Схемотехника основных блоков радиопередающего устройства

Содержание

Реферат

1.  Разработка структурной схемы передатчика

2.  Общие сведения об автогенераторах

2.1. Расчет задающего автогенератора

3.  Расчет умножителя частоты

4. Расчет усилителя мощности

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Заключение

Список литературы

Реферат

Целью данной работы является ознакомление со схемотехникой основных блоков радиопередающего устройства, с принципами их работы и методиками их расчета. В качестве изучаемого устройства взят передатчик радиолокационного маяка. Хотя схемы радиолокационных маяков постоянно совершенствуются, состав и расчёты основных блоков в них практически не изменился, изменилась только элементная база и новые схемотехнические решения построения этих блоков. Диапазон частот радиомаяков различен, существуют системы, использующие частоты, на которых работают штатные радиолокационные станции слежения и сопровождения. В данной работе мы рассмотрим структуру спасательного радиомаяка.

1. Разработка структурной схемы радиомаяка.

Передатчик радиомаяка излучает в пространство модулированные колебания с частотой 210МГц и мощностью28Вт. В передатчике осуществляется генерация заданной частоты и усиление.

Передатчик содержит следующие крупные  узлы:

 - кварцевый автогенератор с частотой кварца fкв

 - умножитель частоты с коэффициентом умножения равным 3

 - тракт усиления мощности рабочей частоты, осуществляющей  

    получение заданной мощности передатчика.

Задающий кварцевый генератор построен по схеме емкостной трехточки. Кварцевый резонатор включен между коллектором и базой коллектора.

Такая схема имеет ряд преимуществ:

1. обеспечивается высокая стабильность частоты

2. генератор имеет меньшую склонность к паразитной генерации на

                 частоте выше рабочей

3. схема построена без катушек индуктивности

4. частоту генератора можно менять в широком диапазоне путем смены

                только кварцевого резонатора

Умножители частоты применяются в радиопередатчиках главным образом для переноса спектра стабилизированных кварцем низкочастотных колебаний в более высокий частотный диапазон. Кроме того, умножители частоты используются для углубления частотной и фазовой модуляции. Как правило, частота умножается в целое число раз (n), называемое кратностью умножения. В качестве нелинейного элемента используется варактор.

В передатчике использован импульсный модулятор.

Назначение тракта усиления состоит в повышении мощности колебания полученного от задающего генератора.

Рис.1.1 Структурная схема радиомаяка

2. Общие сведения об автогенераторах

Автогенератор- это источник электромагнитных колебаний, колебания в котором

возбуждаются самопроизвольно без внешнего воздействия. Поэтому автогенераторы, в отличие от генераторов с внешним возбуждением (усилители мощности), часто называют генераторами с самовозбуждением.

В радиопередатчиках автогенераторы применяются в основном в качестве каскадов, задающих несущую частоту колебаний. Такие генераторы входят в состав возбудителя передатчика и называются задающими. Главное требование, предъявляемое к ним, - высокая стабильность частоты

Автогенератор.

Схема структурная.

Рис.2.1

Рис.2.2 Принципиальная схема задающего генератора

2.1 Расчет задающего генератора

В качестве задающего генератора используем транзисторный АГ с кварцевой стабилизацией частоты (рис.1.2), работающий на частоте  МГц.

2.2 Выбираем транзистор малой мощности КТ324А с граничной частотой =800 МГц.

 Его паспортные данные сведены в Табл.1.1

Табл.1.1

2.3            Вычисляем граничные частоты, используя формулы:

                                   = 40 МГц

                                  = 840 МГц

2.4  Расчет цепей коррекции.  

            Вычисляем граничную частоту:

                                   = 40 МГц

            Находим время жизни неосновных носителей в эмиттере:

                                   = 2.16*с

            Определяем активную часть коллекторной емкости 

                                  = 1.25 пФ                                                                 

            Определяем  пользуясь формулой:

                                = 39 Ом

где                               Ом

Сопротивление, учитывающее сопротивление закрытого перехода:

                               = 80 Ом

            Находим емкость коррекции:

                              = 4.9 пФ

            согласно ряду выбираем пФ

           Определяем общее сопротивление коррекции:

                                = 26 Ом

        согласно ряду выбираем  = 25 Ом

Так как выполняется условие Rкор  < Rз , то корректирующая цепь

 эффективна.

             Крутизна с учетом коррекции равна:

                                 = 0.038 А/В

        2.5 Расчет электрического режима

            Находим максимальное значение импульса тока коллектора:

                                = 0.016 А

             Постоянное напряжение на коллекторе определяем по формуле:

                               = 3 В

             Выбираем угол отсечки равным =60, находим значения

             коэффициентов   Берга

                                  , ,

 определяем

                                 .

   Значение коэффициента обратной связи выбираем

                                 .

             Расчет основных параметров генератора

             Амплитуда первой гармоники тока коллектора:

                          = 0.0063 А

            Амплитуда постоянной составляющей тока коллектора:

                          = 0.0035 А

            Амплитуда первой гармоники напряжения базы:

                          = 0,8 В

            Амплитуда первой гармоники напряжение коллектора:

                         = 0,8 В

   Эквивалентное сопротивление контура:

                         127 Ом

   Мощность первой гармоники:

                         = 0,0025 Вт

             Потребляемая мощность:

                         = 0.01 Вт

             Мощность рассеяния:

                        0.008 Вт

             Проверяем условие

 видно, что условие выполняется (0.008<0.015).

    Вычисляем коэффициент полезного действия (КПД):

                         = 0.24%

    Напряжение смещения:

                        0.2 В

    Проверяем условие:

                               0.2-0,8 < 4В

      Находим напряженность режима по формуле:

                            = 0.27 

                            = 0.57

2.6 Расчет резонатора

 Выбираем индуктивность с = 0,125 мкГн и с = 125

 Находим характеристическое сопротивление контура

            55 Ом 

 Суммарная емкость контура  равна:

                                 = 41 пФ

      Резонансное сопротивление контура определяем по формуле:

                                  = 6,9 кОм

               Находим коэффициент включения контура

                                  = 0.136

      Определяем эквивалентную емкость контура

                                    = 300 пФ

      Емкость   определяется из формулы:

                                   = 300 пФ

 принимаем =300пФ в соответствии со стандартным рядом емкостей и

           в дальнейших расчетах используем именно это значение.

2.7 Расчет емкостей  и .

      Принимаем

                                    = 380 Ом

      Добротность последовательной цепочки

                                    = 2.31

      Определяем емкость связи:

                                    = 16 пФ

 принимаем =16 пФ в соответствии со стандартным рядом емкостей

Емкость, пересчитанную параллельно емкости  определяем по

            формуле:

                                     = 13 пФ

     Определяем емкость

                                    =  290 пФ

 принимаем =290 пФ в соответствии со стандартным рядом емкостей

2.8 Расчет  цепи смещения

  Напряжение на базе

                                  = 2.66 В

 Внутреннее сопротивление источника:

                                  = 2.2 кОм

      Находим сопротивления

                                = 330 Ом

  принимаем=185 Ом в соответствии со стандартным рядом

  сопротивлений

                                 = 4.3 кОм 

 в соответствии с рядом выбираем =4.3 кОм

=4.4 кОм

 в соответствии с рядом выбираем=4.4 кОм

 Определяем номиналы блокировочных конденсаторов:

                                = 68.9пФ

 в соответствии со стандартным рядом емкостей принимаем =70 пФ

                                = 0.022 мкФ

       в соответствии со стандартным рядом емкостей принимаем =0.022 мкФ

2.9  Расчет цепи питания.

 Находим значение сопротивления :

                                 = 640 Ом

 в соответствии со стандартным рядом  выбираем =640Ом

      Напряжение питания:

                                = 5,24 В

3.Умножители частоты

Умножители частоты применяются в радиопередатчиках главным образом для переноса спектра стабилизированных кварцем низкочастотных колебаний в более высокий частотный диапазон. Кроме того, умножители частоты используются для углубления частотной и фазовой модуляции. Как правило, частота умножается в целое число раз (n), называемое кратностью умножения.

Поскольку умножение частоты - существенно нелинейный процесс, в состав умножителя включают нелинейный элемент (НЭ). Структурная схема умножителя частоты представлена на рис.2.1

Умножитель частоты.

Схема структурная.

Рис.3.1

Рис.3.2 Принципиальная электрическая схема рассчитываемого

умножителя частоты.

3.1 Расчёт некоторых параметров варактора:

Электронный КПД умножителя с кратностью 3: =0.8

Мощность рассеяния Вт

3.2 Расчёт режима работы варактора

 Находим барьерную емкость варактора по формуле:

                                   = 0.768 пФ

где - напряжение, при котором измерена и указана справочнике

              барьерная  емкость .

Для варактора 2А602А она составляет =6.7 пФ при = 6 В.

    Допустимое напряжение

                                   =60 В.

-контактная разность потенциалов (=0.5..0.7 В).

Угол отсечки выбирают исходя из соотношения:

                                  =60

Определяем нормированный коэффициент ряда Фурье:

                                  = 0.01

 Находим сопротивление варактора третьей гармонике:

                                 = 112 Ом

 значение М выбираем равным     М=1.

 Находим эквивалентное сопротивление потерь варактора, усредненное

  по 3-ей гармонике:

                                    = 3,2 Ом

 где выбираем равным =0.5;

 =1.6 Ом – сопротивление потерь внутри кристалла

     Реальная часть полного сопротивления варактора на третьей гармонике

     равна:

                                   = 109 Ом

     Амплитуду 3-ей гармоники тока определяем по формуле:

                                   = 0.006 А

Находим произведение на амплитуду n-ой гармоники заряда:

                                  = 1.36* Кл

Определяем амплитуду 1-ой гармоники заряда:

                                  7.76* Кл

Определяем максимальное напряжение на варикапе:

                                   = 3.88 В

Находим амплитуду 1-ой гармоники тока:

                                    = 0.003 А

     Сопротивление варактора первой гармонике тока:

                                   = 196 Ом

 Определяем эквивалентное сопротивление потерь по 1-ой гармонике:

                                   = 2.0336 Ом

  где:

 Реальная часть полного сопротивления по первой гармонике равна:

                                   = 198,0336 Ом

Мощность на первой гармонике:

0.0089 Вт

= 0.00097 Вт

где =100нс–среднее время жизни носителей заряда в базе диода

(справочные данные).

     Определяем коэффициент полезного действия:

=0.76977 %

3.3 Расчет элементов схемы, задающих режим работы варактора

       = 30,5 кОм

  согласно ряду  =31 кОм

  где

 Рассчитаем емкость блокировочного конденсатора:

Пусть = 0,1Ом, тогда пФ

Для расчета дросселя выбираем   = 10кОм, тогда

3.4 Входной контур для частоты f = 70МГц

Выбираем индуктивность =0,125мкГн, тогда=41пФ

 3.5 Выходной контур для частоты f = 210Мгц  = 0,05мкГн

                                           =12пФ

4. Расчёт усилителя мощности на биполярном транзисторе

Требуется рассчитать режим работы транзистора в схеме с ОЭ с мощностью первой гармоники 25 Вт на частоте  210 МГц

4.1 Выберем транзистор КТ930А. Его параметры:

900Мгц, 75Вт, 1А/В, 8пс, 60пФ, 800пФ,

6А, 50В, 4В, В=20, 0.24нГн, 1.42нГн,

1.6нГн 90º, 0.5,  0.318

            1.5В, 25В.

4.2 Расчет режима работы транзистора:

Находим напряженность режима:

0.76

           Находим амплитуду первой гармоники напряжения коллектора:

19В

           Находим амплитуду первой гармоники коллекторного тока:

3А

           Находим постоянную составляющую коллекторного тока:

1.9А

           Определим полезную мощность:

 28.5Вт

           Определим потребляемую мощность:

47.5 Вт

           Определим мощность рассеивания:

19Вт

            Выполним проверку условия :

           19Вт < 75Вт, следовательно транзистор работает нормально

            Вычислим КПД:

                                                    60%

           Определим амплитуду гармонического управляющего заряда:

2.857·10-9Кл

     Рассчитаем минимальное мгновенное значение напряжения на эмиттерном переходе:

 -2.1В

            Выполним проверку условия :

|-2.1В |< 4В

           Вычислим амплитуду постоянной составляющей напряжения на

           эмиттерном переходе:

                             0.355В

           Рассчитаем  коллекторное сопротивление:

6.3Ом

Рассчитаем амплитуду первой гармоники суммарного тока базы:

0.4А

            Рассчитаем корректирующий резистор:

                                                       2.21Ом

           Рассчитаем часть входной мощности потребляемой в :

1.18Вт

           Рассчитаем входное сопротивление:

0,635Ом

           Рассчитаем часть мощности обусловленной прохождением мощности

            в нагрузку через :

0.051Вт

           Определим полную входную мощность:

1.231Вт

           Определим коэффициент усиления:

23.19

            Определим входную индуктивность:

1,64нГн

            Рассчитаем входную ёмкость:

1709пФ

1.105Ом

4.3 Расчет элементов принципиальной схемы усилителя мощности

Рис.4.1 Принципиальная схема усилителя мощности

, ; 0.05мкФ

0,08мкГн; где 0,63

0,2В, где  2,21Ом; 0,0095А

24,8В

37Ом

40Ом

Рассчитаем выходную согласующую цепь:

18Ом, где 50Ом

С4=С6==4,2пФ

L3=0.14мкГн

Входная согласующая цепь:

35пФ, где , Q = 3; 65Ом

; , где 6,5Ом, отсюда

L1 = 2мкГн

Приложение 1.Спецификация к принципиальной схеме задающего генератора

Приложение 2 Спецификация к принципиальной схеме умножителя частоты.

Приложение 3. Спецификация к принципиальной схеме усилителя мощности.

Заключение

В данной работе разработана структурная схема радиомаяка, работающего на частоте 210МГц и выходной мощностью 28Вт. Рассчитаны задающий автогенератор с кварцевой стабилизацией частоты на биполярном транзисторе КТ324, рассчитан умножитель частоты с коэффициентом умножения 3 на варакторе 2А602А, также рассчитан усилитель мощности на биполярном транзисторе КТ930А.

Список литературы

1. Б.Е. Петров, В.А. Романюк Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах. -М.: Высшая школа,1989.

2. В.В. Шахгильдян, В.А. Власов, Козырев В.Б. Проектирование радиопередающих устройств. -  М.: Радио и связь,1993.

3. Курс лекций по предмету «Устройства формирования сигналов» Преподаватель Тертышник В.В.    Саратов:СГТУ