Расчёт радиопередатчика с АМ-модуляцией

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Рассчитать радиопередатчик связной с АМ-модуляцией по следующим параметрам:

1.Рабочая частота 2 МГц

2.Выходная мощность 15 Вт

3.Относительная нестабильность

частоты 1.210

4.Источник питания 127 / 220. В

1.Введение.

Радиопередающими называют устройства, предназначенные для выполнения двух основных функций – генерации электромагнитных колебаний высокой частоты или сверхвысокой частоты и их модуляции в соответствии с передаваемым сообщением. Радиопередающие устройства входят в состав радиокомплексов, содержащих, кроме того, антенны, радиоприёмные и различные вспомогательные устройства.При проектировании задают параметры, которым должен удовлетворять радиопередатчик. Основными из них являются выходная мощность на рабочей частоте или в диапазоне частот; относительная нестабильность частоты; вид и параметры модуляции.

2.Структурная схема РП.

В состав Р.П. входят:

1. Автогенератор с кварцевой стабилизацией.

2. Предварительный усилитель высокой (радио) частоты.

3. Усилитель мощности

4. Амплитудный модулятор.

5. Антенна.

Расчет Р.П. начнём с усилителя мощности.

3. Усилитель мощности.

Усилитель мощности (УМ) – один из основных каскадов РП; он предназначен для усиления мощности высокочастотных электромагнитных колебаний, возбуждаемых в задающем автогенераторе, путём 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 (рис.1) 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.

Рис.1. Структурная схема усилителя мощности.

3.1 Расчёт усилителя мощности на биполярном транзисторе.

Требуется рассчитать режим работы транзистора в схеме с ОЭ с мощностью первой гармоники равной 15 Вт на частоте 2 МГц.

Выберем транзистор КТ903А. Его параметры:

Гн. Ф. Ф.

3.1.1Порядок расчёта режима работы БПТ.

3.1.2 Расчёт принципиальной схемы УМ.

Eп.

R1

C3 L2

L3 C5

Выход

C1 L1

Вход

C2 R2 C4 С6

Схема №1.Принципиальная электрическая схема УМ.

Выходная согласующая цепь:

Входная согласующая цепь:

Таблица №1.

4. Расчёт предварительного усилителя.

Предварительный усилитель выполнен на транзисторе КТ911А. Расчёт режима и принципиальной схемы

Еп

С1 R1 L1

L2

С2 R2

Схема№2.Принципиальная электрическая схема предварительного усилителя.

4.1 Расчёт электрического режима транзистора большой мощности КТ911А. Его параметры:

По формулам п.3.1.1 и п.3.1.2 рассчитаем режим работы и принципиальную схему.

Расчёт цепи согласования L2C3:

Таблица №2

5.Автогенератор.

Автогенератор – это источник электромагнитных колебаний, колебания в котором возбуждаются самопроизвольно без внешнего воздействия. В радиопередатчиках автогенераторы 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 автогенераторов, выполняемых на резонаторах в виде -контуров, менее . Однако к современным радиопередатчикам предъявляют более высокие требования по стабильности частоты. Как правило, долговременная относительная нестабильность частоты должна быть не менее чем , что можно обеспечить, применяя кварцевые резонаторы.

5.1 Структурная схема автогенератора с кварцевой стабилизацией.

к нагрузке

5.2 Расчёт автогенератора с кварцевой стабилизацией.

Rбл Ссв

R1

С2

Сбл1 R2 С1 Rсм Сбл2

Схема№3. Принципиальная электрическая схема кварцевого автогенератора.

Выберем в качестве АЭ транзистор КТ331А. Его параметры:

Расчёт произведём по указанным ниже формулам.

Расчёт кварцевого резонатора.

6.Модулятор.

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

, где - амплитуда, - частота, - начальная фаза,- мгновенная фаза колебания.

Изменяя с помощью управляющего НЧ сигнала амплитуду , получим амплитудную модуляцию.

Структурная схема модулятора изображена на Рис.2. Преобразование спектра, которое происходит при модуляции, возможно в нелинейных системах либо в линейных системах с переменными параметрами. В качестве НЭ используют п/п диоды и транзисторы.

Рис.2. Структурная схема модулятора.

6.1.АМ – модуляция изменением напряжения питания.

Выходной ток АЭ зависит от напряжения на коллекторе, особенно сильна эта связь в перенапряжённом режиме. Поэтому можно осуществлять АМ – модуляцию, изменяя напряжение на коллекторе. В данном случае модулирующий сигнал вводят в цепь питания АЭ и напряжения питания (рис.3.)

напряжение питания в режиме несущих колебаний (напряжение источника питания); амплитуда НЧ колебаний.

Вход ВЧ

Вход НЧ

Рис.3. Функциональная структурная схема АМ – модулятора при модуляции напряжением питания.

6.2 Расчёт электрического режима.

Колебательная мощность в максимальном режиме

Где максимальная глубина модуляции , а выходная мощность в режиме молчания

Выбираем транзистор, способный рассеивать мощность того же порядка, например КТ970А, для которого

Еп1

R1 Cбл

Вход НЧ

R2 Еп2

Выход

Вход ВЧ

Схема№4. Принципиальная электрическая схема АМ – модулятора при модуляции напряжением питания.

Расчёт произведём по формулам пункта 3.1.1.

В качестве предварительного УНЧ применим каскад, выполненный на микросхеме К174УН9 с типовой схемой включения (рис.4.).

напряжение

питания

+ 100мк 0.1мк

10мк 1 1000мк

Вход

10

11 220 0.1мк

500мк 4

+

2 1

Выходная мощность ……………….5,5 Вт.

Чувствительность входа……………20 мВ.

Напряжение питания……………..16,5 В.

Потребляемый ток…………………..60 мА.

Список используемой литературы:

1. Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах. Авторы: Б.Е. Петров, В.А. Романюк

2. Проектирование радиопередатчиков. Под редакцией В.В. Шахгильдяна

3. Схемы устройств формирования радиосигналов. Авторы: А.И. Александров, М.П. Кевлишвили

4. Справочник по транзисторам.

5. Каталог по транзисторам и интегральным схемам.