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:

1.                 Структурная схема передатчика с пояснениями: тип применяемой модуляции, вид согласующего устройства выходного каскада передатчика с нагрузкой, схема возбудителя передатчика.

2.                 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.

3.                 Конструкторский расчет элементов оконечной ступени.

4.                 Назначение всех элементов принципиальной схемы радиопередатчика.

Принципиальная схема радиопередатчика:

Рис.1. Схема ультракоротковолнового передатчика

Структурная схема передатчика

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_AR_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˚:

1.            Коэффициент использования коллекторного напряжения в граничном режиме:

2.            Амплитуда первой гармоники напряжения на коллекторе в граничном (критическом) режиме:.

3.            Максимальное напряжение на коллекторе:.

4.            Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:.

5.            Постоянная составляющая коллекторного тока:.

6.            Максимальная величина коллекторного тока:.

7.            Мощность, потребляемая от источника коллекторного питания:.

8.            Коэффициент полезного действия коллекторной цепи:.

9.            Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора:.

10.       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/β₀ в реальной схеме генератора можно не ставить сопротивления R_доп и R_О.С.. Однако в последующих расчетных формулах сопротивление R_доп необходимо оставлять.

1.                 Амплитуда тока базы .

2.                 Максимальное обратное напряжение на эмиттерном переходе

3.                 Постоянные составляющие базового и эмиттерного токов

4.                 Напряжение смещения на эмиттерном переходе

5.                 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

6.                 Резистивная и реактивная составляющие входного сопротивления транзистора (Z_ВХ=R_ВХ+iX_ВХ)

7.                 Входная мощность

8.                 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

1.  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.

2.  Шумилин М. С., Козырев В. Б., Власов В. А. Проектирование транзисторных каскадов передатчиков: Учебное пособие для техникумов. М.: Радио и связь, 1987.

3.  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 rнас, Ом	0,45
	Сопротивление материала базы rБ, Ом
	Стабилизирующее сопротивление в цепи эмиттера rЭ, Ом	0
	Напряжение отсечки коллекторного тока ,В	0,7
	Коэффициент усиления по току в схеме с ОЭ β0	50
Высокочастотные параметры	Частота единичного усиления по току fT, МГц	700
	Барьерная емкость коллекторного перехода CК, пФ	22
	Барьерная емкость эмиттерного перехода CЭ, пФ	200
	Постоянная времени коллекторного перехода τК, пС	5
	Барьерная емкость активной части эмиттерного перехода СКА, пФ
	Индуктивность вывода эмиттера LЭ, нГн	1
	Индуктивность вывода базы LБ, нГн	2.8
	Индуктивность вывода коллектора LК, нГн	2.5
Предельно допустимые значения	Допустимое напряжение на коллекторе в схеме с ОЭ UКЭ.ДОП, В	60
	Допустимое обратное значение напряжения на эмиттерном переходе UБЭ.ДОП, В	4
	Допустимая постоянная составляющая тока коллектора IК0.ДОП, А	2