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. (Еп-Еб)/Rкэ=Iб0+Еб/Rд Rкэ=Rд(Еп-Еб)/(Iб0Rд+Еб)= =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, С1-С6 - фильтр нижних частот;
Lтр, Стр -трансформатор сопротивлений;
Lком - компенсирующая катушка индуктивности;
Ср1, Ср2 - развязывают каскады по постоянному току, 1/(2?fCбл1)<<Rкэ, Cбл1=Сбл2=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 24.04.2009Обоснование 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 14.04.2011Методика 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 24.04.2009Параметры 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 26.01.2009Порядок 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 03.01.2010Разработка 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 17.07.2010Порядок 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 24.04.2009Сущность и назначение радиопередающего устройства, порядок составления и расчета его структурной схемы. Расчет режима оконечного каскада и основных параметров антенны. Методика конструктивного расчета катушек индуктивности оконечного каскада передатчика.
курсовая работа [235,2 K], добавлен 24.04.2009Расчет цепей смещения и питания транзистора. Выбор радиодеталей для цепей связи, фильтрации, питания для схемы оконечного каскада. Расчет принципиальной схемы передатчика. Электрический расчет генератора, управляемого напряжением с частотной модуляцией.
курсовая работа [461,5 K], добавлен 04.11.2014Разработка варианта структурной схемы передатчика низовой радиосвязи и его отдельных принципиальных узлов. Электрический расчет выходного каскада, согласующей цепи, умножителя частоты, опорного генератора, частотного модулятора и штыревой антенны.
курсовая работа [981,1 K], добавлен 16.11.2011
