зададимся разницей между температурой провода и окружающей среды:
>>
Диаметр провода катушки:
>>
Исходя из диаметра провода выбираем диаметр катушки:
>>
Выберем длину катушки:
>>
>>
Следовательно коэффициент формы катушки:
>>
Индуктивность катушки:
>>
Необходимое число витков цилиндрической катушки:
>>
Шаг намотки:
>>
>>
Число витков индуктивности L21:
>>
Число витков индуктивности L22:
>>
Выбор стандартных номиналов
Выбор блокировочных дросселей L19 и L20
Выбор дросселя L20:
Так как >
>
и >
>,
следовательно выбираем дроссель ДМ-3-1.
Его характеристики:
>>
>>
>>
Выбор дросселя L19:
Так как >
>
и >
>,
следовательно выбираем дроссель
ДМ-0.2-25.
Его характеристики:
>>
Выбор блокировочной емкости C56
Так как >
>
и >
>,
следовательно выбираем керамический
конденсатор К10-50.
Его характеристики:
Номинальное напряжение 25В;
Номинальная емкость 30000пФ;
Ширина (1,5…5,5)мм;
Длина (1,3…4,4)мм;
Высота
(1,2…1,8)мм;
Внешний вид:
Выбор емкостей C57 и C58
Выбор емкости C57:
Амплитуда напряжения на обкладках конденсатора C57:
>>
Выбираем конденсатор КПК-МН.
Его характеристики:
Номинальное напряжение 350В;
Минимальная емкость, не более 4пФ;
Максимальная емкость, не менее 15пФ;
Длина 15мм;
Высота 9мм;
Ширина
11мм;
Внешний вид:
Выбор емкости C58:
Амплитуда напряжения на обкладках конденсатора C58:
>>
Для реализации емкости C58 необходимо включить параллельно конденсаторы К10-17 и КТ4-28.
Характеристики конденсатора К10-17:
Номинальное напряжение 25В;
Номинальная емкость 91пФ;
Ширина (1,5…1,2)мм;
Длина (1,3…8,6)мм;
Высота (1,8…3,3)мм;
Внешний вид:
Характеристики конденсатора КТ4-28:
Номинальное напряжение 25В;
Минимальная емкость, не более 4пФ;
Максимальная емкость, не менее 20пФ;
Длина 2,8мм;
Высота 1,2мм;
Ширина
2,6мм;
Внешний вид:
Назначение всех элементов принципиальной схемы радиопередатчика
Кварцевый автогенератор
VT1, ZQ1, C4, C1, C2 – емкостная трехточка.
L1 – блокировочная индуктивность.
C7 – блокировочная емкость.
R1, R4 – делитель напряжения, необходимый для подачи смещения на базу.
R6 – для подачи питания на коллекторную цепь и подачи смещения на базу транзистора VT1.
С8 – блокировочная емкость.
Фазовый модулятор
L2, VD1, VD2, C11, C12 – колебательный контур. При подаче модулирующего напряжения, варикапы изменяют свою емкость, следовательно меняются параметры контура и происходит модуляция.
Умножитель на 2
R14 – для подачи смещения на базу.
C14 – блокировочная емкость.
L3, C15, C16 – колебательный контур, настроенный на 2 гармонику.
R20 – для подачи смещения за счет тока базы.
C48, L12 – Г-образный четырехполюсник.
Усилитель НЧ
C3 – блокировочная емкость.
R2 – для настройки микрофона.
C5, C6 – блокировочные емкости.
R3, C5, C6 – цепь автосмещения.
C9 – блокировочная емкость.
R7 – для питания стоковой цепи транзистора VT2.
C10 – блокировочная емкость.
R8, R11 – делитель напряжения для подачи смещения на базу транзистора VT3.
R12 – обеспечивает автосмещение.
R13 – для питания коллекторной цепи транзистора VT3.
C13 – блокировочная емкость.
R15, R16 – делитель напряжения для подачи смещения на базу транзистора VT5.
R18 – обеспечивает автосмещение.
R19 – для подачи питания на коллекторную цепь транзистора VT5.
C17 – блокировочная емкость.
С18 – блокировочная емкость.
VD3, VD4 – ограничительные диоды. Необходимы для ограничения по амплитуде резких всплесков речевого сигнала. Следовательно происходит увеличение коэффициента модуляции.
C22, L5, C23 – П-образный ФНЧ.
C24 – блокировочная емкость.
R24, R25 – делитель напряжения для подачи смещения на базу транзистора VT8.
R27 – обеспечивает автосмещение.
C28 – блокировочная емкость. Шунтирует коллекторную цепь транзистора VT8 по высокочастотному току, попавшему с модулятора.
R28 – для подачи питания на коллекторную цепь транзистора VT8.
C29 – блокировочная емкость.
R29 –для подачи смещения на варикапы VD1, VD2.
C41 – блокировочная емкость.
R30 – для изменения девиации.
R31, C45, R10 – интегратор.
Усилитель мощности
C52, L15 – Г-образный четырехполюсник.
L16 – блокировочная индуктивность.
C53 – блокировочная емкость.
L17 – нагрузка.
C54, C55, L18 – Т-образный четырехполюсник.
L19 – блокировочный дроссель. Задает нулевое смещение на базе.
L20 – блокировочная индуктивность.
L21, L22, C57, C58 – колебательный контур. Согласует выходной каскад передатчика с нагрузкой.
Заключение
В ходе выполнения курсового проекта был рассчитан оконечный каскад передатчика. Был произведен конструкторский расчет катушек индуктивности и выбор стандартных номиналов емкостей и блокировочных дросселей. Были приобретены навыки анализа принципиальных схем радиопередающих устройств.
Список использованной литературы
Проектирования радиопередающих устройств: Учеб. пособие для вузов/В.В. Шахгильдян, М.С. Шумилин, И.А. Попов и др.; Под ред. В.В. Шахгильдяна. М.: Радио и связь, 1993, 512с.
Шумилин М. С., Козырев В. Б., Власов В. А. Проектирование транзисторных каскадов передатчиков: Учебное пособие для техникумов. М.: Радио и связь, 1987.
Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине “Устройства формирования сигналов” /Л.И. Булатов, Б.В. Гусев. Екатеринбург: Изд-во УГТУ, 2003 г.
Приложение 1
Параметры транзистора КТ-934В
Параметры идеализированных статических характеристик |
Сопротивление насыщения транзистора r>нас>, Ом |
0,45 |
Сопротивление материала базы r>Б>, Ом |
> |
|
Стабилизирующее сопротивление в цепи эмиттера r>Э>, Ом |
0 |
|
Напряжение отсечки
коллекторного тока >
|
0,7 |
|
Коэффициент усиления по току в схеме с ОЭ β>0> |
50 |
|
Высокочастотные параметры |
Частота единичного усиления по току f>T>, МГц |
700 |
Барьерная емкость коллекторного перехода C>К>, пФ |
22 |
|
Барьерная емкость эмиттерного перехода C>Э>, пФ |
200 |
|
Постоянная времени коллекторного перехода τ>К>, пС |
5 |
|
Барьерная емкость активной части эмиттерного перехода С>КА>, пФ |
> |
|
Индуктивность вывода эмиттера L>Э>, нГн |
1 |
|
Индуктивность вывода базы L>Б>, нГн |
2.8 |
|
Индуктивность вывода коллектора L>К>, нГн |
2.5 |
|
Предельно допустимые значения |
Допустимое напряжение на коллекторе в схеме с ОЭ U>КЭ.ДОП>, В |
60 |
Допустимое обратное значение напряжения на эмиттерном переходе U>БЭ.ДОП>, В |
4 |
|
Допустимая постоянная составляющая тока коллектора I>К0.ДОП>, А |
2 |