Каналообразующие устройства

Размещено на http://www.allbest.ru/

Каналообразующие устройства

1. Описание работы синтезатора частот

Функциональная схема синтезатора частот:

Принцип работы синтезатора можно представить следующим образом. ГУН представляет собой обычный LC - автогенератор, в котором емкость контура, определяющего частоту генерации, представлена варикапом. Емкость варикапа, как известно, зависит от напряжения на его электродах.

Опорный генератор выполняется виде кварцевого автогенератора как правило по схеме емкостной трехточки. Остальная часть схемы может рассматриваться как кольцо фазовой автоподстройки (ФАПЧ). Отличием от стандартной схемы ФАПЧ является наличие частотного детектора в этом кольце автоподстройки.

Рассматриваемое устройство совмещает в себе аналоговые и цифровые элементы.

Источником выходного колебания с частотой f, является ГУН, кроме выхода, колебания с ГУН поступают на ДПКД, построенного на цифровой элементной базе, работающего по принципу счета импульсов. Там же в ДПКД происходит изменение (деление) частоты f/N, где N - коэффициент деления, устанавливаемый любому целочисленному значению в пределах от N₁ до N₂. Далее поток импульсов с частотой f/N и аналогичный поток с частотой опорного генератора f_o подается на ЧФД. С выхода ЧФД полученное напряжение подается на ГУН. Таким образом замыкается кольцо ФАПЧ, в результате работы которого устанавливается равенство

f/N=f₀ или f=Nf₀

Как видим данная система работает как умножитель частоты, частотный диапазон простирается от N₁f_o до N₂f_o, а шаг сетки частот равен f₀.

В проекте будем рассчитывать LC - автогенератор и один из элементов делителя частоты -синхронизируемый триггер с общим входом.

Для расчета автогенератора

Мощность Pаг Вт	0,1
Частота f МГц	310
Вид автогенератора	LC

Для расчета триггера

Максимальная частота переключения fmax, МГц	в задании А (310МГц)
Амплитуда выходного напряжения Um, В	2,3
Потребляемая мощность Р, Вт	0,25
Амплитуда запирающих импульсов Umax, В	0,5
Сопротивление источника, Ом	320

Расчет автогенератора.

Электрический расчёт автогенератора включает в себя энергетический расчёт и расчёт колебательной системы. Эта часть расчёта одинакова для всех схем автогенераторов. Исходными данными для расчёта на заданную мощность являются активная составляющая мощности генератора Pаг и частота колебаний f. Должны быть известны также статические характеристики транзистора.

Данные для расчёта автогенератора:

Мощность Pаг= 0,1 Вт

Частота f = 310 МГц;

вид автогенератора - LC.

Расчёт начинаем с выбора транзистора. Рабочая частота f должна выбираться в пределах (0,2 - 0,3) f_b, граничная частота, при которой модуль коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером равен 0,7.

Определяем рабочую частоту транзистора:

МГц (СВЧ)

Модуль коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером

|h₂₁|= 0,7

Выбираем транзистор: КТ 301

Параметры транзистора:

I_б= 85 мкА=85^. 10^-6А=0,000085А

P_Кдоп=100 мВт = 0,1 Вт

1. Выбор угла отсечки коллекторного тока q:

q = 80⁰.

2. Нахождение коэффициентов по таблице Берга:

a₀= 0,286

a₁= 0,472

cosq = 0,174

3. Выбор источника питания:

Так как выбранный транзистор является маломощным, следовательно источник питания должен иметь не большое напряжение.

Выбираем источник питания Eп= 3 В

4. Расчет коэффициента использования источника питания:

где Sкр - крутизна линии критического режима, выходных характеристик транзистора.

Рис. 1. Вsходная характеристика транзистора

x_кр близок к единице, следовательно, Eп выбрано верно.

5. Определение амплитуды напряжения на нагрузке коллекторной цепи:

6. Определение амплитуды первой гармоники тока коллектора:

, А

7. Определение модуля эквивалентного сопротивления нагрузки генератора в критическом режиме:

, Ом

8. Определение амплитуды импульса тока коллектора:

, А

9. Расчет постоянной составляющей тока коллектора:

, А

10. Расчет мощности потребляемой от источника:

, Вт

11. Расчет мощности рассеиваемой на коллекторе:

P_к= P_n-P_аг= 0,198-0,1= 0,0198 Вт=19,8 мВт

P_Кдоп= 0,1 Вт=100 мВт

Pк< P_Кдоп, следовательно, транзистор выбран верно

12. Нахождение средней крутизны проходной характеристики транзистора:

13. Вычисление коэффициента положительной обратной связи (из условия баланса амплитуд):

где ЅZэ.крЅ- модуль сопротивления нагрузки (контура). Он равен резонансному сопротивлению конура Rк, которое определяется по формуле:

- волновое (характеристическое) сопротивление контура.

Из таблицы возьмем: Cк= 6^.10^-12 Ф

Для нахождения Lк воспользуемся формулой:

Гн=44 нГн

Выбираем: L= 45 нГн =45. 10^-9Гн

, Ом

, Ом

14. Определение значений емкостей C1, C2:

(по схеме автогенератора)

Воспользуемся формулой ёмкости контура Cк:

Задаемся одной из емкостей, примем C1= 120^.10^-12 Ф

, Ф

Выбираем: C₂= 6,5 пФ

15. Определение величины необходимого смещения для реализации данного режима транзистора:

Найдем амплитуду напряжения на базе транзистора:

, B

Воспользуемся известным выражением для угла отсечки:

Eб'= 0,7 В

,

16. Расчет элементов делителя R1 и R2:

Задаваясь величиной (R1+R2)= 10³ Ом можно определить ток делителя:

, A = 0,3 мА

Для проверки воспользуемся условием:

I_б= 85*10^-6 А

расчет выполнен верно.

Определим постоянный ток базы, возникающий вследствие нелинейного преобразования напряжения, воздействующего на переход база - эмиттер:

I_k0 = 0,06 А

А = 0,6мА

Теперь можно определить R2:

Ом

Согласно ГОСТ выбираем: R2= 3 кОм

R₁=10000 - R₂ = 10000 - 3000 = 7000 Ом = 7кОм

Выбираем: R1= 7 кОм

17. Вычисление емкости C3 из условия:

t = R₂C₃< Tк,

где - постоянная времени контура

Резонансную частоту можем определить из выражения:

рад/с

Добротность контура выбираем из справочника: Q= 100

, сек

Берем постоянную времени контура:

t = 10^-7 < Tк Ф

Согласно ГОСТ выбираем: C3= 3 нФ

18. Выбор индуктивности дросселя из соотношения:

Гн

Согласно ГОСТ выбираем: L_др= 2 мкГн

Спецификация
Название элемента	Параметры
Транзистор Т	КТ 301
Резистор R1	МЛТ0,5 7 кОм
Резистор R2	МЛТ0,5 3 кОм
Конденсатор C1	КСО 120 пФ
Конденсатор C2	КСО 6,5 пФ
Конденсатор C3	КСО 3 нФ
Катушка индуктивности L	ПЭВ2 0,14 35 45 нГн
Катушка индуктивности Lдр	ПЭВ2 0,14 35 2 мкГн

Рис. 2. Схема автогенератора с включением кварца в цепь обратной связи

2. Расчет насыщенного симметричного триггера

Дано по заданию:

Максимальная частота переключения fmax= 310 МГц

Амплитуда выходного напряжения Um= 2,3 В

Потребляемая мощность P= 0,25 Вт

Амплитуда запускающих импульсов Um вх= 0,5 В

Сопротивление источника Rи= 320 Ом

1. Выбор типа транзистора:

Критерием выбора служат соотношения:

Гц

Выбираем: f₂= 1600 МГц

Допустимое коллекторное напряжение: Uкэ.доп(3В)і Um (1,5В)

Um= 1,5 В

Исходя из этих данных выбираем транзистор: КТ 301

Его параметры:

Допустимое коллекторное напряжение Uкэ.доп= 3 В

Граничная частота f_b= 1550 МГц

Постоянный ток коллектора Iк₀ max= 10^-2 А

Ток насыщения коллектор-эмиттер Iкн= 10^-2 А

Максимальное значение статического коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ bmax= 60

Минимальное значение статического коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ bmin= 20

2. Определение ЭДС источника питания:

В

Согласно ГОСТ выбираем: Eк= 3 В

3. Определение напряжения смещения:

 В

4. Расчет сопротивления нагрузки Rк:

Ом

Iк₀ max= 10^-2 А

Ом

Таким образом выбираем:

Rк= 140 Ом

5. Нахождение значений резисторов R1 и R2:

Ом

Согласно ГОСТ выбираем: R2= 60 Ом

Коэффициент насыщения транзистора S= 1,3 выбираем из справочника.

bmin= 20 (см. пункт 1)

Ом

Согласно ГОСТ выбираем: R1=130 Ом

6. Определение значения ускоряющей емкости:

Ф

Согласно ГОСТ выбираем: C1= 3 пФ

7. Определение амплитуд выходного напряжения:

8. Выбор коммутирующих диодов Д1 и Д2:

Выбираем диоды: КД 407

Параметры диода:

Динамическое (дифференциальное) сопротивление примем равное

Rд= 1 Ом

9. Определение длительности запускающих импульсов:

S= 1,3 (см. пункт 5)

bmax= 60 (см. пункт 1)

bmin= 20 (см. пункт 1)

Запирающий ток транзистора:

А

Выбираю Iбз= 0,1 А

с

Выбираем t_и.вх= 7 нс

10. Определение разрешающего времени триггера:

с

11. Определение емкости разделительного конденсатора:

Входное сопротивление r_вх транзистора определим по семейству входных характеристик:

Рис. 3

Ом

Ф

Выбираем Cр= 2 пФ

12. Выбор напряжения E, предотвращающего открывание транзисторов Д1 и Д2:

ЅEЅ>ЅUm.вхЅ

Um.вх= 0,5 В (см. пункт 1)

Выбираем E= 1В

13. Выбор значения сопротивления R3:

Ом

Выбираем R₃= 1100 Ом = 1,1 кОм



Рис. 4

Рис. 5

Принципы работы триггера.

Для подачи напряжения смещения используется дополнительный источник Еб. Как видно из схемы, триггер представляет собой двух каскадный усилитель, выход которого замкнут на вход (перекрестная положительная обратная связь). Транзисторы в схеме триггера работают в ключевом режиме. Временные диаграммы, поясняющие работу триггера, изображены на рис. 5. Триггер имеет два состояния устойчивого равновесия: транзистор Т1 заперт, а транзистор Т₂ - насыщен или транзистор Т1 насыщен, а транзистор Т₂ - заперт. Одно из таких состояний (причем заранее неизвестно, какое из них) устанавливается самопроизвольно после соединения схемы с источником питания Е_к. Предположим, что в исходном состоянии транзистор Т₂ заперт. Тогда на его коллекторе будет положительный потенциал, близкий по значению к Е_к. Этот потенциал через сопротивление обратной связи R прикладывается к базе транзистора Т1, обеспечивая его насыщение.

Поскольку потенциал коллектора насыщенного транзистора U_кэ близок к нулю, то на базу транзистора T2 от источника смещения Е_б подается отрицательное напряжение, надежно удерживающее транзистор T2 в закрытом состоянии. Такое состояние триггера при отсутствии на его входе управляющих импульсов является устойчивым.

При поступлении на общий вход схемы в момент времени t1 импульса отрицательной полярности малой длительности состояние запертого транзистора Т₂ не изменится, однако транзистор Т1 выйдет из состояния насыщения (рабочая точка транзистора переходит из области насыщения на границу с активной областью) и восстановятся его усилительные свойства. При этом коллекторный ток I_К1 уменьшается, а напряжение на коллекторе повышается. Положительное приращение коллекторного напряжения передается на базу транзистора Т₂. Когда это приращение напряжения компенсирует напряжение смещения на базе транзистора Т₂, последний выходит из запертого состояния и его усилительные свойства восстанавливаются. С этого момента, когда выполняются условия самовозбуждения и начинается процесс опрокидывания триггера.

При этом дальнейшее уменьшение тока I_K1 приводит к увеличению приращения положительного напряжения на коллекторе Т1, которое передается на базу транзистора T2, вызывая его форсированное отпирание. Ток I_К2 увеличивается, а напряжение на коллекторе транзистора Т₂ снижается. Это приращение отрицательного потенциала передается на базу транзистора Т1, запирая его в еще большей степени. Происходит дальнейшее уменьшение коллекторного тока I_K1 и т.д.

Заканчивается процесс опрокидывания запиранием транзистора Т1 (U_K = U_Bblx1 «Е_к), отпиранием транзистора T2 (U_K= Uвых2= Uкэ нас) и прекращением действия положительной обратной связи. Триггер переходит во второе состояние устойчивого равновесия.

При подаче на вход триггера следующего запускающего импульса (момент времени t2) триггер перебрасывается в первоначальное состояние (первое состояние устойчивого равновесия). При этом в нем протекает регенеративный процесс, аналогичный описанному ранее.

Таким образом, регенеративный процесс опрокидывания схемы происходит в моменты поступления на вход запускающих импульсов. В остальное время схема находится в состоянии устойчивого равновесия. Как видно из временных диаграмм, после подачи на вход триггера четырех импульсов на коллекторе любого из транзисторов (оба выхода - прямой и инверсный - равноценны) получаются два импульса. Следовательно, триггер, формируя выходные импульсы прямоугольной формы, делит количество импульсов на два, что обусловило широкое применение его в качестве делителя частоты.

Спецификация

Название элемента	Параметры
Транзисторы Т1, Т2	КТ 301
Диоды Д1, Д2, Д3	КД 407
Резистор R1	МОН-1 130 Ом
Резистор R2	МУН-1 60 Ом
Резистор R3	МЛТ0,5 1100 Ом (1,1кОм)
Резистор Rк	МЛТ0,5 140 Ом
Резистор Rи	МЛТ0,5 320 Ом
Конденсатор C1	КСО 3 пФ
Конденсатор Cр	КСО 2 пФ

Заключение

каналообразующий синтезатор транзистор триггер

В данном курсовом проекте мы произвели расчет двух элементов синтезатора частот: LC - автогенератора, построенного по схеме емкостной трехточки и синхронного триггера (на биполярных транзисторах) построенного по типовой схеме мультивибратора с дополнительным питанием смещения на базах и входом синхронизации.

Полученные элементы синтезатора частот удовлетворяют современным требованиям, предъявляемым к возбудителям передатчиков, а также познакомились с принципом работы и областью применения синтезаторов частот.

Список литературы

1. Горелов В.А., Волков П.И. «Каналообразующие устройства ж.д. телемеханики и связи» 1986 г.

2. Шапиро Д. «Основы теории синтеза частот» 1981 г.

3. Перельман П.А. «Транзисторы широкого применения» 1987 г.

4. Рыжков А.В., Попов В.Н. «Синтезаторы частот в технике радиосвязи» - М: Радио и связь, 1991 г.

5. Шахгильдян В.В. «Проектирование радиопередатчиков» 2000 г.

6. Браммер Ю.А. Пащук И.Н. Учебник «Импульсные и цифровые устройства» Высшая школа 7-е изд. 2003 г.

Размещено на Allbest.ru