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:

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 _>>,В	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

TYPE=RANDOM FORMAT=ARABIC>29