Расчет основных параметров радиоканала и радиопередающей части радиоканала

Размещено на http://www.allbest.ru/

Кафедра «Системы передачи информации»

ПРОЕКТИРОВАНИЕ КАНАЛОВ РАДИОСВЯЗИ

Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «Каналообразующие устройства»

Задание

1) Значения рабочей частоты возбудителя и первого гетеродина:

fB = 153.825 + 0.025•(n - 1) = 153.825 МГц

fГ1 = 176.425 + 0.025•(n - 1) = 176.425 МГц

2) Выходная мощность передающего устройства на нагрузке 50 Ом:

PВЫХ = 14 - k = 14 - 5.5 = 8.5 Вт.

Коэффициент усиления постоянного тока в оконечном и в предоконечных каскадах, выполненных на транзисторах КТ909А и КТ606:в0 = h21Э = 21 + n = 21 + 1 = 22;

3) Высота стационарной антенны: H=12+n=13 м. Высота локомотивной антенны h=6 м.

4) Чувствительность приемного устройства по системе СИНАД при отношении «сигнал/шум», равном 12 дБ, и входном сопротивлении приемника 50 Ом: Uвх.min= 0.5 мкВ. Все каскады усиления и преобразования рекомендуется выполнить на транзисторах ГТ311Е, которые имеют коэффициент усиления по постоянному току: в0 = 41 + n = 41 + 1 = 42;

5) Параметры девиации частоты модулятора:ДfНОМ = 3.5 кГц; Дfmax = 4 кГц;

6) Избирательность приёмника:по зеркальному каналу Seз.к = 50 дБ, по соседнему - Seс.к= 60 дБ;

7) Стабильность частоты возбудителя и гетеродинов - дf = 10-5;

8) Коэффициент нелинейных искажений сигналов в радиоканале - КГ ? 0.08 (8 %);

9) Материальная база разработки: транзисторы, микросхемы;

10) Номиналы напряжения питания: 25, 15, 12, 9, 5 В.

РЕФЕРАТ

Радиосвязь, канал связи, модуляция, передатчик, приемник, автогенератор, синтезатор частоты, усилитель мощности, буферный усилитель.

В расчетно-пояснительной записке производится выбор функциональных схем передающей и приемной частей канала и рассчитывается передающая часть канала технологической железнодорожной радиосвязи аналогового типа с частотной модуляцией, которая широко применяется на железнодорожном транспорте.

Содержание

• Введение
• 1. Выбор и расчёт параметров функциональных схем приёмной и передающей частей канала
• 1.1 Функциональная схема радиопередающей части канала
• 1.2 Расчёт параметров функциональной схемы передающей части канала
• 1.3 Функциональная схема радиоприемной части канала
• 1.4 Расчёт параметров функциональной схемы приёмной части канала
• 2. Расчет усилителя мощности радиочастоты
• 2.1 Расчёт оконечного каскада
• 2.2 Расчёт предоконечного каскада
• 3. Расчет буферного усилителя радиочастоты
• 3.1 Расчёт режима термостабилизации
• 3.2 Y-параметры для каскодного включения транзисторов
• 3.3 Расчёт режима усиления буферного усилителя
• 4. Расчет режима автогенератора
• 4.1 Расчет режима по постоянному току
• 4.2 Энергетический расчет автогенератора
• 4.3 Расчет колебательного контура
• 4.4 Расчет режима частотной модуляции
• 5. Принципиальная схема передающей части канала
• Заключение
• Библиографический список
• Введение
• Приемопередающее устройство - это источник и приемник радиочастотных колебаний в системах радиосвязи, телевидения, радиолокации и других. Назначение приемопередатчика - сформировать и принять радиосигнал в соответствии с требованиями, установленными при разработке системы.
• Радиосигналом называют колебание радиочастоты, один или несколько параметров которого изменяются (модулируются) в соответствии с передаваемым сообщением (информацией).
• Частотная модуляция (ЧМ) применяется в высококачественном радиовещании, в радиорелейных линиях с большим числом каналов, в радиолокационных системах непрерывного излучения. При любых видах модуляции энергия сигнала локализована в узкой полосе частот радиоспектра. Это означает, что радиосигнал представляет собой колебание, близкое к гармоническому. Поэтому основным сигналом, для которого рассчитываются режимы каскадов приемопередатчика, является гармонический.
• Системы радиосвязи на железнодорожном транспорте делятся на: поездные, станционные, ремонтно-оперативные, индивидуальные по специально выделенным каналам и другие. Железнодорожная радиосвязь осуществляется в нескольких диапазонах радиоволн:

1. гектометровые волны КВ (f0 = 2,13 МГц);

2. метровые волны УКВ1 (f0 = 151,725 - 156 МГц);

3. дециметровые - УКВ2 (f1 = 457,4 - 458,45 МГц и f2 = 467,4 - 468,45 МГц).

Наибольшее использование в поездной и станционной радиосвязи получил диапазон метровых радиоволн, поэтому парк радиостанций этого диапазона самый обширный.

1. Выбор и расчёт параметров функциональных схем приёмной и передающей частей канала

Проектирование радиопередающей части канала начинается с разработки функциональной схемы. В настоящее время на железнодорожном транспорте внедрена система аналоговой частотно-модулированной (ЧМ) радиосвязи на основе приемопередатчика диапазона метровых волн УПП-2МВ стационарной радиостанции «Транспорт РС-46М». Система выполнена на современной микроэлементной базе с применением микропроцессорной технологии обслуживания с программным обеспечением, позволяющим конфигурировать режимы радиостанции применительно к конкретным условиям эксплуатации на используемой сетке частот, при так называемом симплексе (работает передатчик - выключен собственный приемник и наоборот).

Структурная схема такого канала приведена на рисунке 1.1. В её состав входят следующие устройства:

- блок коммутации К симплексного режима работы;

- передающая часть канала, включающая в себя усилитель мощности (УМ), синтезатор-возбудитель, опорный генератор и модулятор, обеспечивающий оптимальный режим частотной модуляции в канале;

- приемная часть канала, включающая в себя тракт усиления радиочастоты (УРЧ), синтезатор первого гетеродина и сам гетеродин, первый смеситель, усилитель первой промежуточной частоты и завершающую часть приёмника, выполненную на одной микросхеме МС3371Р, - второй смеситель, второй гетеродин, усилитель второй промежуточной частоты, частотный детектор и предварительный усилитель звуковой частоты. После микросхемы следует тракт дополнительного усиления сигнала, который подается затем в блок автоматики.



Рисунок 1.1 - Структурная схема канала радиосвязи

1.1 Функциональная схема радиопередающей части канала

Для разрабатываемой функциональной схемы передающей части канала, изображенной на рисунке 1.2, из структурной схемы выбираются устройства: коммутатор К, усилитель мощности, который может состоять из двух каскадов предварительного усиления (ПОК1 и ПОК2) и оконечного усилителя мощности ОК. Схема синтезатора-возбудителя предназначена для формирования высокочастотного ЧМ-колебания с амплитудой не менее 0,5 В, которое используется для возбуждения предварительного усилителя мощности ПОК.

Диапазон частоты возбудителя - от 151,725 до 156,000 МГц, шаг сетки частоты - 25 кГц. В состав возбудителя входят устройства: ГУН1 на транзисторе ГТ311Е и варикапах КВ121А; буферный усилитель на двух транзисторах того же типа, включенных по каскодной схеме (ОЭ-ОБ); большая интегральная схема (БИС) синтезатора частоты типа КФ1015ПЛ4Б или КР1015ХК2. Опорный сигнал частотой 10 МГц для передающего и приемного синтезаторов вырабатывает высокостабильный генератор «Топаз-03», выпускаемый в виде малогабаритного конструктивного устройства, питаемого стабилизированным напряжением +9 В. В данном проекте он используется как функциональный блок без представления принципиальной схемы.

На вход синтезатора частоты поступает сигнал с ГУН1 через развязывающее устройство в виде буферного усилителя. Входом является включенный в синтезатор делитель частоты с переменным коэффициентом деления ДПКД, с выхода которого сигнал поступает на один из входов частотно-фазового детектора ЧФД. На второй вход детектора подается высокочастотный сигнал опорного генератора ОГ, прошедший через делитель опорной частоты ДОЧ. ЧФД формирует сигнал ошибки, пропорциональный разности фаз входных сигналов. Это напряжение ошибки по цепи фазовой автоподстройки ФАПЧ через фильтр низких частот ФНЧ подается на управляющий вход ГУН1, что приводит к изменению его частоты до требуемого значения, определяемого коэффициентом ДПКД. Синтезатор имеет выход сигнала детектора захвата частоты петлей ФАПЧ.

На ГУН1 одновременно осуществляются частотная модуляция и автоподстройка его частоты. Чтобы не происходило снижения девиации частоты за счет схемы ФАПЧ, постоянная времени ФНЧ на выходе синтезатора выбрана много больше, чем период низкой частоты (fmin = 300 Гц) спектра низкочастотного сигнала. При этом ФАПЧ работает на частотах Дf<< 300 Гц и не реагирует на сравнительно быстрые изменения частоты при ее девиации.

Особое место в схеме передающего тракта занимает модулятор, который выполняет следующие функции:

- обеспечивает номинальную девиацию частоты ДfНОМ;

- ограничивает максимальное значение девиации частоты Дfmax;

- осуществляет предкоррекцию амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) тракта по закону +6 дБ/октава.

Для выполнения указанных функций схема модулятора содержит в себе следующие устройства:

- усилитель звуковой частоты, охваченный петлей автоматической регулировки усиления (АРУ), которая производит сжатие динамического диапазона входных сигналов;

- корректор АЧХ +6 дБ/октава для модулирующего сигнала, поступающего с блока автоматики;

- амплитудный ограничитель, устраняющий перемодуляцию передатчика;

- ФНЧ, служащий для ограничения полосы пропускания модулирующих сигналов в пределах от 0,3 до 3,4 кГц;

- формирователь сигнала исправности модулятора.

Расчет режима модулятора в данном проекте не выполняется, в принципиальную и функциональную схемы вставлены только его функциональный блок.

Параметры стандартного модулятора:

- чувствительность модуляционного входа модулятора при RВХ = 600 Ом не менее 300 мВ;

- отклонение амплитудно-частотной модуляционной характеристики передатчика (АЧМХ) от характеристики с предкоррекцией +6 дБ/октава лежит в пределах );

- уровень паразитной амплитудной модуляции составляет не более 3 %.

Рисунок 1.2 - Функциональная схема передающей части канала

1.2 Расчёт параметров функциональной схемы передающей части канала

1)В таблице параметров транзистора КТ909А приведены следующие данные для типового режима его работы:, по которым может быть рассчитан коэффициент усиления мощности КР оконечного каскада на рабочей частоте:

2)Мощность возбуждения на входе оконечного каскада:

где зкс = 0.5 - коэффициент полезного действия контура предоконечного каскада.

3)Предоконечный каскад может быть выполнен на менее мощном транзисторе КТ606А с параметрами типового режима:; по ним может быть рассчитанкоэффициент КР на рабочей частоте:

4)Мощность возбуждения на входе предоконечного каскада ПОК:

где зкс = 0.9 - коэффициент полезного действия контура предоконечного каскада.

5)Оптимальная амплитуда модулирующего напряжения звуковой частоты:

где н = 0.5 - коэффициент нелинейности характеристики варикапа; UВ0 - напряжение постоянного смещения варикапа (обычно UВ0 = 4 - 10 В). Для данного проекта можно порекомендовать варикап КВ123А с параметрами UВ0 = 4 В при С0 = 17 пФ.

1.3 Функциональная схема радиоприемной части канала

Проектирование радиоприемной части канала начинается с разработки функциональной схемы, изображённой на рисунке 1.3. Эта схема составляется на основе структурной схемы, изображенной на рисунке 1.1. Для функциональной схемы приемника выбираются кроме коммутатора К два усилителя радиочастоты - УРЧ1 и УРЧ2, первый смеситель VT1, на второй вход которого подается через буферный усилитель БУ2 сигнал с генератора, управляемого напряжением ГУН2, который выполняет роль первого гетеродина приемника. Диапазон перестраиваемой частоты первого гетеродина - от 173,125 до 177,400 МГц (N = 172 канала) обеспечивается собственным синтезатором приемной части канала (аналогичен синтезатору возбудителя).

Схема генератора, управляемого напряжением ГУН2, аналогична схеме ГУН1, но имеет более простую колебательную систему, так как в ней не должна производиться частотная модуляция. Для увеличения мощности сигнала первого гетеродина и его надежной развязки от смесителя и синтезатора частоты должен быть использован буферный усилитель БУ2, собранный по каскодной схеме ОЭ-ОБ.

В БИС синтезатора частоты приемника входят те же элементы, что и в функциональную схему, выполнен он на микросхеме D2 типа КФ1015ПЛ4Б либо КР1015ХК2. В качестве опорной частоты f0 = 10 МГц используется частота ОГ «Топаз-03», имеющего относительную нестабильность дf ? 10-5. Напряжение рассогласования, сформированное частотно-фазовым детектором синтезатора, через ФНЧ поступает на варикапы колебательного контура ГУН2 и управляет его частотой. Запись коэффициентов деления ДПКД и опорного делителя в регистр синтезатора осуществляется последовательным двоичным кодом по цепям «Запись 1», «Данные», «Синхронизация». В приемном синтезаторе также предусмотрена схема контроля (вывод 4), формирующая сигнал исправности синтезатора при наличии захвата в кольце ФАПЧ.

Рисунок 1.3 - Функциональная схема приемной части канала

Преобразованный сигнал со смесителя СМ1 через фильтр сосредоточенной избирательности ФСИ1 поступает на усилитель первой промежуточной частоты fПР1 = 21,4 МГц, выполненный по стандартной схеме. С ее нагрузки (двухконтурного фильтра) сигнал поступает на вход микросхемы D3 типа МС3371Р. Микросхема D3 осуществляет второе преобразование частоты сигнала во вторую промежуточную частоту fПР2 = 455 кГц, ее усиление, частотное детектирование и предварительное усиление звуковой частоты речевого сигнала.

К выводу 1 микросхемы D подключен кварцевый резонатор Z1, который служит для генерации вторым гетеродином стабильной частоты fГ2 = fПР1 + 455 кГц. Сигнал второй промежуточной частоты выделяется кварцевым фильтром сосредоточенной избирательности ФСИ2 (SeС.К ? 60 дБ), усиливается и детектируется. Усиленный микросхемой D3 сигнал поступает на активный фильтр низких частот ФНЧ и на конечный усилитель в блоке автоматики и управления, выполняющий функцию частотного корректора, обеспечивающего завал частотной характеристики сигнала минус 6 дБ/октава. Далее сигнал звуковой частоты используется в блоке автоматики.

1.4. Расчёт параметров функциональной схемы приёмной части канала

1)Полоса частот генерации ЧМ канала:

где- индекс частотной модуляции; Дfmax = 3,5 кГц - максимальная девиация частоты ЧМ сигнала; Fmax = 3,4 кГц - максимальная частота телефонного спектра.

2)Полоса частотной нестабильности канала:

где-абсолютная нестабильность частоты возбудителя;

- абсолютная нестабильность первой частоты гетеродина;

- первая промежуточная частота;

- вторая промежуточная частота;

-вторая частота гетеродина;

- абсолютная нестабильность первой промежуточной частоты;

- абсолютная нестабильность второй промежуточной частоты;

- абсолютная нестабильность второй частоты гетеродина;

3)Ширина полосы пропускания приёмного тракта:

4)Первая промежуточная частота определяется заданной избирательностью по зеркальной помехе, числом колебательных контуров в тракте nВЧ = 3 и их эквивалентным затуханием dЭ = 0,06:



Возьмём в качестве первой промежуточной частоты стандартную, принятую в новых железнодорожных радиостанциях fПР1 = 22,6 МГц

5)Проверка показывает, что полученная промежуточная частота не сможет обеспечить требуемую избирательность по соседнему каналу (), следовательно, неизбежно двойное преобразование частоты. Вторая промежуточная частота может быть вычислена по формуле:

где ДfС.К = 25 кГц, dПЧ ? 0.02 (при использовании ФСИ), nпч = 9.

В качестве второй промежуточной частоты выбираем стандартную для железнодорожных радиостанций fПР2 = 455 кГц.

2. Расчет усилителя мощности радиочастоты

Основу технического расчета транзисторного генератора с посторонним возбуждением составляет энергетический расчет режима транзистора. Исходными данными для энергетического расчета являются основные технические параметры, приведенные в задании, а также полученные в результате предварительного расчета функциональной схемы. По этим данным производится выбор транзистора, вследствие чего становятся известными следующие его параметры: fр, fгр, Ек0, Рвыхmax, Iк доп, Uк-э доп, Uб-э доп, h21э, U?б-э, Sкр, tп, Ск.а, Ск, Сэ, r?б, r?э, Rп.к, Тп доп.

Формулы, используемые в расчете, соответствуют упрощенной эквивалентной схеме замещения мощного транзистора, приведенной на рисунке 2.1. В этой схеме применены следующие обозначения: r?б - сопротивление материала тела базы транзистора между выводом и р-n-переходом; r - сопротивление рекомбинации; Сэ и Сд - соответственно барьерная и диффузионная емкость эмиттерного перехода; Ск.а и Ск - активная и общая емкость коллекторного перехода. Типовая рабочая схема выходного каскада представлена на рисунке2.2.

Рисунок2.1- Упрощенная эквивалентная схема замещения транзистора



Рисунок 2.2 - Типовая электрическая схема оконечного каскада

2.1 Расчёт оконечного каскада

Угол отсечки коллекторного тока транзистора выбирается обычно для критического режима классаВ:к = 90 (1 = 0,5; 0 = 0,318).

1)Коэффициент использования коллекторного напряжения транзистора в граничном режиме:

где Sгр=0,46 См и для транзистора КТ909А.

При этом напряжение эквивалентного генератора:

2)Амплитуда тока первой гармоники коллектора:

3)Проверка допустимого напряжения коллекторного перехода, который для транзистора КТ909А равен 60В:

4)Нагрузка эквивалентного генератора:

5)Амплитуда импульса коллекторного тока:

6)Постоянный ток коллектора:

7)Мощность, потребляемая от источника питания:

8)Мощность, рассеиваемая на коллекторе:

9)КПД генератора:



10)Угол дрейфа носителей тока через базу:

где для транзистора КТ909А.

11)Нижний угол отсечки импульсов эмиттерного тока:

Затем по таблице коэффициентов А. И. Берга находим коэффициенты разложения б1э=0,481 и б0э=0,297, а также cos=0,122.

12)Постоянный ток эмиттера:

13)Амплитуда эмиттерного тока:

14) Ток первой гармоники эмиттера:

15) Крутизна тока коллектора на рабочей частоте:



где .

16)Амплитуда переменного напряжения возбуждения базы:

17)Модуль коэффициента передачи напряжения возбуждения с входных электродов (б-э) на р-n-переход (б-э) определяется в соответствии с рисунком 2.3:

Рисунок2.3 - Схема внутреннего делителя напряжения б-э транзистора

18) Приближенное значение входного сопротивления транзистора на рабочей частоте:



19)Мощность сигнала на входе оконечного каскада (ОК):

20)Коэффициент усиления мощности в оконечном каскаде:

21)Тепловое сопротивление радиатора охлаждения транзистора

гдеtср ? +(30 - 40)С - температура окружающей транзистор среды;

Rп-к=3.8 С/Вт - тепловое сопротивление (переход - корпус) транзистора;

Rк.т? (0,5 - 1) - тепловое сопротивление между теплоотводом и корпусом транзистора, С/Вт.

По тепловому сопротивлению радиатора охлаждения Rт можно определить его объем и форму конструкции.

2.2 Расчёт предоконечного каскада

Энергетический расчет предоконечных каскадов производится по методике, изложенной выше, только в качестве выходной мощности первого предоконечного каскада выбирается входная мощность оконечного каскада, увеличенная в Кзап раз, где Кзап - коэффициент запаса, обычно Кзап = 1,5, соответственно в качестве выходной мощности второго предоконечного каскада выбирается входная мощность первого предоконечного с коэффициентом запаса Кзап. В большинстве случаев надобности во втором предоконечном каскаде не бывает, так как мощность в десятки милливатт обеспечиваетбуферныйусилитель. Используемый транзистор КТ606.

1)Входная мощность каскада:

2)Коэффициент использования коллекторного напряжения транзистора в граничном режиме:

где Sгр=0,03 См и для транзистора КТ606.

При этом напряжение эквивалентного генератора:

3)Амплитуда тока первой гармоники коллектора:

4)Проверка допустимого напряжения коллекторного перехода, который для транзистора КТ606А равен 60В:



5)Нагрузка эквивалентного генератора:

6)Амплитуда импульса коллекторного тока:

7)Постоянный ток коллектора:

8)Мощность, потребляемая от источника питания:

9)Мощность, рассеиваемая на коллекторе:

10)КПД генератора:

11)Угол дрейфа носителей тока через базу:

где для транзистора КТ909А.

12)Нижний угол отсечки импульсов эмиттерного тока:

Затем по таблице коэффициентов А. И. Берга находим коэффициенты разложения б1э=0,472 и б0э=0,286, а также cos=0,174.

13)Постоянный ток эмиттера:

14)Амплитуда эмиттерного тока:

15) Ток первой гармоники эмиттера:

16) Крутизна тока коллектора на рабочей частоте:



где .

17)Амплитуда переменного напряжения возбуждения базы:

18)Модуль коэффициента передачи напряжения возбуждения с входных электродов (б-э) на р-n-переход (б-э):

19)Приближенное значение входного сопротивления транзистора на рабочей частоте:

20)Мощность сигнала на входе предоконечного каскада (ПОК):

21)Коэффициент усиления мощности в оконечном каскаде:



22)Тепловое сопротивление радиатора охлаждения транзистора

гдеtср ? +(30 - 40)С - температура окружающей транзистор среды;

Rп-к=44 С/Вт - тепловое сопротивление (переход - корпус) транзистора;

Rк.т? (0,5 - 1) - тепловое сопротивление между теплоотводом и корпусом транзистора, С/Вт.

При постройке конструкции по тепловому сопротивлению радиатора охлаждения RТ при помощи справочной литературы определяется его объем и форма конструкции. Однако в данном случае при малой рассеиваемой мощности и очень большом тепловом сопротивлении радиатором можно пренебречь.

Полученное в расчётах значение мощности относительно невелико, что позволяет отказаться от использования второго предоконечного каскада.

2.3 Расчет буферного усилителя радиочастоты

Промежуточный каскад усиления, включённый между автогенератором и каскадом усиления мощности, называется буферным, т.е. разделительным. Он выполняет две функции: 1) ослабляет влияние мощных усилительных каскадов на режим автогенератора; 2) обеспечивает по возможности малую нагрузку для автогенератора с целью повышения стабильности его частоты. Первая функция требует минимальной проходной ёмкости с коллектора на базу буферного усилителя, вторая - высокого входного сопротивления усилителя. Обе задачи достаточно хорошо решаются в усилителе, собранном по так называемому каскодному принципу включения, когда первый каскад усиления включён по схеме с общим эмиттером ОЭ, а второй - по схеме с общей базой ОБ. У такого усилителя получаются достаточно высокое (выше, чем у усилителя мощности) входное сопротивление и минимальная проходная ёмкость С12 ? 0,1 пФ. Кроме того, каскодный усилитель обеспечивает высокий устойчивый коэффициент усиления сигнала по напряжению.

Расчёт режима буферного усиления делится на три части: расчёт термостабилизации усиления, уточнение Y - параметров для каскодного включения транзисторов и расчёт всех параметров усиления. Схема буферного усилителя представлена на рисунке 4.1. В качестве активных элементов VT1 и VT2 взяты транзисторы типа ГТ311Е. Параметры этого транзистора: Iкобр= 2 мкА, Uк0 = 5В,Iк0 = 5 мА,Eпит = 12 В, Тmax=333К, Тmin=213К, Т0=293К,

Рисунок 3.1 - Схема буферного усилителя

2.4 Расчёт режима термостабилизации

Расчет режима постоянного тока и температурной стабилизации проводится в интервале ±60С.

1)Температурное смещение обратного тока коллектора транзистора:

где T0 - температура в абсолютной системе градусов Кельвина (T0 = 293 0К).

2)Температурное смещение напряжения базы находится по формуле:

где г = (1,6 - 2,1) - коэффициент температурного смещения, мВ/К.

3)Температурное смещение прямого тока коллектора рассчитывается по формуле:

4)Сопротивление резистора в эмиттерной цепи:

Пусть R5 = 120 ± 0.5% Ом.

5)Общее сопротивление смещения рассчитывается по формуле:



6)Сопротивление базового смещения транзистора VT1 находится по формуле:

Сопротивление R3 = 1.8 ± 0.5% кОм

7)Сопротивление базового смещения транзистора VT2 рассчитывается по формуле:

Сопротивление R2 = 15 ± 0.5% кОм

8)Гасящее сопротивление находится из формулы:

Сопротивление R1 = 18 ± 0.5% кОм

9)Сопротивление фильтра рассчитывается по формуле:

Сопротивление R4= 270 ± 0.5% Ом

10)Емкость блокировочных конденсаторов рассчитывается по формуле:



Пусть

2.5 Y-параметры для каскодного включения транзисторов

- параметры для каскодного включения транзисторов:

2.6 Расчёт режима усиления буферного усилителя

Расчёт начинается с выбора согласующего устройства в качестве высокочастотной нагрузки каскада в виде последовательного колебательного контура, представленного на рисунке 3.2. Значения сопротивлений R1 и R2 равны соответственно выходному сопротивлению буферного усилителя и входному сопротивлению предоконечного каскада.



Рисунок 3.2 - Схема межкаскадного согласующего устройства

1)Устойчивый коэффициент усиления усилителя находится по формуле:

Пусть

2)Эквивалентная проводимость нагрузки буферного усилителя рассчитывается по формуле:

3)Сопротивление R1:

Пусть R1=330± 5% Ом.

4)Эквивалентная добротность:

где R2 = 4.526 Ом - входное сопротивление транзистора ПОК.

Пусть Q=10.

5)Индуктивность контура находится по формуле:

6)Ёмкости:

Пусть С1=5,1± 5% пФ.

Пусть C2 = 22 ± 5% пФ.

7)Входное сопротивление буферного усилителя находится по формуле:

8)Предполагая, что с автогенератора на вход буферного усилителя поступает переменное напряжение с амплитудой не менее 0.5 В, то выходное напряжение можно вычислить с помощью формулы:

9)Выходная мощность буферного усилителя рассчитывается по формуле:

При корректном расчёте значение выходной мощности должно значительно превосходить входную мощность предоконечного каскада (ПОК), создавая запас:

то есть делается вывод о том, что расчеты корректны.

2.7 Расчет режима автогенератора

Автогенераторами (АГ) называются устройства, в которых энергия источников питания преобразуется в энергию высокочастотных колебаний без внешнего возбуждения. Автогенераторы являются первичными источниками колебаний, частота и амплитуда которых определяются только собственными параметрами схемы и должны в очень малой степени зависеть от внешних условий. В состав автогенератора входят активный элемент (АЭ) и колебательная система (КС). Активный элемент управляет поступлением порций энергии источника питания в колебательную систему для поддержания амплитуды колебаний на определенном уровне. Колебательная система задает частоту колебаний, близкую к одной из ее собственных частот.

Автогенераторы применяются в качестве задающих генераторов, входящих в состав возбудителей передающих устройств, а также гетеродинов приемников. Выходная мощность АГ играет роль только в однокаскадных передатчиках. В многокаскадных передатчиках основные требования предъявляются к стабильности частоты АГ, которую невозможно улучшить в последующих каскадах.

Расчет режима АГ делится на четыре части: расчет режима постоянного тока, энергетический расчет, расчет колебательной системы и расчет режима частотной модуляции полезным сигналом. При расчете гетеродина приемника расчет режима частотной модуляции не производится.

Схема автогенератора, работающего в режиме частотной модуляции полезным сигналом и сигналом автоподстройки частоты от синтезатора, представлена на рисунке 4.1. В основе АГ заложена схема трехточечного генератора Клаппа с колебательным контуром третьего вида. Все автогенераторы в проекте выполняются на транзисторе ГТ311Е. Рабочая частота АГ определяется вариантом задания. В качестве шины питания в схеме предлагается использовать шину c напряжением Eк02 = +12 В для питания всех делителей напряжения, а для коллектора активного элемента напряжение Ек01 от этой шины подается через ограничивающее сопротивление Rогр.

Рисунок 4.1 - Схема автогенератора

2.8 Расчет режима по постоянному току

Порядок расчета следующий.

1) Температурное изменение обратного тока коллектора:

2) Тепловое смещение напряжения базы:

3) Температурное изменение прямого тока коллектора:

4) Сопротивление резистора в эмиттерной цепи:

где r11 = 1/g11э=76,923 Ом - активная часть входного сопротивления транзистора.

Сопротивление Rэ = 180 ± 0.5% Ом.

5) Напряжение коллекторного питания

6) Сопротивления делителя напряжения:

Сопротивление Rэ = 20 ± 0.5% кОм.

Сопротивление Rэ = 1,6 ± 0.5% кОм.

7) Блокировочная емкость:

ПустьCэ = 270 ± 5% пФ.

8) Ограничивающее сопротивление в цепи питания коллектора

Сопротивление Rогр = 1,2 ± 0.5% кОм.

2.9 Энергетический расчет автогенератора

Энергетический расчет начинается с выбора угла отсечки коллекторного тока , который для автогенераторов выбирается в пределах 60 - 90.

1)Пусть = 70, тогда в соответствии с таблицей коэффициентовА. И. Берга можно установить следующие значения:

2) Амплитуда импульса коллекторного тока, соответствующего напряжению Uк0 = 5 В и току Iк0 = 5 мА:

3) Коэффициент положительной обратной связи:

4) Рассчитываются энергетические параметры для статической крутизны S = 0,1 См транзистора ГТ311Е при Uк0 = 5 B:

а) напряжение возбуждения

б) переменное напряжение «коллектор - эмиттер»:

в) напряжение базового смещения:

г) мощность, отдаваемая в нагрузку:

д) мощность, потребляемая от источника питания:

е) КПД автогенератора

ж) мощность, рассеиваемая коллектором,

з) эквивалентное сопротивление генератора

2.10 Расчет колебательного контура

Перед началом расчета колебательного контура, представленного нарисунке4.2, необходимозадать его основные параметры. Для лучшей стабильности частоты целесообразно выбиратьконтур с высокой добротностью() и большим характеристическим сопротивлением с.Кроме того, рекомендуется выбрать реактивное сопротивление емкости С2 в пределах() Ом. Обычно на частотах до 150 МГц удается реализовать указанную добротность и с = 200 - 400Ом. Установим Qх.х = 80; с = 350 Ом, аХ2 = 8 Ом. Произведем расчет параметров контура в следующем порядке.

1) Емкость:

Пусть C2 = 130 ± 5% пФ.

2) Реактивное сопротивление емкости С1:

3) Емкость:

Пусть C1 = 9,1 ± 5% пФ.

Рисунок 4.2 - Колебательный контур трехточкиКлаппа

4) Коэффициент включения нагрузки со стороны емкости С1:

5) Сопротивление реактивности:

6) Индуктивность L3 определяется из характеристического сопротивления колебательного контура:

7) Реактивное сопротивление емкости С3:

8) Емкость:

Пусть C3 = 4,7 ± 5% пФ.

9) Проводимость нагрузки автогенератора Gн обусловливается входным сопротивлением буферного усилителя, но оптимальное значение этой проводимости, гарантирующее максимум подводимой к нагрузке мощности, определяется эквивалентным сопротивлением генератора Rэкв, собственным сопротивлением колебательного контура Gк, а также суммарной активной межэлектродной проводимостью транзистора Gк-э-б, распределенной между реактивностями контура. Все эти проводимости определяются в следующем порядке:

а) собственная проводимость контура:

б) оптимальная проводимость нагрузки автогенератора:

10) Мощность автогенератора, подводимая к оптимальной нагрузке:

11) Оптимальное сопротивление нагрузки:

2.11 Расчет режима частотной модуляции

В проекте должен быть реализован прямой метод получения частотной модуляции сигнала автогенератора путем включения в его колебательный контур нелинейной емкости VD1 (VD2) варикапа (КВ123), как показано на рисунке 4.1. На катод варикапа подведено напряжение обратного смещения Uв0 с делителя R1, R2 (R3, R4), равное +4 B, а через разделительный конденсатор Ср1 и дроссель L1 (Cp2, L2) подается напряжение звуковой частоты с подмодулятора передатчика. Второй варикап VD2 смещается сигналом автоподстройки частоты с синтезатора. Эквивалентная схема контура автогенератора совместно с емкостью варикапа приведена на рисунке 4.3. Выбранный тип варикапа КВ123 при напряжении смещения Uв0 обеспечивает постоянные емкость Св0 ? 17 пФ и нелинейные искажения Кг = 0,05 (5 %) при коэффициенте нелинейности вольт-фарадной характеристики (ВФХ) н = 0,5

Расчет основных параметров модуляционного режима может быть выполнен в следующем порядке.

1) Амплитуда модулирующего напряжения:

2) Диапазон изменения емкости варикапа:

Рисунок 4.3 - Часть схемы контура с варикапом

3) Высокочастотная составляющая напряжения на варикапе:

4) Коэффициент включения варикапа:

5) Коэффициент вклада варикапа в суммарную емкость:

6) Максимальная девиация частоты модулятора

7) Емкость связи варикапа с контуром:

8) Откорректированная емкость контура за счет режима частотной
модуляции:

3. Принципиальная схема передающей части канала

Общий вид принципиальной схемы передающей части приведен на рисунке 5.1. Частотный модулятор и синтезатор частоты подробно не рассмотрены и вставлены в схему в виде законченных функциональных блоков.

Заключение

В соответствии с целью данного проекта был проведен расчет основных параметров радиоканала и расчете радиопередающей части радиоканала. Пояснительная записка содержит проект радиоканала в соответствии с выданным вариантом. По данному проекту был произведен выбор структурной схемы, выбрана и обоснована функциональная схема канала радиосвязи. Были проведены предварительные расчеты основных параметров передающей части канала и основных параметров приемной части канала. Также рассчитаны режимы узлов и проведена разработка принципиальных схем передающей части канала радиосвязи.

В заключение по результатам проектирования была составлена принципиальная схема радиопередающего устройства, рассчитанного в проекте.

В ходе выполнения расчетно-пояснительной записки были рассчитаны элементы предоконечного и оконечного каскадов, буферного усилителя и автогенератора. Также был рассчитан режим частотной модуляции в ГУН. Разработана общая принципиальная схема передатчика.

При выполнении расчетно-пояснительной записки были использованы текстовый редактор MicrosoftWord 2007, графический редактор Visio 2007, математический пакет Mathcadv.14.

Библиографический список

радиочастота транзистор усилитель

1. Проектирование каналов радиосвязи. Часть 1: Методические указания к курсовому проектированию / В.М. Рогилев, Г.А. Кузьменко, С.С. Лутченко; Омский государственный университет путей сообщения. Омск, 2005. 25с.

2. Проектирование каналов радиосвязи. Часть 2: Методические указания к курсовому проектированию / В.М. Рогилев, Г.А. Кузьменко, С.С. Лутченко; Омский государственный университет путей сообщения. Омск, 2005. 54с

3. Каналообразующие устройства железнодорожной телемеханики и связи / Г. В. Горелов, А. А. Волков, В. И. Шелухин. Москва, 1994. 240 с.

4. Телекоммуникационные технологии на железнодорожном транспорте / Г. В. Горелов,В. А. Кудряшов, В. В. Шмытинский и др.; под ред. Г. В. Горелова. Москва, 1999. 577 с.

Размещено на Allbest.ru