Курсовая работа: Исследование радиопередающего устройства
Курсовая работа: 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:
ZARA=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 iк(ωt) нужно включать шунтирующее добавочное сопротивление Rдоп между выводами базы и эмиттера
транзистора, как показано на рис. 9.
Рис. 9
Сопротивление Rдоп выравнивает постоянные времени эмиттерного перехода в
закрытом и в открытом состоянии. Одновременно сопротивление Rдоп снижает максимальное обратное напряжение
на закрытом эмиттерном переходе.
.
При включении транзистора
с ОЭ целесообразно между коллекторным и базовым выводами транзистора включать
сопротивление RО.С., как показано на рис. 10.
Рис. 10
.
В результате включения RО.С. создается дополнительная
отрицательная обратная связь на низких и средних частотах, такая же по величине,
как на высоких частотах через емкость CК. В результате на всех частотах
модуль коэффициента усиления по току транзистора β(ω)
снижается в χ раз.
.
При работе транзистора на
частотах ω>3ωT/β0 в реальной схеме генератора можно не
ставить сопротивления Rдоп
и RО.С.. Однако в последующих расчетных
формулах сопротивление Rдоп
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 LВХ.О.Э, rВХ.О.Э., RВХ.О.Э., CВХ.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:QХХ=(50…100)
QХХ=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:
QН=QХХ(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 L20:
Так как и , следовательно выбираем
дроссель ДМ-3-1. Его характеристики:
Выбор дросселя L19:
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 C57:
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 C58:
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 |