Курсовой (Курсовая Расчет связного транзисторного передатчика 2)

17

СОДЕРЖАНИЕ.

1. Задание. 3 стр.

2. Введение. 4 стр.

3. Расчетная часть. 6 стр.

3.1 Расчет выходного усилителя мощности (УМ2). 8 стр.

3.2 Расчет выходной цепи согласования. 11 стр.

3.3 Расчет умножителя частоты. 12 стр.

3.4 Расчет кварцевого автогенератора. 14 стр.

4. Список литературы. 17 стр.

1. Задание

Целью данной работы, является расчет связного транзисторного передатчика и построение принципиальной электрической схемы.

Исходные данные для расчета:

1. Мощность в антенне Р_А=3 Вт;

2. Диапазон частот 1-2 ГГц;

3. Количество фиксированных частот 5;

4. Нестабильность частоты 10^-5;

5. Вид модуляции ЧМ, девиация частоты =30кГц;

6. Параметры исходного сообщения U=1В, F=50÷12000 Гц;

7. Сопротивление антенны R_А=50 Ом;

8. Условия эксплуатации -40 ÷ +40 ⁰С.

2. Введение

Радиопередающее устройство является важным элементом радиотехнических систем различного назначения.

Радиопередающие устройства (передатчики) предназначены для формирования колебаний несущей частоты, модуляции их по закону передаваемого сообщения и излучения полученного радиосигнала в пространство.

Передатчики классифицируются по назначению, диапазону рабочих частот (длин волн), излучаемой мощности, виду модуляции и условиям эксплуатации.

По назначению передатчики делятся на вещательные (радиовещательные, телевизионные), связные, радиолокационные, навигационные, телеметрические и др.

По диапазону рабочих частот современные передатчики делятся в соответствии с классификационной таблицей диапазонов радиоволн и частот.

По средней излучаемой мощности передаваемых радиосигналов различают передатчики очень малой (менее 3 Вт), малой (3…100 Вт), средней (0,1…10 кВт), большой (10…100 кВт) и сверхбольшой (более 100 кВт) мощности.

По виду модуляции сигнала передатчики делаться на устройства с амплитудной, амплитудно-балансной и однополосной, частотной, фазовой, импульсной, импульсно-кодовой и другими видами модуляции.

По условиям эксплуатации различают стационарные, бортовые (космические, корабельные, самолетные, автомобильные и др.) переносные (портативные) передатчики.

К основным параметрам передатчиков относятся: коэффициент полезного действия (КПД), нестабильность частоты несущего колебания, коэффициенты нелинейных и линейных искажений передаваемого сигнала и уровни внеполосного излучения.

Коэффициент полезного действия передатчика определяется следующей формулой:

где Р_А - средняя мощность, отдаваемая в антенну;

Р₀ – мощность, потребляемая устройством от всех источников питания.

Нестабильность частоты – важнейший параметр, без которого не может быть обеспеченна надежная работа любого радиоканала.

Передатчик вносит искажения в полезный сигнал. Искажения возникают в процессе модуляции, усиления и прохождения сигнала через различные цепи передатчика и линии связи. Все это приводит к искажениям или потери части информации на приемной стороне радиотехнической системы.

Наличие в передатчике нелинейных и параметрических цепей обуславливает появление нелинейных искажений передаваемых радиосигналов. Возникающие при этом высшие гармоники радиосигнала излучаются передающей антенной в пространство. Побочные излучения в виде высших гармоник попадают в рабочий частотный диапазон других радиотехнических систем и создают им помехи в работе. Кроме нелинейных искажений, в передатчике возникают и линейные искажения. Линейные искажения влияют на качество передачи только в своем сигнале.

3. Расчетная часть.

Проведем предварительный расчет и разработаем структурную схему связного транзисторного передатчика.

В соответствии с заданием, мощность в антенне Р_А=3 Вт.

Примем КПД каждого УМ и коэффициент усиления К_Р≈10.

Для обеспечения требуемой мощности в антенне, решено использовать 2 каскада усиления (УМ1 и УМ2) с параметрами:

Перед УМ1 устанавливается 3 умножителя частоты на 3. Коэффициент передачи умножителя на 3, определим по формуле:

, где

n – номер усиливаемой гармоники.

В передатчике применен высокостабильный, , КАГ выдающий сигнал на рабочей частоте 50 МГц. Мощность в нагрузке 60 мВт.

Исходя из предварительного расчета строим структурную схему передатчика, рисунок 1.

Электрическая принципиальная схема связного транзисторного передатчика приведена в приложении 1.

WA1

УМ1

УМ2

х3

K1

х3

х3

КАГ1

КАГ2

КАГ3

КАГ4

КАГ5

Рисунок 1 – Структурная схема связного радиопередатчика.

3.1 Расчет выходного усилителя мощности (УМ2).

Для узкодиапазонного усилителя рабочая частота определяется по формуле:

МГц, где

F_Н, F_Н – нижняя и верхние частоты диапазона.

Исходные данные для расчета:

F_P=1350 МГц

Р_ВЫХ2=6 Вт

E_K=E_П=20 В

R_А=50 Ом

В качестве активного элемента усилителя мощности выбран биполярный транзистор КТ919А.

Справочные данные на КТ919А необходимые для проведения расчета.

Р_{К MAX}=10 Вт

F_ГР=2000 МГц

r_б=0,5 Ом

U_КЭ=45 В

C_Э0=40 пФ

L_Э=0,4 нГн

I_{К MAX}=1,5 А

C_э3=10 пФ

r_нас=20 Ом

S_ГР=0,13

Выбираем критический режим работы. Примем угол отсечки Ө=90⁰.

Параметры, определяющие свойства эквивалентной схемы входной цепи транзистора:

коэффициент:

активное сопротивление:

постоянная времени при открытом эмиттерном переходе:

постоянная времени при закрытом эмиттерном переходе:

характерные значения частот:

обобщенные параметры:

Действительное значение угла отсечки Ө_ВЧ определяеться по графику, при и Ө=90⁰ с учетом поправочного коэффициента:

тогда

Ө_ВЧ=110⁰

Для этого значения Ө_ВЧ коэффициенты гармонического разложения косинусоидального импульса:

Обобщенный коэффициент для первой гармоники:

где определен по графику с учетом поправочного коэффициента.

Амплитуда первой гармоники напряжения на коллекторе:

Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:

Требуемое сопротивление коллекторной нагрузки:

Постоянная составляющая коллекторного тока:

Мощность, потребляемая по коллекторной цепи:

Мощность, рассеиваемая на коллекторе:

Величина КПД по коллекторной цепи:

Крутизна по эмиттерному переходу:

Требуемая амплитуда напряжения на входе транзистора:

Требуемая мощность возбуждения:

Коэффициент усиления по мощности:

3.2 Расчет выходной согласующей цепи.

выбираеться из условия (0,2…0,5) , где -меньшее сопротивление из и .

Принимаем .

3.3 Расчет умножителя частоты.

Исходные данные:

Частота третьей гармоники F₃=150 МГц

Частота первой гармоники F₃=50 МГц

В качестве активного элемента умножителя частоты выбран биполярный транзистор КТ919А.

Справочные данные на КТ919А необходимые для проведения расчета, приведены в пункте 3.1.

Зададимся углом отсечки , для этого значения:

Амплитуда третьей гармоники напряжения на коллекторе:

Амплитуда третьей гармоники коллекторного тока:

Требуемое сопротивление коллекторной нагрузки:

Постоянная составляющая коллекторного тока:

Мощность, потребляемая по коллекторной цепи:

Мощность, рассеиваемая на коллекторе:

Величина КПД по коллекторной цепи:

Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:

Параметры, определяющие свойства эквивалентной схемы входной цепи транзистора:

коэффициент:

активное сопротивление:

характерные значения частот:

Обобщенные параметры:

Обобщенные коэффициент для первой гармоники:

Требуемая амплитуда напряжения на входе транзистора:

Требуемая мощность возбуждения:

Коэффициент усиления по мощности:

3.4 Расчет кварцевого автогенератора.

Для обеспечения заданной стабильности частоты, выбрана схема с общим эмиттером, в которой кварц включен между базой и коллектором транзистора.

В качестве активного элемента кварцевого автогенератора выбран биполярный транзистор КТ315Е.

Справочные данные на КТ315Е необходимые для проведения расчета:

Данные кварца:

Исходные данные:

Выбираем

Выбираем

Расчет КАГ ведется на полную генерируемую мощность:

, где -КПД контура

Зададимся углом отсечки в установившемся режиме автоколебаний , для этого значения:

Расчет параметров частотно-задающей цепи:

, где k₀ – коэффициент обратной связи.

Расчет элементов цепей питания.

Постоянная составляющая коллекторного тока:

Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:

Мощность, потребляемая по коллекторной цепи:

Мощность, рассеиваемая на коллекторе:

Постоянная составляющая тока базы:

Смещение на базе: