Расчет каскадов ЧМ передатчика

СОДЕРЖАНИЕ: Курсовой проект по дисциплине «Устройства генерирования и передачи сигналов» по теме: «Расчет каскадов ЧМ передатчика» Составление блок-схемы передатчика

Курсовой проект

по дисциплине

«Устройства генерирования и передачи сигналов»

по теме:

«Расчет каскадов ЧМ передатчика»


Составление блок-схемы передатчика

Составление блок-схемы передатчика начинается с выходного каскада начинается с выходного каскада. Данные, определяющие его мощность, содержатся в задании. Также задается колебательная мощность в антенне в режиме несущей частоты. В данном передатчике необходимо применить умножитель частоты, в качестве которого может работать предоконечный или дополнительный предварительный каскад, включаемый между возбудителем и предоконечным каскадом. Вид блок-схемы передатчика с частотной модуляцией представлен на рисунке:

Техническое задание:

Требуется произвести расчет передатчика, работающего на 120 МГц.

Вид модуляции – частотная (ЧМ)

Максимальная девиация частоты – 100 кГц

Вид передаваемых сообщений – аудиосигналы

Мощность передатчика – 100 Вт


1. Расчет выходного каскада

Для работы в выходном каскаде выберем транзистор

Приведем его характеристики.

Тип – кремниевый n‑канальный высокочастотный МОП – транзистор вертикальной структуры, выполненный по технологии с двойной диффузией, рекомендован производителем для применения в промышленных устройствах в КВ\УКВ диапазоне.

Достоинства:

– высокий коэффициент усиления по мощности (19 дБ на 108 МГц)

– низкие интермодуляционные искажения

– высокая температурная стабильность

– устойчивость при работе на согласованную нагрузку.

Технические характеристики:

Пробойное напряжение сток-исток

> 110 В

Ток утечки сток-исток

(при
= 50 В,
=0) < 2,5 мА

Ток утечки затвор-исток

(при
= 20 В) < 1 мкА

Крутизна линии граничного режима

4,5 – 6,2 См

Напряжение отсеки определим по проходной характеристике транзистора

Крутизна передаточной характеристики S = 5 См

Коэффициенты Берга, соответствующие выбранному углу отсечки

,

Расчетные данные

50 В

Ток стока

20 А

110 В

(данная величина рекомендована для УКВ-диапазона)

130 Вт

1. Коэффициент использования стокового напряжения

2. Амплитуда стокового напряжения:

3. Амплитуда первой гармоники стокового тока:

4. Амплитуда импульсов стокового тока:

5. Постоянная составляющая стокового тока:

6. Эквивалентное сопротивление нагрузки:


7. Напряжение возбуждения:

Напряжение смещения для угла отсечки =

будет равно напряжению отсечки по паспорту транзистора, т.е. 3 В, тогда амплитуда напряжения на затворе будет равна 5,85 В.

7. Посчитаем входную мощность ГВВ:

8. Коэффициент усиления по мощности:

Таким образом, схема генератора с внешним возбуждением будет выглядеть так:

9. Выходное сопротивление транзистора:


Для согласования с пятидесятиомной нагрузкой нужна схема с неполным включением индуктивности, при этом, емкость конденсатора в колебательном контуре рекомендуется брать

, а индуктивность катушки

2. Расчет модулятора

В проектируемом передатчике частотная модуляция будет получена из фазовой методом расстройки колебательного контура:

Схема модулятора выглядит следующим образом:

Выберем диод Д902. При напряжении смещения 5 В, его характеристика имеет достаточно большую крутизну и линейность. По графику для Д902 определяем

S=2 пФ/В.


Амплитуда возбуждения звуковой частоты – 1 В, значит максимальное изменение емкости составит 2 пФ. Начальная емкость

при отсутствии сигнала ЗЧ составит

8 пФ.

В результате подбора параметров получены следующие величины:

Частота возбуждения:

, т.е.
рад/с

Коэффициент умножения – 10

Индуктивность:

Максимальное отклонение частоты от

:

рад/с

Зададим добротностью колебательного контура, равной 20.

Величина фазовой модуляции:

рад

Девиация частоты при частоте модулирующего сигнала 15 кГц:

рад/с

Индекс модуляции, получаемый в фазовом модуляторе: M=0,307. При умножении частоты в 10 раз, индекс модуляции получится равным 3,07.

Выберем транзистор КТ312А. Он обладает следующими параметрами:


Расчет коллекторной цепи

Выбираем напряжение на коллекторе

, зададим угол отсечки
и определим коэффициенты разложения (
,
).

1. Коэффициент использования коллекторного напряжения:

2. Амплитуда напряжения на коллекторе:

3. Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:

4. Амплитуда импульсов коллекторного тока:


Выполним проверку условия

– условие выполняется.

5. Постоянная составляющая постоянного тока:

6. Эквивалентное сопротивление нагрузки, обеспечивающее рассчитываемый режим:

7. Мощность, потребляемая от источника питания:

8. Мощность, рассеиваемая на коллекторе:

При этом, мощность, рассеиваемая на коллекторе, меньше предельно допустимой.

9. КПД коллекторной цепи:


Расчет базовой цепи

1. Находим предельную частоту транзистора, при которой коэффициент передачи по току в схеме с общим эмиттером равен 1:

2. Рассчитываем время дрейфа транзистора:

3. Определим угол дрейфа на высшей частоте:

Т.к. угол дрейфа меньше

, то считаем, что
и
.

4. Амплитуда переменного напряжения на переходе эмиттер-база:

5. Модуль коэффициента передачи напряжения со входа на переход эмиттер-база:


6. Амплитуда напряжения возбуждения, требуемая от источника возбуждения:

7. Входное сопротивление:

8. Мощность возбуждения:

9. Первая гармоника тока базы:

10. Реальная величина тока базы:


Напряжение смещения, обеспечивающее заданный угол отсечки базового тока:

11. Максимальное значение положительного импульса тока базы:

12. Постоянная составляющая положительных импульсов тока базы:

13. Мощность рассеяния в цепи базы:

14. Рассчитаем сопротивления делителя напряжения цепи смещения

и
. Значения индуктивностей (кроме колебательного контура) должны быть такими, чтобы не предоставлять значительного сопротивления постоянному току, в то же время, блокируя переменную составляющую на частоте 10 МГц:

3. Расчет возбудителя

Схема возбудителя с кварцевой стабилизацией.

Выбираем транзистор КТ312А.

Приведем параметры, применяемые при расчете:

Определим коэффициент обратной связи:

(
– динамическое сопротивление кварца,
– коэффициент регенерации,
– нормированное управляющее сопротивление)


, где
– фаза крутизны
,

– обобщенная расстройка –

– затухание кварца.

Для заданной частоты – 10,1 МГц –

=10 пФ,
= 80 Ом

Рассчитаем емкость

, включенную между базой и эмиттером:

Тогда, емкость

, включенная между эмиттером и коллектором, будет равна:

Вычисляем функцию угла отсечки:


– характеристическое сопротивление кварца (
=0,025 Гн)

– добротность кварца

По таблицам значений Берга, это значение соответствует

.

Расчет коллекторной цепи возбудителя

Выбираем напряжение на коллекторе

.

В генераторе необходимо развить мощность, требующуюся для возбуждения следующего каскада с учетом потерь в согласующей цепи:

1. Коэффициент использования коллекторного напряжения:

2. Амплитуда напряжения на коллекторе:


3. Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:

4. Амплитуда импульсов коллекторного тока:

.

5. Постоянная составляющая постоянного тока:

6. Эквивалентное сопротивление нагрузки, обеспечивающее рассчитываемый режим:

7. Мощность, потребляемая от источника питания:

8. Мощность, рассеиваемая на коллекторе:


При этом, мощность, рассеиваемая на коллекторе, меньше предельно допустимой.

9. КПД коллекторной цепи:

Расчет базовой цепи возбудителя

1. Находим предельную частоту транзистора, при которой коэффициент передачи по току в схеме с общим эмиттером равен 1:

2. Рассчитываем время дрейфа транзистора:

3. Определим угол дрейфа на высшей частоте:

Т.к. угол дрейфа меньше

, то считаем, что
и
.

4. Амплитуда переменного напряжения на переходе эмиттер-база:


5. Модуль коэффициента передачи напряжения с входа на переход эмиттер-база:

6. Амплитуда напряжения возбуждения:

7. Входное сопротивление:

8. Мощность возбуждения:

9. Первая гармоника тока базы:

10.

11. Напряжение смещения, обеспечивающее заданный угол отсечки базового тока:


12. Сопротивление в цепи базового смещения, обеспечивающее заданное напряжение смещения R = 4590 Ом.

4. Расчет умножителя частоты

Для умножения частоты в 10 раз нужно выбрать угол отсечки

.

При таком малом угле отсечки резко увеличивается ток возбуждения, падает КПД и выходная мощность, поэтому, чтобы получить необходимую для следующего каскада мощность приходится применять мощный транзистор КТ904А

Схема умножителя:

В расчете требуются 10-е коэффициенты Берга:

и
.

Умножитель должен на 10-й гармонике развивать мощность 0,06 Вт.

Расчет коллекторной цепи

Напряжение питания:

.

1. Коэффициент использования коллекторного напряжения:


2. Коэффициент использования коллекторного напряжения на 10‑й гармонике:

3. Амплитуда напряжения на коллекторе:

4. Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:

5. Амплитуда десятой гармоники коллекторного тока:

6. Амплитуда импульсов коллекторного тока:

7. Постоянная составляющая постоянного тока:


8. Эквивалентное сопротивление нагрузки коллекторного контура на 10-й гармонике:

Расчет базовой цепи

1. Находим предельную частоту транзистора, при которой коэффициент передачи по току в схеме с общим эмиттером равен 1:

2. Рассчитываем время дрейфа транзистора:

3. Определим угол дрейфа на высшей частоте:

Т.к. угол дрейфа меньше

, то считаем, что
и
.

4. Амплитуда переменного напряжения на переходе эмиттер-база:


5. Модуль коэффициента передачи напряжения со входа на переход эмиттер-база:

по графику определяем

.

6. Амплитуда напряжения возбуждения, требуемая от источника возбуждения:

7. Входное сопротивление:

8. Мощность возбуждения:

9. Первая гармоника тока базы:

10. Реальная величина тока базы:


11. Напряжение смещения, обеспечивающее заданный угол отсечки базового тока:

Колебательный контур, на который нагружен транзистор, должен при частоте 100 МГц иметь эквивалентное сопротивление 1650 Ом:

Рассчитаем емкость и индуктивность:

Индуктивность на входе:

5. Расчет предоконечного каскада

Схема предоконечного каскада

В первой части расчета мощность возбуждения выходного каскада получилась равной 2,11 Вт. С учетом потерь в согласующей цепи. Зададим мощность предоконечного каскада:

.

Исходя из требований по мощности и частоте, выберем транзистор КТ903А. Угол отсечки примем равным

.

Расчет коллекторной цепи

Выбираем напряжение питания

.

1. Коэффициент использования коллекторного напряжения:

2. Амплитуда напряжения на коллекторе:

3. Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:


4. Амплитуда импульсов коллекторного тока:

5. Постоянная составляющая постоянного тока:

6. Эквивалентное сопротивление нагрузки, обеспечивающее рассчитываемый режим:

7. Мощность, потребляемая от источника питания:

8. Мощность, рассеиваемая на коллекторе:

При этом, мощность, рассеиваемая на коллекторе, меньше предельно допустимой.

9. КПД коллекторной цепи:


Расчет базовой цепи

1. Находим предельную частоту транзистора, при которой коэффициент передачи по току в схеме с общим эмиттером равен 1:

2. Рассчитываем время дрейфа транзистора:

3. Определим угол дрейфа на наивысшей частоте:

4. Нижний угол отсечки положительных импульсов эмиттерного тока:

Коэффициенты

и
, соответствующие углу отсечки
:
и
.

5. Модуль коэффициента передачи по току на рабочей частоте:


где

6. Амплитуда первой гармоники тока эмиттера:

7. Амплитуда положительного импульса эмиттерного тока:

8. Постоянная составляющая тока эмиттера:

9. Амплитуда переменного напряжения на переходе эмиттер-база:

10. Модуль коэффициента передачи напряжения с входа на переход эмиттер-база:

по графику определяем

.

11. Амплитуда сигнала возбуждения, требуемая от предыдущего каскада:

12. Входное сопротивление:

13. Мощность, требуемая от предыдущего каскада:

14. Первая гармоника тока базы:

15. Напряжение смещения:

16. Индуктивность на входе:


17. Емкость и индуктивность на выходе колебательного контура:

и

Расчет коэффициентов трансформации согласующих трансформаторов

1. Согласование возбудителя и модулятора.

2. Согласование модулятора и умножителя частоты.

3. Согласование умножителя частоты и предусилителя.


Список использованной литературы

1. «Радиопередающие устройства» – под ред. В.В. Шахгильдяна, РиС, 1996 г.

2. «Проектирование и техническая эксплуатация радиопередающих устройств» – Сиверс Г.А., РиС, 1989 г.

3. «Проектирование радиопередающих устройств» – под ред. В.В. Шахгильдяна, РиС, 1998 г.

СКАЧАТЬ ДОКУМЕНТ

ДОБАВИТЬ КОММЕНТАРИЙ  [можно без регистрации]
перед публикацией все комментарии рассматриваются модератором сайта - спам опубликован не будет

Ваше имя:

Комментарий

Copyright © MirZnanii.com 2015-2017. All rigths reserved.