1. Задание на проектирование Проектируются передатчики телевизионных радиостанций

• Название: 1. Задание на проектирование Проектируются передатчики телевизионных радиостанций
• Дата: 01.04.2023
• Размер: 418.93 Kb.
• Имя файла: KyrsovoiproektRPdY_2.docx
• Тип: Документы; #1030526
• страница: 5 из 5

6. Проектирование синтезаторов с ИФАПЧ с ФНЧ

ФНЧ необходим в кольце ИФАПЧ для подавления колебаний частоты сетки и ее гармоник. Как было сказано, в стационарном состоянии синтезатора при постоянной разности фаз напряжений на входах ИФД выходное напряжение ИФД будет также постоянным. Для этого схемы ИФД содержат на выходе накопительный элемент – емкость. Однако из-за утечки происходит разряд выходной емкости, повторяющийся периодически с частотой f_с.

В результате на выходе ИФД появляется напряжение, содержащее гармоники f_с; 2f_с; 3f_с и т. д., которое, воздействуя через УЭ на ГУН, вызывает паразитную частотную модуляцию ГУН, вследствие чего в спектре его колебаний возникают комбинационные частоты f₀±f_с,…, f₀±nf_с. В технических условиях каждого синтезатора устанавливают допустимый уровень этих комбинационных частот, что определяет требования к их подавлению ФНЧ.

Поясним все сказанное на примере, используя результаты расчета синтезатора из предыдущего раздела. Положим, что наиболее значимыми являются комбинационные f₀±f_с (рис.10), и что их амплитуда по отношению к амплитуде номинальной частоты ГУН не должна превышать –50 дБ.



Рис.10. Комбинационные составляющие 1-го порядка в ГУНе

Примем, что из-за неидеальности схемы ИФД уровень напряжения частоты f_с составляет 2% от размаха напряжения на УЭ u_упрmax. Для определенности положим u_упрmax=5 В (можно взять и другое значение, так как в расчете будут использованы относительные величины).

Тогда крутизна настроечной характеристики ГУН:



При частотной модуляции с малым индексом модуляции амплитуда комбинационной частоты f₀±f_с:

,

где  – амплитуда центральной частоты ГУН,

 – индекс частотной модуляции.

Согласно условию задачи или .

Следовательно, .

Допустимая девиация частоты ГУН из-за воздействия помехи с частотой f_с:



Допустимое напряжение частоты сетки на УЭ:



В то же время без ослабления в ФНЧ:


.


Следовательно, колебания частоты сетки должны быть ослаблены в ФНЧ в раз или на 60 дБ.

Перейдем к выбору схемы ФНЧ. В синтезаторах с ИФАПЧ используют активные ФНЧ на операционных усилителях, что позволяет обеспечить требуемое усиление управляющего напряжения (K_ус) и фильтрацию частот f_с и nf_с. Для простоты изложения будем использовать пассивные аналоги фильтров: RC-фильтр НЧ (рис.11), ПИФ – пропорционально-интегрирующий фильтр.



Рис.11. Схема RC-фильтра

Передаточная функция RC-фильтра:

 (13).

Заменяя p=jΩ , получаем:

 и

 (14).

На частотах F≤F₁, где 2F₁RC=1/3 , можно принять, что  .

На частотахF≥F₂, где  2F₂RC=3

и  (15).

Так как F₂/F₁ = 10, то введя логарифмическую шкалу частоты Fи выражая |K(Ω)| в дБ, получим частотную характеристику RC-фильтра (рис.12).



Рис.12. Частотная характеристика RC-фильтра

Как видим, на первой после частоты F₁ декаде RC-фильтр обеспечивает затухание 10 дБ/дек, а начиная с частоты F₂ – 20дБ/дек.

Обратимся к рис.7, представляющему передаточную функцию кольца без ФНЧ. Частота среза кольца F′=600 Гц, частота сетки f_c=100 кГц. Как выбрать частоту F₁ ФНЧ?

Обратим внимание, что в активной зоне действия ФНЧ, на частотах F>F₂ RC-фильтр вносит в схему кольца ИФАПЧ дополнительный фазовый сдвиг на 90º (13). Если он будет работать на частоте F′, то суммарный фазовый сдвиг на этой частоте согласно (9) составит π, знаменатель в (9) обратится в нуль и кольцо ИФАПЧ потеряет устойчивость. Вместо подавления флуктуаций частоты ГУНа, кольцо само перейдет в автоколебательный режим, что абсолютно недопустимо. Поэтому RC-фильтр в кольце ИФАПЧ работает на частотах выше F′, а ПИФ – ниже F′. На частоте среза кольца F′ наклон передаточной функции T(jΩ) должен составлять 20 дБ/дек.

Продолжим расчет. Если принять для RC-фильтра F₁=F′, то на частоте 10F′ = 6 кГц получим снижение коэффициента передачи на 10 дБ, а на частоте сетки f_с = 100 кГц на 34,5 дБ. Согласно расчету требуется подавление колебаний с частотой f_с на 60 дБ. Для этого используем двухзвенный RC-фильтр, обеспечивающий подавление частоты сетки на 2·34,5 = 69 дБ.

7. Разработка делителя с переменным коэффициентом деления

Делители с переменным коэффициентом деления (ДПКД) строят на основе счетчиков импульсов. Однако на современном уровне технологии декадные счетчики, реализующие целочисленный ряд коэффициентов деления, работают на частотах, не превышающих сотни мегагерц, тогда как частоты ГУН лежат в диапазоне 300…6000 МГц. Для этих частот разработаны делители с переключаемым коэффициентом деления N/(N+1), например, 32/33, 64/65 или 127/128. Эти делители иногда называют предварительными (prescaler). Для получения требуемого целочисленного ряда N_ДПКД используют схему делителя рис.13.



Рис.13. Схема ДПКД с предварительным делителем частоты

Результирующий коэффициент деления равен:

N_ДПКД = (N+1)A+N(B–A) = N(B+A) (16),

где A и B – коэффициенты деления декадных счетчиков.

Работа ДПКД состоит из двух фаз. В первой фазе делители A и B установлены в первоначальное состояние, а делитель N/(N+1) находится в состоянии деления на N+1. Коэффициент деления A лежит в пределах 0…(N−1), а B>A.

После того, как в процессе счета делитель A обнулен, импульс на его выходе сбрасывает триггер управления, что переключает счетчик N/(N+1) в состояние деления на N, и следует вторая фаза работы делителя. В конце счета обнуляется делитель B. При этом он генерирует выходной импульс схемы, который также производит начальную установку счетчиков A и B и восстанавливает исходное состояние триггера. Таким образом, схема приготовлена к новому циклу деления. Ограничением схемы (рис.13) является то, что целочисленный ряд N_ДПКД начинается с величины N² –N.

Пример. В схеме синтезатора, рассмотренной ранее, N_{ДПКД max} = 9600; N_{ДПКД min} = 9250. Выберем N=64, N+1=65 и в соответствии с (16) B=Ent(N_ДПКД/N), где Ent – целая часть, A= N_ДПКД modN – остаток от деления N_ДПКД/N.

Для N_ДПКД = 9250: B = 144, A = 34;

для N_ДПКД = 9600: B = 150, A= 0.

Начальную установку A и Bпроизводит микроконтроллер, управляющий синтезатором.

8. Расчет промышленного КПД

Этот расчет для передатчиков выполним по следующей формуле:



В этой формуле численный коэффициент учитывает многие небольшие затраты мощности, включая потери энергии первичного источника питания на приведение в действие системы охлаждения. В ламповых радиостанциях выбирают меньшее значение этого коэффициента, в транзисторных – большее.

Энергетику ТВ радиостанции в целом характеризует отношение мощности на выходе в среднем режиме (m = m_ср=0,5…0,55) к мощности, потребляемой радиостанцией от первичного источника питания – трехфазной сети переменного тока промышленной частоты 50 Гц.

Расчет промышленного КПД завершает проектирование. Теперь точно известны потери в колебательной системе оконечного усилителя (ее контурный КПД), и число элементов тракта от выхода оконечного усилителя до главного фидера. Пользуясь приведенными ниже приближенными оценками потерь в элементах тракта, найдите результирующее значение где η_п – КПД отдельных элементов выходной цепи до главного фидера. Их величины считают следующими: η_к – КПД контура ≥0,9; η_сф – КПД соединительных фидеров ≥0,95; η_мс – моста сложения ≥0,9 для мощностей до 1 кВт и 0,95 для больших суммируемых мощностей; η_ф – фильтров ≥0,9; η_ру – развязывающих устройств (вентилей и циркуляторов) ≥0,95.

ЛИТЕРАТУРА

1. Шахгильдян, В.В. Радиопередающие устройства / В.В.Шахгильдян и др.; под ред. В.В.Шахгильдяна. – М.: Радио и связь, 2003.

2. Шахгильдян, В.В. Проектирование радиопередатчиков / В.В.Шахгильдян и др.; под ред. В.В.Шахгильдяна. – М.: Радио и связь, 2000.

3. Стандарт «Передающее оборудование для цифрового наземного ТВ вещания DVB-T/T2», 2013.