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
- 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
- Коэффициент использования стокового напряжения
- Амплитуда стокового напряжения:
- Амплитуда первой гармоники стокового тока:
- Амплитуда импульсов стокового тока:
- Постоянная составляющая стокового тока:
- Эквивалентное сопротивление нагрузки:
- 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.
- Посчитаем входную мощность ГВВ:
- Коэффициент усиления по мощности:
Таким образом, схема генератора с внешним возбуждением будет выглядеть так:
- 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
- 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 (, ).
- Коэффициент использования коллекторного напряжения:
- Амплитуда напряжения на коллекторе:
- Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:
- Амплитуда импульсов коллекторного тока:
Выполним проверку условия – условие выполняется.
- Постоянная составляющая постоянного тока:
- Эквивалентное сопротивление нагрузки, обеспечивающее рассчитываемый режим:
- Мощность, потребляемая от источника питания:
- Мощность, рассеиваемая на коллекторе:
При этом, мощность, рассеиваемая на коллекторе, меньше предельно допустимой.
- КПД коллекторной цепи:
Расчет базовой цепи
- Находим предельную частоту транзистора, при которой коэффициент передачи по току в схеме с общим эмиттером равен 1:
- Рассчитываем время дрейфа транзистора:
- Определим угол дрейфа на высшей частоте:
Т.к. угол дрейфа меньше , то считаем, что и .
- Амплитуда переменного напряжения на переходе эмиттер-база:
- Модуль коэффициента передачи напряжения со входа на переход эмиттер-база:
- Амплитуда напряжения возбуждения, требуемая от источника возбуждения:
- Входное сопротивление:
- Мощность возбуждения:
- Первая гармоника тока базы:
- Реальная величина тока базы:
Напряжение смещения, обеспечивающее заданный угол отсечки базового тока:
- Максимальное значение положительного импульса тока базы:
- Постоянная составляющая положительных импульсов тока базы:
- Мощность рассеяния в цепи базы:
- 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:
- 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:
- Коэффициент использования коллекторного напряжения:
- Амплитуда напряжения на коллекторе:
- Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:
- Амплитуда импульсов коллекторного тока:
.
- Постоянная составляющая постоянного тока:
- Эквивалентное сопротивление нагрузки, обеспечивающее рассчитываемый режим:
- Мощность, потребляемая от источника питания:
- Мощность, рассеиваемая на коллекторе:
При этом, мощность, рассеиваемая на коллекторе, меньше предельно допустимой.
- КПД коллекторной цепи:
Расчет базовой цепи возбудителя
- Находим предельную частоту транзистора, при которой коэффициент передачи по току в схеме с общим эмиттером равен 1:
- Рассчитываем время дрейфа транзистора:
- Определим угол дрейфа на высшей частоте:
Т.к. угол дрейфа меньше , то считаем, что и .
- Амплитуда переменного напряжения на переходе эмиттер-база:
- Модуль коэффициента передачи напряжения с входа на переход эмиттер-база:
- Амплитуда напряжения возбуждения:
- Входное сопротивление:
- Мощность возбуждения:
- Первая гармоника тока базы:
- Напряжение смещения, обеспечивающее заданный угол отсечки базового тока:
- Сопротивление в цепи базового смещения, обеспечивающее заданное напряжение смещения R = 4590 Ом.
- 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: .
- Коэффициент использования коллекторного напряжения:
- Коэффициент использования коллекторного напряжения на 10‑й гармонике:
- Амплитуда напряжения на коллекторе:
- Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:
- Амплитуда десятой гармоники коллекторного тока:
- Амплитуда импульсов коллекторного тока:
- Постоянная составляющая постоянного тока:
- Эквивалентное сопротивление нагрузки коллекторного контура на 10-й гармонике:
Расчет базовой цепи
- Находим предельную частоту транзистора, при которой коэффициент передачи по току в схеме с общим эмиттером равен 1:
- Рассчитываем время дрейфа транзистора:
- Определим угол дрейфа на высшей частоте:
Т.к. угол дрейфа меньше , то считаем, что и .
- Амплитуда переменного напряжения на переходе эмиттер-база:
- Модуль коэффициента передачи напряжения со входа на переход эмиттер-база:
по графику определяем .
- Амплитуда напряжения возбуждения, требуемая от источника возбуждения:
- Входное сопротивление:
- Мощность возбуждения:
- Первая гармоника тока базы:
- Реальная величина тока базы:
- 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:
- 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 .
- Коэффициент использования коллекторного напряжения:
- Амплитуда напряжения на коллекторе:
- Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:
- Амплитуда импульсов коллекторного тока:
- Постоянная составляющая постоянного тока:
- Эквивалентное сопротивление нагрузки, обеспечивающее рассчитываемый режим:
- Мощность, потребляемая от источника питания:
- Мощность, рассеиваемая на коллекторе:
При этом, мощность, рассеиваемая на коллекторе, меньше предельно допустимой.
- КПД коллекторной цепи:
Расчет базовой цепи
- Находим предельную частоту транзистора, при которой коэффициент передачи по току в схеме с общим эмиттером равен 1:
- Рассчитываем время дрейфа транзистора:
- Определим угол дрейфа на наивысшей частоте:
- Нижний угол отсечки положительных импульсов эмиттерного тока:
Коэффициенты и , соответствующие углу отсечки : и .
- Модуль коэффициента передачи по току на рабочей частоте:
где
- Амплитуда первой гармоники тока эмиттера:
- Амплитуда положительного импульса эмиттерного тока:
- Постоянная составляющая тока эмиттера:
- Амплитуда переменного напряжения на переходе эмиттер-база:
- Модуль коэффициента передачи напряжения с входа на переход эмиттер-база:
по графику определяем .
- Амплитуда сигнала возбуждения, требуемая от предыдущего каскада:
- Входное сопротивление:
- Мощность, требуемая от предыдущего каскада:
- Первая гармоника тока базы:
- Напряжение смещения:
- Индуктивность на входе:
- Емкость и индуктивность на выходе колебательного контура:
и
Расчет коэффициентов трансформации согласующих трансформаторов
- Согласование возбудителя и модулятора.
- Согласование модулятора и умножителя частоты.
- Согласование умножителя частоты и предусилителя.
Список использованной литературы
- «Радиопередающие устройства» – под ред. В.В. Шахгильдяна, РиС, 1996 г.
- «Проектирование и техническая эксплуатация радиопередающих устройств» – Сиверс Г.А., РиС, 1989 г.
- «Проектирование радиопередающих устройств» – под ред. В.В. Шахгильдяна, РиС, 1998 г.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
