Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики (технический университет).

Курсовая работа
по дисциплине УГФС на тему:
«Расчет связного транзисторного передатчика».

Студент

Группа ВР-1-05

Руководитель Баранников И.В.

Москва
2009

Оглавление

1. Задание. 3

2. Введение. 4

3. Расчет структурной схемы передатчика. 5

3.1 Расчет выходного усилителя мощности (УМ2). 7

3.2 Расчет усилителя мощности (УМ1). 11

3.3 Расчет предварительного усилителя. 13

3.4 Расчет кварцевого автогенератора. 19

4. Библиографический список: 23

1. Задание.

Целью данной работы является: построение структурной и принципиальной схемы связного транзисторного передатчика, расчет выходного каскада, автогенератора, схемы согласования.

Исходные данные:

1. Назначение: связной транзисторный передатчик.

2. Мощность в антенне: 20 Вт

3. Диапазон частот: 156 ÷ 160 МГц

4. Количество фиксированных частот: 4. f₁ = 156,0 МГц; f₂ = 158,0 МГц; f₃ = 159,0 МГц; f₄ = 160,0 МГц

5. Нестабильность частоты: Δf/f = 10^-6

6. Вид модуляции: амплитудная, М = 1

7. Параметры исходного сообщения: U_m = 1 В, Ω = 300 ÷ 3400 Гц

8. Сопротивление антенны: R_Н = 50 Ом

9. Условия эксплуатации: от - 30°С до +60°С

1. Введение.

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 частот.

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

По виду модуляции сигнала передатчики делятся на устройства с амплитудной, фазовой, частотной, импульсной и другими видами модуляции.

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

КПД передатчика определяется следующей формулой: η = P_A/P₀ , где P_A – средняя мощность, отдаваемая в антенну; P₀ – мощность, потребляемая устройством от всех источников питания.

Нестабильность частоты определяется отклонением частоты автогенератора. Типовые ограничения по стабильности частоты для современных радиопередатчиков лежат в пределах 10^-5 ÷ 10^-6. На стабильность частоты АГ влияют многое дестабилизирующие факторы, основными из которых являются: самонагрев, изменение питающих напряжений и нагрузки, механические воздействия, изменения внешних условий (температуры, давления, влажности) и т.д.

1. Расчет структурной схемы передатчика.

Проведем предварительный расчет и разработаем структурную схему транзисторного передатчика.

В соответствии с заданием, мощность в антенне Р_А = 20 Вт, диапазон частот 156 ÷ 160 МГЦ. В качестве активного элемента усилителя мощности выбран биполярный транзистор КТ930А. в соответствии со справочными данными η = 0,65 и коэффициент усиления К_Р = 5, примем для расчета КПД каждого УМ
η = 0,8.

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

Р_ВЫХ2 = Р_А/η = 20/0,8 = 25 Вт

Р_ВХ2 = Р_ВЫХ2/К_Р = 25/5 = 5 Вт

Р_ВЫХ1 = Р_ВХ2/η = 5/0,8 = 6,25 Вт

Р_ВХ1 = Р_ВЫХ1/К_Р = 6,25/5 = 1,25 Вт

Перед УМ1 устанавливаются каскады предварительного усиления:

Р_ВЫХ3 = 1/0,8 =1,25 Вт

Р_ВХ3 = 1,25/5 = 0,25 Вт

Р_ВЫХ2 = 0,25/0,8 = 0,312 Вт

Р_ВХ2 = 0,312/5 = 0,0625 Вт

Р_ВЫХ1 = 0,0625/0,8 = 0,0781 Вт

Р_ВХ1 = 0,0781/5 = 0,0156 Вт

В передатчике применен высокостабильный, Δf/f = 10^-6, КАГ выдающий сигнал на рабочей частоте.

Исходя из предварительного расчета, строим структурную схему передатчика (рис. 1).

В соответствии с полученной структурной схемой (рис. 1) и ее параметрами построим электрическую принципиальную схему связного транзисторного передатчика и рассчитаем параметры ее элементов.

1. Расчет выходного усилителя мощности (УМ2).

Для генератора в узком диапазоне частот рабочая частота определяется по формуле:

, где F_H , F_B –нижняя и верхняя частоты диапазона.

Исходные данные для расчета:

F_P = 157,99 МГц

Р_ВЫХ2 = 25 Вт

Е_К = Е_П = 28 В

R_A = 50 Ом

В качестве активного элемента усилителя мощности выбран биполярный транзистор КТ930А.

Справочные данные на КТ930А, необходимые для расчета:

Р_КМАХ = 75 Вт

F_ГР = 450 МГц

r_Б = 0,129 Ом

U_КЭ = 50 В

С_ЭО = 180 пФ

L_Э = 0,54 нГн

I_КМАХ = 6 А

С_ЭЗ = 60 пФ

S_ГР = 0,4

r_НАС = 1,2 Ом

Выбираем критический режим работы. Примем угол отсечки θ = 90°.

Параметры, определяющие свойства эквивалентной схемы входной цепи транзистора:

Коэффициент:

Активное сопротивление:

Постоянная времени при открытом эмитторном переходе:

Постоянная времени при закрытом эмиттерном переходе:

Характерные значения частот:

Обобщенные параметры:

Действительное значение угла отсечки θ_ВЧ определяется по графику, при ξ_В = 0,91 и θ_ВЧ = 90° с учетом поправочного коэффициента:

тогда θ_ВЧ = 100°

Для этого значения θ_ВЧ коэффициенты гармонического разложения косинусоидального импульса:

α₀ = 0,35

α₁ = 0,52

g₁ = 1,49

Обобщенный коэффициент для первой гармоники:

где К_а = 1,05 определен по графику с учетом поправочного коэффициента.

Амплитуда первой гармоники напряжения на коллекторе:

Амплитуда 1-й гармоники коллекторного тока:

Требуемое сопротивление коллекторной нагрузки:

Постоянная составляющая коллекторного тока:

Мощность потребляемая по коллекторной цепи:

Мощность, рассеиваемая на коллекторе:

КПД по коллекторной цепи:

Крутизна по эмиттерному переходу:

Требуемая амплитуда напряжения на входе транзистора:

Требуемая мощность возбуждения:

Коэффициент усиления по мощности:

Расчет выходной цепи согласования.

R₀ выбирается из условия (0,2 … 0,5) R_min , где R_min – меньшее сопротивление из R_Н2 = 10,58 Ом,
R_А = 20 Ом.

Принимаем R₀ = 5 Ом.

1. Расчет усилителя мощности (УМ1).

Исходные данные для расчета:

F_Р =157,99 МГц

В качестве активного элемента усилителя мощности выбран биполярный транзистор КТ930А.

Параметры, определяющие свойства эквивалентной схемы входной цепи транзистора:

Амплитуда 1-й гармоники напряжения на коллекторе:

Амплитуда 1-й гармоники коллекторного тока:

Требуемое сопротивление коллекторной нагрузки:

Постоянная составляющая коллекторного тока:

Мощность потребляемая по коллекторной цепи:

Мощность рассеиваемая на коллекторе:

КПД по коллекторной цепи:

Требуемая амплитуда сигнала на входе транзистора:

Требуемая мощность возбуждения:

Коэффициент усиления по мощности:

Расчет выходной цепи согласования.

R₀ выбирается из условия (0,2 … 0,5) R_min , где R_min – меньшее сопротивление из R_Н1 = 58 Ом,
r_Б0 = 1,65 Ом.

Принимаем R₀ = 0,8 Ом.

1. Расчет предварительного усилителя.

Исходные данные для расчета:

F_P = 157,99 МГц

Р_ВЫХ3 = Р_ВХ1/η = 1,25/0,8 = 1,56 Вт

Е_К = Е_П = 28 В

В качестве активного элемента предварительного усилительного элемента выбран биполярный транзистор КТ930А.

Расчет 3 каскада.

Примем угол отсечки θ = 180°.

Действительное значение угла отсечки θ_ВЧ определяется по графику, ξ_В = 0,91 и θ = 180° с учетом поправочного коэффициента:

Коэффициенты гармонического разложения косинусоидального импульса:

α₀ = 0,5

α₁ = 0,5

g₁ = 1

Амплитуда первой гармоники напряжения на коллекторе:

Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:

Требуемое сопротивление коллекторной нагрузки:

Постоянная составляющая коллекторного тока:

Мощность, потребляемая по коллекторной цепи: