Исследование радиопередающего устройства

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет — УПИ».

Кафедра теоретических основ радиотехники.

ИССЛЕДОВАНИЕ РАДИОПЕРЕДАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА.

Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине «Устройства формирования и генерирования сигналов».

Преподаватель: Булатов Л.И.

Студент: Жуков А.В.

Группа: Р-439А Екатеринбург 2006.

Содержание Задание на курсовое проектирование Структурная схема передатчика Электрические расчеты режимов и элементов оконечного каскада 5.

Расчет параметров штыревой антенны Расчет выходной цепи оконечного каскада Расчет входной цепи оконечного каскада.

Расчет устройства согласования передатчика с нагрузкой Конструкторский расчет элементов оконечной ступени Расчет параметров катушек L21 и L22.

Выбор стандартных номиналов Выбор блокировочных дросселей L19 и L20.

Выбор блокировочной емкости C56 15.

Выбор емкостей C57 и C58.

Назначение всех элементов принципиальной схемы радиопередатчика.

Заключение

.

Список использованной литературы Приложение 1Задание на курсовое проектирование Вам предлагается для исследования и расчета оконечной ступени схема реального радиопередающего устройства.

Составьте пояснительную записку, которая должна содержать следующие разделы:

1. Структурная схема передатчика с пояснениями: тип применяемой модуляции, вид согласующего устройства выходного каскада передатчика с нагрузкой, схема возбудителя передатчика.

2. Электрические расчеты режимов и элементов оконечного каскада. Полагая, что мощность выходной ступени P1=8Вт, а антенна — это вертикальный штырь длиной l=0.5м, сделайте расчет электрического режима этого каскада и устройств согласования передатчика с нагрузкой.

3. Конструкторский расчет элементов оконечной ступени.

4. Назначение всех элементов принципиальной схемы радиопередатчика.

Принципиальная схема радиопередатчика:

Рис. 1. Схема ультракоротковолнового передатчика.

Структурная схема передатчика.

Рис. 2. Структурная схема передатчика.

Из структурной схемы видно, что в передатчике используется косвенный метод получения ЧМ.

Схема возбудителя передатчика:

Рис. 3. Схема возбудителя передатчика.

Схема автогенератора — осцилляторная (емкостная трехточка с заземленным эмиттером).

Электрические расчеты режимов и элементов оконечного каскада.

Рис. 4. Схема оконечного каскада.

Расчет параметров штыревой антенны.

Для расчета параметров антенны была использована программа MMANA.

Антенна — это вертикальный штырь длиной l=0.5м.

Вид антенны с учетом подстилающей поверхности:

Рис. 5. Вид антенны с учетом подстилающей поверхности.

Зададимся следующими параметрами:

· Материал — медь.

· Радиус антенны — 5 мм.

Результаты работы программы представлены на рис. 5, рис. 6 и рис. 7.

Рис. 6. Результат работы программы (вкладка «Вычисления»).

Рис. 7. Результат работы программы (вкладка «Вид»).

Рис. 8. Результат работы программы (вкладка «Диаграммы направленности»).

В результате сопротивление антенны получилось равным:

Z_A=R_A+jX_A=23.835-j3.345 (Ом)..

Так как R_A<<X_A, следовательно реактивной составляющей можно пренебречь. Следовательно:

Z_AR_A=23.835Ом..

Расчет выходной цепи оконечного каскада.

Производится расчет выходной цепи оконечного каскада на заданную мощность P1=8Вт.

Угол отсечки коллекторного тока и=105.7? (выбирается так, чтобы смещение на базе получилось равным 0).

Коэффициенты Берга для и=105.7?:.

1. Коэффициент использования коллекторного напряжения в граничном режиме:

2. Амплитуда первой гармоники напряжения на коллекторе в граничном (критическом) режиме:.

3. Максимальное напряжение на коллекторе:.

4. Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:.

5. Постоянная составляющая коллекторного тока:.

6. Максимальная величина коллекторного тока:.

7. Мощность, потребляемая от источника коллекторного питания:.

8. Коэффициент полезного действия коллекторной цепи:.

9. Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора:.

10. Сопротивление коллекторной нагрузки:.

Расчет входной цепи оконечного каскада.

Данная методика расчета справедлива на частотах до (0,5…0,8)f_T. Так как у транзистора КТ934 В частота единичного усиления f_T=700МГц, следовательно эта методика может использоваться для расчета входной цепи оконечного каскада.

Для устранения перекосов в импульсах i_к(щt) нужно включать шунтирующее добавочное сопротивление R_доп между выводами базы и эмиттера транзистора, как показано на рис. 9.

Рис. 9.

Сопротивление R_доп выравнивает постоянные времени эмиттерного перехода в закрытом и в открытом состоянии. Одновременно сопротивление R_доп снижает максимальное обратное напряжение на закрытом эмиттерном переходе.

.

При включении транзистора с ОЭ целесообразно между коллекторным и базовым выводами транзистора включать сопротивление R_О.С., как показано на рис. 10.

Рис. 10.

.

В результате включения R_О.С. создается дополнительная отрицательная обратная связь на низких и средних частотах, такая же по величине, как на высоких частотах через емкость C_К. В результате на всех частотах модуль коэффициента усиления по току транзистора в (щ) снижается в ч раз.

.

При работе транзистора на частотах щ>3щ_T/в₀ в реальной схеме генератора можно не ставить сопротивления R_доп и R_О.С.. Однако в последующих расчетных формулах сопротивление R_доп необходимо оставлять.

1. Амплитуда тока базы .

2. Максимальное обратное напряжение на эмиттерном переходе.

3. Постоянные составляющие базового и эмиттерного токов.

4. Напряжение смещения на эмиттерном переходе.

5. Значения L_ВХ.О.Э, r_ВХ.О.Э., R_ВХ.О.Э., C_ВХ.О.Э. в эквивалентной схеме входного сопротивления транзистора на рис. 11.

Рис. 11. Эквивалентная схема входного сопротивления транзистора.

6. Резистивная и реактивная составляющие входного сопротивления транзистора (Z_ВХ=R_ВХ+iX_ВХ).

7. Входная мощность.

8. Коэффициент усиления по мощности.

Расчет устройства согласования передатчика с нагрузкой.

В данной схеме роль согласующего устройства играет параллельный колебательный контур L21-C57-L22-C58. Целесообразно поменять местами емкость C57 и индуктивность L22 (рис. 12).

Рис. 12. Согласующее устройство.

Для расчета зададимся следующими значениями:

· Характеристическое сопротивление контура:с=(50…200)Ом с=200Ом.

· Добротность ненагруженного контура:Q_ХХ=(50…100) Q_ХХ=100.

· КПД цепи согласования:з_ЦС=(0.5…0.8) з_ЦС=0.7.

Для удобства расчета сделаем замену:

C1=C57;

C2=C58;

L1=L22;

L2=L21;

R_Н=R_А=23.835Ом.

Добротность нагруженного контура:

Q_Н=Q_ХХ(1- з_ЦС)=.

Эквивалентная индуктивность контура:

Эквивалентная емкость контура:

Мощность, отдаваемая в нагрузку (антенну):

Коэффициент подключения АЭ к контуру:

Через эквивалентную индуктивность контура и коэффициент подключения АЭ к контуру можно рассчитать индуктивности L1 и L2:

Коэффициент подключения нагрузки к контуру:

Через эквивалентную емкость контура и коэффициент подключения нагрузки к контуру можно рассчитать емкости C1 и C2:

Следовательно:

C57=C1=5.6762пФ;

C58=C2=101.96пФ;

L22=L1=207.63нГн;

L21=L2=7.4464нГн.

Расчет блокировочных элементов:.

Конструкторский расчет элементов оконечной ступени.

Расчет параметров катушек L21 и L22.

Определим значение контурного тока:

Действующее значение контурного тока:

Зададимся разницей между температурой провода и окружающей среды:

Диаметр провода катушки:

Исходя из диаметра провода выбираем диаметр катушки:

Выберем длину катушки:

Следовательно коэффициент формы катушки:

Индуктивность катушки:

Необходимое число витков цилиндрической катушки:

Шаг намотки:

Число витков индуктивности L21:

Число витков индуктивности L22:

Выбор стандартных номиналов.

Выбор блокировочных дросселей L19 и L20.

Выбор дросселя L20:.

Так как и, следовательно выбираем дроссель ДМ-3−1. Его характеристики:

Выбор дросселя L19:.

Так как и, следовательно выбираем дроссель.

ДМ-0.2-25.

Его характеристики:

Выбор блокировочной емкости C56.

Так как и, следовательно выбираем керамический конденсатор К10−50.

Его характеристики:

· Номинальное напряжение 25В;

· Номинальная емкость 30 000пФ;

· Ширина (1,5…5,5)мм;

· Длина (1,3…4,4)мм;

· .

Высота (1,2…1,8)мм;

· Внешний вид:

Выбор емкостей C57 и C58.

Выбор емкости C57:.

Амплитуда напряжения на обкладках конденсатора C57:

Выбираем конденсатор КПК-МН.

Его характеристики:

· Номинальное напряжение 350В;

· Минимальная емкость, не более 4пФ;

· Максимальная емкость, не менее 15пФ;

· Длина 15 мм;

· Высота 9 мм;

· .

Ширина 11 мм;

· Внешний вид:

Выбор емкости C58:.

Амплитуда напряжения на обкладках конденсатора C58:

Для реализации емкости C58 необходимо включить параллельно конденсаторы К10−17 и КТ4−28.

Характеристики конденсатора К10−17:

· Номинальное напряжение 25В;

· Номинальная емкость 91пФ;

· Ширина (1,5…1,2)мм;

· Длина (1,3…8,6)мм;

· Высота (1,8…3,3)мм;

· Внешний вид:

Характеристики конденсатора КТ4−28:

· Номинальное напряжение 25В;

· Минимальная емкость, не более 4пФ;

· Максимальная емкость, не менее 20пФ;

· Длина 2,8 мм;

· Высота 1,2 мм;

· .

Ширина 2,6 мм;

· Внешний вид:

Назначение всех элементов принципиальной схемы радиопередатчика.

Кварцевый автогенератор.

VT1, ZQ1, C4, C1, C2 — емкостная трехточка.

L1 — блокировочная индуктивность.

C7 — блокировочная емкость.

R1, R4 — делитель напряжения, необходимый для подачи смещения на базу.

R6 — для подачи питания на коллекторную цепь и подачи смещения на базу транзистора VT1.

С8 — блокировочная емкость.

Фазовый модулятор.

L2, VD1, VD2, C11, C12 — колебательный контур. При подаче модулирующего напряжения, варикапы изменяют свою емкость, следовательно меняются параметры контура и происходит модуляция.

Умножитель на 2.

R14 — для подачи смещения на базу.

C14 — блокировочная емкость.

L3, C15, C16 — колебательный контур, настроенный на 2 гармонику.

R20 — для подачи смещения за счет тока базы.

C48, L12 — Г-образный четырехполюсник.

Усилитель НЧ.

C3 — блокировочная емкость.

R2 — для настройки микрофона.

C5, C6 — блокировочные емкости.

R3, C5, C6 — цепь автосмещения.

C9 — блокировочная емкость.

R7 — для питания стоковой цепи транзистора VT2.

C10 — блокировочная емкость.

R8, R11 — делитель напряжения для подачи смещения на базу транзистора VT3.

R12 — обеспечивает автосмещение.

R13 — для питания коллекторной цепи транзистора VT3.

C13 — блокировочная емкость.

R15, R16 — делитель напряжения для подачи смещения на базу транзистора VT5.

R18 — обеспечивает автосмещение.

R19 — для подачи питания на коллекторную цепь транзистора VT5.

C17 — блокировочная емкость.

С18 — блокировочная емкость.

VD3, VD4 — ограничительные диоды. Необходимы для ограничения по амплитуде резких всплесков речевого сигнала. Следовательно происходит увеличение коэффициента модуляции.

C22, L5, C23 — П-образный ФНЧ.

C24 — блокировочная емкость.

R24, R25 — делитель напряжения для подачи смещения на базу транзистора VT8.

R27 — обеспечивает автосмещение.

C28 — блокировочная емкость. Шунтирует коллекторную цепь транзистора VT8 по высокочастотному току, попавшему с модулятора.

R28 — для подачи питания на коллекторную цепь транзистора VT8.

C29 — блокировочная емкость.

R29 -для подачи смещения на варикапы VD1, VD2.

C41 — блокировочная емкость.

R30 — для изменения девиации.

R31, C45, R10 — интегратор.

Усилитель мощности.

C52, L15 — Г-образный четырехполюсник.

L16 — блокировочная индуктивность.

C53 — блокировочная емкость.

L17 — нагрузка.

C54, C55, L18 — Т-образный четырехполюсник.

L19 — блокировочный дроссель. Задает нулевое смещение на базе.

L20 — блокировочная индуктивность.

L21, L22, C57, C58 — колебательный контур. Согласует выходной каскад передатчика с нагрузкой.

Заключение.

В ходе выполнения курсового проекта был рассчитан оконечный каскад передатчика. Был произведен конструкторский расчет катушек индуктивности и выбор стандартных номиналов емкостей и блокировочных дросселей. Были приобретены навыки анализа принципиальных схем радиопередающих устройств.

1. Проектирования радиопередающих устройств: Учеб. пособие для вузов/В.В. Шахгильдян, М. С. Шумилин, И. А. Попов и др.; Под ред. В. В. Шахгильдяна. М.: Радио и связь, 1993, 512с.

2. Шумилин М. С., Козырев В. Б., Власов В. А. Проектирование транзисторных каскадов передатчиков: Учебное пособие для техникумов. М.: Радио и связь, 1987.

3. Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Устройства формирования сигналов» /Л.И. Булатов, Б. В. Гусев. Екатеринбург: Изд-во УГТУ, 2003 г.

Приложение 1.

Параметры транзистора КТ-934 В.