Оконечный каскад однополосного связного передатчика

Расчет оконечного каскада передатчика и цепи согласования с антенной. Составление структурной схемы РПУ. Выбор структурной схемы передатчика и транзистора для выходной ступени передатчика. Расчет коллекторной и базовой цепи, антенны, параметров катушек.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 24.04.2009
Размер файла 92,6 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

2

Уральский Государственный Технический Университет

Радиотехнический факультет

Кафедра Радиопередающих устройств

"Устройства формирования и генерирования сигналов"

"Оконечный каскад однополосного связного передатчика"

Екатеринбург 2004

Задание

Составить структурную схему однополосного связного передатчика, рассчитать режим оконечной ступени со следующими параметрами:

· Диапазон рабочих частот 1,8-3,0 МГц;

· Мощность 6,0 Вт;

· Антенна провод длиной 20 м;

· Подавление внеполосных излучений 40 дБ;

· Питание от аккумуляторов устройство 12 В.

Рассчитать согласующее устройство оконечной ступени и пояснить назначение всех элементов схемы.

Содержание

  • Введение 4
  • Расчетная часть 5
    • 1.1 Выбор и обоснование структурной схемы передатчика 5
    • 1.2 Выбор транзистора для выходной ступени передатчика 5
    • 2. Расчет режима оконечной ступени 8
      • 2.1 Расчет коллекторной цепи 8
      • 2.2 Расчет базовой цепи 10
    • 1.3 Расчет антенны 13
    • 1.4 Расчет согласующей цепи оконечной ступени с антенной 13
    • 1.5 Конструктивный расчет параметров катушек 14
  • Назначение элементов схемы 19
  • Заключение 21

Введение

Радиопередающее устройство (РПУ) - необходимый элемент любой системы передачи информации по радио - будь то система радиосвязи, навигационная или телеметрическая системы. Параметры радиопередатчиков разнообразны и определяются конкретными техническими требованиями к системе передачи данных. РПУ представляет собой достаточно сложную систему, в состав которой входит высокочастотный тракт, модулятор для управления колебаниями высокой частоты в соответствии с передаваемой информацией, источники питания, устройства охлаждения и защиты. Связные коротковолновые (f=1,5-30 МГц) передатчики работают в режиме однополосной модуляции и используются для звуковой связи.

Расчетная часть

1.1 Выбор и обоснование структурной схемы передатчика

УНЧ - усилитель низкой частоты;

ОМ - однополосный модулятор (в который входит амплитудный модулятор и фильтр, выделяющий одну из боковых);

ПЧ - преобразователь частоты однополосно-модулированных колебаний;

Ф - фильтр для подавления побочных продуктов при преобразовании частоты;

Синт - источник необходимых поднесущих колебаний;

СЦ - согласующая цепь.

Сигнал с микрофона через предварительный усилитель низкой частоты попадает в однополосный модулятор, где сигнал модулирует некоторую промежуточную частоту (например, f1=128 кГц). Затем однополосный модулированный сигнал подается на преобразователь частоты и переносится на частоту f2, которую можно менять в некотором диапазоне. Затем однополосно-модулированный сигнал подается на оконечный усилитель и через согласующую цепь на антенну.

1.2 Выбор транзистора для выходной ступени передатчика

Мощность в фидере связного КВ передатчика, работающего в диапазоне 1,8-3,0 МГц равна 6,0 Вт. Т.к. между фидерным разъемом коллекторной цепью транзистора стоит цепь связи, на сопротивлениях потерь элементов цепи связи бесполезно теряется часть колебательной мощности, генерируемой транзистором. В зависимости от схемы цепи согласования, мощности и рабочей частоты передатчика величина КПД цепи связи ЦС = 0,7…0,9. Примем величину ЦС = 0,7. Мощность, на которую следует рассчитывать ГВВ, равна: Р1 = РФ/ЦС = 6 / 0,7 = 8,57 Вт.

Справочная величина мощности, отдаваемой транзистором, должна быть не менее 12 Вт.

В однополосных связных передатчиках используются биполярные транзисторы коротковолнового диапазона (1,5-30 МГц) с линейными проходными характеристиками. По диапазону частот и по заданной мощности можно выделить следующие транзисторы 2T951Б, 2Т955А, 2Т921А. 2Т951Б, 2Т955А.

При одинаковой выходной мощности ГВВ на этих приборах будут иметь разный КПД и коэффициент усиления по мощности. Из группы транзисторов нужно выбрать тот, который обеспечивает наилучшие электрические характеристики усилителя мощности.

Коэффициент полезного действия каскада связан с величиной сопротивления насыщения транзистора - r НАС. Чем меньше его величина, тем меньше остаточное напряжение в граничном режиме и выше КПД генератора.

Коэффициент усиления по мощности КР зависит от ряда параметров транзистора - коэффициента передачи тока базы О, частоты единичного усиления

f T и величины индуктивности эмиттерного вывода LЭ. При прочих равных условиях КР будет тем больше, чем выше значение О, f T и меньше LЭ.

Из приведенных транзисторов минимальный rНАС у транзистора 2Т951Б.

rНАС=2,4 Ом;

rэ=0 Ом;

rб=3 Ом;

?0=32;

fт=194 МГц;

Ск=65 пФ;

Сэ=600 пФ;

Lэ=3,8 нГн;

Uкэ.доп=60 В;

Uбэ.доп=4 В;

Iк0=3 А;

Eотс=0,7В;

Диапазон рабочих частот - 1.5..30МГц;

PН=20 Вт;

Режим работы - линейный, <-30дБ.

2. Расчет режима оконечной ступени

2.1 Расчет коллекторной цепи

Определим коэффициент использования выходного напряжения (Uвых).

Возьмем угол отсечки () равным 900, что обеспечит лучшую линейность амплитудных характеристик усилителя, тогда 1() = 0,5; при Ек=12В, ?гр получается комплексным, чтобы этого избежать увеличим Ек.

При Ек=28В ?гр получается равным 0,881, что обеспечивает приемлемый КПД.

Определим амплитуду напряжения между коллектором и эмиттером в граничном режиме:

Uкгр = Ек·гр;

Uкгр = 28В·0,881 = 24,664 В.

Найдем первую гармонику тока коллектора:

Определим постоянную составляющую коллекторного тока:

Определим подводимую мощность P0.

P0 = Eк·Iк0,

P0 = 28·0,443 12,417 Вт < Pдоп = 1/2Uкэдоп ·Iк0доп = 0,5*36В*8А = 144 Вт.

Определим мощность, рассеиваемую в виде тепла:

Pк1 = P0 - P1,

Pк1 = 12,417 - 8,57 = 3,845 Вт.

Определим коэффициент полезного действия ().

Определим сопротивление коллектора (Rк)

2.2 Расчет базовой цепи

Рассчитаем амплитуду тока базы:

где = 1 + 1() 2fТCкRк

= 1 + 0,5·2·3,14·100·106·65·10-12·35,484 2,15

Постоянные составляющие базового и эмиттерного токов:

Iб0 = I к0/ 0

Iб0 = 0,934/26 = 0,014А;

Iэ0 = Iк0 + Iб0

Iэ0 = 0,443 + 0,014 = 0,475А.

Максимальное обратное напряжение на эмиттерном переходе, для того чтобы Uбэ мах было меньше с Uбэ доп Rд (сопротивление резистора, включенного по РЧ между базой и эмиттером) должно быть 8 Ом, но Rд>>r?=0.034 Ом:

Напряжение смещения на эмиттерном переходе:

Для того чтобы не вводить отдельный источник питания для подачи отрицательного смещения, можно использовать схему с автосмещением. Если взять напряжение смещения по постоянному току 0,7В, то Rсм=2,8 Ом; Ссм=8,8 мкФ (XCсм на частоте 1,8 МГц должно быть много меньше Rсм). Uост=28В_24,664В=3,336В => R3=(Uост/Iк0) - Rсм=4,73 Ом.

Rкэ вычисляем зная Iб0, Eп и Rд. (Епб)/Rкэ=Iб0б/Rд Rкэ=Rдпб)/(Iб0Rдб)= =268,966 Ом.

Рассчитаем элементы схемы:

LвхОЭ = 3,8·10-9 + 3,8·10-9/2,15+5·10-9 10,567 нГн;

Входное сопротивление транзистора (Zвх = rвх + jXвх):

?=0,1; ?1=0,93; ?2=0,68.

Входная мощность:

Коэффициент усиления по мощности транзистора:

kp = P1/Pвх; kp1 = 8,57/0,832=10,306; kp2 = 8,57/0,924=9,276.

1.3 Расчет антенны

?1=с/f1=3·108м/с / 1,8·106с-1=166,67 м.

?2=с/f2=3·108м/с / 3·106с-1=100 м.

1. Из конструктивных соображений выберем для антенны провод сечением 2 мм2, соответственно радиус провода - 0,798 мм.

2. Длина антенны значительно меньше длины рабочей волны , тогда волновое сопротивление антенны рассчитываем по формуле:

Ом

3. Найдем входное сопротивление:

1.4 Расчет согласующей цепи оконечной ступени с антенной

Согласующая цепь должна включать в себя:

· фильтр нижних частот, обеспечивающий затухание 40 дБ на частоте равной 2•fн, и 0дБ на частоте fв, тогда будет обеспечено заданное подавление внеполосных излучений на всем рабочем диапазоне. Входное и выходное сопротивления равны Rк=35,48 Ом.

· перестраиваемый трансформатор сопротивлений, обеспечивающий преобразование выходного сопротивления оконечного усилительного каскада к активному сопротивлению антенны.

· перестраиваемое устройство, компенсирующее реактивную составляющую входного сопротивления антенны.

Фильтр нижних частот, удовлетворяющий выше указанным условиям, выбираем при помощи программы RFSim и трансформатор сопротивлений.

Т.к. реактивная составляющая входного сопротивления антенны меньше нуля, то антенну можно представить в виде последовательно соединенных конденсатора и резистора. Для компенсации реактивной составляющей входного сопротивления антенны, последовательно с антенной необходимо поставить катушку индуктивности такого же сопротивления (L=Xc/2?f). Соответственно, эта катушка должна быть перестраиваемой в пределах от 292/(2•3,14•1,8•106)=2,58•10-5 Гн до 89/(2•3,14•3•106)=4,72•10-6 Гн.

1.5 Конструктивный расчет параметров катушек

Порядок расчета.

1. Задаются отношением длины намотки катушки l к ее диаметру D (для катушек диаметром до 50 мм обычно берут l/D=0.5…0.8, а для больших катушек мощных каскадов l/D=1…2).

2. Диаметр провода катушки выбираем исходя из соображений ее допустимого нагрева:

где d - диаметр провода, [мм];

I - радиочастотный ток, [А];

?T - разность температур провода и окружающей среды, [К] (для катушек ГВВ принимают ?T=40…50 К);

f - частота тока, [МГц].

3. Выбирается шаг намотки (теоретические исследования и практика проектирования рекомендуют g=(1.3…1.5) d).

4. Число витков спирали катушки

,

где Lрасч - расчетное значение индуктивности, [Гн];

D - диаметр катушки, [мм];

F (l/D) - коэффициент формы катушки

Расчет.

Ток протекающий в катушке индуктивности Lбл1 это ток Iб0=0,014А, ток протекающий в катушке индуктивности Lбл2 это ток Iк0=0,443А, ток протекающий в катушках индуктивности фильтра, трансформатора сопротивлений и компенсирующей катушки будет не больше .

Соответственно, диаметры проводов катушек будут: 7,42 мкм; 0,235 мм 0,26 мм.

Расчет.

Блокировочные.

Катушка Lбл1=5 мГн; d=0,01 мм; Iб0=0,014А;

Внешний диаметр - 20,02 мм.

Внутренний диаметр - 20,01 мм.

Шаг между витками - 0,01 мм.

Длина катушки - 3,88 мм.

Длина провода - 24,39 м.

Количество слоев - 1.

Количество витков - 388.

Количество витков в слое - 388.

Количество витков в слое - 87.

Индуктивность - 4,993463 мГн.

Катушка Lбл2=5 мГн; d=0,25 мм; Iк0=0,443А;

Внешний диаметр - 23,5 мм

Внутренний диаметр - 21,75 мм

Шаг между витками - 1,75 мм

Длина катушки - 21,89 мм

Длина провода - 41,89 м

Количество слоев - 7

Количество витков - 613

Количество витков в слое - 87

Индуктивность - 5,002767 мГн.

Фильтр.

Катушка L1=0,491 мкГн; d=0,3 мм; Iб0=0,491А;

Внешний диаметр - 10,6 мм

Внутренний диаметр - 10,3 мм

Шаг между витками - 0,3 мм

Длина катушки - 1,5 мм

Длина провода - 0,16 м

Количество слоев - 1

Количество витков - 5

Количество витков в слое - 5

Индуктивность - 0,000441 мГн

Катушка L2=2,29 мкГн; d=0,3 мм; Iб0=0,491А;

Внешний диаметр - 10,6 мм

Внутренний диаметр - 10,3 мм

Шаг между витками - 0,3 мм

Длина катушки - 4,2 мм

Длина провода - 0,45 м

Количество слоев - 1

Количество витков - 14

Количество витков в слое - 14

Индуктивность - 0,00228 мГн

Катушка L3=3,48 мкГн; d=0,3 мм; Iб0=0,491А;

Внешний диаметр - 10,6 мм

Внутренний диаметр - 10,3 мм

Шаг между витками - 0,3 мм

Длина катушки - 5,7 мм

Длина провода - 0,61 м

Количество слоев - 1

Количество витков - 19

Количество витков в слое - 19

Индуктивность - 0,00354 мГн

Катушка L4=3,73 мкГн; d=0,3 мм; Iб0=0,491А;

Внешний диаметр - 10,6 мм

Внутренний диаметр - 10,3 мм

Шаг между витками - 0,3 мм

Длина катушки - 6 мм

Длина провода - 0,65 м

Количество слоев - 1

Количество витков - 20

Количество витков в слое - 20

Индуктивность - 0,0038 мГн

Катушка L5=2,99 мкГн; d=0,3 мм; Iб0=0,491А;

Внешний диаметр - 10,6 мм

Внутренний диаметр - 10,3 мм

Шаг между витками - 0,3 мм

Длина катушки - 5,1 мм

Длина провода - 0,55 м

Количество слоев - 1

Количество витков - 17

Количество витков в слое - 17

Индуктивность - 0,00303 мГн

Катушка L6=1,44 мкГн; d=0,3 мм; Iб0=0,491А;

Внешний диаметр - 10,6 мм

Внутренний диаметр - 10,3 мм

Шаг между витками - 0,3 мм

Длина катушки - 3 мм

Длина провода - 0,32 м

Количество слоев - 1

Количество витков - 10

Количество витков в слое - 10

Индуктивность - 0,00137 мГн

Трансформатор сопротивления(минимальное).

Катушка Lтр=0,935 мкГн; d=0,3 мм; Iб0=0,491А;

Внешний диаметр - 10,6 мм

Внутренний диаметр - 10,3 мм

Шаг между витками - 0,3 мм

Длина катушки - 2,4 мм

Длина провода - 0,26 м

Количество слоев - 1

Количество витков - 8

Количество витков в слое - 8

Индуктивность - 0,000963 мГн

Компенсирующая катушка индуктивности.

Катушка L6=4,72 мкГн; d=0,3 мм; Iб0=0,491А;

Внешний диаметр - 10,6 мм

Внутренний диаметр - 10,3 мм

Шаг между витками - 0,3 мм

Длина катушки - 6,9 мм

Длина провода - 0,74 м

Количество слоев - 1

Количество витков - 23

Количество витков в слое - 23

Индуктивность - 0,00460 мГн

Lбл1, Lдл2 - фильтрует ВЧ составляющую в цепи питания, 2?fLдл2, 2?fLдл1>>Rкэ,

Lбл1= Lбл2=5мГн,

L1-L6, С16 - фильтр нижних частот;

Lтр, Стр -трансформатор сопротивлений;

Lком - компенсирующая катушка индуктивности;

Ср1, Ср2 - развязывают каскады по постоянному току, 1/(2?fCбл1)<<Rкэ, Cбл1бл2=0,1 мкФ.

Rкэ и Rд - устанавливают напряжение смещения на эмиттерном переходе, Rкэ=269Ом, Rд=8 Ом.

Rсм и Сcм - цепь автосмещения, Rсм=2,8 Ом, Ссм=8,8 мкФ.

L1, L2, C1, C2 - трансформатор сопротивления и фильтр, отфильтровывающий высшие гармоники. С1=6,479 нФ, С2=23,92 нФ, L1=4,83 мкГн, L2=1,308 мкГн.

VT - транзистор, ответственный за управляемый перенос мощности источника питания в нагрузку.

Заключение

В результате выполнения данного курсового проекта был произведен расчет оконечного каскада передатчика и цепи согласования с антенной удовлетворяющий техническому заданию. Составлена структурная схема РПУ, соответствующая принципиальной схеме. Принципиальная схема приведена в приложении. Проведено пояснение назначения всех элементов схемы. Таким образом, задание и цели курсового проекта можно считать выполненными.


Подобные документы

  • Структурная схема передатчика. Краткое описание структурной схемы. Трактовка схемных решений для автогенератора. Подробное обоснование роли элементов схемы. Расчет режима оконечного каскада РПУ и коллекторной цепи выходного каскада. Параметры антенны.

    курсовая работа [104,4 K], добавлен 24.04.2009

  • Обоснование функциональной схемы передатчика. Расчет и определение транзистора для оконечной ступени передатчика. Расчет оконечного каскада, входного сопротивления антенны, цепи согласования. Определение коллекторной цепи генератора в критическом режиме.

    курсовая работа [129,0 K], добавлен 14.04.2011

  • Методика и основные этапы составления структурной схемы передатчика, порядок расчета режима оконечной ступени и штыревой антенны. Расчет согласующего устройства оконечной ступени с антенной. Описание назначения каждого элемента разработанной цепи.

    курсовая работа [66,9 K], добавлен 24.04.2009

  • Параметры расчета предварительного и оконечного каскадов передатчика на биполярных транзисторах. Расчёт оконечного каскада. Параметры транзистора 2Т903А. Результат расчёта входной цепи. Результаты расчёта коллекторной цепи. Расчёт предоконечного каскада.

    лабораторная работа [226,3 K], добавлен 26.01.2009

  • Порядок составления блок-схемы передатчика, работающего на 120 МГц. Выбор и обоснование транзистора для работы в выходном каскаде. Вычисление модулятора и коллекторной цепи. Расчет параметров возбудителя, умножителя цепи и предоконечного каскада.

    курсовая работа [810,5 K], добавлен 03.01.2010

  • Разработка структурной схемы передатчика с базовой модуляцией, числа каскадов усиления мощности, оконечного каскада, входной цепи транзистора, кварцевого автогенератора, эмиттерного повторителя. Эквивалентное входное сопротивление и емкость транзистора.

    курсовая работа [691,9 K], добавлен 17.07.2010

  • Порядок разработки однополосного связного передатчика, выбор и расчет его структурной схемы. Методика выбора схемы оконечного каскада. Определение элементов и их конструктивный расчет. Порядок и особенности построения коллекторной цепи, ее элементы.

    курсовая работа [2,5 M], добавлен 24.04.2009

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.