Проектування генератора високих частот

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ РАДІОЕЛЕКТР O НІКИ

Кафедра МІТ

Курсова робота

з дисципліни

«Розрахунок і проектування засобів вимірювальної техніки»

на тему: «Проектування генератора високих частот».

Роботу виконала:

Керівник курсової роботи:

ст. гр. МІТ-08-1

Штефан Н.В.

Коваленко М.А.

Белокурскій Ю.П.

2008

РЕФЕРАТ

Пояснювальна записка: 5 рис., 1 дод., 24 с.

У курсовій роботі проводиться проектування генератора високих частот із заданими параметрами, розглядаються методи генерації частот і основні схемні вирішення аналогічних приладів.

ЗМІСТ

Перелік умовних позначень, символів, одиниць, скорочень і термінів

ВСТУП

1 КЛАСИФIКАЦIЯ ГЕНЕРАТОРІВ

1.1 Класифікація частот

1.2 Види генераторів

1.3 Класифікація генераторів

2 ОГЛЯД ОСНОВНИХ МЕТОДІВ ГЕНЕРАЦІЇ ЧАСТОТ

2.1 Резонансний метод

2.2 Основні джерела похибки

3 ГЕНЕРАТОР ВИСОКИХ ЧАСТОТ

3.1 Призначення і область застосування

3.2 Проведення повірки

3.3 Основні технічні характеристики

3.4 Схема генератора ВЧ

ВИСНОВКИ

ПЕРЕЛІК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ, СИМВОЛІВ, ОДИНИЦЬ, СКОРОЧЕНЬ І ТЕРМІНІВ

СІ - засіб вимірювань;

ЗВТ - засоби вимірювальної техніки;

ФВ - фізична величина;

ЕОМ - електронно-обчислювальна машина;

СКО - середньо квадратичне відхилення;

ВЧ - висока частота;

ГВЧ - генератор високих частот.

ВСТУП

Розвиток багатьох напрямів науки і техніки визначаються точністю вимірювання часу і частоти. З семи основних фізичних величин (довжина, маса, час, сила електричного струму, термодинамічна температура, сила світла і кількість речовини) еталони часу і частоти є найточнішими [1]. Це свідчить про ту увагу, яку виявляє суспільство в процесі наукової та виробничої діяльності до питань вимірювання часу і його похідної - частоти. В даний час Державний первинний еталон часу і частоти, що базується на групі квантових заходів частоти (водневих, цезієвого, рубідіевим генераторів), забезпечує відтворення одиниці часу - секунди та одиниці частоти - герца [1].

Вимірювання частоти - найбільш точний і швидко розвивається вид вимірювань. По-перше, одиниця часу (частоти) є основною одиницею системи СІ, по-друге, визначення секунди пов'язано з перерахунком подій, а перерахунок є найточнішим методом вимірювань, по-третє, підвищення точності вимірювань частоти необхідно для прикладного використання в телекомунікаціях, навігації , космічної галузі. За останні 50 років сумарна відносна похибка первинних державних еталонів на основі цезієвого реперів частоти зменшилася з ± 1 × 10 до ± 1,5 × 10 , Тобто точність зростала на порядок за кожні 10 років. Ніякий інший вид вимірів не має такого значного приросту, адже зростання точності в 2-3 рази за 10 років вже вважається відмінним показником. Проведені дослідження та звірення вже показують можливість досягнення похибок ± 1 × 10 ... ± 1 × 10 . Але дослідження в галузі вимірювання частоти тривають.

Таким чином, метою роботи є систематизація і закріплення теоретичних знань за допомогою основних розділів дисципліни: «Розрахунок і проектування засобів вимірювальної техніки», придбання навичок проектування, розробки основних методів вимірювання, розрахунку та забезпечення основних метрологічних характеристик

1 КЛАСИФIКАЦIЯ ГЕНЕРАТОРІВ

1.1 Класифікація частот

Частотою коливань називають число повних коливань в одиницю часу:

(1.1)

де t-час існування n коливань.

Для гармонійних коливань частота , Де Т - період коливань. Одиниця частоти герц визначається як одне коливання в одну секунду. Частота і час нерозривно пов'язані між собою, тому вимірювання тієї або іншої величини диктується зручністю експерименту і необхідної похибкою вимірювання. У Міжнародній системі одиниць СІ час є однією з семи основних фізичних величин. Частота електромагнітних коливань пов'язана з періодом коливання Т і довжиною однорідної плоскої хвилі у вільному просторі (наступними співвідношенням: .

Спектр частот електромагнітних коливань, що використовуються в радіотехніці, простягається від долей герца до тисяч гігагерц. Цей спектр спочатку розділяють на два діапазони - низьких і високих частот. До низьких частотах відносять інфра звукові (нижче 20 Гц), звукові (20 - 20 000 Гц) і ультразвукові (20-200 кГц).

Високочастотний діапазон, у свою чергу, поділяють на високі частоти (20 кГц - 30 МГц), ультрависокі (30 - 300 МГц) і надвисокі (вище 300 МГц). Верхня межа надвисоких частот безперервно підвищується, і в даний час досягла 80 ГГц (без урахування оптичного діапазону).

Такий поділ пояснюється різними способами отримання електричних коливань і відмінністю їх фізичних властивостей, а також особливостями поширення на відстань. Однак чіткої межі між окремими ділянками спектру провести неможливо, тому такий розподіл у великій мірі умовно.

1.2 Види генераторів

Генератором радіосигналу називається пристрій, в якому енергія одного або декількох зовнішніх джерел перетвориться в енергію високочастотних коливань (радіосигналу). Генератор завжди включає в себе нелінійний генераторний прилад, в якому і відбувається це перетворення, зовнішні електричні ланцюги джерела живлення.

Види генераторів:

1. За формою вихідного сигналу:

- Синусоїдальних сигналів (генератор Мейснера, генератор Хартлі (індуктивна трехточка), генератор Колпітца (емкостная трехточка) тощо);

- Прямокутних імпульсів - мультивібратор;

- Функціональний генератор - прямокутних, трикутних і синусоїдальних імпульсів.

2. За частотного діапазону:

- Низькочастотні;

- Високочастотні.

3. За принципом роботи:

- Стабілізовані кварцовим резонатором;

- Блокінг-генератор;

- RC-генератор.

1.3 Класифікація генераторів

За ГОСТ 15094 [2] генератори підрозділяються на 6 видів: низькочастотні, високочастотні, імпульсні, сигналів спеціальної форми, шумових сигналів і хитається частоти. Проте слід враховувати, що класифікаційні межі умовні, деякі генератори займають проміжне положення між низько-і високочастотними, деякі бувають комбінованими з вигляду сигналу. Для оптичних генераторів існує аналогічна класифікація. Крім генераторів стандартизованих видів бувають генератори галузевого призначення (у складі контрольно вимірювальної апаратури).

Г2 - генератори шуму, імітують білий або рожевий шум.

Приклади: Г2-37, Г2-47, Г2-59

Г3 - генератори низької частоти, звичайно від 20 Гц до 200 кГц, рідше до 2 або 10 МГц, модуляція сигналу, як правило, не передбачена.

Приклади: Г3-102, Г3-109, Г3-122

Г4 - генератори високої частоти, призначені для роботи в радіочастотному діапазоні, різні види модуляції.

Приклади: Г4-83, Г4-129, РГ4-14

Г5 - генератори імпульсів, відтворюють послідовності прямокутних імпульсів, деякі генератори здатні генерувати кодові імпульсні послідовності.

Приклади: Г5-54, Г5-80, Г5-89

Г6 - генератори сигналів спеціальної форми, відтворюють послідовності імпульсів різної форми: трикутної, пилкоподібної, трапецеїдальної та ін

Приклади: Г6-17, Г6-22, Г6-39

Г8 - генератори хитається частоти;

ОГ - генератори оптичного діапазону

Приклади: ОГ-2-1, ОГ4-163, ОГ5-87

Генератори галузевого призначення - відтворюють спеціальні сигнали, наприклад, складної форми або зі складними комбінованими методами модуляції, маніпуляції; призначені для перевірки та настроювання певних видів радіоапаратури.

Основні нормовані характеристики:

1. Діапазон відтворюваних частот;

2. Точність установки частоти та її нестабільність;

3. Діапазон установки вихідних рівнів (напруги або потужності);

4. Точність установки вихідного рівня, похибка аттенюатора;

5. Залежно від виду генератора можуть бути додаткові параметри - характеристики модуляції, тимчасові характеристики імпульсів і т.д.

2. ОГЛЯД ОСНОВНИХ МЕТОДІВ ГЕНЕРАЦІЇ ЧАСТОТ

Визначення установки частоти виробляють методом прямого вимірювання частоти електронно-рахунковим частотоміром. Електронно-лічильний частотомір повинен забезпечувати вимірювання частоти генератора в усьому діапазоні або в частині діапазону встановлюваних значень частоти. Структурна схема з'єднання приладів при вимірі частоти представлена ​​на (рис. 2.1).

1 - вихід основних імпульсів, 2 - вхід сигналу для вимірювання періоду.

Малюнок 2.1 - Структурна схема з'єднання приладів при вимірі частоти.

2.1 Резонансний метод

Складається в налаштуванні резонансної коливальної ланцюга, попередньо прокалибровать по зразковому генератора і частотоміри, на вимірювану частоту і відлік її значення за шкалою, пов'язаної з елементом налаштування. Метод застосовується на частотах від 100 кГц до 100 ГГц [3].

Резонансний метод грунтується на порівнянні вимірюваної частоти з частотою власних коливань коливального контуру або резонатора, які попередньо градуюються. Прилади, що вимірюють частоту резонансним методом, називають резонансними частотомірами. Ці прості прилади застосовують у частотному діапазоні від сотень кілогерц до сотень гігагерц. Узагальнена структурна схема резонансного частотоміра представлена ​​на рис.2.3.

Малюнок 2.3 - Узагальнена структурна схема резонансного частотоміра.

Сигнал вимірюваної частоти через елемент зв'язку збуджує коливальну систему. За допомогою механізму настройки змінюється частота власних коливань коливальної системи. При рівності вимірюваною і власної частот виникає резонанс-зростання інтенсивності коливань у коливальній системі. Момент резонансу фіксується за допомогою індикатора резонансу, який пов'язаний з коливальної системою через елемент зв'язку. За шкалою відлікового пристрою відраховують значення вимірюваної частоти.

Основним вузлом резонансного частотоміра є перебудовується за частоті коливальна система. На частотах до сотень мегагерц як коливальної системи застосовуються резонансні контури із зосередженими постійними, на більш високих частотах до 1 ГГц - контури з розподіленими постійними у вигляді відрізків коаксіальної або Полоскова лінії, на ще більш високих частотах застосовуються об'ємні резонатори, на частоті понад 30 ГГц - відкриті резонатори.

В якості індикаторів резонансу застосовується найчастіше напівпровідниковий детектор з мікроамперметром магнітоелектричної системи. Однак у тих випадках, коли потрібно виміряти частоту послідовності радіоімпульсів великий шпаруватості, застосовують підсилювачі напруги відеоімпульсів. На рис. 2.4 наведена схема резонансного хвилеміра з коливальної системою у вигляді контура із зосередженими параметрами L та C.

Рисунок 2.4 - Схема резонансного хвилеміра з коливальної системою.

Вимірювальний контур має індуктивний зв'язок з ланцюгом джерела коливань і автотрансформаторного зв'язок з індикатором. Індикатор фіксує напругу, що знімається з частини котушки L. Вплив вхідний і індикаторної ланцюгів на вимірювальний контур може бути оцінений введенням в нього вносяться реактивного і активного опорів. Напруга, що надходить на індикаторну ланцюг, можна виразити як

(2.4)

де і - Власне активний і реактивний опори вимірювального контуру;

- Коефіцієнт включення індикаторного ланцюга;

- Амплітуда напруги на контурі.

Напруга буде максимальною при . Частоту відлічують по шкалі конденсатора змінної ємності при настроюванні на максимум напруги. Однак, якщо градуювання вимірювального контуру була виконана при джерелі коливань, що має активну вихідний опір, безпосередньо включеному у вимірювальний контур, то при вимірах з'являється похибка через вплив реактивного внесеного опору. Ось чому у резонансних частотомерах зв'язок з джерелом коливань і індикатором повинна бути дуже слабкою.

Можна навести ще один аргумент на користь слабкої зв'язку: необхідність малого активного внесеного опору для забезпечення високої добротності контуру, яка визначає виборчі властивості, а отже, і впливає на точність настройки [3].

2.2 Основні джерела похибки

Для даного проектування генератора ВЧ застосовується резонансний метод вимірювання частоти, так як задані метрологічні характеристики підходять для проектування даного генератора.

Розглянемо основні джерела похибки резонансного хвилеміра. Реалізація основної похибки може бути записана у вигляді:

(2.5)

де - Відносна похибка зразкового приладу, за яким проводилася градуювання;

- Відносна похибка настроювання в резонанс; похибка з'являється при градуюванні і при вимірі;

- Похибка градуювання, обумовлена ​​неточністю нанесення поділок на шкалі;

- Похибка відліку.

Середнє квадратичне значення може бути оцінений по класу точності зразкового приладу:

= / .

Оцінимо кордону похибки, обумовленої настройкою в резонанс . Скористаємося формулою, для цього необхідно записати вираз, що зв'язує відхилення стрілки приладу в ланцюзі індикатора резонансного частотоміра і частоту вимірюваного сигналу . Очевидно, при лінійному детекторі незалежно від типу коливальної системі таким виразом буде

(2.6)

де - Резонансне значення напруги, що надходить на індикаторну ланцюг;

- Резонансна частота вимірювального контуру;

- Навантажена добротність контуру;

- Коефіцієнт передачі лінійного детектора.

Відносна похибка, обумовлена ​​настройкою в резонанс:

(2.7)

Тут , - Роздільна здатність стрілочного приладу; для приладів з рухомою частиною на кернах = 0,1 справ.

Похибка, обумовлена ​​настройкою в резонанс, обернено пропорційно навантаженої добротності контуру і пропорційна кореню квадратному з відносною роздільної здатності стрілочного приладу в ланцюзі індикатора.

Основна похибка резонансних частотомеров лежить в межах від 0,01 до 2 ... 3%. Резонансні хвилеміри, крім похибки, характеризуються діапазоном частот і чутливістю. В даний час резонансні хвилеміри зберегли своє значення в діапазоні сантиметрових, міліметрових і субміліметрових хвиль. В якості коливальних систем використовуються короткозамкнені відрізки ліній передач, об'ємні та відкриті резонатори [4].

3. ГЕНЕРАТОР ВИСОКИХ ЧАСТОТ

3.1 Призначення і область застосування

Генератор ВЧ представляє собою лабораторний прилад, призначений для отримання синусоїдальних коливань високої частоти в діапазоні від 10 до 100 МГц.

Прилад розрахований для експлуатації:

- Температура (293 5) К (20 5) С;

- Відносна вологість повітря (65 15)%;

- Атмосферний тиск (100000 4000) Н / м (750 30) мм рт.ст.;

- Напруга мережі (220 4,4) В, частота 50 Гц.

Прилад застосовується для регулювання та випробування високочастотних ступенів радіоапаратури у лабораторній та цехової практиці.

3.2 Проведення повірки

1. Повірка повинна проводитися в нормальних умовах, обумовлених в ГОСТ 22261-82.

2. Допускається проводити повірку в робочих умовах, якщо Вивірений генератор і зразкові засоби повірки зберігають свої метрологічні параметри в цих умовах.

3. Повірник повинен ознайомитися зі змістом технічних описів та інструкцій з експлуатації вивіреного генератора і використовуваних засобів повірки.

4. Повинні бути проведені всі зазначені заходи щодо забезпечення умов безпечної роботи, а також операції по створенню та збереженню необхідних зовнішніх умов.

5. Вивірений генератор і використовувані засоби повірки повинні бути заземлені та прогріті під струмом протягом часу.

3.3 Основні технічні характеристики

1. Діапазон частот від 10 до 100 МГц;

2. Похибка градуювання за частотою не перевищує - 1%;

3. Напруга в межах від до 2 В знімається зі спеціального гнізда;

4. Надійність: 10 тис.годин;

5. Похибка: %, 3%.

6. Крок: 100; 10 , 10 ;

7. Форма сигналу: синусоїдальна;

8. Коефіцієнт гармонік: <2%;

9. Джерело живлення: мережа;

Умови, при яких експлуатується даний прилад - нормальні. Проводяться всі зазначені заходи щодо забезпечення умов безпечної роботи, а також операції по створенню та збереженню необхідних зовнішніх умов. Розглянутий генератор заземлюють і прогрівають під струмом протягом часу 15 хв.

3.4 Схема генератора ВЧ

Схема генератора ВЧ складається з наступних основних елементів: генератора високої частоти, генератора модулирующей частоти, вимірювача рівня вихідної напруги, вимірювача коефіцієнта глибини модуляції і випрямляча. Генератор високої частоти для виключення паразитного частотної модуляції і реакції аттенюатора на частоту виконаний за двоступеневою схемою з електронним зв'язком між ступенями [4].

Генератор, що задає працює на лампі 6С5 і являє собою трьохточкову схему з катодного зв'язком. Для більшої стійкості роботи частина коливального контуру генератора, що задає між катодом і корпусом, зашунтовані опором в 27 кОм. Коливання високої частоти від генератора, що задає подаються на підсилювач з опори зв'язку в 1000 Ом, включеного в анодний ланцюг лампи 6С5.

Підсилювач, що працює за схемою послідовного живлення, виконаний на лампі 6К7. Лампа 6К7 виконує одночасно роль модулятора. Крім того, зміною екранної напруги потенціометром "Установка несучої" цієї лампи встановлюється рівень вихідного високочастотного напруги.

Пристрій для регулювання величини вихідної напруги, крім потенціометра "Установка несучої", складається з плавного аттенюатора, ступеневої аттенюатора і дільника напруги на кінці вихідного кабеля.

Модулятор генерує синусоїдальні коливання з частотою в 400 Гц. Він працює на лампі типу 6Ф6С, з'єднаної тріодом, і являє собою генератор за схемою Мейснера. Для підбору оптимального режиму, що забезпечує стійку роботу модулятора при малому коефіцієнті нелінійних спотворень, напруга збудження регулюється потенціометром, включеним на частину витків сіткової котушки.

Вимірювач рівня вихідного напруги зібраний на одній половині лампи типу 6Х6С. Він являє собою діодний вольтметр. Друга половина лампи типу 6Х6С використовується для компенсації початкового відхилення стрілочного вимірювача, що виходить за рахунок початкового струму першої половини лампи. Змінна складова випрямленої напруги затримується від проникнення на вихід детектора фільтром, що складається з індуктивності в 100 мгн і ємностей в 2000 і 1500 пФ. У той же час напруга модулюють частот у всьому діапазоні від 50 до 8000 Гц подається через фільтр на модулометр.

Вимірювач коефіцієнта глибини модуляції складається з підсилювача низької частоти і діодного вольтметра, проградуированного безпосередньо у відсотках глибини модуляції. Градуювання модулометра, як і всякого іншого модулометра подібного типу, справедлива тільки при певній напрузі виходу, в даному випадку, відповідному напрузі на затисках аттенюатора в 1 В.

Випрямляч приладу зібраний по двохполуперіодній схемою на лампі типу 6Ц5С і живиться від трансформаторів з ферорезонансний стабілізацією, що дає приблизно десятикратне зниження коливань вторинних напруг у порівнянні з коливаннями напруги мережі, чим забезпечується більша сталість параметрів генератора.

Структурна схема Генератора ВЧ представлена ​​в додатку А.

ВИСНОВКИ

У цій роботі був розроблений генератор ВЧ для вимірювання частот у діапазоні від 10 до 100 МГц при нормальних умовах експлуатації, цей генератор розроблявся на основі резонансного методу вимірювання частоти, який грунтується на порівнянні вимірюваної частоти з частотою власних коливань коливального контуру або резонатора, які попередньо градуюються, також було учено основні джерела похибки резонансного методу. Даний прилад, призначений для отримання синусоїдальних коливань високої частоти.

ПЕРЕЛІК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

1. В.Д. Кукуш. Електрорадіоізмеренія: Учеб. посібник для вузів. - М.: Радіо і зв'язок, 1985-368с.

2. ГОСТ 23767-79 Генератори вимірювальні. Загальні технічні вимоги та методи випробувань.

3. Електрорадіоізмеренія: Навчальний посібник для вузів / Винокуров В.І.: вища школа, 1976. - 264 с

4. Генератори високих і надвисоких частот: Учеб. посібник / О.В. Алексєєв, А.А. Головков, А.В. Митрофанов и др. - М.: Висш.шк., 2003.-326с.

5. Документи, які визначають методи і засоби перевірки генераторів - ГОСТ 8.206, ГОСТ 8.314, ГОСТ 8.322, ГОСТ 16863, ГОСТ 12152.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Комунікації, зв'язок, цифрові прилади і радіоелектроніка | Курсова
67.6кб. | скачати


Схожі роботи:
Синтез фільтру високих частот
Проектування цифрового фільтра верхніх частот
Проектування високочастотного генератора синусоїдальних сигналів
Проектування активного RC-фільтра нижніх частот з обмеженою смугою пропускання
Синергетика основа високих соціальних технологій
Виключне і авторське право на об`єкти високих технологій
Імітатор генератора
Будова генератора
Фильтр нижних частот
© Усі права захищені
написати до нас