Міністерство освіти Російської Федерації
Уральський державний технічний університет - УПІ
Кафедра: «високочастотних пристроїв радіозв'язку і телебачення»
Оцінка роботи:
Члени комісії
Пояснювальна записка
Студент: Бабінцев С.Л.
Група: Р-409а
Єкатеринбург 2003
Уральський державний технічний університет - УПІ
Кафедра: «високочастотних пристроїв радіозв'язку і телебачення»
Оцінка роботи:
Члени комісії
Пояснювальна записка
До курсового проекту по предмету
«Пристрої формування сигналів»Проектування зв'язкового передавача
Викладач: Булатов Л.І.Студент: Бабінцев С.Л.
Група: Р-409а
Єкатеринбург 2003
ЗМІСТ
Завдання до курсового проектуВведення
1. Структурна схема передавача. Короткий опис структурної схеми
2. Трактування схемних рішень для автогенератора
3. Докладне обгрунтування ролі всіх елементів схеми
4. Розрахунок режиму кінцевого каскаду РПУ
4.1. Розрахунок колекторному ланцюзі вихідного каскаду
4.2. Розрахунок вхідного ланцюга кінцевого каскаду
5. Розрахунок параметрів антени
6. Розрахунок узгоджувального пристрою оконечной щаблі з антеною
6.1. Розрахунок блокувальних елементів
6.2. Розрахунок коливального контуру
Висновок
Список використаної літератури
Завдання до курсового проекту
Передавач з частотною модуляцією: потужність Р 1 = 1,5 кВт, несуча частота f = 27,2 МГц.Антена: штирова, довжина антени l a = 1.8м, радіус антени r = 8м.
Зміст пояснювальної записки:
· Принципова схема радіопередавача,
· Структурна схема передавача з коротким описом його роботи,
· Трактування схемних рішень для автогенератора, модулятора і пристрою узгодження кінцевого каскаду передавача з антеною,
· Електричний розрахунок оконечной щаблі передавача та його схеми зв'язку з навантаженням
· Детальний обгрунтування ролі всіх елементів принципової схеми передавача,
· Висновок
Введення.
Радіопередавальний пристрій (РПУ) - необхідний елемент будь-якої системи передачі інформації по радіо - будь то система радіозв'язку, телеметрична або навігаційна системи. Параметри радіопередавачів дуже різні і визначаються конкретними технічними вимогами до системи передачі даних. РПУ представляють складну систему, до складу якої входить високочастотний тракт, модулятор для управління коливаннями високої частоти відповідно до переданої інформацією, джерела живлення, пристрої охолодження та захисту. Діапазон НВЧ володіє величезною інформаційною ємністю. Радіопередавачі в діапазоні НВЧ застосовують в радіолокаційних станціях (РЛС), телебаченні, ретрансляційних лініях зв'язку, для тропосферного та космічного зв'язку, для радіоуправління і бортової апаратури радіопротидії і для багатьох інших спеціальних призначень. РПУ можна класифікувати за призначенням, діапазону хвиль, потужності, виду модуляції, умов праці та ін Ці ознаки визначають специфіку проектування кожного виду передавачів. Наприклад, робочий діапазон хвиль і потужність на виході обумовлюють вибір активного елемента і конструкцію коливальних систем. Амплітудну та імпульсну модуляцію коливань здійснюють у вихідних щаблях, частотну модуляцію - у збудників, причому для забезпечення високої стабільності частоти, що несе застосовують систему автоматичного підстроювання частоти (АПЧ).1. Структурна схема передавача. Короткий опис структурної схеми.
УНЧ |
ФНЧ |
Каг |
УЧ |
Буфер |
УВЧ |
F * 2 |
ОК |
CУ |
СУ |
УНЧ - підсилювач низької частоти
ФНЧ - фільтр нижніх частот
УЧ - управитель частоти
Каг - кварцовий автогенератор
УВЧ - підсилювач високої частоти
F * 2 - удвоітель частоти
СУ - пристрій, що погодить
ОК - крайовий каскад
Передавач виконаний за схемою з безпосередньою ЧС в кварцовому генераторі.
На вході передавача варто мікрофон, який перетворює звукові коливання в електричні. Отриманий інформаційний сигнал посилюється УНЧ і через фільтр нижніх частот надходить на управитель частоти. ФНЧ обмежує спектр модулюючого сигналу приблизно до 3,5 кГц, для розбірливого прийому мовних повідомлень цього достатньо.
Управитель змінює частоту генеруючих кварцовим автогенератори коливань, здійснюючи пряму частотну модуляцію. Таким чином отримуємо ЧС сигнал з несучою f0, в нашому випадку f0 = 13,7 МГц. Модульовані коливання, пройшовши через буфер, посилюються УВЧ. Буфер необхідний для узгодження по опору виходу автогенератора з подальшими каскадами. Потім проводитися множення частоти до робочого діапазону f0 = 27.2 МГц. Множення частоти підвищує стійкість роботи всього передавача, а також збільшує глибину модуляції.
Отримані ВЧ коливання посилюються до необхідної величини в крайовому каскаді і через пристрій, що погодить, яке погодить вихідний опір ОК з фідером, надходить на антену, яка перетворює електричні ВЧ коливання в електромагнітні хвилі.
2. Трактування схемних рішень для автогенератора.
Автогенератор виконаний за осциляторної схемою (емкостная трехточка). Вибір осциляторної схеми пояснюється більшою надійністю автогенератора, у порівнянні зі схемою з кварцом в колі зворотного зв'язку, де кварц не завжди гарантує контроль генерується частоти.
Вибір ємнісний трехточкі пояснюється тим, що обидві індуктивні трехточкі мають істотні недоліки:
1) кварц шунтується великою ємністю база-емітер транзистора (1-10 пФ), при включенні кварцу між базою - емітером
2) при включенні кварцу між колектором і емітером, блокувальна індуктивність вносить свій внесок в значення генерується частоти, плюс до кварцу докладено велика напруга живлення.
Схема включення управителя частоти обрана з наступних міркувань: в кварцовому автогенератора керуючу реактивність слід підключати до елемента, головним чином визначає частоту, тобто до кварцовим резонатору, при цьому або послідовно або паралельно. Варіанти підключення наведено на рис. 2.
Четвертий варіант найгірший, тому що паралельно кварцу варто індуктивність, яка може визначати генерируемую частоту. Перший і другий варіанти мають спільний недолік: звужується смуга, де кварц має індуктивний характер. Найбільш прийнятний третій варіант, при якому знижується частота послідовного резонансу, але розширюється смуга, де кварц має індуктивний опір. Для застосувань третього варіанту необхідна керована індуктивність, яку легко реалізувати, включивши послідовно з варикапом індуктивність такої величини, щоб сумарний опір на частоті генерації носило індуктивний характер.
Як согласующего ланки обраний паралельний коливальний контур. Вибір такого схемотехнічного рішення пояснюється тим, що він забезпечує необхідну фільтрацію вищих гармонік і простий в експлуатації.
3. Докладне обгрунтування ролі всіх елементів схеми.
Підсилювач звукової частоти зібраний на операційному підсилювачі DA1, коефіцієнт посилення визначається співвідношенням елементів R14, R15, C12. По суті наведене у схемі включення ОУ є активним ВЧ фільтром.Ємність С12 має більшу величину і визначає «завал» АЧХ на малих частотах (0-150 Гц), що пояснюється шириною спектру необхідної для розбірливого прийому мовних повідомлень (від 0,3 до 3 кГц).
Ланцюжок R17, R18 являє собою дільник напруги, створює «псевдо» двухполярной харчування. Ємність С15 стабілізує значення віртуальної землі (6 В), фільтруючи можливі ВЧ складові напруги живлення.
Навантаженням УЗЧ є резистор R11. З нього, через що обмежує вихідний струм підсилювача резистор R10, напруга подається на пасивний ФНЧ, який представляє собою просту RC ланцюг з передатною характеристикою:
де fc = 1 / (2 * pi * R * c) - частота зрізу.
У нашому випадку fc = 3.386 кГц.
З виходу фільтра сигнал через блокировочную ємність С7 надходить на змінний резистор R2. Резистором R2 ми задаємо діапазон зміни напруги, що модулює, тобто глибину модуляції. Підбираємо значення опору так, щоб при максимально можливих значеннях напруги, що модулює не виходити за межі лінійної ділянки вольт-фарадні характеристики варикапа VD1, який управляє частотою генерації автогенератора.
Резистором R6 задаємо зсув на варикапа VD1, таким чином щоб в режимі мовчання ємність варикапа відповідала середині лінійної ділянки його ВФХ.
R5 обмежує величину постійного струму протікає по ланцюгу: +12 В, R6, R5, VD1, R2, 0В.
Автогенератор зібраний на транзисторі VT1, за схемою ємнісної трьох точці з заземленим колектором (С3 - еммітер-колектор; С2 - база-еммітер; VD1, ZQ1, L1 - база-колектор). Сумарний опір ланцюга VD1, ZQ1, L1 носить індуктивний характер. Змінна ємність L1 дозволяє встановлювати частоту генерації АГ в режимі мовчання рівну 13,6 МГц. Резистор R4 виконує роль ланцюга автосмещенія.
Отримані коливання через блокировочную ємність С5 надходять на істоковий повторювач (клас А), який зібраний на транзисторі VT2. Використання повторювача забезпечує: 1. узгодження по опору з подальшими каскадами передавача, 2. посилення коливань по напрузі у К разів.
З виходу повторювача сигнал надходить на попередній підсилювач зібраний на транзисторі VT3 (клас В). Ланцюжок R13, C10 виконує роль ланцюга автосмещенія по постійному струмі, відстежує положення робочої точки у вторинній обмотці. Використання такого трансформатора дозволяє легко провести множення частоти на два.
Помножувач зібраний на паралельно включених різнополярних транзисторах VT4, VT5. Обидва транзистора працюють в режимі В. На входи транзисторів надходять протифазні напруги з вторинної обмотки трансформатора Т1. У результаті отримуємо коливання з подвоєною частотою.
При використанні такого способу множення, необхідно щоб обидва плеча були симетричні, тобто щоб коефіцієнти посилення були рівні. Симетричність забезпечує Змінний резистор R16 (ланцюг автосмещенія по постійному струму).
Навантаженням помножувача є трансформатор опору Т2, який узгодить помножувач з крайовим каскадом. Коливальний контур вторинна обмотка Т2, С17, С18 забезпечує попередню фільтрацію ВЧ гармонік і узгодження з крайовим каскадом.
Кінцевий каскад зібраний на транзисторі VT6. Ланцюг R20, R21, VD2 задає зовнішнє зміщення, яке задає режим В. Ланцюжок R22, C20 виконує роль ланцюга автосмещенія по постійному струму. Навантаженням ОК є паралельний контур С23, С24, L3 налаштований на 27,2 МГц. Трансформатор Т3 забезпечує узгодження по опору ОК з коливальним контуром. Подстроечним конденсатором налаштовуємо контур у резонанс на частоті 27,2 МГц. Виділені контуром коливання випромінюються штирьовий антеною WA1 в простір.
4. Розрахунок режиму кінцевого каскаду РПУ.
У заданою схемою крайовий каскад підсилювача виконаний на транзисторі КТ904, який має наступні параметри:Опір насичення транзистора: r нас ВЧ = 1,73 Ом;
Опір матеріалу бази r б = 3 Ом;
Постійна часу колекторного переходу: τ K = 15 пс;
Опір емітера: r е ≈ 0,0 Ом;
Коефіцієнт посилення по струму в схемі з ОЕ: β про = 24;
Гранична частота підсилення по струму в схемі з ОЕ: f т = 350 МГц;
Бар'єрна ємність колекторного переходу: С до = 12 пФ;
Бар'єрна ємність емітерного переходу: З е. = 124 пФ;
Індуктивність емітерного висновку: Lе = 4 нГн;
Індуктивність базового висновку: LБ = 4 нГн;
Індуктивність колекторного висновку: Lк = 4 нГн;
Максимальна вихідна потужність: Р max = 5 Вт;
Гранично допустима постійна величина колекторний струм: I k 0. Max = 0.8 А;
Гранично допустима напруга колектор-емітер: U ке. Max = 40 В;
Гранично допустима напруга база-емітер: U бе. Max = 4 В;
Напруга відсічення: Е '= 0,7 В;
Схема включення: ОЕ.
4.1. Розрахунок колекторному ланцюзі вихідного каскаду.
Розрахунок колекторному ланцюзі проводиться за методикою, викладеною в [2], для транзистора, що працює в критичному режимі з кутом відсічення - Q = 90 °.Вихідні дані для розрахунку наступні:
Р 1 = 1,5 Вт - коливальна потужність транзистора,
r нас ВЧ = 1,73 Ом - опір насичення транзистора,
I до0. Max = 0,8 А - допустима постійна складова колекторного струму;
Таблиця SEQ Таблиця \ * ARABIC 1 Коефіцієнти розкладання косінусоідальное імпульсу
| Формула | Значення |
| 0,319 | |
| 0,319 | |
| 0,5 | |
| 0,319 | |
| 0,5 |
2. Максимальне значення колекторного струму
3. Амплітуда першої гармоніки напруги на колекторі в критичному режимі
4. Амплітуда першої гармоніки колекторного струму
5. Постійна складова колекторного струму
6. Потужність, споживана від джерела колекторного живлення
7. Коефіцієнт корисної дії колекторної ланцюга
8. Потужність, що розсіюється на колекторі транзистора
9. Опір колекторної навантаження
4.2. Розрахунок вхідного ланцюга кінцевого каскаду.
1. Величина шунтуючого додаткового опору2. Амплітуда струму бази
де
3. Максимальна зворотна напруга на емітерний перехід
4. Постійні складові базової і емітерного струмів
5. Напруга зсуву на емітерний перехід
Рис. 2 Еквівалентна схема вхідного опору транзистора.
6. Значення L вх ое, r вх ое, R вх ое, З вх ое в еквівалентній схемі вхідного опору транзистора.
7. Резистивна і реактивна складові вхідного опору транзистора (Z вх = r вх + jX вх)
8. Вхідна потужність
9. Коефіцієнт посилення по потужності
- Довжина антени l a = 1.8м,
- Довжина хвилі l = с / f = (3 * 10 8) / (27.2 * 10 6) = 11.02 м,
- Радіус антени r = 8мм.
Знайдемо хвильовий опір антени:
Оскільки довжина антени менше чверті довжини хвилі, то
Знайдемо вхідний опір антени:
де
Z а = r a + jx a
Активна складова r a = 2,8 Ом
Реактивна складова x a = - 223 Ом
Ємність З 22 і індуктивність L2 призначена для поділу за постійної складової струму I до0, реактивний опір Х С22 має задовольняти співвідношенню:
Х C 22 <<R е = 4R до, (Х С22 = R е / [100 ... 200])
X C 22 = (wC 22) -1 = 4R до / 150 Þ
З 22 = 150 / (4 * 31,49 * 2 * 3,14 * 27,2 * 10 -6) = 6,96 (нФ);
Реактивний опір Х L 2 повинен задовольняти співвідношенню:
X L 2>> R е = 4R до, (Х L2 = R е * [50 ... 100])
X L 2 = wL 2 = 4R до * 75 Þ
L 2 = 4 * 31,49 * 75 / (2 * 3,14 * 27,2 * 10 -6) = 55,3 (мкГн).
Рис. 2 Перерахунок опору антени в контур
Рис. 2 Еквівалентна схема вхідного опору транзистора.
6. Значення L вх ое, r вх ое, R вх ое, З вх ое в еквівалентній схемі вхідного опору транзистора.
7. Резистивна і реактивна складові вхідного опору транзистора (Z вх = r вх + jX вх)
8. Вхідна потужність
9. Коефіцієнт посилення по потужності
5. Розрахунок параметрів антени.
Вихідними даними для розрахунку параметрів антени є- Довжина антени l a = 1.8м,
- Довжина хвилі l = с / f = (3 * 10 8) / (27.2 * 10 6) = 11.02 м,
- Радіус антени r = 8мм.
Знайдемо хвильовий опір антени:
Оскільки довжина антени менше чверті довжини хвилі, то
Знайдемо вхідний опір антени:
де
Z а = r a + jx a
Активна складова r a = 2,8 Ом
Реактивна складова x a = - 223 Ом
6. Розрахунок узгоджувального пристрою оконечной щаблі з антеною
6.1. Розрахунок блокувальних елементів
Ємність З 22 і індуктивність L2 призначена для поділу за постійної складової струму I до0, реактивний опір Х С22 має задовольняти співвідношенню:
Х C 22 <<R е = 4R до, (Х С22 = R е / [100 ... 200])
X C 22 = (wC 22) -1 = 4R до / 150 Þ
З 22 = 150 / (4 * 31,49 * 2 * 3,14 * 27,2 * 10 -6) = 6,96 (нФ);
Реактивний опір Х L 2 повинен задовольняти співвідношенню:
X L 2>> R е = 4R до, (Х L2 = R е * [50 ... 100])
X L 2 = wL 2 = 4R до * 75 Þ
L 2 = 4 * 31,49 * 75 / (2 * 3,14 * 27,2 * 10 -6) = 55,3 (мкГн).
6.2. Розрахунок коливального контуру
Для визначення номіналів елементів (З 23, L 3) коливального контуру перерахуємо опір антени в контур наступним чином:
|
З 23 |
З 24 |
З 'a |
L 3 |
r 'a |
Рис. 2 Перерахунок опору антени в контур
Опір на затискачах контуру одно 4R к.
Припустимо r = 250-400 Ом, приймемо r = 300 Ом.
r = 1 / w * c k = w * L3
Загальна ємність контуру дорівнює:
З нижче наведених формул легко отримуємо рівняння для С 23:
Вирішуючи це рівняння отримуємо
Список використаної літератури.
1. Проектування радіопередавальних пристроїв: Навчальний посібник для вузів / В. В. Шахгільдян, В.А. Власов, Б.В. Козирєв та інші.; Під ред. В.В. Шахгільдян. - 3-е изд., Перераб. і доп. - М.: Радіо і зв'язок, 1993, 512 с., Іл.
2. Шумилін М.С., Козирєв В.О., Власов В.А. Проектування транзисторних каскадів передавачів: Навчальний посібник для технікумів .- М.: Радіо і зв'язок, 1987, 320 с., Іл.
Припустимо r = 250-400 Ом, приймемо r = 300 Ом.
r = 1 / w * c k = w * L3
Загальна ємність контуру дорівнює:
З нижче наведених формул легко отримуємо рівняння для С 23:
Вирішуючи це рівняння отримуємо
Список використаної літератури.
1. Проектування радіопередавальних пристроїв: Навчальний посібник для вузів / В. В. Шахгільдян, В.А. Власов, Б.В. Козирєв та інші.; Під ред. В.В. Шахгільдян. - 3-е изд., Перераб. і доп. - М.: Радіо і зв'язок, 1993, 512 с., Іл.
2. Шумилін М.С., Козирєв В.О., Власов В.А. Проектування транзисторних каскадів передавачів: Навчальний посібник для технікумів .- М.: Радіо і зв'язок, 1987, 320 с., Іл.