Умножитель частоты. колесников (копия). Курсовой проект по учебной дисциплине Устройства генерирования и формирования сигналов

• Название: Курсовой проект по учебной дисциплине Устройства генерирования и формирования сигналов
• Анкор: Умножитель частоты
• Дата: 22.06.2022
• Размер: 1.49 Mb.
• Имя файла: колесников (копия).docx
• Тип: Курсовой проект; #611119

ФИЛИАЛ ВОЕННОЙ АКАДЕМИИ

РАКЕТНЫХ ВОЙСК СТРАТЕГИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ имени ПЕТРА ВЕЛИКОГО

в г. Серпухове

^{________________________________________________________________________________________________________________________}
Кафедра №41

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту

по учебной дисциплине:
«Устройства генерирования и формирования сигналов»
Тема: «Разработка структурного элемента (УЧ) устройства генерирования и формирования сигналов в радиотехнической системе специального назначения»

ВАРВ.533007.000ПЗ

Проектировал: курсант 533 учебной группы.
рядовой А.Кульков

Руководитель:

доцент В.В. Зеленевский

Защищено с оценкой ___________

Серпухов 2019

ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ РВСН им. ПЕТРА ВЕЛИКОГО

(ФИЛИАЛ в г. СЕРПУХОВЕ МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ)
Кафедра №41


УТВЕРЖДАЮ

Начальник кафедры № 41

полковник С. Кабанович

« 29 » мая 2019г.
«___» _____________ 2014 года

ЗАДАНИЕ

НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ ПО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ
«Устройства генерирования и формирования сигналов»

Курсанту		Лукьянченко А.В.		Учебная группа 533
Выдано	« 29» мая 2019 г.		Срок сдачи		«__» _______ 2019 г.

Руководитель: доцент Гвозд И.И.
I. Тема курсового проекта:

Разработка структурного элемента (УЧ) устройства генерирования и формирования сигналов в радиотехнической

системе специального назначения

II. Исходные данные:

1.Разработка и расчет структурной и функциональной схем передатчика с амплитудной модуляцией

2.Выбор и расчет принципиальной схемы: УЧ

3. Диапазон частот, МГц:__118-136___________________

4. Вид модуляции:___________АМ___________________

5. Глубина модуляции:_______0,95___________________

6. Выходная мощность, Вт:____35____________________

7. Частоты модул., в кГц:______0,3-3,4________________

8. Электронный прибор:______Т _____________________

9. Место установки:__________Н_____________________

Основные вопросы, подлежащие разработке:

1)актуальность разработки передающей части УГФС.

2)разработка и расчет структурной и функциональной электр. схем.

3)разработка и расчет принципиальной схемы заданного блока

Содержание

Введение………………………………………………………………………….…4

1.Разработка и расчёт структурной схемы передающей части УГФС………….5

2.Разработка и расчёт функциональной схемы передающей части УГФС….....6

3.Обоснование и разработка принципиальной схемы умножителя частоты…..7

3.1Расчет коллекторной цепи………………………………………………….....8

3.2Расчет входной цепи транзистора………………………………………….....8 3.3Расчет блокировочных элементов в цепи базы и коллектора………………9

Заключение………………………………………………………………………...18

Литература……………………………………………………………………........19

Введение

Необходимость связи с подвижными объектами является главным стимулом для разработки радиопередающих устройств. Если в стационарных условиях связь можно обеспечить с помощью проводов, то за кораблем провод все время тянуть невозможно. В связи с появлением новой элементной базы возникла необходимость в новых разработках радиопередающих устройств. Так в последнее время появились высоковольтные полевые транзисторы с низким сопротивлением в открытом состоянии. В последнее время появились микросхемы высокой степени интеграции, ориентированные на системы связи: синтезаторы частот и термостабилизированные генераторы. Поэтому важно уметь разрабатывать радиопередающие устройства на новой элементной базе. Умножители частоты, кроме своей основной функции – умножение частоты, обладают еще рядом полезных свойств: они усиливают сигнал, отфильтровывают сигнал от помех и согласовывают входное и выходное сопротивление каскадов. Поэтому важно уметь разрабатывать и правильно применять умножители частоты.
Целью данного курсового проекта является- на основе анализа современных технологий построения и применения УГФС обосновать и разработать принципиальную схему блока умножителя частоты.

Цель достигается изучением представленной литературы (лист №19) и анализом различных умножителей частоты. Для этого необходимо произвести расчёт всех схем и сопоставить результаты, полученных и необходимых.

1.Разработка и расчёт структурной схемы передающей части УГФС

Первичная частота создаётся в задающем генераторе. От него расходятся на преобразователи высокочастотные сигналы. Для увеличения мощности в схеме расположены буферные каскады и усилители мощности. Усилители мощности расположены после каскада сложения или вычитания частот. Этот каскад состоит из смесителя и фильтра. После поступления нескольких сигналов на смеситель из него выходит сигнал большей частоты. Для стабилизации частот необходим полосовой фильтр. Каскады сложения необходимы для получения заданного диапазона частот, но если использовать только их количество каскадов в схеме возрастает и она станет иррациональной. Для упрощения нахождения заданной частоты используются умножители, а для достижения точных результатов амплитудный модулятор. Получившийся сигнал с модулятора, также поступает на преобразователь, а он в свою очередь передаёт нужные значения на АФУ.


WA1


Рис1.структурная схема передающей части УГФС.

Разбивка на поддиапазоны

1) .

2) .

3) .

fmin1=fmin . fmax1=fmin*Kf1.

fmin1=118 [Гц]. fmax1=135.7 [Гц].

C учётом 5% перераспределения поддиапазонов

f`min=118*0.95. f`max=135.7*0.95.

f`min=112.1[Гц] . f`max=128.915 [Гц ].
Проведя разбивку на поддиапазоны, выяснили что их количество равно 1, так как Кf<1.7…2.

2.Разработка и расчёт функциональной схемы передающей части УГФС


WA1


Uвх


Рис2. Функциональная схема передающей части УГФС.

расчёт



Кпз=1,3; ; И=4;

; ; м2=0,665; Вт ; ;

;
.

Проведя расчёт мощностей схемы (рис.2) и распределив её поэлементно можно сделать вывод, что выбранная схема (рис.2) рабочая и подходит для решения задач курсового проекта. Распределение частот и мощности в заданных диапазонах получено благодаря использованию минимального количества элементов, что позволит сэкономить ресурсы и габариты необходимые для создания прибора.

3.Обоснование и разработка принципиальной схемы умножителя частоты


Uвых

Uвх


Рис 3. Принципиальная схема транзисторного умножителя частоты.

Транзистор выбираем типа 2Т633А.

Согласно этим расчетам, максимально допустимый коэффициент устойчивого усиления равен

К_уст = 3,219

Согласно этим расчетам, предельное значение коэффициента усиления равно

К_0пр = 57000

Следовательно, необходимо снизить коэффициент усиления до 3,219

с помощью шунта, ориентировочное значение сопротивления которого равно

7 Ом.

Емкость контура выбираем равной 100 пФ.

Тогда согласно расчетам, получаем следующие значения коэффициентов включения контура по входу и по выходу:

m₁ = 0.029;

m₂ = 0.156;

Для нашей частоты f_c = 127 МГц индуктивность контура должна быть равна 15,705 нГн.

На основании значений коэффициентов включения контура по входу и по выходу получим следующие значения индуктивностей:

L1 = 0,636 нГн;

L2 = 12,279 нГн;

L3 = 2,791 нГн;

Режим работы транзистора выбираем исходя из наибольшего значения мощности второй гармоники.

Т.е. Θ = 60^о.При этом мы получим наибольший из возможных КПД. Входные, межкаскадные и выходные цепи связи (ЦС) будем выполнять на LC-элементах в виде цепей широкополосного согласования.
3.1 Расчет коллекторной цепи
1. Рассчитываем амплитуду напряжения первой гармоники U_K1gr на коллекторе

U_K1gr = 11,365 В.

2. Рассчитываем максимальное напряжение на коллекторе:

Е_K.max = 25,638 В;

Условие Е_K.max < Е_K.доп выполняется (25,638 < 30).

3. Рассчитываем амплитуду первой гармоники коллекторного тока

I_K1 = 10,6 мА.

4. Рассчитываем постоянную составляющую коллекторного тока:

I_K0 = 5,89 мА;

Условие I_K0 < I_K0.доп выполняется (5,89 < 200).

5. Рассчитываем максимальный коллекторный ток:

I_Kmax = 27 мА;

Условие I_Kmax < I_Kmax.доп выполняется (27 < 500).

6. Рассчитываем мощность, потребляемую от источника питания

Р_0.ном = Р_0max = 71 мВт.

7. Рассчитываем к.п.д. коллекторной цепи при номинальной нагрузке

η = 0,849.

8. Рассчитываем максимальную рассеиваемую мощность на коллекторе транзистора

Р_Кmax = 17 мВт.

9. Рассчитываем номинальное сопротивление коллекторной нагрузки

R_эк.ном = 1,249 Ом.

Выходную цепь генератора необходимо построить так, чтобы нагрузочное сопротивление данного каскада трансформировалось в R_эк.ном с наибольшей достижимой точностью.
3.2 Расчет входной цепи транзистора
Сначала рассчитаем сопротивление резистора между базовым и эмиттерным выводом транзистора по радиочастоте:

R_БЭ.доп = 424,413 Ом;

Выбираем R_БЭ.доп = 430 Ом.

Затем рассчитаем сопротивление между коллекторным и базовым выводом транзистора:

R_БК = 2358 Ом;

Выбираем R_БК = 2400 Ом.
Затем рассчитаем:

1. Амплитуду тока базы:

I_Б = 52,6 мА.

2. Напряжение смещения на эмиттерном переходе (в режиме класса C):

|Е_БЭ| = 1,013 В.

Максимальное напряжение смещения на эмиттерном переходе (в режиме класса В):

|Е_БЭ|_max = 3,380 В.

3. В эквивалентной схеме входного сопротивления транзистора рассчитываем:

а) L_вх.ОЭ = 3,047 · 10^-9 Гн;

б) r_вхОЭ = 0,96 Ом;

в) r_вхОЭ = 346,171 Ом;

г) С_вх.ОЭ = 30,651 · 10^-9 Ф = 30,651 нФ.

4. Резистивную и реактивную составляющую входного сопротивления транзистора:

Z_вх = r_вх +jx_вх;

r_вх = 5,723 Ом;

х_вх = -37,892 Ом.

5. Входную мощность

Р_вх = 7,918 мВт.

6. Коэффициент усиления по мощности

К_р = 7,577.

7. Постоянные оставляющие базового и эмиттерного тока:

І_Б0 = 0,1472 мА;

І_Е0 = 6,034 мА.

8. Максимальную мощность, рассеиваемую в транзисторе:

Р_рас ≈ 24,9 мВт.

9. Сопротивление смещения в цепи базы транзистора

R_Б0 = 6,882 кОм.

3.3 Расчет блокировочных элементов в цепи базы и коллектора

Рассчитаем:

1. Реактивное сопротивление блокировочного дросселя в цепи базы:

X_{L Бл.Б.} = 85,841 Ом.

2. Реактивное сопротивление блокировочного конденсатора в цепи базы:

X_{С Бл.Б.} = 0,858 Ом.

В цепи базы блокировочные дроссель и конденсатор не нужны, т.к. их роль выполняет сопротивление смещения R_Б0.

(X_{L Бл.Б.} < R_Б0 < R_БЭ.доп).

3. Реактивное сопротивление блокировочного дросселя в цепи коллектора:

X_{L Бл.К.} = 1,615 кОм.
4. Реактивное сопротивление блокировочного конденсатора в цепи коллектора:

X_{С Бл.К.} = 80,727 Ом.

Отсюда расчетные значения:

L_БЛ.К = 2,0233 · 10^-5 Гн = 20,233 мкГн;

С _Бл.К = 1,5524 · 10^-11 Ф = 15,524 пФ;

Выбираем L_БЛ.К и С _Бл.К немного больше расчетных значений

L_{БЛ.К реал} = 22 мкГн;

С _{Бл.Креал} = 100 пФ.

В ходе выполнений расчётов схемы (рис.3) были выделены следующие достоинства транзисторного умножителя частоты: он усиливает сигнал, отфильтровывает сигнал от помех и согласовывает входное и выходное сопротивление каскадов. Данные достоинства позволят схеме работать с сигналами избавленными от помех, что позволит более эффективно использовать рассматриваемое устройство.

№ Поз.

Наименование

Кол.

Примечание

Конденсаторы К10-17 ОЖО. 460.172.ТУ

КонденсаторыК10-47 ОЖО. 460.174-М.ТУ

9 C1

К10-17-100 пФ ±1%

1

8 C2

К10-17-100 пФ ±1%

1

7 C3

К10-47-100 нФ ±10%

1

6 L1

15,7 нГн ±1%

1

Резисторы C2-33Н ОЖО.467.173ТУ

5 R1

C2-33Н-0.25-6,8 кОм±5%-А-Д

1

4 R2

C2-33Н-0.25-430 Ом±5%-А-Д

1

3 R3

C2-33Н-0.25-6,98 Ом±1%-А-Д

1

2 R4

C2-33Н-0.25-200 Ом±10%-А-Д

1

Транзисторы

1 VT1

2Т633А аАО.336.185ТУ

1

Разработка умножителя частоты устройства генерирования и формирования сигналов в радиотехнической системе специального назначения

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Спецификация умножителя частоты

Лит

Лист

Листов

16

1

Заключение

Одной из базовых дисциплин для овладения радиотехникой является дисциплина «Устройства генерирования и формирования сигналов».

Данный курсовой проект направлен, прежде всего, на исследование методов проектирования генераторных, усилительных и модуляционных устройств радиопередатчиков, используя в качестве активных элементов транзисторы.

В данном курсовом проекте мы рассмотрели:

1.В первой главе работы рассмотрены общие вопросы, решаемые при проектировании радиопередатчиков, и приведен расчет и обоснование структурной электрической схемы радиопередатчиков

2. Во второй главе работы рассмотрены: разработка и расчет функциональной и структурной электрических схем передатчика с амплитудной модуляцией.

3.В третьей главе работы дан порядок расчета принципиальной схемы, а также описан принцип её работы

В ходе выполнения курсового проекта был исследован умножитель частоты. Исходя из проведённых расчётов всех контуров и элементов выбранной принципиальной схемы, можно сделать вывод о том, что схема является рабочей и может использоваться в передатчике с амплитудной модуляцией. Помимо возможности его использования был выявлен более выгодный умножитель частоты по ряду достоинств: он усиливает сигнал, отфильтровывает сигнал от помех и согласовывает входное и выходное сопротивление каскадов. Это помогает получить не искажённый сигнал в отличии от умножителей на других элементах.

Литература

1. 
   [1]Алексеев О.В., Головков А.А., Митрофанов А.В. и др. Генераторы высоких и сверхвысоких частот. Учебное пособие. Доп. Мин. обр. РФ по направлению подготовки «Радиотехника». - М.: Высшая школа, 2003.
   
2. 
   [2]Болдырихин Н.В., Сосновский И.А. Устройства генерирования и формирования сигналов. Пособие для практических занятий. - Ростов: РВИ РВ, 2010.
   
3. 
   [3]Гвозд И.И., Коваль С.А. Средства связи. Ч.1. Средства связи ракетного комплекса. Учебник (рек. ВУНЦ СВ ОА ВС РФ).- МО РФ, 2013.
   
4. 
   [4]Головин О.В. Устройства генерирования, формирования, приема и обработки сигналов. Учебное пособие для вузов (рек.УМО в области телекоммуникаций). - М.: Горячая линия – Телеком, 2014.
   
5. 
   [5]Генерирование колебаний и формирование радиосигналов: учебное пособие/В.Н. Кулешов, Н.Н. Удалов, В. М. Богачев, Л. А. Белов и др.; под ред. В. Н. Кулешова и Н.Н. Удалова. Рек. УМО по образованию в области радиотехники. - М.: Издательский дом МЭИ, 2008.
   
6. 
   [6]Дегтярь Г.А. Устройства генерирования и формирования сигналов. Электронное пособие НГТУ.- Новосибирск: НГТУ, 2007.
   
7. 
   [7]Зеленевский В. В. и др. Системы и средства связи. Часть 1 и 2.-МО РФ, 2008.
   
8. 
   [8]Зеленевский В. В. Каналы связи в АСУ. Учебник. - МО РФ, 2005.
   
9. 
   [9]Каганов В. И, Транзисторные радиопередатчики. -М.: Энергия, 1976,
   
10. 
    [10]Кацнельсон В. В. и др. Электронно-вакуумные и газоразрядные приборы. Справочник.- М.: Энергия, 1985.
    
11. 
    [11]Лапицкий Е, Г. и др. Расчет диапазонных радиопередатчиков. -Л.: Энергия.1974.
    
12. 
    [12]Минаев М.И. Радиопередающие устройства СВЧ. Минск: Высшая школа,1978.
    
13. 
    [13]Проектирование радиопередающих устройств СВЧ; Под ред. Г. М. Уткина. - М.: Сов.радио. 1979.
    
14. 
    [14]Проектирование радиопередающих устройств; Под ред. В. В. Шахгильдяна.-М.: Радио и связь. 1993,1984.
    
15. 
    [15]Радиопередающие устройства (проектирование радиоэлектронной аппарату­ры на интегральных схемах); Под ред. О.А. Челнокова-М.: Радио и связь, 1982.
    
16. 
    [16]Транзисторы средней и большой мощности. Справочник; Под ред. А.В. Голомедова . - М.: Радио и связь, 1989.
    
17. 
    [17]Шахгильдян В.В., Карякин В.П. Проектирование устройств генерирования и формирования сигналов в системах подвижной радиосвязи. Учебное пособие для ВУЗов. Рек. ГОУ ВПО МТУСИ. – М.: СОЛОН – ПРЕСС, 2013. 388с.
    
18. 
    [18] Ресурс Интернет: http://microavia.narod.ru/mav.htm .