Ася. Техническое задание на проектирование радиопередающего устройства 1 Технические требования Разработать радиопередающее устройство квдиапазона с частотной модуляцией. Рабочий диапазон частот
 Скачать 0.73 Mb.
|
|
1. Техническое задание на проектирование радиопередающего устройства 1.1 Технические требования Разработать радиопередающее устройство КВ-диапазона с частотной модуляцией.
1.2 Конструктивные требования
2. Выбор и обоснование структурной схемы Структурная схема радиопередающего устройства, удовлетворяющего требованиям технического задания, представлена на рисунке 1. Модулятор (М) формирует сигнал частотной модуляции, а сигналы с частотами fсчн и fсчв, вырабатываемые датчиком сетки частот (ДСЧ), формируют диапазон полезного сигнала в низкочастотной области. Опорный кварцевый генератор (ОКГ) формирует опорный сигнал с частотой 20 МГц. В преобразователе частоты (ПЧ) частоты, поступающие с модулятора и ДСЧ, вычитаются, и разность на выходе ПЧ представляет собой ЧМ-сигнал, спектр которого перенесен в область рабочих частот. Антенна служит для излучения ЧМ-сигнала в окружающее пространство. Согласование выходного сопротивления усилителя и комплексного антенны происходит в выходной цепи – цепи согласования (ЦС), на которую поступает усиленный в 4-х каскадах усилителя информационный сигнал.  Рисунок 1 – Структурная схема ЧМ-передатчика Структурная схема частотной модуляции состоит из возбудителя, усилителя мощности и выходной цепи. · Выходная цепь (ВЦ, ЦС) на выходе передатчика предназначена для согласования выходного сопротивления усилителя с антенной нагрузкой, т. е. для трансформации эквивалентного сопротивления нагрузки усилителя в комплексное сопротивление антенны; а также служит для обеспечения заданных частотных характеристик всего усилителя. · Усилитель мощности (УМ) служит для усиления колебаний, которые формируются на выходе ПЧ, так как амплитуда их достаточно мала и недостаточна для передачи полезного сообщения в пространстве. · Возбудителем является устройство, в котором формируются гармонические сигналы с заданными частотами и требуемым видом модуляции, подлежащие дальнейшему усилению в УМ. Основными компонентами возбудителя являются: опорный кварцевый генератор, датчик сетки частот, модулятор, преобразователь частот и датчик опорной частоты (ДОЧ). · Преобразователь частот (ПЧ) позволяет перенести модулированное колебание в диапазон рабочих частот возбудителя. В простейшем случае ПЧ состоит из смесителя и полосового фильтра. · Смеситель (СМ) – устройство для сложения, вычитания частот, поданных на его входы. В ПЧ он обеспечивает сдвиг (преобразование) полезного сигнала из области частот модулятора в область частот, в которой необходимо передавать сообщение, на постоянное значение без изменения его спектрального состава (соотношения амплитуд гармоник). · Полосовой фильтр (ПФ) обладает полосой пропускания, совпадающей с полосой пропускания полезного сигнала. Фильтр служит для выделения гармонических составляющих полезного сигнала в заданной области частот и синхронного подавления всех паразитных гармоник. · Модулятор (М) предназначен для формирования сигнала частотной модуляции (частотный модулятор). · Датчик сетки частот (ДСЧ) – устройство для формирования когерентных колебаний с требуемой точностью и стабильностью частоты из опорного сигнала, вырабатываемого опорным кварцевым генератором. Причем один из вырабатываемых сигналов дискретно перестраивается по частоте (с требуемыми шагом и скоростью). · Датчик опорной частоты (ДОЧ) – необходим для формирования ряда колебаний с фиксированными частотами (f01, f02), необходимых для работы модулятора: для получения требуемой модуляции в модуляторе и для переноса по частоте сформированного сигнала в требуемый диапазон рабочих частот возбудителя. · Опорный кварцевый генератор (ОКГ) представляет собой автогенератор (АГ) малой мощности с кварцевой стабилизацией частоты. Задающий генератор в передатчике служит для формирования всех вспомогательных частот. АГ выполняется на биполярном транзисторе, включенным по схеме с общим эмиттером. Большая крутизна проходной характеристики такого транзистора позволяет уменьшить его связь с внешним колебательным контуром и увеличить стабильность генерируемых частот. 3. Выбор и обоснование функциональной схемы 3.1 Выходная цепь (ВЦ) Одна из главных задач ВЦ – фильтрация гармоник. Нормы на мощность внеполосных излучений достаточно жесткие, и гармоники выходного тока активного элемента (АЭ) оконечного каскада не должны создавать дополнительных мощностей в нагрузке. В промежуточных усилителях требования к фильтрации гармоник более либеральны. Однако для реализации расчетных режимов ЦС должна быть построена так, чтобы входное напряжение или входной ток следующего каскада были близки к гармоническим. В нашем случае стоит задача согласования АЭ с нагрузкой в заданной полосе частот. В данной ситуации рабочую частоту можно менять в пределах полосы согласования, причем режим АЭ будет оставаться близким к оптимальному с заданной точностью. В проектируемом передатчике будет применена наиболее простая схема ЦС, с помощью которой еще удается реализовать требования к полосе согласования и к подавлению высших гармоник. Хотя использование более двух контуров улучшит фильтрацию, это усложнит как саму схему, так и ее расчет. 3.2 Усилитель мощности С целью достижения высокой стабильности частоты при соблюдении других требований в передатчике используется многокаскадная схема усиления сигнала. В целях соответствия проектируемого устройства техническому заданию, расчет оконечного каскада следует производить с учетом КПД выходной цепи. При заданной мощности в нагрузке Pср=68 Вт и длине волны 10...30 м, КПД цепи согласования hцс=0.65, ориентировочное количество каскадов усиления n определяется по формуле:   ,где Kp1=10 – коэффициент усиления по мощности одного каскада для транзисторов не очень высоких частот. Полученное значение округляется до целого, т. е. до четырех, и получается четырехкаскадный усилитель мощности. 3.3 Модулятор Индекс модуляции:  .Средняя частота промодулированного сигнала на выходе генератора, управляемого напряжением (ГУН):  .Коэффициент деления частоты в петле ФАПЧ:  .Модулятор предназначен для формирования сигнала частотной модуляции. На выходе модулятора формируется сигнал с частотой fсрм, из которого в тракте преобразования частоты будет сформирован диапазон частот полезного сигнала.  Рисунок 2 – Функциональная схема частотного модулятора 3.4 Датчик сетки частот (ДСЧ) Синтезатор сетки частот представляет собой систему фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), на вход которой, через делитель частоты, подается сигнал со стабильной частотой от кварцевого автогенератора. В кольце обратной связи находится делитель с переменным коэффициентом деления (ДПКД). Коэффициент деления изменяется при помощи устройства управления (УУ), состоящего из вычитающего счетчика, сумматора и реверсивного счетчика. При нажатии на кнопки управления, находящиеся на передней панели устройства, происходит изменение состояния реверсивного счетчика. Далее выбирается средняя частота модулированного сигнала, а также верхняя и нижняя частоты сетки частот, вырабатываемые ДСЧ. Используется известная номограмма частот. Задаемся верхним отношением f/f2=fв/fсрм=k1=0.300, тогда средняя частота промодулированного колебания равна:  .Определяем нижнее отношение: f/f2=fн/fсрм=k2:  .Ординатам k1=0.300 и k2=0.269 на номограмме соответствуют абсциссы ℓ1=0.700 и ℓ2=0.730. Далее можно определить верхнюю и нижнюю поднесущие частоты:    Рисунок 3 – Фрагмент номограммы частот для текущего случая 3.5 Датчик опорной частоты (ДОЧ) Частота, поступающая с ДОЧ на фазовый детектор:  .Частота, поступающая на смеситель в модуляторе –  . Рисунок 4 – Функциональная схема датчика опорных частот 4. Расчет элементов функциональной схемы 4.1 Оконечный каскад Усилитель мощности строится по схеме с ОЭ на биполярном транзисторе, т. к. биполярные транзисторы позволяют получить более высокий КПД, чем полевые [4, стр. 8]  Рисунок 5 – Схема оконечного каскада 4.1.1 Расчет коллекторной цепи транзистора Мощность, передаваемая транзистором через цепь согласования в нагрузку, зависит от вида модуляции. Для выбора транзистора необходимо определить рассеиваемую мощность:  .Выбираем транзистор КТ 927А. Подсчитаем допустимую мощность, рассеиваемую на коллекторе:  .Т. к. Pрас ≤ Pк max – условие выполняется. Проверяем частотное соответствие транзистора:  . – условие выполняется. При усилении модулированных колебаний необходимо обеспечить угол отсечки q=90˚ [4, стр. 9]. Тогда коэффициенты разложения синусоидального импульса равны: a0=0.319 a1=0.5 a2=0.212 g0=0.319 g1=0.5 Еп выберается из условия: Еп≤Uк max /2 = 70/2=35. Возьмем типовое значение Еп=24 В. радиопередающее частотная функциональная транзистор Амплитуда первой гармоники напряжения на коллекторе:  Максимальное напряжение на коллекторе не должно превышать допустимого:  Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:  .Максимальный коллекторный ток не должен превышать допустимого:  .Постоянная составляющая коллекторного тока: Iк 0=a0∙Iкmax=0.319∙18.120=5.780 А. Максимальная мощность, потребляемая от источника коллекторного питания:  .Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора: Pрас=P0max-Pmax=138.720-104.615=34.105 Вт ≤ Pкmax=100 Вт. Коэффициент полезного действия коллекторной цепи при номинальной нагрузке:  .Номинальное сопротивление коллекторной нагрузки:  .4.1.2 Расчет входной цепи При расчете входной цепи транзистора с ОЭ предполагается, что между базовым и эммитерным выводами транзистора по ВЧ включен резистор с сопротивлением, равным:  Для получения приемлемых расчетных величин в дальнейшем задаемся: Rдоп=4 Ом. Амплитуда тока базы:   . .Амплитуда напряжения возбуждения:  .Напряжение смещения на эммитерном переходе:  .Постоянные составляющие токов базы и эмиттера:  . .Элементы эквивалентной схемы входного сопротивления транзистора определяются по формулам:  . .Входные сопротивления транзистора в эквивалентной схеме:  rвxOЭ  . RвxOЭ   Активная и реактивная составляющие входного сопротивления транзистора:   Входная мощность:  Коэффициент усиления по мощности транзистора:  |