Расчет и конструирование радиопередатчика (стр. 1 из 6)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

Кафедра телевидения и управления (ТУ)

РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ РАДИОПЕРЕДАТЧИКА

Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине:

”Формирование Сигналов”

Студент гр. 146-2

_________ Верховин В.В.

“____” __________ 2009 г.

Руководитель:

____________ Ильин А.Г.

“____” __________ 2009 г.

2009

РЕФЕРАТ

Курсовой проект 33 стр., 5 источника, 6 рис.

ЧАСТОТНАЯ МОДУЛЯЦИЯ (ЧМ), РАДИОПЕРЕДАТЧИК, УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ, МОДУЛИРУЕМЫЙ КАСКАД, УМНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ, КВАРЦЕВЫЙ АВТОГЕНЕРАТОР, ВЫХОДНАЯ МОЩНОСТЬ, ВЫХОДНАЯ КОЛЕБАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА (ВКС), БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР

Объектом проектирования является радиопередатчик. Цель работы – приобретение навыков аналитического расчета радиопередающего устройства по заданным к нему требованиям.

В процессе работы производился расчет различных параметров и элементов радиопередатчика с частотной модуляцией.

Пояснительная записка выполнена в текстовом редакторе MicrosoftOfficeWord 2007, графическом редакторе MicrosoftOfficeVisioи математическом пакете MathCAD 14.

СОДЕРЖАНИЕ

РЕФЕРАТ. 2

1 введение. 4

2 Выбор структурной схемы передатчика.. 5

3 Расчет оконечного каскада.. 8

3.1 Энергетический расчёт коллекторной цепи. 8

3.2 Расчет выходной колебательной системы.. 16

3.4 Конструкторский расчет элементов ВКС.. 20

3.5 Уточнение элементной базы. Коррекция выходного усилителя мощности23

4 Предоконечный усилитель мощности сигнала.. 25

5 Расчет умножителя частоты.. 28

6 Расчет модулируемого каскада.. 37

заключение. 48

список использованной литературы.. 49

1 введение

Стремительный темп развития радиопередающих устройств диктует новые правила в области передачи сигнала на расстояния, а кроме того требует все более высоких качеств, предъявляемых к радиоаппаратуре, предназначенной для радиовещания.

В настоящее время для радиовещания используют ультракоротковолновый (УКВ) диапазон. Несмотря на потери при вещании в данном диапазоне и недостатки использования УКВ волн, к которым, в первую очередь, можно отнести возможность работы в зоне прямого видения, УКВ радиопередатчики получили довольно широкое применение. В данном проекте рассматривается именно радиопередатчик УКВ диапазона.

Частотная модуляция (ЧМ) заключается в принципе воздействия на частоту задающего генератора процессом, протекание которого повторяет вид передаваемого сообщения. Вследствие этого воздействия частота передаваемого радиосигнала изменяется по времени в соответствии с передаваемым сообщением. Физика получения ЧМ - колебаний в рамках данного проекта не рассматривается в виду громоздкости самого процесса.

Остается отметить (как следует из выше сказанного), что радиопередающие устройства предназначены для генерации электромагнитных колебаний высокой и сверхвысокой частоты и их модуляции в соответствии с передаваемым сообщением.

2 Выбор структурной схемы передатчика

Проектирование передатчика необходимо начинать с составления структурной схемы, которая в процессе проектирования уточняется, но на начальном этапе она в полной мере должна отражать все выполняемые радиопередатчиком функции.

Поскольку в радиопередатчике генерируются высокочастотные колебания, то в структурной схеме, безусловно, должен присутствовать автогенератор, который является источником высокочастотных колебаний. По ТЗ поставлена задача спроектировать передатчик с самостоятельным выбором типа стабилизацией частоты. Целесообразно применить кварцевую стабилизацию – она обеспечивает высокую стабильность частоты. Как правило, частоту кварцевого резонатора не рекомендуется выбирать выше 10 МГц (в крайнем случае, до 15 МГц), поскольку с ростом частоты повышается относительная нестабильность частоты. Но в нашем случае задан передатчик с рабочей частотой 68 МГц, поэтому полученные в автогенераторе колебания необходимо увеличить по частоте до необходимого значения, что в радиопередатчике осуществляется умножителем частоты. Коэффициент умножения находится по формуле:

(2.1)

Принимая n=5 определим точное значение частоты автогенератора:

(2.2)

Кроме того, мощность автогенератора не превышает десятков милливатт и для того, чтобы добиться необходимой мощности в антенне, необходимо усилить полученные высокочастотные колебания до заданного уровня. В этих целях используется усилитель мощности.

Для отсутствия потерь в тракте высокой частоты, т.е. для согласования отдельных блоков устройства, используют согласующие цепи, основной функцией которых заключается в трансформации сопротивлений сходящихся в одной точке соединения различных блоков. В функции согласующих цепей входит также и селекция, т.е. фильтрация колебаний являющихся побочным продуктом формирования полезного радиосигнала.

Осуществление ЧМ колебаний может вестись двумя способами: прямым и косвенным методами получения ЧМ колебаний. Более простым является первый метод, поэтому в данном проекте строится передатчик именно по этому принципу. Суть его заключается в прямом воздействии на задающий автогенератор с целью изменения его частоты.

Как видим из сказанного выше, в структурную схему радиопередатчика ЧМ колебаний входят следующие блоки: модулятор, воздействующий на автогенератор с целью изменения частоты генерации последнего; непосредственно автогенератор, генерирующий автоколебания заданной частоты; умножитель частоты, повышающий частоту колебаний, подаваемых с автогенератора; усилитель мощности; согласующие цепи. В качестве последних будем использовать колебательные системы, которые могут отвечать поставленным выше требованиям.

Согласно проведенным рассуждениям на рисунке 2.1 представлена структурная схема радиопередатчика ЧМ колебаний.

Рисунок 2.1- Структурная схема радиопередатчика ЧМ колебаний

Далее произведем расчет блоков структурной схемы радиопередатчика ЧМ колебаний представленных на рисунке 2.1. Расчет будем производить с конца схемы, т.е. от антенной цепи. В процессе данного расчета будет вводиться коррекция структурной схемы, необходимая для обеспечения заданных параметров. В основном коррекция будет заключаться в уточнении количества каскадов в том, или ином блоке радиопередатчика.

3 Расчет оконечного каскада

3.1 Энергетический расчёт коллекторной цепи

Основными данными к расчету резонансного усилителя мощности являются частота колебаний в режиме молчания (отсутствие передаваемого сообщения) и мощность на выходе усилителя в данном режиме. В нашем случае частота в режиме молчания равна 68 МГц. Заданная же по ТЗ мощность должна быть обеспечена на выходе передатчика, т.е. в антенне, и, поэтому, она не учитывает потерь в тракте, соединяющим выходной каскад (усилитель мощности) с антенной передатчика. В данный тракт входят, как правило, выходная колебательная система (более подробно чуть ниже) и фидер. Каждая из составляющих тракта вносит потери, определяемые ее коэффициентом полезного действия. Зачастую КПД колебательной системы лежит в пределах h_к≈0.8, а КПД фидера в пределах h_ф≈0.9. Поэтому мощность на выходе усилителя определяется следующим образом:

Для дальнейшего расчета необходимо выбрать транзистор, параметры которого отвечали бы требованиям по частоте и выдерживали мощность, развиваемую усилителем. Выберем для оконечного каскада из 1 транзистор КТ950А. Его параметры:

Сопротивление насыщения, rнас	0.15 Ом
Сопротивление базы, rб	0.6 Ом
Статический коэффициент усиления, h21э	50
Предельная частота усиления, fТ	225 МГц
Емкость перехода коллекторного перехода, Cк	150 пФ
Емкость эмиттерного перехода, Cэ	1100 пФ
Предельное напряжение между коллектором и эмиттером, Uкэ.доп	60 В
Предельное питание на коллекторе, Eк	28 В
Предельный постоянный ток коллектора, Iко.мах	10 А
Предельный импульсный ток коллектора, Iк.мах	30 А

Усилитель мощности, по сути, является генератором с внешним возбуждением. Как правило, генераторы с узкодиапазонной резонансной нагрузкой строят однотактными. Транзисторы могут работать с отсечкой тока, поскольку выходная цепь связи благодаря относительно низкому сопротивлению емкости С_к обеспечивает короткозамкнутую нагрузку на второй и более высоких гармониках. Применение двухтактных генераторов на специальных балансных транзисторах, при резонансной нагрузке не оправдано, поскольку в данном случае труднее обеспечить симметрию работы плеч. Важное преимущество двухтактных генераторов с широкодиапазонной нагрузкой связано с взаимной компенсацией (фильтрацией) четных гармоник, но при резонансной нагрузке оно не существенно, так как необходимая фильтрация достигается правильным выбором LC- элементов в выходной цепи генератора.