КГц

50 кГц.

Из формулы (1) следует Ф = ∆ω_д / Ω = ∆f_д / F_н = 50000 / 100 = 500 рад.

Реальные фазовые модуляторы имеют индекс фазовой модуляции 20 … 60˚.

Рассчитаем девиацию частоты реального фазового модулятора с индексом фазовой модуляции Ф = 45˚ = 0.785 рад.

∆f_{д р} =F_н ∙ Ф = 100 ∙ 0.785 = 78.5 Гц .

Исходя, из этого рассчитаем необходимый коэффициент умножения частоты, чтобы обеспечить требуемую девиацию частоты

N = ∆f_д / ∆f_{д р} = 50000 / 78.5 = 637.

Реализовать умножитель частоты с коэффициентом умножения N = 637, возможно, но он будет вносить сильные искажения. Следовательно, необходим какой-то способ уменьшить коэффициент умножения.

Рассмотрим модуляционную характеристику фазового модулятора.

∆φ

2π

U_Ω

U_{Ω 2π}

Рис.2 Модуляционная характеристика ФМ
Предположим что максимальное изменение фазы ∆φ_max = 2π ему соответствует какая-то амплитуда модулирующего сигнала U_Ω2π.Если необходимо изменение фазы больше 2π и известно, что этой фазе соответствует напряжение амплитуда сигнала большая U_Ω2π, то можно применить следующий способ модуляции.

Будем рассматривать модулирующую функцию как периодическую с периодом2π, тогда чтобы получить изменение фазы не более 2π на вход фазового модулятора необходимо подавать сигнал вида U_{вх фм} = U_Ω - U_Ω2π ∙ [U_{вх фм} /U_Ω2π]. Получить сигнал вида U_{вх фм} можно по следующей схеме (рис.3).

φ

КГ АЦП ==> ЦАП ВУ U_Ω ∫
Рис.3.Функциональная схема ФМ

Так как реально используются фазовые модулятора с индексом фазовой модуляции 45˚, то чтобы воспользоваться предложенным методом необходимо, чтобы изменение фазы было 2π. Это можно сделать, поставив умножитель частоты на выходе фазового модулятора с коэффициентом умножения равным восьми.

Таким образом, в модулирующем каскаде будут применены: фазовый модулятор с индексом фазовой модуляции 45˚, умножитель частоты на 8, АЦП – аналого-цифровой преобразователь, ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь, ВУ – вычитающее устройство, выполненное на операционном усилителе.

Умножитель частоты

Умножители частоты в передатчиках используются для повышения частоты колебаний в целое число раз, а также и для увеличения индекса модуляции при частотной или фазовой модуляции. Транзисторные умножители частоты строятся по схемам генераторов с внешним возбуждением, но выходной контур настроен на n – гармонику частоты возбуждения, а режим работы активного элемента выбирают таким образом, чтобы получить максимальные полезную мощность и к.п.д. Рекомендуется выбирать кратность умножения n = 2,3, т.к. при более высокой кратности резко снижается полезная мощность и к.п.д. Колебательные контуры должны иметь как можно более высокую рабочею добротность, чтобы снизить в выходном колебании напряжения с частотой возбуждения и других гармоник.

В проектируемом передатчике необходимо будет использовать умножитель частоты с кратностью умножения n = 8. Исходя из выше упомянутых рекомендаций умножитель частоты необходимо реализовать, как три последовательно включенных умножителя частоты при кратность умножения каждого из них n = 2.

Усилитель мощности

Выходную мощность радиопередатчика формирует каскад усилителя мощности. В диапазоне высоких частот обычно используют транзисторный усилитель мощности по схеме с общим эмиттером, т.к. это обеспечивает наилучшую устойчивость работы. В состав усилителя мощности входят активный элемент, согласующие цепи, цепи питания и смещения. Чтобы обеспечить максимальный к.п.д и максимальную мощность необходима произвести расчет усилитель мощности в оптимальном режиме. Для реализации такого режима необходимо правильно спроектировать внешние цепи усилителя – питания, смещения и согласования.

Усилители и согласующие цепи

Усилители необходимы, чтобы обеспечить требуемую мощность возбуждения каскадов, следующих за ними. Их необходимость определяется схемами реализации всех каскадов.

Согласующие цепи делятся на входные, выходные и межкаскадные.

Входная согласующая цепь преобразует входное сопротивление активного элемента в сопротивление возбуждения (сопротивление необходимое для нормальной работы возбудителя) при этом от возбудителя передается максимальная мощность. Так же входная согласующая цепь играет роль фильтра, обеспечивающего гармоническую форму напряжения или тока на входе активного элемента.

Выходная согласующая цепь преобразует сопротивление нагрузки усилителя в критическое сопротивление на выходных электродах активного элемента, которое требуется для получения оптимального режима работы усилителя. Также выходная цепь применяется для фильтрации выходного напряжения активного элемента от высших гармонических составляющих.

Межкаскадные согласующие цепи применяются в многокаскадных радиопередатчиках для преобразования входного сопротивления АЭ последующего каскада в оптимальное сопротивление на выходных электродах АЭ предыдущего каскада.

Связь с антенной

В диапазоне коротких волн используется очень большое количество разнообразных антенн направленных и ненаправленных. Для обеспечения работы антенны в диапазоне частот необходимо использоваться антенно – согласующее устройство связь с которым осуществляется фидером. Фидер предназначен для передачи высокочастотной энергии от источника к нагрузке. Исходя из технического задания в качестве фидера может использоваться коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом, например РК-75.

2. РАСЧЕТ КВАРЦЕВОГО АВТОГЕНЕРАТОРА

Схема автогенератора

Схема автогенератора изображена на рисунке 4, рабочая частота автогенератора 3125 кГц. В качестве активного элемента в схеме автогенератора будет применен биполярный транзистор КТ 315Б, т.к. он обеспечивает требуемую выходную мощность и может работать на рассчитываемой частоте. Параметры транзистора приведены в ПРИЛОЖЕНИИ 1.

Рис. 4.

Автогенератор представляет собой емкостную трёхточку, которая образована транзистором VT1, кварцевым резонатором ZQ1, выполняющим роль индуктивности, и конденсаторами С2 и С3. Резисторы R1, R2, R3 обеспечивают внешнее и автоматическое смещение для транзистора. Конденсатор С1 служит для блокировки резистора R3 на рабочей частоте, что исключает отрицательную обратную связь. Дроссель L _к включен для того, чтобы не зашунтировать трёхточку через источник питания E_к.

Расчёт по постоянному току.

Задаём постоянную составляющую коллекторного тока I_К0,напряжение между коллектором и эмиттером Е_КЭ и напряжение на эмиттере Е_Э исходя из рекомендаций, в которых I_К0= (3 …10) mA, Е_КЭ = (3…10) B и Е_Э = (2…3) B.

I_К0= 5 mA, Е_КЭ = 7 B и Е_Э = 2 B.

Рассчитываем сопротивление автосмещения в эмиттерной цепи

R₃ =Е_Э / I_К0= 2/ 5 ∙ 10^-3 = 400 Ом

Выбираем стандартное значение сопротивления R₃ = 430 Ом.

Рассчитываем напряжение источника питания

E_K = Е_КЭ + Е_Э = 7 + 2 = 9 B.

Определяем ток базы

I_Б0 = I_К0/β₀ =5 ∙ 10^–3 / 100 = 50 мкА,

где β₀ – коэффициент передачи тока транзистора.

Задаём ток делителя напряжения цепи фиксированного смещения

I_ДЕЛ = (10…20) ∙ I_Б0 = 10 ∙ 50 ∙10^-6 = 500 мА.

Определяем сопротивление делителя напряжения

R_ДЕЛ = R₁ + R₂ =E_K / I_ДЕЛ = 9 / 500 ∙ 10^-6 = 18 кОм.

Определим напряжение смещения на базе транзистора

Е_Б = Е_Э +0.7 = 2 + 0.7 = 2.7 В.

Найдем значения сопротивлений R₁ и R₂

R₁ = Е_Б / I_ДЕЛ = 2.7 / 500 ∙ 10^-6 = 5.4 кОм,

R₂ = R_ДЕЛ – R₂ = 18 – 5.4 = 12.6 кОм.

Выбираем стандартные значения сопротивлений R₁ и R₂:

R₁ = 5.6 кОм, R₂= 12 кОм.

Расчёт по переменному току.

Определяем крутизну транзистора:

S = ,

где - высокочастотное сопротивление базы, - сопротивление эмиттерного перехода.

= τ_К / С_К = 500 ∙ 10^-12 / 7 ∙ 10^-12 = 71.43 Ом,

где τ_К – постоянная времени цепи обратной связи, С_К – ёмкость коллекторного перехода

= 26 / I_К0= 26 / 5 = 5.2 Ом.

S = 100 / ( 71.43 + 100 ∙ 5.2) = 169 мА/В.

Зададим коэффициент регенерации G_P = (3…7) = 5 и определим управляющее сопротивление

R_У = G_P / S = 5 / 169 ∙ 10^-3 = 29.6 Ом.

Зададим коэффициент обратной связи автогенератора К^’_ОС = С₃ / С₂ = 1 и вычислим реактивное сопротивление емкости С₃

X₃ = == 27.5 Ом,

где r_кв - сопротивление кварцевого резонатора, которое находится по формуле

r_кв = 1 / ω ∙ C_k ∙ Q_k = 1 / 2 ∙ π ∙ 3.125 ∙ 10⁶ ∙ 1 ∙ 10^-15 ∙ 2 ∙ 10⁶ = 25.5 Ом.

C_k - емкость кварцевого резонатора, Q_k – додротность кварцевого резонатора.

Найдем емкость конденсаторов С₂ и С₃

С₂ = С₃ = 1 / ω_кв ∙ X₃ = 1 / 2 ∙ π ∙ 3.125 ∙ 10⁶ ∙ 27.5 = 1.85 нФ.

Стандартное значение: С₂ = С₃ = 2 нФ.

Вычислим ёмкость блокировочного конденсатора

С₁ = (10…20) = 20 / 2 ∙ π ∙ 3.125 ∙ 10⁶ ∙ 5.2 = 196 нФ,

стандартное значение С₁ = 220 нФ.

Рассчитаем индуктивность блокировочного дросселя

L_k = (20…30) = 20 ∙ 27.5 / 2 ∙ π ∙ 3.125 ∙ 10⁶ = 28 мкГн.

Определим необходимость дросселя L_Б из условия

R₁ ∙ R₂ / (R₁ + R₂ ) ≥ (20…30) ∙ X₂,

если оно не выполняется, то дроссель необходим.

Проверка

5.6 ∙ 10³ ∙ 12 ∙ 10³ ≥ 25 ∙ 27.5