Курсач делаю. Проектирование радиопередающего устройства
 Скачать 0.59 Mb.
|
|
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И.Ульянова (Ленина)» (СПбГЭТУ)
Санкт-Петербург 2010 г. СОДЕРЖАНИЕ 1. Задание на курсовой расчет . . . . . . 3 2. Структурная схема радиопередающего устройства . . . 4 3. Опорный кварцевый генератор . . . . . . 5 4. Расчет синтезатора сетки частот . . . . . . 9 5. Оконечный каскад . . . . . . . . 12 Расчет выходной цепи . . . . . . . 13 Расчет входной цепи . . . . . . . 15 6. Блок коммутируемых фильтров . . . . . . 19 7. Заключение. . . . . . . . . . 20 Список литературы . . . . . . . . 21 Приложения . . . . . . . . . 22 1. Задание на курсовой расчет Задачей настоящего курсового расчета является проектирование радиопередающего устройства, обеспечивающего формирование радиосигналов в заданном рабочем диапазоне частот и заданную мощность, выделяемую на нагрузке. Таблица 1. Задание на курсовой расчет
Тип ОКГ: 3 – кварцевый автогенератор с кварцем между коллектором и базой транзистора; Тип ССЧ: 4 – ССЧ по схеме синтезатор сетки частот с фазовой автоподстройкой частоты; 2. Структурная схема радиопередающего устройства Устройство включает в себя следующие составляющие: ОКГ – опорный кварцевый генератор, являющийся источником высокостабильных колебаний; ССЧ – синтезатор сетки частот, формирующие из опорной частоты необходимые рабочие частоты; М – модулятор; ТУМ – тракт усиления мощности БКФ – блок коммутируемых фильтров  Рис.2.1 Структурная схема радиопередающего устройства Возбудитель — в его состав входят три блока: ОКГ, ССЧ, УВИС. Он предназначен для формирования гармонических колебаний с постоянными параметрами; ОКГ вырабатывает гармонический сигнал строго заданной частоты с высокой стабильностью, ССЧ обеспечивает получение набора гармонических сигналов с определенными частотами из сигнала задающего генератора, УВИС позволяет ввести в наш передатчик информационный сигнал. ТУМ - позволяет понизить частоту возбудителя, что дает возможность получить более высокую стабильность частоты задающего генератора, ослабить влияние на него мощных каскадов и усилить мощность промоделированного сигнала до мощности, требуемой на выходе устройства. БКФ - связывает оконечный каскад с излучающей антенной (производит согласование выходного сопротивления оконечного каскада с входным сопротивлением антенны) и осуществляет фильтрацию паразитных гармоник, присутствующих на выходе оконечного каскада. 3. Опорный кварцевый генератор. Опорный кварцевый генератор в работе представляет собой кварцевый автогенератор с кварцевым резонатором, включенным между коллектором и базой транзистора. В своей основе схема представляет собой обыкновенную осцилляторную схему – емкостную трехточечную, или схему Клаппа. В таких схемах частота генерации несколько больше резонансной частоты кварцевого резонатора и меньше частоты параллельного резонанса. Поэтому исходя из технического задания частота ОКГ f = 2 МГц, и следовательно, мы выбираем кварцевый резонатор с частотой несколько меньшей требуемой f = 1.99997 МГц. Данная схема обеспечивает наибольшую стабильность частоты, чем, например, схема с КР с цепи обратной связи, но может работать только на основной частоте. Принципиальная схема ОКГ выглядит следующим образом:  В ниже приведенном расчете определяются режим работы транзистора и номиналы элементов, включенных в схему. Для схемы были выбраны кварцевый резонатор и транзистор со следующими параметрами: КР: частота колебаний f = 3,999931(КГц); Rкв = 44(Ом) – сопротивление потерь; Qкв = 58 000 - добротность; Co = 4 пФ – емкость кварцедержателя. Транзистор: fт = 700 МГц – предельная частота усиления по току в схеме с ОЭ; Sгр = 0,05(А/В) – крутизна линии граничного режима транзистора; β0 = 50 – коэффициент передачи по току в схеме с ОЭ; Ебо = 0,25 В – напряжение запирания; Ск = 3,75(Пф) – емкость база-коллектор; rб = 60 – сопротивление материала базы. Расчет параметров и режима работы кварцевого автогенератора. 1. Определение  и  .  = =80 град.,  = 0.472,  = 0.286 = =   = Фазовый угол средней крутизны  = 2. Задаемся мощностью, рассеиваемой резонатором  =0,0003 Вт < =0.0005 Вт3. Расчет параметров колебательной системы: Обобщенная расстройка  = Реактивное сопротивление кварцевого резонатора на частоте генерации  = Полное реактивное сопротивление емкостной ветви контура  = Произведение  = Амплитуда первой гармоники тока через кварцевый резонатор  = Амплитуда первой гармоники напряжения на базе транзистора  = Сопротивление конденсатора С2  = Сопротивление конденсатора С1  = Сопротивление конденсатора С3  = Емкости конденсаторов колебательной системы  =  =  = Исходя из стандартного ряда значений емкостей, выбираем С1 = 1200 пФ, С2 = 1500 пФ, откуда определяем значения X1 = 33,17 Ом и X2 = 26,54 Ом. Тогда X3 = 30,59Ом, значение емкости выбираем С3 = 1200 пФ, тогда X3 = 33.17 Ом, X1+X2+X3 = 97 Ом. Таким образом, С1= 1200 пФ; С2 = 1500 пФ; С3 = 1200 пФ. 4. Расчет режима работы транзистора. Амплитуда напряжения на коллекторе  ==  Постоянное напряжение на коллекторе транзистора  = =3,6(B)Проверка недонапряженного режима работы  = Модуль эквивалентного сопротивления колебательного контура  = Мощность, потребляемая транзистором от источника коллекторного напряжения  = Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора  = 0.0103-0.0003 = 0.01 ВтКоэффициент полезного действия транзистора  = Постоянная составляющая тока базы  = Напряжение смещения на базе  =  5. Расчет элементов цепей питания. Индуктивность дросселя в цепи коллекторного питания  =  =39мкГнНоминал резистора в эмиттерной цепи  = выбираем из стандартного ряда  = 620 ОмНапряжение источника коллекторного питания  =  Конденсатор в эмиттерной цепи  = , из стандартного ряда выбираем  = 47 нФ.  Определение номиналов резисторов  = 6404 Ом = Номинал R1 и R2 выбираем из стандартного ряда  = 6200 Ом,  = 3900 Ом, тогда  = 2400 Ом.Синтезатор сетки частотОписание синтезатора сетки частотДля получения совокупности номинальных значений частот в заданном диапазоне, следующих друг за другом с заданным интервалом используется компенсационный синтезатор сетки частот с фазовой автоподстройкой частоты. Его схема приведена на рисунке:  Источником выходных колебаний в схеме является генератор управляемый напряжением, которое подается на него с выхода фазового детектора через фильтр нижних частот. В фазовом детекторе происходит сравнение фазы колебаний, поступающих с датчика опорных частот и имеющих частоту fоп, с фазой колебаний ГУН, прошедших через сумматоры частот. Совокупность сумматоров, умножителей частот и датчика опорных частот образует делитель с переменным коэффициентом деления. Принцип работы синтезатора сетки частот с фазовой автоподстройкой частотыВ датчике опорных частот формируются гармонические сигналы с частотами fш, 10fш, 100fш, 1000fш, 10000fш. Затем данные сигналы поступают на умножители частот с переменными коэффициентами умножения, с помощью которых происходит задание необходимой частоты на выходе синтезатора (коэффициент умножения ni связан с числом, задающим значение i–го разряда в числе килогерц задаваемой частоты). Так как заданный шаг в сетке частот равен 1 кГц, то коэффициент умножения частоты n1 будет принимать следующие значения: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9; а так как верхняя частота ограничена значением 37 МГц, то коэффициент n5 будет принимать только четыре значения: 0, 1, 2 и 3 . На выходе умножителей частот присутствует сигнал с частотой fi= fi min+ ki·10i-1·fш, причем i — номер умножителя, ki =0, 1, 2…9, а fi min — минимально допустимое значение fi , при котором в полосу пропускания полосового фильтра данного сумматора частот не проникают комбинационные составляющие порядка ниже p. То есть на выходе каждого умножителя выделяется одна из 10–ти гармоник частоты 10i-1·fш с возможными номерами от ni min= fi min/(10i-1·fш) до ni max= ni min+9. Затем в сумматорах частот из частоты f=fдоп+fвых поочередно вычитаются сигналы с частотами f5, f4, f3, f2 и получаются соответственно сигналы с частотами fIV, fIII, fII, fI. В последнем сумматоре содержится узкополосный фильтр и на вход этого фильтра поступает разность сигналов fI и f1, а с его выхода снимается сигнал fУПЧ. Далее сигнал fУПЧ передается на первый вход фазового детектора, а на второй его вход поступает сигнал с частотой fоп. Если эти два сигнала имеют одинаковую частоту, то на входе фазового детектора устанавливается постоянная разность фаз между сигналами, тогда на выходе фазового детектора значение управляющего напряжения равно нулю. В случае неравенства частот двух сигналов на входе фазового детектора на его выходе появляются биения напряжения. Затем они проходят через ФНЧ, где выделяется их огибающая. И напряжение с выхода ФНЧ действует на ГУН, изменяя его частоту в сторону приближения к частоте заданной умножителями частоты с переменными коэффициентами умножения ni. Расчет синтезатора сетки частотУсловие равенства частот fоп и fУПФ:  ,тогда получим выражение для fвых:  .Чтобы выполнялось условие:  .Необходимо наложить следующее ограничение:  , где:  Чтобы выполнить условие отсутствия на выходе фильтра сумматоров комбинационных составляющих порядка меньше p=5 необходимо выполнение следующего:  , где  .Данное выражение можно преобразовать следующим образом:  , а  Таким образом, теперь мы можем найти все частоты fi min:  Датчик опорных частотДатчик опорных сигналов позволяет получить из одного гармонического сигнала от опорного кварцевого генератора с частотой fОКГ=6 МГц набор частот, используемых затем в синтезаторе сетки частот. Необходимо получить следующий набор частот: 1 кГц 10 кГц 100 кГц 1 МГц 10 МГц 80 МГц Получить этот набор частот можно преобразованием частоты 4 МГц по схеме изображенной на рисунке:  5.Оконечный каскад Оконечный каскад необходим для создания необходимой мощности на выходе, так как возбудитель для обеспечения высокой стабильности колебаний работает на малых мощностях. Основным фактором, влияющим на расчет режима работы транзисторов, будет расчет на заданное значение мощности Р1 - мощности первой гармоники, отдаваемой в нагрузку одним транзистором. Расчет ведется при угле отсечки θ = 90°. При описании входной цепи необходимо также рассчитать номиналы элементов, составляющие корректирующе-согласующие цепи для формирования чисто резистивного сопротивления, которые представляют собой параллельный контур, являющийся дополняющей цепью для последовательного контура, который явно появляется при отображении эквивалентной схемы транзистора. Принципиальная схема ОК выглядит следующим образом:  Параметры биполярного транзистора 2Т925В:
Расчет выходной цепи.
Величина IК0 = 1.97(А) не превышает максимально допустимое для выбранного транзистора 2Т925в значение 8,5(А).
Величина  не превышает максимально допустимое для выбранного транзистора 2Т925В значение 18,18(Вт).
Расчет входной цепи усилителя. На рис.5.2 представлена упрощенная эквивалентная схема биполярного транзистора при включении его с общим эмиттером.  Рис.5.2 Упрощенная схема транзистора при включении его с ОЭ При рассмотрении базовой цепи транзистора, ее эквивалентную схему можно представить в виде, изображенном на рис 5.3  Рис. 5.3 Упрощенная эквивалентная схема базовой цепи транзистора. Наличие в составе базовой цепи частотно-зависимого резистивного сопротивления rэ = 2fLэ обусловлено синфазностью тока Iб и падающего на индуктивности Lэ напряжения, вызванного током IГ. На рис.5.4 изображена схема подключения корректирующе-согласующей цепи, обеспечивающая характеристику усилителя типа ФНЧ с неравномерностью около 10% .  Рис.5.4 Схема подключения корректирующе-согласующей цепи. Далее произведен расчет базовой цепи оконечного каскада.
где TП = 423 К (tП.ДОП = 160 С) – предельно допустимое значение температуры перехода, k = 1,3810-23 Дж/K - постоянная Больцмана, q = 1,610-19 Кл - заряд электрона.
Расчет разделительных элементов.    6. Блок коммутируемых фильтров. Отличие реальных характеристик транзисторов от кусочно-линейных и ассиметричность плеч двухтактных схем приводит к тому, что в выходном сигнале каждой из базовых двухтактных схем, а значит, и на выходе передатчика появляются высшие гармоники, уровень которых может превысить допустимые значения. Поэтому в широкополосных передатчиках, каскады которых не содержат резонансные фильтрующие цепи, между выходом устройства сложения мощностей двухтактных схем и входом согласующего устройства включается блок коммутируемых фильтров. По заданию необходимо изготовить полосовой фильтр. Сначала будет сделан ФНЧ, затем он будет преобразован в ПФ добавлением индуктивности, емкости и резистора. Из всего блока коммутируемых фильтров по заданию будем рассчитывать четвёртый фильтр применительно к случаю использования АЧХ, передаточная функция которого аппроксимируется полиномом Чебышева. 5.1. Определение требуемого числа фильтров и коэффициента перекрытия. Требуемое число фильтров определяется  , где  соответственно, нижняя и верхняя частоты рабочего диапазона передатчика;  коэффициент перекрытия, равный 1,7.Расчет требуемого числа фильтров:  так как число фильтров не может быть дробным из физических соображений, то принимаем m = 5 и уточняем значение коэффициента перекрытия: 
           Так как N фильтра 4, то расчет будем проводить для следующей частоты: 5.3 По заданию фильтр-3 порядка, то схема будет выглядеть так:  7. Заключение В данной работе были описаны и рассчитаны принципиальные схемы основных блоков транзисторного широкополосного передатчика – оконечного каскада и опорного кварцевого автогенератора. Кроме того, на уровне структурной схемы был разработан синтезатор сетки частот в требуемом рабочем диапазоне и с заданным шагом сетки. Список литературы 1. А. В. Митрофанов, В. В. Полевой, А. А. Соловьев. Устройства генерирования и формирования радиосигналов. Учебное пособие. Санкт-Петербург, 1999, ЛЭТИ 2. А. А. Соловьев. Автогенераторы гармонических колебаний и синтезаторы частоты. Учебное пособие. Санкт-Петербург, 2000, ЛЭТИ. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
, 
, 
, т.е. 
коллекторной емкости 
Необходимость подключения корректирующего резистора Rкор , значение которого прямо пропорционально коэффициенту передачи транзистора по току 0 , обусловлено тем, что нижняя граничная частота рабочего диапазона fН = 2,7 МГц меньше граничной частоты f = fТ / 0 = 1000/80 = 12,5(МГц).
Уточненное значение сопротивления Rвх выбирается ближайшим из стандартного ряда 
