Проектирование генератора высоких частот (стр. 1 из 3)
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
ХАРЬКОВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ РАДИОЕЛЕКТРOНИКИ
Кафедра МИТ
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине
«Расчет и проектирование средств измерительной техники »
на тему: «Проектирование генератора высоких частот».
Работу выполнила:
Руководитель курсовой работы:
ст. гр. МИТ-08-1
Штефан Н.В.
Коваленко М.А.
Белокурский Ю.П.
2008
РЕФЕРАТ
Пояснительная записка: 5 рис., 1 прил., 24 с.
В курсовой работе производится проектирование генератора высоких частот с заданными параметрами, рассматриваются методы генерации частот и основные схемные решения аналогичных приборов.
СОДЕРЖАНИЕ
Перечень условных обозначений, символов, единиц, сокращений и терминов
ВВЕДЕНИЕ
1 КЛАССИФИКАЦИЯ ГЕНЕРАТОРОВ
1.1 Классификация частот
1.2 Виды генераторов
1.3 Классификация генераторов
2 ОБЗОР ОСНОВНЫХ МЕТОДОВ ГЕНЕРАЦИИ ЧАСТОТ
2.1 Резонансный метод
2.2 Основные источники погрешности
3 ГЕНЕРАТОР ВЫСОКИХ ЧАСТОТ
3.1 Назначение и область применения
3.2 Проведение поверки
3.3 Основные технические характеристики
3.4 Схема генератора ВЧ
ВЫВОДЫ
ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ, ЕДИНИЦ, СОКРАЩЕНИЙ И ТЕРМИНОВ
СИ – средство измерений;
СИТ – средства измерительной техники;
ФВ – физическая величина;
ЭВМ – электронно-вычислительная машина;
СКО – средне квадратическое отклонение;
ВЧ – высокая частота;
ГВЧ – генератор высоких частот.
ВВЕДЕНИЕ
Развитие многих направлений науки и техники определяются точностью измерения времени и частоты. Из семи основных физических величин (длина, масса, время, сила электрического тока, термодинамическая температура, сила света и количество вещества) эталоны времени и частоты являются самыми точными [1]. Это свидетельствует о том внимании, которое проявляет общество в процессе научной и производственной деятельности к вопросам измерения времени и его производной – частоты. В настоящее время Государственный первичный эталон времени и частоты, базирующийся на группе квантовых мер частоты (водородных, цезиевых, рубидиевых генераторов), обеспечивает воспроизведение единицы времени – секунды и единицы частоты – герца [1].
Измерения частоты – наиболее точный и быстро развивающийся вид измерений. Во-первых, единица времени (частоты) является основной единицей системы СИ; во-вторых, определение секунды связано с пересчетом событий, а пересчет является самым точным методом измерений; в-третьих, повышение точности измерений частоты необходимо для прикладного использования в телекоммуникациях, навигации, космической отрасли. За последние 50 лет суммарная относительная погрешность первичных государственных эталонов на основе цезиевых реперов частоты уменьшилась с ± 1×10
до ± 1,5×10 
, то есть точность возрастала на порядок за каждые 10 лет. Никакой другой вид измерений не имеет такого значительного прироста, ведь возрастание точности в 2–3 раза за 10 лет уже считается отличным показателем. Проведенные исследования и сличения уже показывают возможность достижения погрешностей ± 1×10 
… ± 1×10 
. Но исследования в области измерения частоты продолжаются.Таким образом, целью работы является систематизация и закрепление теоретических знаний с помощью основных разделов дисциплины: «Расчет и проектирование средств измерительной техники», приобретение навыков проектирования, разработки основных методов измерения, расчета и обеспечение основных метрологических характеристик
1 КЛАССИФИКАЦИЯ ГЕНЕРАТОРОВ
1.1 Классификация частот
Частотой колебаний называют число полных колебаний в единицу времени:
(1.1)где t—время существования n колебаний.
Для гармонических колебаний частота
, где Т — период колебаний. Единица частоты герц определяется как одно колебание в одну секунду. Частота и время неразрывно связаны между собой, поэтому измерение той или другой величины диктуется удобством эксперимента и требуемой погрешностью измерения. В Международной системе единиц СИ время является одной из семи основных физических величин. Частота электромагнитных колебаний связана с периодом колебания Т и длиной однородной плоской волны в свободном пространстве (следующими соотношением: 
.Спектр частот электромагнитных колебаний, используемых в радиотехнике, простирается от долей герца до тысяч гигагерц. Этот спектр вначале разделяют на два диапазона — низких и высоких частот. К низким частотам относят инфра звуковые (ниже 20 Гц), звуковые (20— 20 000 Гц) и ультразвуковые (20—200 кГц).
Высокочастотный диапазон, в свою очередь, разделяют на высокие частоты (20 кГц — 30 МГц), ультравысокие (30 — 300 МГц) и сверхвысокие (выше 300 МГц). Верхняя граница сверхвысоких частот непрерывно повышается, и в настоящее время достигла 80 ГГц (без учета оптического диапазона).
Такое разделение объясняется разными способами получения электрических колебаний и различием их физических свойств, а также особенностями распространения на расстояние. Однако четкой границы между отдельными участками спектра провести невозможно, поэтому такое деление в большой степени условно.
1.2 Виды генераторов
Генератором радиосигнала называется устройство, в котором энергия одного или нескольких внешних источников преобразуется в энергию высокочастотных колебаний (радиосигнала). Генератор всегда включает в себя нелинейный генераторный прибор, в котором и происходит это преобразование, внешние электрические цепи источники питания.
Виды генераторов:
1. По форме выходного сигнала:
- синусоидальных сигналов (генератор Мейснера, генератор Хартли (индуктивная трёхточка), генератор Колпитца (ёмкостная трёхточка) и др.);
- прямоугольных импульсов — мультивибратор;
- функциональный генератор — прямоугольных, треугольных и синусоидальных импульсов.
2. По частотному диапазону:
- низкочастотные;
- высокочастотные.
3. По принципу работы:
- стабилизированные кварцевым резонатором;
- блокинг-генератор;
- RC-генератор.
1.3 Классификация генераторов
По ГОСТ 15094 [2] генераторы подразделяются на 6 видов: низкочастотные, высокочастотные, импульсные, сигналов специальной формы, шумовых сигналов и качающейся частоты. Однако следует учитывать, что классификационные границы условны, некоторые генераторы занимают промежуточное положение между низко- и высокочастотными, некоторые бывают комбинированными по виду сигнала. Для оптических генераторов существует аналогичная классификация. Кроме генераторов стандартизованных видов бывают генераторы отраслевого назначения (в составе контрольно измерительной аппаратуры).
Г2 — генераторы шума, имитируют белый или розовый шум.
Примеры: Г2-37, Г2-47, Г2-59
Г3 — генераторы низкой частоты, обычно от 20 Гц до 200 кГц, реже до 2 или 10 МГц, модуляция сигнала, как правило, не предусмотрена.
Примеры: Г3-102, Г3-109, Г3-122
Г4 — генераторы высокой частоты, предназначены для работы в радиочастотном диапазоне, различные виды модуляции.
Примеры: Г4-83, Г4-129, РГ4-14
Г5 — генераторы импульсов, воспроизводят последовательности прямоугольных импульсов, некоторые генераторы способны генерировать кодовые импульсные последовательности.
Примеры: Г5-54, Г5-80, Г5-89
Г6 — генераторы сигналов специальной формы, воспроизводят последовательности импульсов разной формы: треугольной, пилообразной, трапецеидальной и др.
Примеры: Г6-17, Г6-22, Г6-39
Г8 — генераторы качающейся частоты ;
ОГ — генераторы оптического диапазона
Примеры: ОГ-2-1, ОГ4-163, ОГ5-87
Генераторы отраслевого назначения — воспроизводят специальные сигналы, например, сложной формы или со сложными комбинированными методами модуляции, манипуляции; предназначены для проверки и настройки определенных видов радиоаппаратуры.
Основные нормируемые характеристики:
1. Диапазон воспроизводимых частот;
2. Точность установки частоты и ее нестабильность;
3. Диапазон установки выходных уровней (напряжения или мощности);
4. Точность установки выходного уровня, погрешность аттенюатора;
5. В зависимости от вида генератора могут быть дополнительные параметры — характеристики модуляции, временные характеристики импульсов и т.д.
2. ОБЗОР ОСНОВНЫХ МЕТОДОВ ГЕНЕРАЦИИ ЧАСТОТ
Определение установки частоты производят методом прямого измерения частоты электронно-счетным частотомером. Электронно-счетный частотомер должен обеспечивать измерение частоты генератора во всем диапазоне или в части диапазона устанавливаемых значений частоты.Структурная схема соединения приборов при измерении частоты представлена на (рис. 2.1).
1- выход основных импульсов, 2 – вход сигнала для измерения периода.
Рисунок 2.1 – Структурная схема соединения приборов при измерении частоты.
2.1 Резонансный метод
Состоит в настройке резонансной колебательной цепи, предварительно прокалиброванной по образцовому генератору и частотомеру, на измеряемую частоту и отсчитывание ее значения по шкале, связанной с элементом настройки. Метод применяется на частотах от 100 кГц до 100 ГГц [3].