Министерство образования Российской Федерации
УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА "РАДИОПЕРЕДАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА"
КУРСОВАЯ РАБОТА
"РАСЧЕТ СВЯЗНОГО ПЕРЕДАТЧИКА 27,2 МГц"
Екатеринбург 2003
Задание
Дано:
Передатчик с частотной модуляцией.
1. Мощность P1
= 2,5 Вт.
2. Частота f = 27,2 МГц.
3. EП
= 12 В.
4. Антенна - штырь 1,5 м.
5. Ф2
= 25 дБ.
- составить структурную схему передатчика;
- рассчитать режим оконечной ступени;
- рассчитать согласующее устройство оконечной ступени с антенной;
- пояснить назначение всех элементов схемы.
1. Структурная схема передатчика
Умножитель
Рис. 1 структурная схема передатчика
УНЧ - усилитель низкой частоты;
УЧ - управитель частоты;
АГ - автогенератор (кварцевый);
У - усилитель;
Умножитель частоты на 2;
ОУ - оконечный усилитель;
СЦ - согласующая цепь.
2. Расчет режима оконечной ступени
2
.1 Расчет коллекторной цепи
Паспортные данные:
rнас
= 1,73 Ом;
Е'б
= 0,7 В;
Iк о доп
= 0,8 А.
Определим коэффициент использования выходного напряжения (Uвых
)
Возьмем угол отсечки (q) равным 900
, тогда a1
(q) = 0,5.
Определим амплитуду напряжения коллектора в граничном режиме:
Uкгр
= Ек
*xгр
;
Uкгр
= 12*0,86 = 10,32 (В).
Найдем первую гармонику тока коллектора:
Определим постоянную составляющую коллекторного тока:
Определим подводимую мощность P0
.
P0
= Eк
*Iк0
,
P0
= 12*0,306 = 3,672 »3,7 (Вт)
Определим мощность, рассеиваемую в виде тепла:
Pк1
= P0
- P1
,
Pк1
= 3,7 - 2,5 = 1,2(Вт) < Pдоп
= 1/2Uкэдоп
*Iк0доп
= 26 (Вт)
Определим коэффициент полезного действия (h)
Определим сопротивление коллектора (Rк
)
2.2 Расчет базовой цепи
Определим сопротивление резистора Rд
, включенного по РЧ между базой и эмиттером, которое определяется по следующей формуле:
Rд
»b0
/2pfТ
CЭ
Rд
» 24/2*3,14*350*106
*124*10-12
» 88(Ом)
Значение сопротивления Rбк
резистора, включенного по РЧ между коллектором и базой:
Rбк
= b0
/2pfТ
Cк
Rбк
= 24/2*3,14*350*106
*12*10-12
» 909,46 (Ом)
Рассчитаем амплитуду тока базы:
где c = 1 + g1
(q)2pfТ
Cк
Rк
c = 1 + 0,5*2*3,14*350*106
*12*10-12
*21,5 » 1,28
Максимальное обратное напряжение на эмиттерном переходе:
Постоянные составляющие базового и эмиттерного токов:
Iб0
= I к0
/b 0
Iб0
= 0,306/24 = 0,013(А);
Iэ0
= Iк0
+ Iб0
Iэ0
= 0,306 + 0,013 = 0,319 (А).
Напряжение смещения на эмиттерном переходе:
Рассчитаем элементы схемы:
LвхОЭ
= 4*10-9
+ 4*10-9
/1,28 » 9,12 (нГн);
Входное сопротивление транзистора (Zвх
= rвх
+ jXвх
):
Входная мощность:
Коэффициент усиления по мощности транзистора:
kp
= P1
/Pвх
kp
= 2,5/0,09=27,78.
3. Расчет штырьевой антенны
3.1 Из конструктивных соображений выбираем радиус штыря:
r = 5*10-3
(м)
3.2 Находим волновое сопротивление антенны:
3.3 Входное сопротивление:
4
. Расчет согласующего устройства оконечной ступени с антенной
4.1 Расчет трансформатора сопротивления
Емкость С22
предназначен
реактивное сопротивление ХС22
должно удовлетворять соотношению:
ХC
22
<< Rое
= 4Rк
, (ХС22
= Rое
/[50…100])
XC
22
= (wC22)
-1
= 4Rк
/100 Þ
С22
= 100/(4*21,5*2*3,14*27,2*10-6
) = 6,8 (нФ);
XL
2
>> Rое
= 4Rк,
(ХL2
= Rое
*[50…100])
XL
2
= wL2
= 4Rк
*100 Þ
L2
= 4*21,5*100/(2*3,14*27,2*10-6
) = 50,3 (мкГн).
Волновое сопротивление:
ZС
= 2*21,5 = 43 (Ом).
Ток в линии:
Требуемая индуктивность линии:
где a1
, и сходя из допустимой неравномерности АЧХ трансформатора на f =27,2 МГц, равен 0,1.
Uпр
= Uк
= 10,32 (В).
Исходя из волнового сопротивления линии выбираем кабель КВФ-37:
ZC
= 37 Ом;
Спогонная
= 120 пФ/м;
b = 2,56 мм (внешний диаметр кабеля);
с = 0,78 мм (внутренний диаметр).
Геометрическая длина линии:
где q < 18…54 при ZC
= ZC
треб
(берем q = 30),
e - диэлектрическая проницаемость диэлектрика (фторопласт e = 2,1).
Для данного уровня мощности, из условия обеспечения добротности Q не ниже 10 на частоте f, выбираем феррит марки 1000 НМ:
mн
= 1000;
Q = 20 при B = 0,01 Тл.
Выбираем многовитковую конструкцию на кольцевом ферритовом сердечнике с типоразмерами:
D = 45 мм;
d = 28 мм;
h = 12 мм.
Средний диаметр феррита:
Dср
= 0,5(D + d),
Dср
= 3,65 (мм).
Максимальная магнитная индукция на рабочей частоте:
где P'ф
- допустимые удельные тепловые потери в феррите (P'ф
£ 0,3…1,5 Вт/см2
).
Выберем Bf
= 15*10-3
Тл.
V = pDср
S,
V =3,14*3,65*(0,5*1,2*1,7)=11,7 (см3
).
V > Vmin
Число витков:
Уточняем Lпр.расч
:
pd = 3,14*2,8 = 8,8 (см),
wb = 10*0,256 = 2,56 (см),
следовательно, все витки помещаются на феррит.
Удельные тепловые потери в феррите:
Мощность потерь в феррите:
4.2 Расчет колебательного контура
Для определения номиналов элементов (С23
, L3
) колебательного контура пересчитаем сопротивление антенны в контур следующим образом:
Рис. 2 Пересчёт сопротивления антенны в контур
Сопротивление на зажимах контура равно 4Rк
, добротность контура из конструктивных соображений примем равной 100.
Общая емкость контура равна:
Коэффициент включения равен:
Характеристическое сопротивление контура в резонансе:
Далее находим индуктивность контура:
Приведем конструктивный расчет индуктивности L3
:
- диаметр провода катушки:
- число витков:
- электрическая прочность катушки:
а) напряжение между соседними витками:
Uв = 2Uк/N
Uв = 2*10,32/3 » 6,9 (В).
b) напряженность поля между витками:
E = Uв/(g - d),
E = 6,9/(1,5*2,26- 2,26) » 6,1 (В/мм) < Eдоп = 250 - 300 (В/мм).
Библиографический список
1. ГЕНЕРИРОВАНИЕ И ФОРМИРОВАНИЕ РАДИОСИГНАЛОВ: Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине “Устройства генерирования и формирования радиосигналов” /Л.И. Булатов, Б.В. Гусев. Екатеринбург: Изд-во УГТУ, 1998.
2. "Проектирование радиопередатчиков": Учеб. пособие для вузов/В.В. Шахгильдян, М.С. Шумилин, В.Б. Козырев и др.; Под ред. В.В. Шахгильдяна. - 4 -е изд., перераб. И доп. - М.: Радио и связь, 2000. -656 с.: ил.
3. РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАДИОПЕРЕДАЮЩИХ УСТРОЙСТВ: Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине “Устройства формирования сигналов” /Л.И. Булатов, Б.В. Гусев. Екатеринбург: Изд-во УГТУ, 1997. 31 с.
4. М.С. Шумилин, В.Б. Козырев, В.А. Власов Проектирование транзисторных каскадов передатчиков. Учеб. пособие для техникумов. М.: Радио и связь, 1987. - 320 с.: ил.