Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• Введение
• 2. Подбор передатчика - прототипа
• 3. Расчет структурной схемы
• 4. Электрический расчет оконечного каскада
• 5. Электрический расчет предоконечного каскада
• 6. Электрический расчет задающего автогенератора
• 7. Электрический расчет нагрузочной системы передатчика
• 8. Электрический расчет режима предоконечного каскада на ЭВМ
• 9. Расчет промышленного КПД передатчика.
• Заключение
• Список использованной литературы
• Приложение

Введение

Для обеспечения высококачественным вещанием районов страны с высоким уровнем индустриальных помех (крупные города, промышленные районы) широко используется радиовещание на УКВ с частотной модуляцией (ЧМ).

Передатчики УКВ ЧМ вещания проектируются и эксплуатируются как необслуживаемые. Обычно станция вещания на УКВ имеет один - три передатчика, работающих на одну общую антенну. Территориально чаще всего эти станции совмещаются с передающей станцией телевизионного вещания. Для радиовещательных и телевизионных станций используется общая антенная башня, общее техническое задание и др. Такое совмещение позволяет существенно снизить капитальные затраты и эксплуатационные расходы.

Высокая эксплуатационная надежность необслуживаемых УКВ ЧМ станций обусловливается построением передатчиков по методу сложения и полным "горением" резервированием возбудителей. Охлаждение передатчиков - воздушное.

В имеющихся в настоящее время передатчиках ЧМ получается импульсно-фазовым способом. В новых передатчиках более перспективно применение прямого метода получения ЧМ, так как только в этом случае удается обеспечить выполнение современных норм на уровне нелинейных искажений в области низших модулирующих частот, необходимую для стереофонического вещания. В состав передатчика входят система автоматического подключения одного из возбудителей, отключения неисправного полукомплекта усилителей и одновременного моста сложения, защиты от рассогласования в фидере и др. УКВ частотно-модулированные вещательные передатчики в значительной степени унифицированы с передатчиками звукового сопровождения телевидения.

радиовещательный приемник частотная модуляция

1. Развернутое техническое задание на курсовую работу

Разработать радиопередатчик со следующими основными параметрами:

Назначение передатчика	Передатчик для радиовещания с частотной модуляцией
Вид модуляции	ЧМ
Рабочая частота, МГц	66
Номинальная мощность передатчика, кВт	8
Девиация частоты, кГц	50
Допустимые отклонения рабочей частоты, Гц не более Номинальное значение ширины контрольной полосы частот, кГц	100 149,5
Допустимое отклонение АЧХ в номинальном диапазоне модулирующих частот относительно характеристики RC-цепи с постоянной времени 50 мкс, не более, дБ	1
Коэффициент гармоник, % не более	1.0
Уровень Паразитной амплитудной модуляции (ПАМ), % не более	0.4
Средняя мощность побочного излучения, мВт, не более	1
Сопротивление выходной нагрузки, Ом	75
КСВ, не более	1.11
Промышленный КПД передатчика, % не менее	50

Студент	________ Ангальд Л.В.
Руководитель	________ Гладышева Н.Н.

2. Подбор передатчика - прототипа

В сети УКВ ЧМ вещательных станций до недавнего времени преобладали станции "Дождь-2" и "Мёд".

В качестве передатчика - прототипа используем радиочастотный тракт станции "Дождь-2". "Дождь-2" - двухпрограммная станция с выходной мощностью передатчиков по каждой программе 4 кВт. Передатчик программы состоит из двух полукомплектов так же, как это принято в передатчиках звукового сопровождения РТПС. Как правило, одна из программ передает сигналы стерефонического вещания. Структурная схема передатчика-прототипа изображена на рисунке 1.

Технические характеристики

Диапазон рабочих частот 66…73 МГ

Выходная мощность по каждой программе, не менее 12 Вт

Шаг установки выходной частоты 0,01 МГц

Коэффициент гармоник при 100% модуляции, не более 1%

Нестабильность частоты за 3 месяца, не более 15Гц

Ослабление ЧМ фона и шума 63 и 69 дБ

Уровень паразитной АМ, не более 0.5%

Уровень сопутствующей паразитной АМ, не более 0.6%

Потребление энергии в двухпрограммном режиме 250 В А

Рисунок 2.1 - Структурная схема передатчика-прототипа "Дождь-2"

Для сравнения рассмотрим передатчик станции "Мёд". Станция "Мёд" предназначена для передачи трёх независимых вещательных программ, передача которых осуществляется отдельными комплектами передатчиков мощностью по 15кВт с разносом средних частот радиосигналов от 1,15МГц до 3,5МГц внутри поддиапазона 66…73МГц. Каждый передатчик состоит из двух полукомплектов. Структурная схема станции "Мёд" представлена на рисунке 2.

Рисунок 2.2 Структурная схема станции "Мёд"

В отличие от станции "Дождь-2", станция "Мёд" может работать как в режиме монофонической, так и стереофонической передачи по системе с полярной модуляцией.

Частотномодулируемый возбудитель является основным узлом, обеспечивающим почти все качественные показатели передатчика. В передатчике "Дождь-2" используется одноканальный импульсно-фазовый модулятор. В передатчике "Мёд" модуляция ВЧ колебания сигналом первого канала производится аналогично в ИФМ, а сигнал второго канала (после амплитудной модуляции поднесущей (31.25кГц) и с частично подавленной несущей) подаётся на второй модулятор.

3. Расчет структурной схемы

Заданная мощность 8 кВт. Веду расчет на 1 полукомплект исходя из структурной схемы передатчика-прототипа. Структурная схема передатчика УКВ ЧМ-вещания изображена в Приложении А.

Для радиовещательного передатчика с частотной модуляцией мощность составит (для одного полукомплекта):

кВт

где:

зтр = 0,85.0,95 - КПД симметрирующих широкополосных трансформаторов с ферритовым сердечником, который применяется при переходе от несимметричного выхода передатчика для подключения к симметричным фидерам;

змс = 0,9.0,95 - КПД моста сложения, которые применяются в радиовещательных передатчиках;

зтф = 0,9.0,95 - КПД телевизионного фильтра, который обычно стоит между фидером и передатчиком и не пропускает частоты каналов телевизионного вещания;

зфс = 0,8.0,85 - КПД резонансной фильтрующей системы, который зависит от мощности излучения передатчика и диапазона рабочих частот.

Таким образом, выберем транзистор 2Т921А, его параметры приведены в Таблице 1.

Таблица 1 - Параметры транзистора 2Т931А.

Рвых, Вт	fт, МГц	Режим работы	Кр, дБ
>80	175	Класс В	4.8

Для того чтобы накачать на выходе мощность Р=5,5 кВт нужно для ОК взять соответствующее количество таких транзисторов.

Количество транзисторов в ОК:

Используем модульное построение оконечного каскада.

Рассчитаем ПОК1. В ПОК1 используем модульное построение:

Выберем транзистор для ПОК1 каскада и приведем его параметры в таблице 2.

Таблица 2 - Параметры транзистора 2Т931А.

Рвых, Вт	fт, МГц	Режим работы	Кр, дБ
>80	175	Класс В	4.8

Количество транзисторов в ПОК1 каскаде:

Входную мощность ПОК1 каскада рассчитываем:

Рассчитаем ПОК2. Для данной мощности выберем транзистор 2Т931А с параметрами приведенными в Таблице 3.

Таблица 3 - Параметры транзистора 2Т931А.

Рвых, Вт	fт, МГц	Режим работы	Кр, дБ
>80	175	Класс В	4.8

Количество транзисторов в ПОК2 каскаде:

Входную мощность ПОК2 каскада рассчитываем:

Рассчитаем ПОК3. Для данной мощности выберем транзистор 2Т934В с параметрами приведенными в Таблице 4

.

Таблица 4 - Параметры транзистора 2Т934В.

Рвых, Вт	fт, МГц	Режим работы	Кр, дБ
>25	400	Класс В	3.6

Входную мощность ПОК3 каскада рассчитываем:

Рассчитаем ПОК4.

Для данной мощности выберем транзистор 2Т904А, с параметрами приведенными в Таблице 5.

Таблица 5 - Параметры транзистора 2Т904А.

Рвых, Вт	fт, МГц	Режим работы	Кр, дБ
>3	100	Класс В	>2.5

(10)

Рассчитаем ПОК5.

Для данной мощности выберем транзистор 2Т610Б, с параметрами приведенными в Таблице 6.

Таблица 6 - Параметры транзистора 2Т610Б

Рвых, Вт	fт, МГц	Режим работы	Кр, дБ
>1	400	Класс В	>6.3.12

Для данной мощности выберем транзистор КТ342А, с параметрами приведенными в Таблице 7

Таблица 7 - Параметры транзистора КТ342А.

Рвых, мВт	ВЧ, Мгц	Режим работы	Кр
250	30-300	Класс В	16

На этом расчет усилителя мощности одного полукомплекта закончен.

На каждый полукомплект, должно подаваться 7.375 мВт, это значит что с последнего умножителя частоты должна отдаваться мощность Румн=7.375мВт.

Произведем расчет умножителей частоты на варикапах. Kpf фильтра примем равным 1.

МГц

МГц

МГц

Таким образом нам понадобится 2 (х3) и 1 (х2) умножителей частоты.

На этом расчет структурной схемы радиовещательного передатчика закончен. Структурная схема приведена в Приложении А.

4. Электрический расчет оконечного каскада

Выходной каскад выполним по однотактной последовательной схеме включения транзисторов 2Т931А. Рассчитаем энергетический режим транзистора.

Исходные данные:

P1 = 20 Вт, f = 66 МГц

Параметры транзистора 2Т931А

Ек = 28 Вв₀ =5…100 E_кэдоп=60 В

f_т =250…550 МГцr_нас = 0,12 Ом С_к =165…240 пФ

С_э = 2800…3800 пФ L_э = 0.29 нГн R_уэ>0,4 кОм

U_{бэ доп} = 4 В L_б = 1,41 нГн Lк=1.6 нГн

I_{к0 доп} = 15 А E_отс=0,7 В r_э=0,065 Ом

и = 90⁰, cosи = 0, б₀ = 0,318, б₁ = 0,5, г₀ = 0,318, г₁ = 0,5

r_б вычислим по формуле r_б= r_э (1+ в₀) =0,065 (1+22) =1.5 Ом

Расчет коллекторной цепи для схемы с ОЭ

1. Амплитуда первой гармоники напряжения на коллекторе

Соблюдается условие Ек < 0,5U_{кэ доп} => 28 (В) < 30 (В)

2. Максимальное напряжение на коллекторе

(В) U_{кэ доп}

59.865 (В) 60 (В)

3. Амплитуда первой гармоники коллекторного тока

(А)

4. Постоянная составляющая коллекторного тока

(А) I_{к0 доп}

(А) 15 (А)

5. Максимальный коллекторный ток при и < 180⁰

(А) I_{к доп}

6. Максимальная мощность, потребляемая от источника коллекторного питания

(Вт)

7. Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора

(Вт)

8. КПД коллекторной цепи

9. Сопротивление коллекторной нагрузки

(Ом)

Расчет входной цепи для схем с ОЭ

(Ом)

(Ом)

1. Амплитуда тока базы

(А)

2. Максимальное обратное напряжение на эмиттерном переходе

U_{бэ доп} (0,0154)

3. Постоянная составляющая базового тока

(А)

4. Постоянная составляющая эмиттерного тока

(А)

5. Напряжение смещения на эмиттерном переходе

6. Значение L_{вх ОЭ}

(нГн)

7. Значение r_{вх ОЭ}

8. Значение R_{вх ОЭ}

9. Значение С_{вх ОЭ}

10 Резистивная и реактивная составляющие входного сопротивления

11. Входная мощность

(Вт)

12. Коэффициент усиления по мощности транзистора

Так как используется 68 транзисторов, то

, =36 (нФ)

(нГн)

5. Электрический расчет предоконечного каскада

Выходной каскад выполним по однотактной последовательной схеме включения транзисторов 2Т931А. Рассчитаем энергетический режим транзистора.

Исходные данные:

P1 = 20 Вт, f = 66 МГц

Параметры транзистора 2Т931А

Ек = 28 Вв₀ =5…100 E_кэдоп=60 В,

f_т =250…550 МГцr_нас = 0,12 Ом С_к =165…240 пФ

С_э = 2800…3800 пФ L_э = 0.29 нГн R_уэ>0,4 кОм

U_{бэ доп} = 4 В L_б = 1,41 нГн Lк=1.6 нГн

I_{к0 доп} = 15 А E_отс=0,7 В r_э=0,065 Ом

и = 110⁰, cosи = - 0.342, б₀ = 0,379, б₁ = 0,531, г₀ = 0,508,г₁ = 0,712,

r_б вычислим по формуле r_б= r_э (1+ в₀) =0,065 (1+22) =1.5 Ом

Расчет коллекторной цепи для схемы с ОЭ

1. Амплитуда первой гармоники напряжения на коллекторе

Соблюдается условие Ек < 0,5U_{кэ доп} => 28 (В) < 30 (В)

2. Максимальное напряжение на коллекторе

(В) U_{кэ доп}

59.865 (В) 60 (В)

3. Амплитуда первой гармоники коллекторного тока

(А)

4. Постоянная составляющая коллекторного тока

(А) I_{к0 доп}

(А) 15 (А)

5. Максимальный коллекторный ток при и < 180⁰

(А) I_{к доп}

6. Максимальная мощность, потребляемая от источника коллекторного питания

(Вт)

7. Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора

(Вт)

8. КПД коллекторной цепи

9. Сопротивление коллекторной нагрузки

(Ом)

Расчет входной цепи для схем с ОЭ

(Ом)

(Ом)

1. Амплитуда тока базы

(А)

2. Максимальное обратное напряжение на эмиттерном переходе

U_{бэ доп} (0,0154)

3. Постоянная составляющая базового тока

(А)

4. Постоянная составляющая эмиттерного тока

(А)

5. Напряжение смещения на эмиттерном переходе

6. Значение L_{вх ОЭ}

(нГн)

7. Значение r_{вх ОЭ}

8. Значение R_{вх ОЭ}

9. Значение С_{вх ОЭ}

10 Резистивная и реактивная составляющие входного сопротивления

11. Входная мощность

(Вт)

12. Коэффициент усиления по мощности транзистора

Так как используется 10 транзисторов, то

Рисунок 3.1 - Схема принципиальная электрическая ПОК

(нФ)

(нГн)

6. Электрический расчет задающего автогенератора

Задающий генератор на биполярном транзисторе, работающий на частоте f_р = 66 МГц.

Рисунок 6.1 - Принципиальная схема задающего АГ

Выбираем транзистор малой мощности 2Т313А с граничной частотой

f_Т = 200 МГц.

Его паспортные данные:

С_К = 12 пФ; U_{к доп} = 25 B; S_гр = 400 мА/В;

С_Э = 25 пФ; i_{к доп} = 350 мА; в = 30; ф_ос = 120 пс; U_{б доп} = 5 В; f_р = 66 МГц;

u_отс = 1,3 В; Р_доп = 300 мВт;

Определим граничные частоты:

Активная часть коллекторной емкости:

Сопротивление потерь на базе:

Расчет корректирующей цепочки:

=336 (Ом)

=33 (Ом)

(Ф)

=16 (Ом)

Крутизна переходной характеристики транзистора с коррекцией:

(А/В)

Расчет электрического режима:

(А)

(В)

и = 60⁰, б₀ = 0,218б₁ = 0,391, г₀ = 0,109cos (и) = 0,5

Рассчитаем основные параметры генератора:

(А)

(А)

(В)

(В)

=83 (Ом)

(Вт)

(Вт)

(Вт)

%

(В)

(В)

Неравенство есть условие получения недонапряженного режима при относительно слабой зависимости барьерной емкости коллекторного перехода С_к от напряжения е_к (для увеличения стабильности частоты). Расчет кварцевого резонатора.

В качестве индуктивности выберем кварц АТ (Г) R = 75Ом, r_к = 4 Ом, m=2, Q₀ = 1000.

(мГн)

(кОм)

(Ф)

(Ом)

(Ф)

(Ф)

Расчет С_св и С₂:

Примем =47 (Ом), R_Н = 20 (Ом);

Добротность цепочки С_свR_Н:

Емкость связи:

(Ф)

Емкость, пересчитанная параллельно емкости С₂:

(Ф)

(Ф)

Расчет цепи смещения:

(В)

(Ом)

Проверка:

=200 (Ом)

(Ф)

Расчет цепи питания:

=82 (Ом)

выбираем

тогда С_бл1 = 0.024 (мкФ)

(В)

(кОм)

(Ом)

7. Электрический расчет нагрузочной системы передатчика

Исходные данные для расчета:

Заданное значение выходной мощности Р1=80 Вт;

Допустимое значение мощности побочного излучения Рпдоп=1 мВт;

КСВ=1,176;

Выходное сопротивление ОК Rк (Rэ) = 3кОм;

Сопротивление нагрузки Rн=75 Ом;

MAX значение рабочей частоты fр=66 МГц.

Рассчитаем необходимый коэффициент фильтрации:

Рассчитаем добротность контура:

КПД контуров:

Проверяем, что заданное сопротивление нагрузки (фидера) больше минимального допустимого:

- выполняется

Среднее сопротивление:

Rcр==470 (Ом)

Сопротивление х1:

(Ом)

Сопротивление х3:

(Ом)

Сопротивление х2:

(Ом)

Рассчитаем емкость С1:

(пФ)

Рассчитаем емкость С2:

(пФ)

Рассчитаем емкость С3:

(пФ)

Сопротивление р1:

р1=х1+х2=871.3+101.6=972.9 (Ом)

Сопротивление р2:

р2=х2+х3=101.6+55.3=157 (Ом)

Для проверки правильности сделанных вычислений воспользуемся соотношением:

Рассчитаем коэффициенты трансформации схемы:

Рассчитаем добротности П-контура (емкости в мкФ):

Где л=с/fmax=3^.10⁸/66^.10⁶=4.5 м

Коэффициенты фильтрации контуров:

Общий коэффициент фильтрации: Ф=Ф1^. Ф2=84.7^.13.7=1157>Фт. з выполняется, ВКС обеспечивает необходимое подавление высших гармоник.

Рассчитаем величины индуктивностей катушек:

Рисунок 5.1 - Схема электрическая принципиальная НС

8. Электрический расчет режима предоконечного каскада на ЭВМ

Исходные данные:

Расчетные данные:

9. Расчет промышленного КПД передатчика.

Заключение

В результате проведенных расчетов мы получили необходимые технические показатели передатчика.

При построении усилителя предпочтение было отдано биполярным транзисторам по ряду причин: доступность и распространенность биполярных транзисторов; устойчивость к механическим воздействиям; отсутствие цепей накала, что определяет мгновенную готовность передатчика к работе и упрощает вопросы резервирования. Кроме того, повышаются энергетические показатели передатчика, большей температурной стабильностью и устойчивостью к перегрузкам и паразитным возбуждениям. Низкое питающее напряжение не требует высоковольтных выпрямителей, высоковольтных блокировочных конденсаторов. Упрощаются меры по технике безопасности.

Высокая стабильность несущей обеспечивается использованием фазовой автоподстройкой частоты с использованием высокодобротного кварца.

Список использованной литературы

1 Проектирование радиопередающих устройств / под редакцией В.В. Шахгильдина - М: Радио и связь, 1984г.

2 Проектирование радиопередающих устройств / под редакцией В.В. Шахгильдяна - М: Радио и связь, 2000г.

3 Петров Б.Е. Романюк В.А. Радиопередающие устройства на полу проводниковых приборах - М: Высшая школа, 1989г.

4 Радиопередающие устройства / под редакцией М.Б. Благовещенского, Г.М. Утлина - М: Радио и связь, 1982г.

5 Полупроводниковые приборы: Транзисторы, Справочник / под редакцией Н.Н. Горюнова - М: Энергия, 1982г.

6 Радиопередающие устройства. Методические указания к выполнению курсового проекта - С.В. Коншин, Алматы: АИЭС, 2001г.

Приложение

Размещено на Allbest.ru