Химия-наука жизни. Свойства органических соединений

Севастопольский национальный технический университет

Кафедра радиотехники

Курсовой проект по дисциплине

ГЕНЕРИРОВАНИИЕ И ФОРМИРОВАНИЕ СИГНАЛОВ

Выполнила:

студентка группы Р-41з

номер зачетной книжки: 121549

Асфендиарова Д.Р.

Проверил:

Иськив В.М.

Севастополь 2014

Задание на КП

Вариант № 2.

Выходная мощность Вт.

Сопротивление нагрузки Ом.

Рабочий диапазон частот МГц.

Частота опорного генератора МГц.

Шаг сетки частот кГц.

Тип излучения - J3E.

Модулирующая частота Гц.

Относительная нестабильность частоты .

Индекс частотной модуляции -

Источник питания ~220 В.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………

1.Разработка структурной схемы устройства………………………….....

2. Расчет усилителя мощности …………………………………..……..

2.1. Расчет ГВВ в критическом режиме………………..………………

2.2. Расчет входной цепи выходного каскада………………………….

2.3. Расчет элементов выходного каскада……………………………...

3. Расчет предвыходного каскада………………………………………

3.1. Расчет умножителя частоты………………………………………..

3.2.Расчет колебательных контуров в коллекторной цепи…………

3.3. Расчет предвыходного каскада на транзисторе…………………..

3.4. Расчет элементов предвыходного каскада……………………...

4. Расчет цепи согласования предвыходного каскада …………..…

5. Расчет цепи согласования выходного каскада с нагрузкой………..

6. Расчет генератора - модулятора………………………………………..

7. Требования, предъявляемые к источнику питания….……………….

Перечень ссылок……………………..……………………………………

Приложение А - Технические характеристики активных элементов....

ВВЕДЕНИЕ

Радиопередающие устройства представляют сложную систему, в состав которой входят высокочастотный тракт, модулятор для управления колебаниями высокой частоты в соответствии с передаваемой информацией, источники питания, устройства охлаждения и защиты.

Диапазон СВЧ обладает огромной информационной емкостью, и поэтому его используют для передачи широкополосных сигналов: импульсных, телевизионных, многоканальных сообщений и пр. Радиопередатчики в диапазоне СВЧ применяют в радиолокационных станциях, телевидении, для радиоуправления и бортовой аппаратуры радиопротиводействия и многих других специальных назначений.

1.РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА

Проектируемое устройство должно работать в режиме частотной телефонии с рабочей частотой 3,5 МГц. Структурная схема данного устройства показана на рисунке 1.1. Она включает в себя опорный генератор (ОГ), умножитель частоты (УЧ), частотный модулятор (ЧМ), а также предварительные усилители (Пр.У), устройство согласования (УС) и усилитель мощности (УМ).

Рассчитаем количество каскадов усиления радиосигнала. Исходя из того, что опорный генератор должен обеспечивать 10 мвт на нагрузку 50 Ом, при выходной мощности передатчика 20 Вт. Определим общий коэффициент усиления:

(1.1)

Рис. 1.1 - Структурная схема передатчика

2. РАСЧЕТ УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ

2.1 Расчет ГВВ в критическом режиме

Выходной каскад выполним по двухтактной схеме, показанной на рисунке 2.1

Рис. 2.1 - Принципиальная схема выходного каскада

Выберем транзисторы КТ 922 В, параметры которого приведены в приложении А.

Данный транзистор используется на высокой частоте. Имеем .

Рассчитаем коллекторную цепь транзистора.

1. Выберем напряжение питания С учетом потерь в блокировочных дросселях L1 и L2, можно написать, что коллекторное напряжение равно , используя это значение рассчитаем амплитуду первой гармоники напряжения на коллекторе в критическом режиме [1]:

, (2.1.1)

где коэффициент Берга для первой гармоники;

заданная колебательная мощность, приходящаяся на один транзистор;

сопротивление насыщения.

Выбирая режим работы транзисторов с отсечкой (), находим

(2.1.2)

2. Максимальное напряжение на коллекторе найдем следующим образом:

(2.1.3)

3. Найдем амплитуду первой гармоники коллекторного тока:

(2.1.4)

4. Постоянная составляющая коллекторного тока:

(2.1.5)

5. Максимальная величина коллекторного тока:

(2.1.6)

6. Мощность, потребляемая от источника коллекторного питания:

(2.1.7)

7. Коэффициент полезного действия коллекторной цепи:

. (2.1.8)

8. Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора:

(2.1.9)

9. Сопротивление коллекторной нагрузки (эквивалентное выходное сопротивление каскада усиления): (2.1.10)

Так как транзисторы по выходу включены последовательно, то выходное сопротивление оконечного каскада составит 19,761 Ом.

2.2. Расчет входной цепи выходного каскада

Рассчитаем дополнительное сопротивление , которое потребуется нам в дальнейшем для расчетов: (2.2.1)

1. Найдем параметр , необходимый для дальнейшего расчета:

(2.2.2)

Следующим шагом определим амплитуду тока базы:

. (2.2.3)

2. Определим максимальное обратное напряжение на эмиттерном переходе:

. (2.2.4)

3. Определяем постоянные составляющие базового и эммитерного токов:

(2.2.5)

(2.2.6)

4. Транзисторы работают в режиме В, поэтому напряжение смещения рассчитывать не надо.

5. Найдем эквивалентные параметры транзистора, показанные на эквивалентной входной цепи транзистора - рисунок 2.2.

Рис. 2.2 - Эквивалентная входная схема транзистора

(2.2.7)

(2.2.8)

(2.2.9)

6. Резистивная и реактивная составляющие входного сопротивления транзистора получаются следующими:

. (2.2.10)

7. Входная мощность:

(2.2.11)

8. Коэффициент усиления по мощности:

. (2.2.12)

2.3. Расчет элементов выходного каскада

Для того, чтобы рассчитать номинальные значения разделительных конденсаторов С1 и С3 учтем, что их сопротивление на частоте сигнала должно быть мало по сравнению с сопротивлением нагрузки, а потому можно записать следующее выражение:

(2.3.1)

Находим значение номиналов индуктивностей. Их сопротивление должно быть велико по сравнению с сопротивлением нагрузки на центральной рабочей частоте:

(2.3.2)

Если применять стандартные катушки индуктивностей, то можно взять номинал, превышающий рассчитанное значение. Трансформаторы на входе и на выходе схемы могут быть выполнены на длинных линиях. Входной трансформатор имеет заземленную среднюю точку вторичной обмотки, что обеспечивает режим В работы транзисторов.

Конденсатор С2 и резистор R1 составляют фильтр по питанию. Их номиналы можно выбрать следующими 0,05 мкФ и 5 кОм.

3. РАСЧЕТ ПРЕДВЫХОДНОГО КАСКАДА

3.1. Расчет умножителя частоты

Выберем транзистор исходя из того, что каскады должны обеспечивать коэффициент усиления в 10 раз и частоту 46,6 МГц (2-я гармоника) и 70 МГц (3-я гармоника). Для таких условий подходит маломощный СВЧ транзистор ГТ311Е, параметры которого приведены в приложении А. Напряжение питания 4,5 В, чтобы пользоваться тем же источником, что и для модулятора. Методика расчета подробно описана в 1 пункте и здесь приведем только расчет без описания.

Рис.3.1 -Принципиальная схема умножителя частоты

n-номер гармоники.

f-частота на входе умножителя.

Основные формулы расчета

Поскольку Rк>Rкопт, то следует выбрать Rк=Rкопт. При этом транзистор будет работать в недонапряженном режиме. Режим можно сделать критическим, понизив напряжение питания:

Рассчитаем параметры транзистора:

Т. о. чтобы возбудить транзистор требуется гораздо меньшая мощность, чем задана.

При и , .

Как видно из расчета каскад обеспечивает при выбранном режиме 5 дБ усиления по мощности и если учесть, что есть еще и второй умножитель, то получение общего усиления в 10 дБ вполне осуществимо.

3.2. Расчет колебательных контуров в коллекторной цепи

Первый умножитель должен быть настроен на 2-у гармонику ВЧ колебания. Рассчитаем номиналы емкости и индуктивности 1-го умножителя. Исходя из следующей формулы:

(3.2.1)

Зададимся номиналом емкости С=100нФ, получим Гн.

Рассчитаем номиналы емкости и индуктивности 2-го умножителя. Второй умножитель частоты настраивается на 3-ю гармонику.

Зададимся номиналом емкости С=100нФ, получим Гн.

3.3. Расчет предвыходного каскада на транзисторе

Предвыходной каскад должен обеспечивать на выходе меньшую мощность, а потому его можно сделать на одном транзисторе, работающем в режиме А. КПД всего передатчика в основном зависит от режима работы выходного каскада усиления, таким образом, работа однотактного предвыходного каскада в менее выгодном энергетическом режиме заметно не скажется на общем КПД.

Схема выходного каскада изображена на рисунке 3.2

Рис. 3.2 - Принципиальная схема выходного каскада

В качестве активного элемента предвыходного каскада выберем транзистор КТ904А, параметры которого приведены в приложении А.

Рассчитаем коллекторную цепь транзистора.

1. Амплитуда первой гармоники напряжения на коллекторе в критическом режиме:

(3.3.1)

2. Максимальное напряжение на коллекторе найдем следующим образом:

(3.3.2)

3. Найдем амплитуду первой гармоники коллекторного тока:

(3.3.3)

4. Постоянная составляющая коллекторного тока:

(3.3.4)

5. Максимальная величина коллекторного тока:

(3.3.5)

6. Мощность, потребляемая от источника коллекторного питания:

(3.3.6)

7. Коэффициент полезного действия коллекторной цепи:

. (3.3.7)

8. Мощность рассеиваемая на коллекторе транзистора:

(3.3.8)

9. Сопротивление коллекторной нагрузки (эквивалентное выходное сопротивление каскада усиления): (3.3.9)

3.4 Расчет элементов предвыходного каскада

Для того, чтобы рассчитать номинальное значение разделительного конденсатора С3 и конденсатора в цепи питания С1 учтем, что их сопротивление на частоте сигнала должно быть мало по сравнению с сопротивлением нагрузки, а потому можно записать следующее выражение: (3.4.1)

Из стандартного ряда выбираем номинал 7 пФ.

Аналогичными рассуждениями будем оперировать и при нахождении значения номинала индуктивности. Только её сопротивление должно быть велико по сравнению с сопротивлением нагрузки на центральной рабочей частоте, а потому запишем:

(3.4.2)

Рассчитаем R1 и R2.

.

Зададимся

Из всего вышесказанного следует , .

4. РАСЧЕТ ЦЕПИ СОГЛАСОВАНИЯ ПРЕДВЫХОДНОГО КАСКАДА С ВЫХОДНЫМ

В качестве согласующего устройства используем узкополосную цепь связи в виде Г-образного звена. Схема данного устройства приведена на рисунке 4.1.

Рис. 4.1 - Согласующее устройство

Исходные данные:

МГц.

Ом.

Ом.

Сначала определим полное сопротивление элементов:

Ом. (4.1)

Ом. (4.2)

Рассчитаем и :

(4.3)

Гн. (4.4)

5. РАСЧЕТ ЦЕПИ СОГЛАСОВАНИЯ ВЫХОДНОГО КАСКАДА С НАГРУЗКОЙ

В

качестве согласующего устройства используем узкополосную цепь связи в виде П-образного звена. Схема данного устройства приведена на рисунке 5.1.

Рис. 5.1 - Согласующее устройство

Исходные данные:

МГц.

Ом.

Ом.

Сначала определим полное сопротивление элементов:

Ом. (5.1)

Ом. (5.2)

Ом. (5.3)

Ом. (5.4)

Рассчитаем , и :

(5.5)

Гн. (5.6)

6. РАСЧЕТ ГЕНЕРАТОРА - МОДУЛЯТОРА.

Схема частотного модулятора приведена на рис. 6.1.

Рис. 6.1 - Принципиальная схема частотного модулятора

1. Рассчитаем схему автогенератора.

Выбираем кварц с частотой 23,3 МГц. Выбираем транзистор малой мощности КТ 331. Его паспортные данные приведены в приложении А. Считаем, что средний коэффициент усиления тока .

Принимаем:

тогда ₀=0,218;₁=0,391; ₀=0,109.

Тогда основные параметра генератора:

;

;

Амплитуда тока базы:

; (6.1)

; (6.2)

Выходное сопротивление:

; (6.3)

Выходная мощность:

; (6.4)

Мощность потребляемая от источника питания:

; (6.5)

Мощность рассеиваемая на коллекторе транзистора:

; (6.6)

Расчет КПД генератора:

; (6.7)

Расчет входной цепи:

; (6.8)

;

; (6.9)

; (6.10)

.

2. Расчет резонатора

Вычислим параметры элементов резонатора:

; (6.11)

; (6.12)

; (6.13)

; (6.14)

; (6.15)

(6.16)

3. Расчет емкостей С_св и С₂. Чтобы сопротивление R_н, пересчитанное к выходным электродам не снижало заметно добротность контура, примем R_н=3R_к =300 Ом.

Добротность последовательной цепочки С_свR_н; отсюда емкость связи ; емкость, пересчитанная параллельно емкости С₂.

; (6.17)

. (6.18)

Расчет цепи смещения:

. (6.19)

. (6.20)

Проверка ;

; , (6.21)

; . (6.22)

Расчет цепи питания: R_бл=5R_к=550 Ом; выбираем ; тогда С_бл1=0,01мкФ;

. (6.23)

4. Уравнения для расчета частотного модулятора на варикапе.

Будем производить расчет для определения режима и параметров частотного модулятора в порядке, удобном для расчета:

; (6.24)

; (6.25)

; (6.26)

; (6.27)

; (6.28)

; (6.29)

; (6.30)

. (6.31)

Выбираем варикап КВ104б, емкость которого С_В0=100 пФ при u_В=4 В и добротность Q=150. Предельные параметры варикапа: U_доп=45 В, Р_доп=100 мВт. Степень нелинейности вольт-фарадной характеристики =1/2. Чтобы смещение на варикап можно было подавать от источника коллекторного питания транзистора Е_п=4,5 В, выбираем постоянное смещение на варикапе, близкое этой величине.

5. Рассчитаем резистивный делитель R₁R₂ в цепи смещения варикапа, учитывая следующие условия:

1)

2).

Второе условие вводится для того, чтобы нагрузка источника модулирующего сигнала была постоянной на рабочей частоте. Пусть R₁R₂/(R₁+R₂)=4,9 кОм, тогда R₁=5кОм; R₂=47кОм.

7. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ИСТОЧНИКУ ПИТАНИЯ

Высокая выходная мощность передатчика определяет сложную структуру блока питания, который должен выдавать следующие напряжения:

24В с током не менее 5А

12В с током не менее 1А

А так же стабилизированное напряжение 5 В с током не менее 1А, что требуется для стабильной работы возбудителя, модулятора и первичных каскадов усиления мощности.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

1. Шахгильдян В.В. Проектирование радиопередающих устройств. - М.: Радио и связь, 1984. - 424 с.

2.Шахгильдян В.В., Шумилин М.С., Козырев В.Б. и др. Проектирование радиопередатчиков: Учебное пособие для вузов - 4-е изд., - М.: Радио и связь, 2000.- 656с.

3."Электронный справочник радиолюбителя",2003г.

4. Проектирование радиопередающих устройств СВЧ: Учеб. пособие для вузов./Уткин Г.М., Благовещенский М.В., Жуховицкая В.П. и др.; Под ред. Г.М.Уткина. - М.: Сов. радио, 1979. - 320 с., ил.

ПРИЛОЖЕНИЕ А- ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Транзисторы кремниевые КТ922В планарные n-p-n высокочастотные генераторные. Предназначены для работы в усилителях КВ и УКВ диапазонов.

Электрические параметры.

Габаритные размеры.

Транзистор кремниевый КТ311 высокочастотные.

Электрические параметры.

Габаритные размеры.

Транзистор германиевый ГТ311Е высокочастотные.

Электрические параметры.

u_{к доп}=12 В P_доп=150 мВт S_гр=0,05См С_э=5 пФ

u_{б доп}=2 В h_21Э=50 f_гр=250 МГц

_{к доп}=0,05 А. u_отс=0.3 В С_э=5 пФ

С_к=2,5 пФ

Транзистор кремниевый КТ904А высокочастотные.

Электрические параметры