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 f_кв

- 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 R_кор < R_з , 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.

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 90є, 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