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 1 Задание 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 – 5мм. 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: ZA =RA +jXA =23.835-j3.345 ( Ом ). Так как RA << XA , следовательно реактивной составляющей можно пренебречь. Следовательно: ZA RA =23.835Ом. Расчет выходной цепи оконечного каскада Производится расчет выходной цепи оконечного каскада на заданную мощность P1=8Вт. Угол отсечки коллекторного тока θ=105.7˚ (выбирается так, чтобы смещение на базе получилось равным 0). Коэффициенты Берга для θ=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) fT . Так как у транзистора КТ934В частота единичного усиления fT =700МГц , следовательно эта методика может использоваться для расчета входной цепи оконечного каскада. Для устранения перекосов в импульсах i к (ω t ) 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 β(ω) снижается в χ раз. . При работе транзистора на частотах ω>3ω T /β0 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 (ZВХ =RВХ +iXВХ ) 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:ρ=(50…200)Ом ρ=200Ом · Добротность ненагруженного контура:Q ХХ =(50…100) Q ХХ =100 · КПД цепи согласования:ηЦС =(0.5…0.8) ηЦС =0.7 Для удобства расчета сделаем замену: C1=C57; C2=C58; L1=L22; L2=L21; RН =RА =23.835Ом. Добротность нагруженного контура: Q Н = Q ХХ (1- ηЦС )= 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 L 20: Так как и , следовательно выбираем дроссель ДМ-3-1 . Его характеристики: Выбор дросселя L 19: 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 30000пФ; · 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 C 57: 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 15мм; · Высота 9мм; · Ширина 11мм; · Внешний вид: Выбор емкости C 58: 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 2,8мм; · Высота 1,2мм; · Ширина 2,6мм; · 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. Список использованной литературы 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-934В       Параметры идеализированных статических характеристик Сопротивление насыщения транзистора rнас , Ом 0,45 Сопротивление материала базы rБ , Ом Стабилизирующее сопротивление в цепи эмиттера rЭ , Ом 0 Напряжение отсечки коллекторного тока ,В 0,7 Коэффициент усиления по току в схеме с ОЭ β0 50 Высокочастотные параметры Частота единичного усиления по току fT , МГц 700 Барьерная емкость коллекторного перехода CК , пФ 22 Барьерная емкость эмиттерного перехода CЭ , пФ 200 Постоянная времени коллекторного перехода τК , пС 5 Барьерная емкость активной части эмиттерного перехода СКА , пФ Индуктивность вывода эмиттера LЭ , нГн 1 Индуктивность вывода базы LБ , нГн 2.8 Индуктивность вывода коллектора LК , нГн 2.5 Предельно допустимые значения Допустимое напряжение на коллекторе в схеме с ОЭ UКЭ.ДОП , В 60 Допустимое обратное значение напряжения на эмиттерном переходе UБЭ.ДОП , В 4 Допустимая постоянная составляющая тока коллектора IК0.ДОП , А 2