РефератыКоммуникации и связьРаРасчет каскадов ЧМ передатчика

Расчет каскадов ЧМ передатчика

Курсовой проект


по дисциплине


«Устройства генерирования и передачи сигналов»


по теме:


«Расчет каскадов ЧМ передатчика»


Составление блок-схемы передатчика




Составление блок-схемы передатчика начинается с выходного каскада начинается с выходного каскада. Данные, определяющие его мощность, содержатся в задании. Также задается колебательная мощность в антенне в режиме несущей частоты. В данном передатчике необходимо применить умножитель частоты, в качестве которого может работать предоконечный или дополнительный предварительный каскад, включаемый между возбудителем и предоконечным каскадом. Вид блок-схемы передатчика с частотной модуляцией представлен на рисунке:





Техническое задание:




Требуется произвести расчет передатчика, работающего на 120 МГц.


Вид модуляции – частотная (ЧМ)


Максимальная девиация частоты – 100 кГц


Вид передаваемых сообщений – аудиосигналы


Мощность передатчика – 100 Вт


1. Расчет выходного каскада




Для работы в выходном каскаде выберем транзистор


Приведем его характеристики.


Тип – кремниевый n‑канальный высокочастотный МОП – транзистор вертикальной структуры, выполненный по технологии с двойной диффузией, рекомендован производителем для применения в промышленных устройствах в КВУКВ диапазоне.


Достоинства:


– высокий коэффициент усиления по мощности (19 дБ на 108 МГц)


– низкие интермодуляционные искажения


– высокая температурная стабильность


– устойчивость при работе на согласованную нагрузку.


Технические характеристики:


Пробойное напряжение сток-исток > 110 В


Ток утечки сток-исток (при = 50 В, =0) < 2,5 мА


Ток утечки затвор-исток (при = 20 В) < 1 мкА


Крутизна линии граничного режима 4,5 – 6,2 См


Напряжение отсеки определим по проходной характеристике транзистора


Крутизна передаточной характеристики S = 5 См


Коэффициенты Берга, соответствующие выбранному углу отсечки ,


Расчетные данные




50 В


Ток стока 20 А


110 В


(данная величина рекомендована для УКВ-диапазона)


130 Вт


1. Коэффициент использования стокового напряжения



2. Амплитуда стокового напряжения:



3. Амплитуда первой гармоники стокового тока:



4. Амплитуда импульсов стокового тока:



5. Постоянная составляющая стокового тока:



6. Эквивалентное сопротивление нагрузки:



7. Напряжение возбуждения:



Напряжение смещения для угла отсечки = будет равно напряжению отсечки по паспорту транзистора, т.е. 3 В, тогда амплитуда напряжения на затворе будет равна 5,85 В.


7. Посчитаем входную мощность ГВВ:



8. Коэффициент усиления по мощности:




Таким образом, схема генератора с внешним возбуждением будет выглядеть так:


9. Выходное сопротивление транзистора:



Для согласования с пятидесятиомной нагрузкой нужна схема с неполным включением индуктивности, при этом, емкость конденсатора в колебательном контуре рекомендуется брать , а индуктивность катушки


2. Расчет модулятора




В проектируемом передатчике частотная модуляция будет получена из фазовой методом расстройки колебательного контура:


Схема модулятора выглядит следующим образом:



Выберем диод Д902. При напряжении смещения 5 В, его характеристика имеет достаточно большую крутизну и линейность. По графику для Д902 определяем


S=2 пФ/В.


Амплитуда возбуждения звуковой частоты – 1 В, значит максимальное изменение емкости составит 2 пФ. Начальная емкость при отсутствии сигнала ЗЧ составит


8 пФ.


В результате подбора параметров получены следующие величины:


Частота возбуждения: , т.е. рад/с


Коэффициент умножения – 10


Индуктивность:


Максимальное отклонение частоты от :


рад/с


Зададим добротностью колебательного контура, равной 20.


Величина фазовой модуляции:


рад


Девиация частоты при частоте модулирующего сигнала 15 кГц:


рад/с


Индекс модуляции, получаемый в фазовом модуляторе: M=0,307. При умножении частоты в 10 раз, индекс модуляции получится равным 3,07.


Выберем транзистор КТ312А. Он обладает следующими параметрами:



Расчет коллекторной цепи


Выбираем напряжение на коллекторе , зададим угол отсечки и определим коэффициенты разложения (, ).


1. Коэффициент использования коллекторного напряжения:



2. Амплитуда напряжения на коллекторе:



3. Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:



4. Амплитуда импульсов коллекторного тока:



Выполним проверку условия – условие выполняется.


5. Постоянная составляющая постоянного тока:



6. Эквивалентное сопротивление нагрузки, обеспечивающее рассчитываемый режим:



7. Мощность, потребляемая от источника питания:



8. Мощность, рассеиваемая на коллекторе:



При этом, мощность, рассеиваемая на коллекторе, меньше предельно допустимой.


9. КПД коллекторной цепи:



Расчет базовой цепи


1. Находим предельную частоту транзистора, при которой коэффициент передачи по току в схеме с общим эмиттером равен 1:



2. Рассчитываем время дрейфа транзистора:



3. Определим угол дрейфа на высшей частоте:



Т.к. угол дрейфа меньше , то считаем, что и .


4. Амплитуда переменного напряжения на переходе эмиттер-база:



5. Модуль коэффициента передачи напряжения со входа на переход эмиттер-база:



6. Амплитуда напряжения возбуждения, требуемая от источника возбуждения:



7. Входное сопротивление:



8. Мощность возбуждения:



9. Первая гармоника тока базы:



10. Реальная величина тока базы:



Напряжение смещения, обеспечивающее заданный угол отсечки базового тока:



11. Максимальное значение положительного импульса тока базы:



12. Постоянная составляющая положительных импульсов тока базы:



13. Мощность рассеяния в цепи базы:



14. Рассчитаем сопротивления делителя напряжения цепи смещения и . Значения индуктивностей (кроме колебательного контура) должны быть такими, чтобы не предоставлять значительного сопротивления постоянному току, в то же время, блокируя переменную составляющую на частоте 10 МГц:




3. Расчет возбудителя





Схема возбудителя с кварцевой стабилизацией.


Выбираем транзистор КТ312А.


Приведем параметры, применяемые при расчете:



Определим коэффициент обратной связи:


( – динамическое сопротивление кварца, – коэффициент регенерации, – нормированное управляющее сопротивление)


, где – фаза крутизны ,


– обобщенная расстройка –


– затухание кварца.


Для заданной частоты – 10,1 МГц – =10 пФ, = 80 Ом





Рассчитаем емкость , включенную между базой и эмиттером:



Тогда, емкость , включенная между эмиттером и коллектором, будет равна:



Вычисляем функцию угла отсечк

и:



– характеристическое сопротивление кварца (=0,025 Гн)


– добротность кварца







По таблицам значений Берга, это значение соответствует .


Расчет коллекторной цепи возбудителя


Выбираем напряжение на коллекторе .


В генераторе необходимо развить мощность, требующуюся для возбуждения следующего каскада с учетом потерь в согласующей цепи:



1. Коэффициент использования коллекторного напряжения:



2. Амплитуда напряжения на коллекторе:



3. Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:



4. Амплитуда импульсов коллекторного тока:



.


5. Постоянная составляющая постоянного тока:



6. Эквивалентное сопротивление нагрузки, обеспечивающее рассчитываемый режим:



7. Мощность, потребляемая от источника питания:



8. Мощность, рассеиваемая на коллекторе:



При этом, мощность, рассеиваемая на коллекторе, меньше предельно допустимой.


9. КПД коллекторной цепи:



Расчет базовой цепи возбудителя


1. Находим предельную частоту транзистора, при которой коэффициент передачи по току в схеме с общим эмиттером равен 1:



2. Рассчитываем время дрейфа транзистора:



3. Определим угол дрейфа на высшей частоте:



Т.к. угол дрейфа меньше , то считаем, что и .


4. Амплитуда переменного напряжения на переходе эмиттер-база:



5. Модуль коэффициента передачи напряжения с входа на переход эмиттер-база:



6. Амплитуда напряжения возбуждения:



7. Входное сопротивление:



8. Мощность возбуждения:



9. Первая гармоника тока базы:



10.


11. Напряжение смещения, обеспечивающее заданный угол отсечки базового тока:



12. Сопротивление в цепи базового смещения, обеспечивающее заданное напряжение смещения R = 4590 Ом.


4. Расчет умножителя частоты


Для умножения частоты в 10 раз нужно выбрать угол отсечки .


При таком малом угле отсечки резко увеличивается ток возбуждения, падает КПД и выходная мощность, поэтому, чтобы получить необходимую для следующего каскада мощность приходится применять мощный транзистор КТ904А


Схема умножителя:



В расчете требуются 10-е коэффициенты Берга: и .


Умножитель должен на 10-й гармонике развивать мощность 0,06 Вт.


Расчет коллекторной цепи


Напряжение питания: .


1. Коэффициент использования коллекторного напряжения:



2. Коэффициент использования коллекторного напряжения на 10‑й гармонике:



3. Амплитуда напряжения на коллекторе:



4. Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:



5. Амплитуда десятой гармоники коллекторного тока:



6. Амплитуда импульсов коллекторного тока:



7. Постоянная составляющая постоянного тока:



8. Эквивалентное сопротивление нагрузки коллекторного контура на 10-й гармонике:





Расчет базовой цепи


1. Находим предельную частоту транзистора, при которой коэффициент передачи по току в схеме с общим эмиттером равен 1:



2. Рассчитываем время дрейфа транзистора:



3. Определим угол дрейфа на высшей частоте:



Т.к. угол дрейфа меньше , то считаем, что и .


4. Амплитуда переменного напряжения на переходе эмиттер-база:



5. Модуль коэффициента передачи напряжения со входа на переход эмиттер-база:



по графику определяем .


6. Амплитуда напряжения возбуждения, требуемая от источника возбуждения:



7. Входное сопротивление:



8. Мощность возбуждения:



9. Первая гармоника тока базы:



10. Реальная величина тока базы:



11. Напряжение смещения, обеспечивающее заданный угол отсечки базового тока:



Колебательный контур, на который нагружен транзистор, должен при частоте 100 МГц иметь эквивалентное сопротивление 1650 Ом:



Рассчитаем емкость и индуктивность:




Индуктивность на входе:



5. Расчет предоконечного каскада





Схема предоконечного каскада


В первой части расчета мощность возбуждения выходного каскада получилась равной 2,11 Вт. С учетом потерь в согласующей цепи. Зададим мощность предоконечного каскада: .


Исходя из требований по мощности и частоте, выберем транзистор КТ903А. Угол отсечки примем равным .


Расчет коллекторной цепи


Выбираем напряжение питания .


1. Коэффициент использования коллекторного напряжения:



2. Амплитуда напряжения на коллекторе:



3. Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:



4. Амплитуда импульсов коллекторного тока:



5. Постоянная составляющая постоянного тока:



6. Эквивалентное сопротивление нагрузки, обеспечивающее рассчитываемый режим:



7. Мощность, потребляемая от источника питания:



8. Мощность, рассеиваемая на коллекторе:



При этом, мощность, рассеиваемая на коллекторе, меньше предельно допустимой.


9. КПД коллекторной цепи:





Расчет базовой цепи


1. Находим предельную частоту транзистора, при которой коэффициент передачи по току в схеме с общим эмиттером равен 1:



2. Рассчитываем время дрейфа транзистора:



3. Определим угол дрейфа на наивысшей частоте:



4. Нижний угол отсечки положительных импульсов эмиттерного тока:



Коэффициенты и , соответствующие углу отсечки : и .


5. Модуль коэффициента передачи по току на рабочей частоте:



где


6. Амплитуда первой гармоники тока эмиттера:



7. Амплитуда положительного импульса эмиттерного тока:



8. Постоянная составляющая тока эмиттера:



9. Амплитуда переменного напряжения на переходе эмиттер-база:



10. Модуль коэффициента передачи напряжения с входа на переход эмиттер-база:



по графику определяем .


11. Амплитуда сигнала возбуждения, требуемая от предыдущего каскада:



12. Входное сопротивление:



13. Мощность, требуемая от предыдущего каскада:



14. Первая гармоника тока базы:



15. Напряжение смещения:



16. Индуктивность на входе:



17. Емкость и индуктивность на выходе колебательного контура:


и




Расчет коэффициентов трансформации согласующих трансформаторов


1. Согласование возбудителя и модулятора.



2. Согласование модулятора и умножителя частоты.



3. Согласование умножителя частоты и предусилителя.







Список использованной литературы




1. «Радиопередающие устройства» – под ред. В.В. Шахгильдяна, РиС, 1996 г.


2. «Проектирование и техническая эксплуатация радиопередающих устройств» – Сиверс Г.А., РиС, 1989 г.


3. «Проектирование радиопередающих устройств» – под ред. В.В. Шахгильдяна, РиС, 1998 г.

Сохранить в соц. сетях:
Обсуждение:
comments powered by Disqus

Название реферата: Расчет каскадов ЧМ передатчика

Слов:1803
Символов:17436
Размер:34.05 Кб.