0,05

Максимальная температура корпуса, С^о

70

Максимальная рассеиваемая мощность, Вт

0,15

Электрические параметры и параметры эквивалентной схемы

Крутизна линии граничного режима, См

0,4

Частота, МГц

300,1000

Пороговое напряжение, В

0,3

Емкость коллектора, пФ

2

Емкость эмиттера, пФ

4

Распределенное сопротивление базы, Ом

60

Индуктивность выводов базы, нГн

10

Индуктивность выводов коллектора, нГн

10

Индуктивность выводов эмиттера, нГн

10

Проверим, можно ли пренебречь инерционностью этого транзистора в данных условиях. Для этого необходимо выполнение условия:

, (6.1)

где f - частота генерируемых колебаний, f_S - граничная частота транзистора по крутизне.

Граничная частота транзистора по крутизне определяется выражением:

(6.2)

где распределённое сопротивление базы r_Б,

а крутизна статической проходной характеристики S₀:

(6.3)

Подставляя рассчитанные величины в начальную формулу, получим:

. (6.4)

Таким образом, транзистор в данном случае можно считать безинерционным устройством.

6.2 Расчет автогенератора

Согласно методике [1], выбираем напряжение U_ко = 0,5 U_{кэ max} =12•0.5 = 6 B.

Задаемся углом отсечки который в автогенераторах обычно равен q--=--60..90⁰ Берем --q=70⁰, для этого угла g₁--=--0.288. g₁ = 1,73 cos?q= 0,342. По графикам рисунок 15 определим значения функций F_i, F_u, F_p;

Рисунок 15. - Графики функций F_i, F_u, F_p которые зависят только от

угла отсечки

Найдем значения коэффициентов обратной связи k_i - по току, k_u - по напряжению, k_p - по мощности рассеяния по формулам:

(6.5)

 (6.6)

(6.7)

Таким образом, в данном случае наиболее жесткое ограничение по k определяется допустимым током I_Кmax.

Выбираем k =0.025 < k_i = 0,027

Определяем первую гармонику тока коллектора:

(6.8)

Напряжение на коллекторной нагрузке автогенератора:

(6.9)

Сопротивление коллекторной нагрузки:

(6.10)

Проводимость:

(6.11)

Мощность отдаваемая цепью коллектора:

(6.12)

Чтобы обеспечить режим работы автогенератора, найдем величину коэффициента использования напряжения питания:

(6.13)

Напряжение питания:

(6.14)

выберем стандартное Е_К=12 В;

Напряжение возбуждения найдем как:

(6.15)

Входное сопротивление автогенератора:

(6.16)

Постоянная составляющая тока базы:

(6.17)

Смещение на базе:

(6.18)

6.3 Расчет элементов колебательного контура

Задаемся величинами и КПД контура , тогда - добротность нагруженного контура;

Коэффициент включения контура в коллекторную цепь:

(6.19)

Реактивное сопротивление между коллектором и эмиттером:

(6.20)

отсюда:

(6.21)

Из стандартного ряда выбираем С₄ = 2,2 нФ

Реактивное сопротивление между базой и эмиттером:

(6.22)

(6.23)

Из стандартного ряда выбираем С₅ = 91 нФ

Реактивное сопротивление между базой и коллектором:

(6.24)

 (6.25)

(6.26)

(6.27)

Для обеспечения возможности настройки контура автогенератора в качестве емкости С₆ используем подстроечный конденсатор, L₁ примем равной 10 мкГн.

Сопротивление R₃ входит в контур и поэтому шунтирует его, чтобы этого не происходило нужно взять его величину значительно большей, чем сопротивление коллекторной нагрузки, т.е. выбираем R₃ = 2,7 кОм.

Значения сопротивлений R₅, R₄ выберем исходя из следующего соображения:

Из стандартного ряда выбираем R₅ = R₄ =56 кОм

6.4 Расчет цепи автосмещения

Цепь автоматического смещения транзистора предназначена для поддержания транзистора в открытом состоянии при отсутствии колебаний. После самовозбуждения автогенератора напряжение смещения автоматически должно принять значение, которое соответствует режиму с рассчитанным ранее углом отсечки.

Величина сопротивления R1 определяется соотношением:

 (6.28)

(6.29)

Выбираем из ряда номинальных значений R₁ = 5,6 кОм, R₂ = 200 Ом.

Проверим невозможность прерывистой генерации. Для этого необходимо выполнение следующего условия:

(6.30)

Подставляя в (6.30) числовые значения, делаем вывод, что прерывистая генерация отсутствует: 1,76•10^-5 < 4,02•10^-4.

6.5 Выбор значений блокировочных элементов

Величины блокировочных ёмкостей С₃ выбираются из условия:

(6.31)

Выберем величину С₃ такой, что Х₃ = 0,01 X_L. Получаем:

(6.32)

Из ряда номинальных значений выбираем С₃ = 24 нФ.

Индуктивность L_БЛ предназначена для того, чтобы источник питания не шунтировал контур автогенератора. Её величина выбирается из условия:

 (6.33)

Пусть Х_{L БЛ} = 100 X_L. Вычисляя величину индуктивности L_БЛ, получаем:

(6.34)

Емкость С₈ включена для блокировки постоянной составляющей, имеющейся на выходе усилителя сигнала передаваемого сообщения. Ее величина выбирается из условия:

(6.35)

где Х_С8 - сопротивление ёмкости С₈ на нижней частоте модулирующего напряжения f_н, что для речевого сообщения составляет 250 Гц (по условию).

(6.36)

Из номинального ряда выбираем С₈ = 2,4 нФ.

6.6 Расчет частотного модулятора

Параметры сообщения:

(6.37)

где m - индекс модуляции,

f - девиация частоты на выходе передатчика, тогда

Ширина спектра радиочастот передаваемого сигнала:

(6.38)

Расчет частотного модулятора по сигналу ведем исходя из следующих величин:

- добротность нагруженного контура;

- напряжение питания;

- емкость контура автогенератора;

- амплитуда высокочастотного колебательного напряжения на контуре;

- коэффициент гармоник;

- показатель степени для “резкого” перехода.

Выбираем варикап 2В125Б, который имеет следующие параметры:

Относительная девиация частоты:

(6.39)

Напряжение смещения на варикапе , при этом емкость варикапа , а его добротность:

; (6.40)

Нормированная амплитуда модулирующего сигнала:

; (6.41)

Амплитуда модулирующего напряжения:

(6.42)

Коэффициент управления емкостью контура:

; (6.43)

Необходимое изменение емкости контура:

(6.44)

Выберем коэффициент схемы , тогда коэффициент включения варикапа в контур:

(6.45)

Емкость конденсатора связи:

; (6.46)

Из стандартного ряда выбираем С₇ = 1,5 пФ

Сопротивление делителя напряжения при токе :

(6.47)

Выбираем значения сопротивлений из расчета R₆ = 2R₇ тогда с учетом стандартного ряда : R₆ = 8,2 кОм, R₇ = 3,9 кОм

Необходимое изменение емкости варикапа в процессе модуляции:

(6.48)

Амплитуда высокочастотного напряжения на варикапе:

; (6.49)

Проверка режима работы варикапа:

; (6.50)

Для подстройки ГУНа системой ФАПЧ необходимо изменять емкость контура, для этого параллельно к емкости С₆ (главная составляющая общей емкости контура) через емкость связи С₂ подключен варикап VD2 (рисунок 14), элементы С₂ и VD2 рассчитываются вместе с системой ФАПЧ.

7. Расчет кварцевого автогенератора

7.1 Схема автогенератора

Схема автогенератора изображена на рисунке 16, рабочая частота автогенератора 3,375 МГц. В качестве активного элемента в схеме автогенератора будет применен биполярный транзистор ГТ311, т.к. он обеспечивает требуемую выходную мощность и может работать на рассчитываемой частоте. (Параметры транзистора приведены в П5):

Рисунок 16. - Кварцевый автогенератор

Автогенератор [1] представляет собой емкостную трехточку, которая образована кварцевым резонатором ZQ, выполняющим роль индуктивности, и конденсаторами С₁ и С₂. Резисторы R₁, R₂, R₃, R₄ обеспечивают внешнее и автоматическое смещение для транзистора. Конденсатор С₃ служит для блокировки резистора R₃ на рабочей частоте, что исключает отрицательную обратную связь. Дроссель L₁ включен для того, чтобы не зашунтировать трехточку через источник питания E_к.

Задаемся следующими параметрами:

· Мощность в нагрузке Р_н =0,1 мВт,

· частота резонанса f = 3,375 МГц,

· ток i_км = 10 мА,

· коэффициент а = 0,1 - оценивает степень связи колебательной системы с нагрузкой,

Найдем мощность рассеиваемую на кварце:

(7.1)

Мощность отдаваемая транзистором:

(7.2)

Найдем значения аппроксимированных параметров:

(7.3)

(7.4)

(7.5)

(7.6)

Нормированная частота колебаний:

(7.7)

7.2 Расчет параметров колебательной системы

Для кварцевого резонатора:

Примем отношение емкостей:

(7.8)

Крутизна коллекторного тока, усредненная за период колебаний:

(7.9)

Найдем номинал емкости С_1Э - коллекторной нагрузки транзистора:

(7.10)

=1.74 нФ

тогда С₂ найдем из соотношения (7.8):

(7.11)

из стандартного ряда выбираем С₂ = 6,2 нФ

Найдем значения комплексных сопротивлений:

(7.12)

(7.13)

Для расчета емкости С₁ при известном значении С_1Э требуется выбрать индуктивность L₁ из условия:

(7.14)

тогда, (7.15)

теперь из формулы (7.14) найдем индуктивность L₁

(7.16)

Из стандартного ряда выбираем С1= С3 =С4 = 3,6 нФ, индуктивность L1= 1,3 мкГн.

7.3 Режимные параметры активного элемента

Гармонические составляющие тока коллектора:

(7.17)

(7.18)

Амплитуда напряжения на базе:

(7.19)

Амплитуда напряжения на коллекторе:

(7.20)

где: (7.21)

Найдем мощность подводимую к коллекторной цепи:

(7.22)

Мощность рассеиваемая на коллекторе:

(7.23)

Постоянная составляющая тока базы:

(7.24)

Смещение на базе:

(7.25)

7.4 Расчет по постоянному току

С ростом сопротивления автосмещения R₃ его стабилизирующее действие увеличивается, а энергетические показатели ухудшаются. В качестве компромиссного решения рекомендуется выбирать R₃=100…500 Ом.

Выбираем R₃ = 300 Ом.

Сопротивление R₄ определим из соотношения:

(7.26)

Напряжения источников питания цепи коллектора и базы найдем по формулам (7.27), и (7.28):

(7.27)

(7.28)

Принимаем ток через делитель I_д = 5I_Б = 0,22 мА

Сопротивления делителя в цепи питания:

(7.29)

(7.30)

Из стандартного ряда выбираем R₁ = 27 кОм, R₂ = 4,7 кОм.

Вывод

На сегодняшний день все вопросы, касающиеся радиосвязи и средств ее непосредственного обеспечения очень актуальны, тем боле, что радиосвязь с каждым днём всё глубже проникает во все сферы деятельность человека, и позволяет оперативно передавать информацию от абонента к абоненту, практически мгновенно, минуя огромные расстояния.

Обслуживание уже существующих средств обеспечения радиосвязи и разработка новых лежат на плечах радиоинженеров всего мира, тем более что с каждым днём всё острее идёт борьба за освоение новых диапазонов рабочих частот и методов кодирования (сжатия) и декодирования информации в реальном масштабе времени при передаче ее посредством радиосвязи.

Освоение большого количества материала при подготовке радиоинженеров занимающихся вопросами радиосвязи обязательно должно сопровождаться и достаточным количеством практической деятельности, для более полного понимания проблематики изучаемого вопроса. Одним из видов практической деятельности является курсовое проектирование, основной задачей которого является упорядочение полученных знаний в процессе самостоятельной разработки блоков РПУ.

Таким образом, в ходе выполнения данной курсовой работы была спроектирована структурная схема передатчика НРС, рассчитаны оконечный мощный каскад передатчика, цепь согласования с нагрузкой, умножитель частоты и цепь согласования его с оконечным каскадом, так же были произведены расчеты генератора управляемого напряжением и кварцевого автогенератора. Параметры рассчитанных каскадов передатчика полностью удовлетворяют техническим требованиям, описанным в техническом задании на проектирование.

Список литературы

1. Проектирование радиопередающих устройств СВЧ./ Под ред. Г.М. Уткина. - М.: Сов. Радио, 1979. - 320 с.

2. Устройства генерирования и формирования радиосигналов. / Под. ред. Г.М. Уткина - М.: Сов. Радио, 1994. - 416 с.

3. Методическое пособие для выполнения курсового проекта по дисциплине “Радиопередающие устройства” для студентов специальности 7.090701 “Радиотехника” всех форм обучения. / Сост. С.П. Гулин, И.Н. Сметанин. - Запорожье: ЗНТУ, 2008. - 52 с.

4. Проектирование радиопередающих устройств./ Под ред. В.В. Шахгильдяна - М.: Радио и связь, 1984. - 421 с.

5. Радиопередающие устройства. / Под ред. В.В. Шахгильдяна - М.: Связь, 1980. - 328 с.

6. Радиопередающие устройства. / Под ред. М.В. Благовещенского, Г.М. Уткина. - М.: Радио и связь, 1982. - 402 с.

7. Полупроводниковые приборы: Транзисторы. / Справочник. / Под ред. Н.Н. Горюкова. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 902 с.

Размещено на Allbest.ru