 |
Выбор и обоснование структурной схемы передатчика
|
|
|
|
Проектирование связного радиопередатчика с частотной модуляцией
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
200700 000000 006 ПЗ
Подпись Дата Ф.И.О.
Руководитель_________________________
Студент _
Группа Р-485
Номер зачетной книжки 09712506
Екатеринбург, 2005г.
ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Спроектировать связной радиопередатчик с частотной модуляцией (№13).
Характеристики передатчика:
1. Р1макс = 500 Вт
2. f = 150 ¸ 160 МГц
3. WФ = 50 Ом
4. Шаг сетки частот 12,5 кГц
5. Питание сетевое – 220 В, 50 Гц
Содержание
Задание на проектирование
Содержание
Перечень условных обозначений и символов
Введение
Основная часть
1. Выбор и обоснование структурной схемы передатчика
2. Расчет оконечного каскада
2.1 Выбор транзистора
2.2 Расчет коллекторной цепи выходного каскада
2.3 Расчет входной цепи оконечного каскада
2.4 Расчет согласующего устройства входной цепи
2.5 Конструктивный расчет ТДЛ
2.6 Расчет схемы сложения мощностей
3. Расчет фильтра гармоник
4. Расчет ГУНа
4.1 Выбор основных параметров и активного элемента
4.2 Расчет автогенератора
4.3 Расчет элементов колебательного контура
4.4 Расчет цепи автосмещения
4.5 Расчет частотного модулятора
5. Описание синтезатора частоты
Заключение
Приложение А. Полная электрическая схема
Приложение В. принципиальная схема оконечного каскада и цепи связи
Приложение С. Конструкция усилительного модуля ОК
Библиографический список
Перечень условных обозначений, символов, единиц и терминов
АМ – амплитудная модуляция
АЧХ – амплитудно-частотная характеристика
РПУ – радиопередающее устройство
|
|
|
Rн – сопротивление нагрузки
ЕК – напряжение источника питания
дБ – децибел
ТЗ – техническое задание
ОК – оконечный каскад
ТДЛ – трансформаторы на длинных линиях
ЦС – цепь связи с фидером
ЧМ – частотная модуляция
Введение
Связные РПУ с частотной модуляцией проектируются для работы на одной фиксированной частоте или в диапазоне частот. В первом случае рабочая частота стабилизируется кварцевым резонатором, а для генерации ЧМ колебаний могут быть использованы как прямой метод управления частотой, так и косвенный. Структурная схема передатчика с использованием прямого метода ЧМ изображена на рис.1.
Рис.1. Структурная схема передатчика с прямой ЧМ
Модулирующее напряжение UW подается на варикап, с помощью которого модулируется по частоте кварцевый автогенератор (КГ). Кварцевый генератор работает на частотах 10–15 МГц, затем его частота умножается в n раз до рабочего значения, сигнал подается на усилитель мощности (УМ) и через цепь связи в антенну.
Косвенный метод ЧМ основан на преобразовании фазовой модуляции (ФМ) в частотную при помощи введения в схему интегрирующего звена, т. е. фильтра низких частот (ФНЧ). Структурная схема передатчика с использованием косвенного метода получения ЧМ изображена на рис.2.
Рис.2. Структурная схема передатчика с использованием косвенного метода ЧМ
В качестве возбудителя диапазонного передатчика с ЧМ используется синтезатор сетки дискретных частот, ведомый генератор которого управляется двумя варикапами (рис.3).
Рис.3. Структурная схема ЧМ передатчика с синтезатором частоты
На варикап VD1 подается модулирующее напряжение UW, на варикап VD2 – управляющее напряжение системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Разделение функций управления объясняется тем, что девиация частоты под влиянием модулирующего сигнала относительно невелика (3–5 кГц) в сравнении с диапазоном перестройки ведомого генератора (ГУН) управляющим сигналом с выхода системы ФАПЧ. Поэтому варикап VD1 связан с колебательным контуром ГУНа значительно слабее, чем VD2. Шаг сетки частот на выходе передатчика в зависимости от рабочего диапазона может быть 5; 10; 12,5; 25 кГц.
|
|
|
Для повышения устойчивости необходимо, чтобы мощный оконечный усилитель как можно меньше влиял на работу ГУНа, поэтому производят их развязку по частоте введением в структуру передатчика умножителя частоты. В таком случае шаг сетки синтезатора уменьшается в n раз, где n - коэффициент умножения частоты умножителя.
В данном курсовом проекте проведен анализ диапазонного передатчика ЧМ. В пояснительной записке представлены электрические расчеты оконечного каскада, цепи связи с фидером, автогенератора и частотного модулятора, приведены конструктивные расчеты оконечного каскада и цепи связи с фидером. К пояснительной записке прилагаются чертежи с изображениями полной электрической схемы и конструкцией оконечного каскада передатчика.
Основная часть
Выбор и обоснование структурной схемы передатчика
Исходя из технического задания, нужно спроектировать схему связного передатчика с ЧМ, работающего в некотором диапазоне частот. При этом данный передатчик должен обеспечивать выполнение всех характеристик, которые от него требуются по ТЗ, а так же быть как можно более простым, малогабаритным и дешевым.
 |
В качестве общей структурной схемы выберем схему с прямым получением ЧМ и с синтезатором частоты.
Рис.4. Структурная схема ЧМ передатчика
Модулирующий сигнал от микрофона усиливается в УНЧ. Далее осуществляется ограничение амплитуды, которое предотвращает увеличение девиации частоты за заданные пределы при ЧМ. ФНЧ, выполненный на интегрирующей RC-цепочке, ограничивает спектр сигнала до 3,5 кГц. Модулирующий сигнал, усиленный и прошедший цепи коррекции поступает на варикап ГУНа, где производится частотная модуляция несущего колебания.
ГУН выполним по схеме Клаппа, его центральная частота управляется с помощью второго варикапа, на который управляющий сигнал подается с цифрового синтезатора частоты, реализованного на микросхеме КФ1015ПЛ3А [8], описание которой приведено в конце данной пояснительной записки.
|
|
|
Работа ГУНа происходит по сигналу опорной частоты – 
МГц, задаваемой кварцевым генератором. Для шага сетки частот 6,25 кГц (до умножителя частоты) коэффициент деления опорной частоты составляет 
, при этом пределы коэффициента деления тракта программируемого делителя частоты составляют от 
до 
Эти коэффициенты задаются посредством контроллера.
Промодулированный сигнал после ГУНа поступает на умножитель частоты (умножение в два раза), который переводит его в рабочий диапазон и, кроме этого, производит усиление. Далее сигнал усиливается в предварительных и предоконечном усилителях до уровня, необходимого для работы оконечного каскада. Оконечный каскад реализован в виде четырех идентичных модулей, выполненных по двухтактной схеме, причем схемы деления и сложения мощности от отдельных блоков, а также трансформации сопротивлений выполнены на отрезках длинных линий.
На выходе передатчика стоит ФНЧ, который подавляет уровень внеполосного излучения до заданного. Согласно ГОСТу этот уровень составляет -60 дБ для данной рабочей полосы и излучаемой мощности. Сигнал с ФНЧ поступает на фидерную 50-омную линию и далее в антенну.
Начнем расчет оконечного каскада с выбора рабочего транзистора.
Расчет оконечного каскада
Выбор транзистора
Оконечный каскад построен по модульному принципу со сложением мощностей от отдельных модулей. Каждый модуль представляет собой двухтактную схему. Количество модулей выбрано исходя из того, что, во-первых, оно должно быть четным – для удобства реализации схемы сложения и деления мощностей; во-вторых, должны существовать транзисторы, реализующие мощность отдельного модуля. Количество модулей должно быть минимальным.
Как правило, для генерации заданной мощности в нагрузке в определенном диапазоне частот можно подобрать целый ряд транзисторов. Из группы транзисторов нужно выбрать тот, который обеспечивает наилучшие электрические характеристики усилителя мощности.
|
|
|
Коэффициент полезного действия каскада связан с величиной сопротивления насыщения транзистора - rнасВЧ. Чем меньше его величина, тем меньше остаточное напряжение в граничном режиме и выше КПД генератора.
Коэффициент усиления по мощности КР зависит от ряда параметров транзистора: коэффициента передачи тока базы – b0, частоты единичного усиления f т и величины индуктивности эмиттерного вывода LЭ. При прочих равных условиях КР будет тем больше, чем выше значение b0, f T и меньше LЭ.
Исходя из этих условий, выбираем транзистор 2Т971А, имеющий следующие параметры:
Параметры идеализированных статических характеристик
Сопротивление насыщения транзистора на высокой частоте rнас ВЧ=0,15 Ом
Коэффициент усиления по току в схеме с ОЭ на низкой частоте (f →0) βо=8
Сопротивление материала базы 0,1 Ом
Высокочастотные параметры
Граничная частота усиления по току в схеме с ОЭ f т =570 МГц
Барьерная емкость коллекторного перехода Ск = 200 пФ
Индуктивность вывода эмиттера 0,18 нГн
Индуктивность вывода базы 0,56 нГн
Индуктивность вывода коллектора 0,1 нГн
Допустимые параметры
Предельное напряжение на коллекторе Uкэ доп = 50 В
Обратное напряжение на эмиттерном переходе Uбэ доп = 4 В
Постоянная составляющая коллекторного тока Iко. доп = 17А
Максимально допустимое значение коллекторного тока Iк. макс. доп=30А
Диапазон рабочих частот 50 –200 МГц
Тепловые параметры
Максимально допустимая температура переходов транзистора tп.доп=160 ºС
Тепловое сопротивление переход – корпус Rпк=0,6 ºС/Вт
Энергетические параметры
Pн = 150 Вт
Рвх=50 Вт
Ек=24 В
h=55–84%
Кр=3–9
Режим работы – класс В.
Оценим мощность Р1, которую должен отдавать один транзистор, исходя из следующих параметров:
КПД выходного трансформатора – 
КПД фильтрующей системы – 
КПД устройства сложения мощностей – 
количество модулей в схеме сложения – М = 4
количество транзисторов в модуле – m = 2
Вт – мощность модуля,
Вт – мощность одного транзистора в модуле.
|
|
|
