Курсовая работа по УФГС. Курсовой УФГС. Мощность в нагрузке 14 Вт
![]()
|
![]() |
Характеристика | Значение |
Выходная мощность Pк.доп, мВт | 475 |
Коэффициент передачи тока h21Э | 200 |
Постоянное напряжение коллектор – эмиттер Uк.доп, В | 12 |
Постоянное напряжение эмиттер – база Uбэ.доп, В | 6 |
Постоянный ток коллектора Iк.мах, А | 2 |
Граничная частота, fт МГц | 8000 |
2.2 Расчет схемы автогенератора
2.2.1 Расчёт параметров автогенератора
Для расчета зададимся величинами постоянной составляющей тока коллектора
![](322343_html_42a2ce8edecf5a2f.gif)
![](322343_html_7d63392146db153d.gif)
![](322343_html_ed3574a89f929de6.gif)
Исходя из заданных величин, определим сопротивление
![](322343_html_5c348e66723741c8.gif)
![](322343_html_3d9598f718c2adca.gif)
Выберем ближайший стандартный номинал
![](322343_html_20b730df96ebe9d1.gif)
Напряжение источника питания должно составлять 12 В.
Тогда ток базы равен [1]
![](322343_html_78e408e4308927af.gif)
где
![](322343_html_af193d17dfce0899.gif)
![](322343_html_df19a09157d89cb1.gif)
![](322343_html_b260854a3aa9f0dd.gif)
Ток делителя напряжения цепи смещения выберем из условия [1]
![](322343_html_898638ef2d698f78.gif)
Тогда суммарное сопротивление делителя
![](322343_html_de2a205bc657f6eb.gif)
Так как активный элемент − кремниевый транзистор, напряжение между его базой и эмиттером равно
![](322343_html_fb6bbaa31fbfaa4d.gif)
![](322343_html_613f356737033dd1.gif)
Тогда сопротивления, составляющие делитель цепи смещения, равны
![](322343_html_9bcef0b085736772.gif)
![](322343_html_922073771fbbde2.gif)
Выберем стандартные значения
![](322343_html_bd563c0f2bd6b930.gif)
![](322343_html_50099ee5e5c9c558.gif)
Определим крутизну [1]
![](322343_html_fa7ef76844c51d79.gif)
![](322343_html_11bb970056643f27.gif)
![](322343_html_bf8cb15b62070860.gif)
![](322343_html_16e5fe5332b5e915.gif)
Эквивалентное сопротивление rэ равно
![](322343_html_639eb109f41f73a9.gif)
Тогда
![](322343_html_9c7edbabe229cb89.gif)
Примем коэффициент регенерации G = 5. Тогда [2]
![](322343_html_100e7a6b4a6a5bcc.gif)
Примем коэффициент обратной связи
![](322343_html_d80345c3483fd810.gif)
Тогда реактивное сопротивление [2]
![](322343_html_219875d6d8a89ae5.gif)
где
![](322343_html_89f772b0903a87cf.gif)
![](322343_html_11bb970056643f27.gif)
![](322343_html_79d035afcb69b3a1.gif)
Найдем номиналы конденсаторов С1 и С3. Как было указано ранее, С1 = С3, тогда
![](322343_html_9d0f4bb10573f9f7.gif)
Примем
![](322343_html_f883999bc1e79db4.gif)
Емкость блокировочного конденсатора равна [4]
![](322343_html_664d80fd90d3934d.gif)
Примем
![](322343_html_e2c13e027b110d04.gif)
Индуктивность блокировочного дросселя равна
![](322343_html_8c11dff76d4b7c57.gif)
Примем
![](322343_html_91839816de969772.gif)
Определим используемые в расчете коэффициенты Берга и функции Бесселя. Они равны
![](322343_html_91f639c4c53c6b23.gif)
![](322343_html_afa78ccdb8544d97.gif)
![](322343_html_a92567d0df419d95.gif)
![](322343_html_873ea3adc7e0b458.gif)
![](322343_html_50f277701ad23e94.gif)
Амплитуда первой гармоники коллекторного тока
![](322343_html_11bb970056643f27.gif)
![](322343_html_d08fba03eb79591a.gif)
Амплитуда напряжения на базе равна
![](322343_html_1126b7974e4ad158.gif)
Модуль коэффициента обратной связи равен [2]
![](322343_html_55fc88a3c26ec62d.gif)
Амплитуда напряжения на коллекторе составляет [2]
![](322343_html_5ad01720db501986.gif)
Мощность, потребляемая от источника питания равна
![](322343_html_5914ca62c5ce4d07.gif)
В резонаторе рассеивается мощность, равная
![](322343_html_a13f64794bb2db76.gif)
Рассеиваемая на кварцевом резонаторе мощность менее допустимой 2мВт.
Оценим величину допустимого сопротивления нагрузки. Оно составляет [3]
![](322343_html_65fec73fe3f02e27.gif)
2.2.2 Расчёт параметров эмиттерного повторителя
Рассчитываем повторитель со следующими исходными данными:
– транзистор BFR181N;
– напряжение источника питания EП = 12 В;
– рабочая частота fМИН = 0,5 МГц;
Для рационального использования источника питания выбираем потенциал эмиттера равный 4,5∙В.
Ток эмиттера примем равным 100 мА.
Рассчитываем значение резистора R6 по формуле:
![](322343_html_3689fe168e6245e3.gif)
где
![](322343_html_337be8b822549455.gif)
![](322343_html_c407baaa84901f42.gif)
Тогда
![](322343_html_49609839c6c5d8a0.gif)
По ряду номиналов радиодеталей E24 выбираем значение
![](322343_html_b08fd23287b91597.gif)
Напряжение на базе должно быть на 0,7 В больше, чем UЭ (для нормальной работы транзистора):
UБ = UЭ + 0,6 = 4,5 + 0,7 = 5,2 В.
На резисторе R5 падает напряжение UБ = 5,2 В, а на резисторе R4:
UR4 = EП – UБ = 9 – 5,2 = 3,8 В,
При этом
![](322343_html_c3f3cc754d2e608e.gif)
![](322343_html_11bb970056643f27.gif)
![](322343_html_6eba59feca3500f8.gif)
![](322343_html_5d906176ccca2bbb.gif)
Для того, чтобы ток базы транзистора не оказывал влияния на режим его работы необходимо, чтобы IБ был в десять раз меньше тока делителя, т.е. сопротивление делителя должно быть в десять раз меньше входного сопротивления транзистора [4]:
![](322343_html_774cd180b35ac38.gif)
![](322343_html_60a9e6adfe239240.gif)
![](322343_html_75b5ca1e4a3aada7.gif)
Тогда
![](322343_html_2d2695f386830615.gif)
![](322343_html_14a07fa22375b61d.gif)
Рассчитываем значение резисторов R4 и R5:
![](322343_html_2263327d9f520ee4.gif)
![](322343_html_8be2ea747c381393.gif)
![](322343_html_b84d6f3649d3a920.gif)
Тогда
![](322343_html_f51b0fbf875477ff.gif)
![](322343_html_21b220da800998d9.gif)
![](322343_html_11bb970056643f27.gif)
![](322343_html_e946c7983e43a9a6.gif)
![](322343_html_f2bc12272abec34d.gif)
Входное сопротивление эмиттерного повторителя определяется по формуле:
![](322343_html_c5b9e82e82fc121b.gif)
Тогда
![](322343_html_c88fbe12f4e9134d.gif)
Определяем выходное сопротивление эмиттерного повторителя [4]:
![](322343_html_925566ccbb3ca187.gif)
![](322343_html_f6804f2ab19f24ee.gif)
где RИСТ – выходное сопротивление предыдущего каскада, в нашем случае примем RИСТ = 5 кОм.
Тогда
![](322343_html_347f6acf746cbdeb.gif)
![](322343_html_5b7185a83b2695ab.gif)
Значение ёмкости разделительного конденсатора С4 определяется по формуле:
![](322343_html_fb685201fc25788f.gif)
![](322343_html_11bb970056643f27.gif)
![](322343_html_4c3c45c1668f4889.gif)
Тогда
![](322343_html_25ffe4f4144c5df0.gif)
По ряду номиналов E24 выбираем значение
![](322343_html_865873c65df5751d.gif)
Значение ёмкости разделительного конденсатора С5 определяется по формуле:
![](322343_html_ebe1546cd27187f2.gif)
где fМИН – минимальная рабочая частота,
![](322343_html_1618093ccaf8c379.gif)
Тогда
![](322343_html_3565ca9a38200555.gif)
По ряду номиналов E24 выбираем значение
![](322343_html_d039edcf0be8ff2c.gif)
3 РАЗРАБОТКА ОКОНЕЧНОЙ СТУПЕНИ ПЕРЕДАТЧИКА
3.1 Обоснование выбора активного прибора для оконечной ступени передатчика
Рациональный выбор транзистора для оконечного каскада передатчика определяет такие характеристики усилителя, как КПД и коэффициент усиления по мощности. В ТЗ на курсовое проектирование указана колебательная мощность Р1max на входе фидера, соединяющего передатчик с антенной.
Для оценки мощности Р1, которую должен отдавать транзистор, следует задаться величиной КПД цепи связи:
цс = Рфидера /Р1. (22)
В зависимости от схемы цепи связи, мощности и рабочей частоты передатчика величина КПД цепи связи может находиться в пределах от 0,7 до 0,9. В данном передатчике, работая в КВ диапазоне, где потери ВЧ энергии незначительны, можно принять цс = 0,9. Исходя из вышеуказанных рассуждений, можно определить минимальную полезную мощность Р1 с учетом цепи связи, которую должен развивать транзистор.
Р1 = Рфидера / цс = 14 / 0,9 = 15,5 Вт. (23)
Выбор транзистора для оконечного каскада передатчика необходимо сделать с учетом развиваемой пиковой мощности (с учетом КПД оконечного каскада), и рабочей частоты – не менее 34 МГц.
![](322343_html_11bb970056643f27.gif)
Электрические параметры 2Т925В приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Электрические параметры 2Т925В
Параметр | Название | Значение |
rб | Сопротивление материала базы | 0,3 Ом |
rэ | Стабилизирующее сопротивление в цепи эмиттера | 0,1 Ом |
rнас | Сопротивление насыщения | 0,35 Ом |
RЭУ | Сопротивление утечки эмиттерного перехода | - |
| Коэффициент передачи по току в схеме с общим эмиттером ОЭ на частотах до 100 МГц | 17 |
fт | Граничная частота передачи по току в схеме с ОЭ, не менее | 400 МГц |
Ск | Барьерная ёмкость коллекторного перехода при соответствующем напряжении Ек, при Ек = 12 В, не более | 60 пФ |
Сэ | Барьерная ёмкость эмиттерного перехода при соответствующем напряжении Еэ, при Ек = 12 В, не более | 250 пФ |
Lэ | Индуктивность вывода эмиттера транзистора | 1 нГн |
Lб | Индуктивность вывода базы транзистора | 2,4 нГн |
Lк | Индуктивность вывода коллектора транзистора | 2,4 нГн |
Eкэ доп | Предельное напряжение на коллекторе | 36 В |
Eк доп | Допустимое значение питающего напряжения на коллекторе | 36 В |
Eбэ доп | Допустимое значение обратного напряжения на эмиттерном переходе | 3,5 В |
Iк0 доп | Допустимое значение постоянной составляющей коллекторного тока | 3,3 А |
Iк мах доп | Допустимое значение Iк мах (В импульсном режиме) | 8 А |
Iб0 доп | Допустимое значение постоянной составляющей базового тока | 1 А |
tп доп | Допустимая температура переходов транзистора | 150 C |
Rпк | Тепловое сопротивление переход (кристалл) ‑ корпус | 4,4 С/Вт |
Рк | Средняя рассеиваемая мощность в динамическом режиме | 25 Вт |
к | Постоянная времени цепи коллектора, пс, не более | 22 |
| Коэффициент полезного действия коллектора | 77 % |
Т к | Диапазон рабочих температур, C | -60…+125 |
Е | Напряжение отсечки | 0,7 В |
3.2 Расчет режима работы оконечного каскада передатчика
3.2.1 Расчет коллекторной цепи оконечного каскада
Амплитуда первой гармоники напряжения на коллекторе в критическом режиме [5]:
![](322343_html_96e545c438153a17.gif)
![](322343_html_d28d78fdcaec59d8.gif)
Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:
![](322343_html_e9f04358511fb814.gif)
Постоянная составляющая коллекторного тока:
![](322343_html_87347e36d6f9fc8.gif)
Максимальная мощность, потребляемая от источника питания:
![](322343_html_c94640ab5121c885.gif)
КПД коллекторной цепи при номинальной нагрузке:
![](322343_html_8633db607fa43cd5.gif)
![](322343_html_11bb970056643f27.gif)
![](322343_html_8ac36f3c2e23332e.gif)
Сопротивление нагрузки:
![](322343_html_a3c3994d5613f2a7.gif)
3.2.2 Расчет входной цепи транзистора
Предполагается, что между базой и эмиттером транзистора по радиочастоте включен резистор Rд, предназначенный для устранения "искажений" в импульсах коллекторного тока [5]:
![](322343_html_aacccbbe2bcb3e48.gif)
В реальной схеме усилителя мощности можно не ставить Rд, однако при проведении последующих расчетов Rд
![](322343_html_f23c305db18069c5.gif)
Коэффициент, учитывающий уменьшение усиления по току [5]:
![](322343_html_30a640b07f1b146e.gif)
![](322343_html_d2e1d8f53de73c97.gif)
Амплитуда тока базы [5]:
![](322343_html_5c0175119883b2e5.gif)
![](322343_html_3d8518525500fe7c.gif)
![](322343_html_11bb970056643f27.gif)
![](322343_html_25fca755ae0782de.gif)
![](322343_html_2b9a84948f895bd.gif)
Напряжение смещения на эмиттерном переходе [5]:
![](322343_html_2df22c60f997b6a6.gif)
![](322343_html_9ae432b7ebdbc3ae.gif)
Требуемая входная мощность от предварительного усилителя:
![](322343_html_deea9e18099535a1.gif)
Коэффициент усиления по мощности:
![](322343_html_3af6359270727950.gif)
![](322343_html_11bb970056643f27.gif)
3.2.3 Выбор схемы питания и расчет блокировочных элементов
На рисунке 3 представлена принципиальная схема ОК.
![](322343_html_75bd5b34dc422332.gif)
Рисунок 3 – Принципиальная схема ОК.
Разделительная емкость Cбл ставится для передачи ВЧ сигнала, т.к. обладает малым сопротивлением как элемент согласования [6]:
![](322343_html_8f625ede653902a.gif)
Тогда
![](322343_html_9b0101a75fd3191e.gif)
![](322343_html_a68dbc963ca55853.gif)
Примем
![](322343_html_f8a0ddd26b5523d2.gif)
Также ёмкость Cбл ставится для устранения взаимного влияния каскадов передатчика друг на друга через источник питания.
![](322343_html_dd0a73e2164ce9e5.gif)
![](322343_html_11bb970056643f27.gif)
![](322343_html_38a3b257c340b98b.gif)
![](322343_html_f4c35f5fdc133c68.gif)
Тогда
![](322343_html_b624cdfefd21ad40.gif)
![](322343_html_e17e75f2510c06b.gif)
![](322343_html_227ee1a6b4b28ecd.gif)
![](322343_html_b59ba55daa451abf.gif)
Примем
![](322343_html_ff13caff545b11f0.gif)
![](322343_html_f63dc661749d13ce.gif)
Чтобы получить = 90, необходимо обеспечить Rавт > RД. Для этого используем схему, приведенную на рисунке 3. Здесь при R1 >> R2 сопротивление Rавт = RД + R2 [6]:
![](322343_html_61188bf97c9f93d9.gif)
![](322343_html_f8ede425460dafa3.gif)
Примем R2 = 39 Ом.
![](322343_html_d5d594953cbb3f70.gif)
Примем R1 = 620 Ом.
3.3 Выбор схемы связи оконечной ступени с нагрузкой и расчет элементов этой схемы
На рисунке 4 представлена схема согласования нагрузки.
![](322343_html_c3ec667ef8c3012.png)
Рисунок 4 – Схема согласования нагрузки
Определяем добротность цепи L1-Rн [6]:
![](322343_html_fde26bf68f06876e.gif)
Сопротивление индуктивности L1:
![](322343_html_4a8e8671fdb87c1c.gif)
![](322343_html_929d642f515e0c7.gif)
Сопротивление конденсатора С1 [6]:
![](322343_html_3897a12f918072d6.gif)
На частоте 25 МГц номиналы элементов должны быть равны:
![](322343_html_df19a09157d89cb1.gif)
![](322343_html_75bfa20fc66da2a8.gif)
![](322343_html_c148f0bff2a525c7.gif)
Примем
![](322343_html_7fe5d7ede5eb4c6e.gif)
![](322343_html_8f1d3cbcb4e0d927.gif)
3.4 Выбор типа балансного модулятора
Выбор типа балансного смесителя определяет качество работы изделия. В настоящее время существуют балансные смесители в интегральном исполнении, что позволяет значительно упростить его расчеты, процесс настройки и конструкцию. Для нашего изделия подходит микросхема К174ПС4. Типовое включение микросхемы в качестве балансного смесителя, согласно документации, показано на рисунке 5. Микросхема представляет собой балансный смеситель с внешней избирательной системой. Предназначен для использования в качестве смесителя частоты в диапазоне частот до 1000 МГц. Обладает хорошей развязкой между входной цепью гетеродина и выходом (просачивание напряжения гетеродина на вход приемника составляет 40...50 дБ).
![](322343_html_ea754346aba934af.png)
Рисунок 5 – Схема включения микросхемы К174ПС4.
![](322343_html_11bb970056643f27.gif)
Основные электрические параметры микросхемы К174ПС4:
Номинальное напряжение питания – 5,4...6,6 В
Ток потребления при Un = 6 В – 10 мА
Коэффициент шума а частоте 100 МГц – менее 12 дБ
Крутизна преобразования на частоте 2,8 МГц – 6 мА/В
Максимальное напряжение сигнала на выводах 7,8,11,13 – 500 мВ
Максимальная частота входного сигнала – 1000 МГц
Максимальная частота опорного сигнала – 1000 МГц
Максимальное сопротивление нагрузки – более 50 Ом
Температура окружающей среды – - 45...+ 70 С
Напряжение гетеродина (автогенератора) подаётся на вывод 8, напряжение сигнала на вывод 11 при замкнутых выводах 1 и 14. Допустимый коэффициент нелинейности
![](322343_html_ab632bd604d5b9c2.gif)
Задаём значение ёмкости C4 = 470 пФ и определяем величину индуктивности L
а) для БС с f = 500 кГц:
Lк = 1 / 4·2·f 2·Cк = 1 / 4·2·(500·103)2·470·10-12 = 1,06 мкГн.
б) для БС с f = 30 МГц:
Lк = 1 / 4·2·f 2·Cк = 1 / 4·2·(30·10 6 )2·470·10-12 = 0,14 мкГн.
3.5 Выбор предварительного усилителя
![](322343_html_cf9b00f217407fe8.gif)
![](322343_html_d196475e0a38485.jpg)
Рисунок 6 – Схема включения микросхемы К175УВ1Б.
Основные электрические параметры микросхемы:
Номинальное напряжение питания – 6 В ± 10 %
Ток потребления при Un = 6 В – не более 15 мА
Коэффициент усиления напряжения при Un = 6 В, fвx = 10 МГц – не менее 20
![](322343_html_11bb970056643f27.gif)
Входное сопротивление при Un = 6 В – не менее 1 кОм
Коэффициент нелинейности амплитудной характеристики при Un = 6 В, f = 40 МГц – не менее 5 %
Коэффициент шума при Un = 6 В, f вx = 20 МГц – менее 12 дБ
Входное напряжение на выводах 4, 6, 10, 11 – 0,01 В
Ток нагрузки (постоянный) по выводу 6 – не более 6 мА
Сопротивление нагрузки – более 1 кОм
4 КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ОКОНЕЧНОЙ СТУПЕНИ
Рассчитаем катушку индуктивности для схемы согласования нагрузки номиналом
![](322343_html_af7eff87f40dfb27.gif)
Количество витков в катушке, рассчитывается по формуле:
![](322343_html_9eb574499f074764.gif)
где L – индуктивность, мкГн;
D – диаметр каркаса, мм.
Если в качестве исходных параметров берутся длина навитого в ряд проводника и его диаметр, то количество витков находят, используя формулу:
![](322343_html_a8f9984b1e5a5477.gif)
где: l – длина намотки, мм;
d – диаметр провода, мм.
Тогда взяв диаметр каркаса D = 3 мм, получим
![](322343_html_63948b4edba81916.gif)
Взяв диаметр провода d = 1 мм, получим длину намотки
![](322343_html_a2cc8c481f7d71a0.gif)
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате работы над курсовым проектом было разработано радиопередающее устройство с однополосной модуляцией, параметры которого полностью соответствуют требованиям ТЗ.
В процессе проектирования был произведен анализ технического задания, результатом которого стал выбор схемы электрической функциональной (структура), на основании которой была разработана схема электрическая принципиальная. Произведены электрические и конструктивные расчёты оконечного каскада и цепи связи с фидером, проведён расчёт автогенератора и эмиттерного повторителя. Сделан выбор микросхем балансного модулятора и предварительного усилителя.
Таким образом, все поставленные задачи, указанные в задании на проектирование, выполнены в полном объёме.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Радиопередающие устройства / Методические указания по курсовому проектированию. Под ред. Б.В. Гусева.- Свердловск.: УПИ, 1987
Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник / К.М. Брежнева, Е.И. Гатман, Т.И. Давыдова и др. Под ред. Б.Л. Перельмана.- М.: Радио и связь, 1981
Радиопередающие устройства / Учебник для вузов / Под общ. ред. М.В. Благовещенского.- М.:Радио и связь, 1982
Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах. Проектирование и расчет. Под ред. Р.А. Валитова и И.А. Попова.- М.: Сов. радио, 1973
Генерирование и формирование радиосигналов. Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине ”Устройства формирования радиосигналов”/Л.И. Булатов, Б.В. Гусев. Екатеринбург: Изд-во УГТУ, 2003, 30с.
Шумилин М.С., Власов В.А., Козырев А.А. Проектирование транзисторных каскадов передатчиков. М: Радио и связь, 1987, 320с.