МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ

(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

КАФЕДРА 406

РАСЧЁТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«УСТРОЙСТВА ГЕНЕРИРОВАНИЯ И ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ»

НА ТЕМУ «ТРАНЗИСТОРНЫЙ РАДИОПЕРЕДАТЧИК
С АМПЛИТУДНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ»

Выполнила: ст. гр. 04-415

Малкова Екатерина Сергеевна

Руководитель проекта:

Братчиков Александр Николаевич

Задание

Москва 2010

Содержание

Задание 1

Содержание 2

Введение 3

1 Анализ технического задания 6

2 Схема передатчика 7

2.1 Выбор и обоснование структурной схемы 7

2.2 Выбор и обоснование принципиальной схемы 7

3 Расчёт режима оконечного каскада на транзисторе КТ913Б 9

4 Расчёт режима предоконечного каскада на транзисторе КТ919В 13

5 Расчёт режима мощного умножителя частоты на транзисторе КТ904А - 16 -

6 Расчёт режима маломощного усилителя на транзисторе ГТ311 на частоте 160 МГц - 19 -

7 Расчёт режима маломощного умножителя частоты на транзисторе КТ603А - 21 -

8 Расчёт режима маломощного усилителя на транзисторе ГТ311 на частоте 80 МГц - 25 -

9 Расчёт режима транзистора кварцевого генератора на транзисторе 2Т316А - 27 -

10 Расчёт штыревой антенны на частоту 320 МГц - 32 -

11 Расчёт согласующих цепей и цепей смещения в умножителях частоты …………………………………………………………………………….- 32 -

12 Расчёт номиналов блокирующих реактивностей в цепях питания и разделительных емкостей - 36 -

13 Расчёт модуляционного трансформатора - 39 -

14 Выбор элементной базы - 40 -

15 Разработка конструкции блока - 44 -

Список литературы - 46 -

Введение

Радиопередающие устройство предназначено для формирования радиочастотных сигналов имеющих заданные временные, спектральные и энергетические характеристики, и последующей передачи их по специальным направляющим электромагнитным системам или через свободные пространства к потребителю.

Основными элементами радиопередающего устройства являются:

• возбудитель, предназначенный для формирования несущего колебания;

• модулирующее устройство, изменяющее параметры несущего колебания для однозначного отображения в нем передаваемой информации (модуляции), а также формирование временных и спектральных характеристик колебания;

• выходной усилитель, предназначенный для обеспечения необходимых энергетических характеристик электромагнитных колебаний;

• согласующе-фильтрующее устройство, предназначенное для согласования радиопередатчика с нагрузкой, роль которой обычно выполняет антенная система, и фильтрация не основных компонентов электромагнитного колебания, в частности, возникающих в выходном усилителе.

В радиопередающих устройствах используют разнообразные полупроводниковые и ионные приборы, ассортимент которых постоянно обновляется: разрабатываются принципиально новые, совершенствуются существующие, изымаются из практики устаревшие.

Безусловным достоинством транзисторов является их большой срок службы. В условиях правильной эксплуатации их не приходится менять на протяжении всего срока службы аппаратуры. Однако в мощных каскадах передатчиков транзисторы неизбежно используют на пределе по току, напряжению, нагреву, поэтому нельзя рассчитывать на высокую надежность.

Отсутствие цепи накала у транзисторов обуславливает их немедленную готовность к работе, но не приводит к заметной экономии электроэнергии питания, т.к. затраты энергии в цепях накала современных ламп составляют 4…5% и меньше от их номинальной мощности. В то же время число каскадов в полностью транзисторном передатчике может быть больше, чем в ламповом, т.к. коэффициент усиления по мощности у транзисторов может составлять Кр=3…10, т.е. значительно меньше чем у ламп.

Низкое питающее напряжение транзисторов при большой мощности определяет малое сопротивление нагрузки в коллекторной цепи. Поэтому действие паразитных емкостей, шунтирующих нагрузку, существенно меньше, чем в лампах, что позволяет в широком диапазоне частот использовать нерезонансные схемы с резистивной апериодической нагрузкой.

В маломощных передатчиках полная замена ламп транзисторами приводит к полному уменьшению габаритов и массы.

Амплитудная модуляция – самый лучший и простой способ передачи информации. АМ транзисторные генераторы делятся на простые и комбинированные. Простые – базовая и эммитерная модуляция возбуждения. Комбинированные – коллекторная.

Применим модуляцию в коллектор оконечного каскада усилителя мощности.

В качестве ЗГ применим емкостную трехточку с кварцевым резонатором между коллектором и базой.

В качестве усилителей мощности ВЧ тракта и модулятора для увеличения коэффициента передач применим многокаскадную схему. В качестве элементов согласующих цепей используем также и межэлектродные емкости транзисторов и индуктивности их выводов.

Усилитель мощности (УМ) – один из основных каскадов РП; он предназначен для усиления мощности высокочастотных электромагнитных колебаний, возбуждаемых в задающем автогенераторе, путем преобразования энергии постоянного электрического поля в энергию электромагнитных колебаний. Следовательно, в состав УМ должен входить элемент, способный производить подобное преобразование. Эти элементы называют активными элементами (АЭ). В качестве АЭ в РП наиболее часто применяют биполярные и полевые транзисторы, иногда генераторные диоды (лавинно – пролетные, диоды Ганна).

В состав УМ помимо АЭ входят согласующие цепи, а также цепи питания и смещения. На вход усилителя поступают электромагнитные колебания частоты f от предшествующего каскада, называемого возбудителем, нагрузкой УМ является входное сопротивление последующего каскада либо линии, ведущей к антенне.

Автогенератор – это источник электромагнитных колебаний, колебания в котором возбуждаются самопроизвольно без внешнего воздействия. В радиопередатчиках автогенератор применяются в основном в качестве каскадов, задающих несущую частоту колебаний. В зависимости от типа АЭ различают транзисторные и диодные автогенераторы. Идея создания транзисторного автогенератора основана на том, чтобы обеспечить режим транзистора приблизительно такой же, как в УМ. При этом на вход транзистора подаются колебания не от внешнего источника, а из собственного резонатора через цепь обратной связи. Главное свойство резонатора – колебательный характер переходного процесса.

Простейший резонатор – это колебательный контур.

Относительная нестабильность частоты Δf/а автогенераторов, выполняемых на резонаторах в виде LC – контуров, менее 10^-3 …10 ^–4. Однако к современным радиопередатчикам предъявляют более высокие требования по стабильности частоты. Как правило, долговременная относительная нестабильность частоты должна быть не менее чем 10 ^–6…10^-8, что можно обеспечить, применяя кварцевые резонаторы.

Модулятор – это каскад радиопередатчика, в котором осуществляется модуляция высокочастотных колебаний в соответствии с передаваемым сообщением. Как известно, модуляцией в радиотехнике называют процесс управления одним из параметров высокочастотного колебания.

Анализ технического задания

1. Необходимо спроектировать транзисторный передатчик с амплитудной модуляцией, позволяющий осуществлять связь машиниста электропоезда с диспетчером станции. Из этого следует, что несущая частота модулируется спектром звуковых частот от 20 Гц до 20 кГц.

2. Мощность в фидере в режиме молчания на несущей частоте f=320 МГц равна 2,5 Вт, что говорит о необходимости использования в выходном каскаде мощного СВЧ-транзистора. Связь осуществляется на фиксированной частоте, и, следовательно, в качестве задающего генератора можно использовать кварцевый генератор, позволяющий обеспечить заданную стабильность частоты.

3. Место установки – кабина электровоза. Это означает, что имеется необходимость обеспечения удобства включения и управления передатчиком при отсутствии с ним визуального контакта (чтобы машинист мог на ощупь передать сообщение, не отвлекаясь от наблюдения за путём), а также отсутствие на корпусе острых углов и краёв.

4. Напряжение в бортовой сети электровоза составляет 50 В постоянного напряжения, отрицательный полюс которого выведен на корпус электровоза. Это необходимо учесть при проектировании корпуса передатчика. Так же место установки определяет диапазон температур. Примем, что минимальная температура в кабине может составлять 0 ^оС, а максимальная – 30 ^оС. Зимой в кабине включен электрический обогреватель и температура ниже нуля не опускается.

5. Штыревую антенну с целью обеспечения её всенаправленного действия целесообразно разместить на крыше кабины. Тогда от передатчика до антенны прокладывается фидер, подсоединяемый к устройству при помощи высокочастотного разъема. Выходной каскад необходимо согласовывать с волновым сопротивлением фидера (50 или 75 Ом).

Схема передатчика

1.1Выбор и обоснование структурной схемы

Для реализации указанных характеристик передатчик строится по схеме с кварцевым автогенератором (АГ) и умножителями частоты (УЧ). Для обеспечения высокого КПД и линейности модуляционной характеристики применим коллекторную модуляцию в двух последних каскадах. Тогда структурная схема передатчика будет иметь вид, изображенный на рисунке (см. Рисунок 1).

Рисунок 1 – Структурная схема передатчика

Большое количество усилительных каскадов объясняется тем, что на несущей частоте f=320 МГц усилительные каскады имеют коэффициент усиления не выше K_МАКС=10 [2, стр. 37]. В нашем случае мощность на выходе кварцевого генератора P_ГЕН, имеющую порядок единиц милливатт, необходимо усилить до уровня пиковой мощности P_МАКС, которая, с учетом глубины модуляции m=0,8 равна P_ВЫХ(1+m)²=8,1 Вт. Учитывая потери, примем P_МАКС=10 Вт. В таком случае коэффициент усиления системы K_С=P_МАКС/P_ГЕН=1000. Учитывая величину K_МАКС, определим минимальное число усилительных каскадов как N_МИН=log_КМАКС(К_С)=lg(1000)=3. С учетом потерь в согласующих цепях количество усилительных каскадов принято равным четырём.

1.2Выбор и обоснование принципиальной схемы

Принципиальная схема платы передатчика приведена на рисунке (см. Рисунок 2). Согласующие цепи СЦ2 – СЦ6 ввиду достаточно высокой рабочей частоты представляют собой Г-образные реактивные цепочки, которые имеют более высокий КПД, чем контуры с неполным включением. На выходе умножителей помимо согласующей цепи устанавливается фильтр-пробка. Согласующая цепь СЦ1 представляет собой П-образную реактивную цепочку.

Рисунок 2 – Принципиальная схема передатчика

Расчёт режима оконечного каскада на транзисторе КТ913Б

Принципиальная схема каскада приведена на рисунке (см. Рисунок 3). Мощность в максимальном режиме должна быть равна

(1)

С учетом потерь в выходной согласующей цепи примем мощность, отдаваемую транзистором, равной 10 Вт.

Рисунок 3 – Оконечный каскад

Рекомендованный для выходного каскада транзистор КТ913Б в типовом режиме применяется на выходную мощность P`_ВЫХ=6 Вт на рабочей частоте 1000 МГц. На частоте 320 МГц потери меньше и, следовательно, выше КПД и транзистор может работать на большую мощность. Произведем расчет режима транзистора КТ913Б, в ходе которого будет установлена возможность его применения. Напряжение питания этого транзистора в типовом режиме E_КМАКС равно 28 В (см. Приложение 1). Это напряжение требуется, однако, только в максимуме модуляции. Напряжение источника питания должно быть равно

(2)

От этого источника целесообразно питать все мощные каскады. Маломощные каскады необходимо питать меньшим напряжением. Для этого предусмотрим напряжение E_П2 равное 5 В. Оба напряжения (+15 В и +5 В) поступают с блока питания передатчика.

Сначала проведем расчёт в максимальной точке на мощность P_ВЫХ1=10 Вт при напряжении E_П1МАКС=27 В. Режим – граничный, с нулевым смещением. Для расчёта используем формулы, приведенные в [2]. Параметры транзистора даны в приложении (см. Приложение 1). U_К0=E_П1МАКС=27 В. Перед расчётом необходимо уточнить величину S_ГР из неравенства значения формулы (4) величине 0,7 (для схемы с ОЭ). Если полученная величина больше 0,7, необходимо уточнить S_ГР.

(3)

0,73>0,7. Это значит, что необходимо уточнить величину Sгр. Пусть S_ГРУТ=S_ГР(1+0,1)=0,33. Для величины S_ГРУТ значение формулы (3) равно 0,67, что меньше 0.7. Далее принимаем S_ГР=S_ГРУТ=0,33.