Однополосный связной передатчик

Однополосный связной передатчик

Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

Уральский государственный технический университет - УПИ

Кафедра РПУ

Дипломная работа на тему:

Однополосный связной передатчик

Руководитель: Харитонов Ф.В.

Группа: РT - 505

Студенты: Рыжков А.С.

Бухарин В.М.

Каменск - Уральский 2003

ВВЕДЕНИЕ

техника радиопередающих устройств развивается непрерывно и интенсивно. Это обусловлено определяющей ролью передатчиков в энергопотреблении, качестве работы, надежности, стоимости радиосистем передачи и извлечении информации, радиоуправлении.

В настоящее время на магистральных и низовых радиосвязях широкое распространение получили передатчики с использованием однополосной модуляции (ОМ). Их используют в стационарных условиях, а также в системах подвижных служб (сухопутной, морской, воздушной). Интенсивно изучается возможность использования ОМ для радиовещания на ДВ, СВ, КВ.

Первичный телефонный сигнал (речевое сообщение), называемый также абонентским, является нестационарным случайным процессом с полосой частот примерно от 80 до 12000 Гц . Разборчивость речи определяется формантами, большинство которых расположено в полосе 300… 3400 Гц. Поэтому по рекомендации Международного консультативного комитета по телефонии и телеграфии (МККТТ) для телефонной передачи принята эффективно передаваемая полоса частот 300… 3400 Гц . При этом качество передаваемых сигналов получается достаточно высоким - слоговая разборчивость составляет около 90 % , а разборчивость фраз - 99 %. Дальнейшее улучшение качества передаваемых речевых сигналов связано с ухудшением экономических показателей системы связи.

Однополосная модуляция обладает рядом преимуществ перед обычной амплитудной модуляцией. К ним относятся: более узкая полоса частот радиоканала, и, следовательно, возможность размещения большего числа каналов связи, а также лучшие энергетические характеристики радиопередатчиков.

Требования, которым должен удовлетворять передатчик, это, прежде всего, простота схемного исполнения, дешевизна, возможность работы в широком диапазоне температур окружающей среды, простота в обращении, а также малое энергопотребление.

РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ

Для формирования сигналов с одной боковой полосой в передатчиках наиболее часто используется способ последовательных преобразований с фильтрацией, так как с его помощью можно достаточно простыми мерами обеспечить устойчивое подавление нерабочих составляющих спектра сигнала. Структурная схема передатчика, использующего данный метод, приведена на рисунке 1.

Рисунок 1. Структурная схема разрабатываемого передатчика с ОБП.

Рассмотрим работу передатчика на основании приведенной выше структурной схемы и определим основные требования к ее блокам.

Исходное звуковое сообщение, преобразованное микрофоном М1 в электрические импульсы, усиливается до необходимой величины с помощью усилителя низкой частоты (УНЧ). УНЧ представляется целесообразным выполнить на операционном усилителе, например К544УД2. Следует отметить, что блок УНЧ может при необходимости содержать дополнительные узлы обработки исходного сигнала, например компрессор.

Далее усиленный сигнал попадает на балансный модулятор БМ1, где осуществляется первое преобразование частоты. Спектр исходного сообщения переносится на частоту fПР1 = 500 кГц, что обусловлено широким выбором стандартизованных электромеханических фильтров (ЭМФ). При весьма малых габаритных размерах они имеют высокую избирательность, сравнимую с избирательностью кварцевых фильтров. Однако ЭМФ, по сравнению с кварцевыми фильтрами, имеют больше затухание и неравномерность при более широкой полосе пропускания. Здесь применим фильтр ФЭМ4 - 031 - 500 - 3,1 В, выделяющий верхнюю боковую полосу. Таким образом, при дальнейшем формировании однополосного сигнала на рабочей частоте снимается проблема разделения фильтрами близко расположенных составляющих спектра. Необходимо подчеркнуть, что подавление нерабочих составляющих спектра, расположенных близко к формируемой боковой полосе, в том числе неиспользуемой боковой полосы, полностью определяется первым фильтром и при последующих преобразованиях не может быть улучшено.

Рисунок 3. Структурная схема синтезатора сетки дискретных частот.

Здесь f = 1 кГц - шаг сетки дискретных частот.

fПР3 МИН = fН + fПР1 + fПР2 = 6 + 0,5 + 18 = 24,5 МГц

fПР3 МАКС = fВ + fПР1 + fПР2 = 11 + 0,5 + 18 = 29,5 МГц

Таким образом, в качестве активного элемента (АЭ) УМ применим кремниевый транзистор 2Т950А, имеющий следующие параметры:

- сопротивление насыщения rНАС = 0,4 Ом;

- сопротивление утечки эмиттерного перехода в закрытом состоянии

RУЭ 0,04 кОм

- средний статический коэффициент усиления по току в схеме с ОЭ 0 60;

- частота единичного усиления fТ 250 МГц;

- емкость коллекторного перехода СК 150 пФ;

- емкость эмиттерного перехода СЭ 1100 пФ;

- индуктивности выводов LБ = 2,3 нГн; LЭ = 2,1 нГн; LК = 4 нГн;

- максимальное импульсное напряжение коллектор-эмиттер UКЭ ИМП = 60 В;

- максимально-допустимое обратное напряжение эмиттерного перехода UБЭ ДОП = 4 В;

- максимальный постоянный ток коллектора IК0 ДОП = 10 А;

- диапазон рабочих частот ( 1,5 80 ) МГц

- допустимая температура переходов tП. ДОП = 200 С

- тепловое сопротивление между переходами и корпусом RПК = 1,25 С/Вт

Напряжение питания УМ с учетом падения в блокировочном дросселе примем равным ЕК = ЕП - 0,25 = 23,75 В , где ЕП = 24 В - напряжение питания передатчика. Так как УМ должен усиливать сигнал с минимальными искажениями, то есть иметь линейную амплитудную характеристику, и, кроме того, возможно больший КПД, примем угол отсечки коллекторного тока = / 2. При этом 0() = 0,319, 1() = 0,5, 0() = 0,319, 1() = 0,5. При усилении сигналов с ОБП УМ должен работать в недонапряженном режиме, в крайнем случае допустим критический режим.

Использованная методика расчета приведена в 1.

РАССЧЕТ КОЛЛЕКТОРНОЙ ЦЕПИ

1. Амплитуда первой гармоники напряжения UК1 на коллекторе в критическом режиме:

UК1 КР = 21,834 В

2. Максимальное напряжение на коллекторе:

UК МАКС = ЕК + 1,2 UК1 КРUК МАКС = 49,951 В UКЭ ИМП = 60 В

3. Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:

IК1 = 2,395 А

4. Постоянная составляющая коллекторного тока:

IК0 = 1,528 А IК0 ДОП = 10 А

5. Максимальная величина коллекторного тока:

IК МАКС = 4,79 А

6. Максимальная мощность, потребляемая от источника коллекторного напряжения:

Р0 МАКС = ЕК IК0Р0 МАКС = 36,287 Вт

7. КПД коллекторной цепи при номинальной нагрузке:

= 0,72

8. Максимальная мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора:

РК МАКС = Р0 МАКС - Р1МАКСРК МАКС = 10,143 Вт

9. Номинальное сопротивление коллекторной нагрузки:

RЭК НОМ = 9,118 Ом

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ СОГЛАСУЮЩЕЙ ЦЕПИ НА ВЕЛИЧИНУ RЭК НОМ.

Разрабатываемый передатчик должен обеспечивать работу на нагрузку (фидер) сопротивлением WФ = 75 Ом. Для выполнения этого требования в состав передатчика необходимо включить согласующую цепь с коэффициентом трансформации N = 75/9,118 = 8,225. В качестве согласующей цепи применим трансформатор на линиях с коэффициентом трансформации N = 9. Отсюда:

RЭК = 75/9 = 8,333 Ом

РАСЧЕТ ВЫХОДНОЙ ЦЕПИ СВЯЗИ

Оценим влияние реактивного элемента на выходе УМ (выходной емкости АЭ):

ВХ = 2fВ CК RЭКВХ = 0,086

Так как ВХ оказалось меньше 0,10,2 влияние выходной емкости транзистора незначительно и им можно пренебречь. Поэтому нет необходимости включать на выходе транзистора цепи связи, содержащие дополнительные LC элементы.

ПЕРЕРАСЧЕТ КОЛЛЕКТОРНОЙ ЦЕПИ

Сделаем перерасчет коллекторной цепи с учетом нового значения сопротивления RЭК = 8,333 Ом.

1. Амплитуда переменного напряжения на коллекторе при заданной мощности Р1МАКС:

UК = 20,874 В

2. Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:

IK1 = 2,505 А

3. Постоянная составляющая коллекторного тока:

IК0 = 1,598 А IК0 ДОП = 10 А

4. Максимальная величина коллекторного тока:

IК МАКС = 5,01 А

5. Максимальное напряжение на коллекторе:

UК МАКС = EK + UKUК МАКС = 44,624 В UКЭ ИМП = 60 В

6. Максимальная мощность, потребляемая от источника коллекторного напряжения:

Р0 МАКС = ЕК IК0Р0 МАКС = 37,955 Вт

7. КПД коллекторной цепи:

 = 0,689

8. Максимальная мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора:

РК МАКС = Р0 МАКС - Р1МАКСРК МАКС = 11,812 Вт

Значение РК МАКС является исходным параметром для расчета температуры в структуре транзистора и системы его охлаждения.

Страницы: 1, 2