Большая База Данных Рефератов - Однополосный связной передатчик

Однополосный связной передатчик

ля компенсации снижения величины от f амплитуда входного базового тока IБ транзистора УМ должна изменяться приблизительно обратно пропорционально частоте. Для этого на входе транзистора включают дополнительные корректирующие элементы LДОП, rДОП, RДОП, CДОП (Рисунок 5). Чтобы входное сопротивление цепи связи, являющееся нагрузкой для предыдущего каскада было близким к постоянному и резистивному ZВХ(f) = RВХ = rВХ ОЭ + rДОП во всем диапазоне рабочих частот, дополнительно включают корректирующие элементы rПАР, CПАР, LПАР, RПАР.

Рисунок 5. Входная цепь связи транзистора с ОЭ

Примем неравномерность АЧХ = 0,023, что соответствует = 0,1 дБ. Исходными данными служат рассчитанные выше значения LВХ.ОЭ, rВХ.ОЭ, RВХ.ОЭ, СВХ.ОЭ.

1. Расчет вспомогательных коэффициентов:

* = 0,265

* = 15,987

2. Находим коэффициенты:

;, где

; ; ;

= 0,675 > * = 0,265

= 3,24 < * = 15,987

3. Расчет резистора rДОП и корректирующих элементов:

rДОП = 3,454 Ом

Примем rДОП = 3,3 Ом

** = 0,056 < = 0,675

LДОП = 37,44 нГн

4. Рассчитываем резистор rПАР и элементы комплексного сопротивления ZПАР:

rПАР = rВХ ОЭ + rДОПrПАР = 4,178 Ом

Примем rПАР = 4,3 Ом

СПАР = 2,337 нФ

Примем СПАР = 2,2 нФ

LПАР = СВХ ОЭ(rВХ ОЭ + rДОП)2LПАР = 47,51 нГн

RПАР = 1,244 Ом

Примем RПАР = 1,2 Ом

5. Результирующее входное сопротивление цепи связи:

ZВХ = RВХ = rВХ ОЭ + rДОПRВХ = 4,178 Ом

6. Амплитуда входного напряжения:

UВХ = 2,82 В

7. Мощность, потребляемая от предыдущего каскада:

PВХ = 0,5UВХ2/ RВХPВХ = 0,952 Вт

8. Коэффициент усиления по мощности:

КР = 27,474

9. Мощность, рассеиваемая на резисторах rДОП, rПАР:

PrДОП = 0,157 Вт

PrПАР = 0,504 Вт

РАССЧЕТ ЦЕПЕЙ ПИТАНИЯ

При включении транзисторов по схеме с ОЭ величина напряжения смещения ЕБ определяется амплитудой тока базы IБ и углом отсечки коллекторного тока . Для достижения = const при изменении IБ = var смещение должно быть комбинированным - внешнее от источника ЕВН и автосмещение от постоянной составляющей IБ0 на сопротивлении RАВТ в цепи базы транзистора:

ЕБ = ЕВН - IБ0 RАВТ. Чтобы получить = 90, необходимо обеспечить RАВТ > RД. Для этого используем схему, приведенную на рисунке 6. Здесь при R1 >> R2 сопротивление RАВТ = RД + R2.

Рисунок 6. Схема оконечного каскада.

R2 = 21,006 Ом

Примем R2 = 22 Ом

R1 = 732,286 Ом

Примем R1 = 750 Ом

Ток через резисторы R1 и R2:

IДЕЛ = 0,031 А

Мощность, рассеиваемая на резисторах R1, R2:

PR1 = IДЕЛ2R1PR1 = 0,725 Вт

PR2 = (IДЕЛ- IБ0)2R2PR2 = 0,436 мВт

Следует отметить, что если автосмещение должно быть безинерционным, чтобы успевать следить за изменением огибающей ОМ сигнала, то внешнее смещение - наоборот, инерционным. Это накладывает ограничения на величины блокировочных конденсаторов в цепи питания. Укажем также, что для связного передатчика FН = 300 Гц, FВ = 3400 Гц.

СБЛ1 0,318 мкФ

Примем СБЛ1 = 0,47 мкФ

СБЛ2 0,11 мкФ

Примем СБЛ2 = 0,1 мкФ

СБЛ3 0,159 мкФ

Примем СБЛ3 = 0,22 мкФ

LБЛ 11,05 мкГн

В качестве LБЛ применим ВЧ дроссель ДМ-2,4-20.

РАСЧЕТ СОГЛАСУЮЩЕЙ ЦЕПИ

Как уже было отмечено, разрабатываемый передатчик должен обеспечивать работу на нагрузку (фидер) сопротивлением WФ = 75 Ом. Для выполнения этого требования в состав передатчика (а именно на выходе усилителя мощности) необходимо включить согласующую цепь. Применим здесь трансформатор на линиях с коэффициентом трансформации N = 9. Этот выбор обусловлен низкими значениями согласуемых сопротивлений, при которых обычные широкополосные трансформаторы имеют низкий КПД из-за влияния индуктивности рассеяния.

Исходные данные для расчета:

- RН = WФ = 75 Ом - сопротивление нагрузки трансформатора

- RВХ = RЭК = 8,333 Ом - входное сопротивление трансформатора

- N = 9 - коэффициент трансформации сопротивлений

- диапазон рабочих частот от fН = 6 МГц до fВ = 11 МГц

- мощность в нагрузке трансформатора ( на входе фильтрующей цепи )

PН = РФ МАКС / Ф 24 Вт

- неравномерность АЧХ на fН трансформатора примем равной

1 = 0,1 ( КБ.ТР > 0,895 )

Схема трансформатора приведена на рисунке 7.

Рисунок 7. Схема согласующей цепи.

1. Необходимое волновое сопротивление линии:

ZС.ТРЕБ = 25 Ом

2. Амплитудные значения напряжения и тока в нагрузке:

UН = 60 В

IН = 0,8 А

Напряжения и токи на линиях:

UЛ = UН/3UЛ = 20 В

IЛ = IНIЛ = 0,8 А

Продольные напряжения на линиях:

UПР1 = 2 UГUПР1 = 40 В

UПР2 = UГUПР2 = 20 В

UПР3 = 0

Требуемые индуктивности:

LПР.ТРЕБ.1 13,263 мкГн

LПР.ТРЕБ.2 6,631 мкГн

LПР.ТРЕБ.3 = 0

3. Выбираем коаксиальную линию КВФ - 25 с волновым сопротивлением ZС = 25 Ом.

4. Оценим геометрическую длину линий:

, где

< ( 18 54 ) при ZС ZС.ТРЕБ. Примем = 18

С = 31010 - скорость света

= 2,1 - диэлектрическая проницаемость диэлектрика

lЛ 94 см

5. Выбираем марку феррита 200 ВНС. Его параметры приведены в таблице 1.

Таблица1.

Марка феррита	Н	Q, не менее ( при В, Тл )	fИЗМ, МГц
	Номинальное значение	Предельное отклонение	0,0010	0,0200
200 ВНС	200	20	130	80	3,0
			70	50	6,0
			40	-	10,0
			20	-	30,0

Значение магнитной индукции:

ВfнРАБ.МАКС. ( 0,014 0,031 ) Тл на частоте fН = 6 МГц при допустимых удельных тепловых потерях в феррите РФ = ( 0,2 1,0 ) Вт/см3 и Q = 70

Поскольку ВfнРАБ.МАКС. 0,001 Тл, уточняем при Q = 50

ВfнРАБ.МАКС. ( 0,012 0,026 ) Тл

Аналогично определяем значение ВfвРАБ.МАКС. на частоте fВ = 11 МГц при Q = 40

ВfвРАБ.МАКС. ( 0,008 0,017 ) Тл

С запасом примем ВfнРАБ.МАКС. = 0,01 Тл; ВfвРАБ.МАКС. = 0,006 Тл.

6. Выбираем многовитковую конструкцию. Она удобна при использовании гибких линий достаточной длины, что позволяет наматывать их на ферритовые кольца.

Определим минимальный объем феррита для первой линии:

VМИН1 = 0,213 см3 на fН = 6 МГц

При расчетах на fВ = 11 МГц минимальный объем феррита получается еще меньше ( VМИН1 = 0,176 см3 ). Однако на кольце малого размера не удастся разместить кабель диаметром b = 2,49 мм и длиной lЛ = 94 см. Поэтому применим кольцо К28169 (D = 2,8 см; d = 1,6 см; h = 0,9 см) . Его площадь поперечного сечения и объем:

S1 = 0,5h(D - d)S1 = 0,54 см2

V1 = 0,25( D2 - d2 ) hV1 = 3,732 см3 > VМИН1 = 0,213 см3

7. Определим необходимое число витков:

1 19 витков

Девятнадцать витков кабеля КВФ - 25 будут занимать:

lКАБ.1 = blКАБ.1 = 4,731 см

Периметр кольца по внутреннему диаметру:

lКОЛ.1 = dlКОЛ.1 = 5,027 см

Так как lКОЛ.1 > lКАБ.1 все 19 витков кабеля уместятся на кольце в один слой.

Оценим продольную индуктивность:

LПР. РАСЧ.1 = 70,89 мкГн

Поскольку LПР.РАСЧ.1 значительно больше требуемой LПР.ТРЕБ.1 и объем кольца К28169 также много больше минимально необходимого сделаем перерасчет трансформатора.

Выберем кольцо К20105. Для него:

S1 = 0,25 см2

V1 = 1,178 cм3 > VМИН1 = 0,213 см3

1 11 витков ( для lЛ = 40 см )

lКОЛ.1 = 3,142 см > lКАБ.1 = 2,739 см

LПР. РАСЧ.1 = 16,13 мкГн > LПР.ТРЕБ.1 = 13,263 мкГн

8. Определим значение магнитной индукции:

BfнРАБ.1 = 3,858 10 -3 Тл < ВfнРАБ.МАКС. = 0,01 Тл

ВfвРАБ.1 = 2,105 10 -3 Тл < ВfвРАБ.МАКС. = 0,006 Тл

9. Удельные тепловые потери в феррите первой линии:

PФ1 = 0,022 Вт/см3на частоте fН = 6 МГц для Q = 50

PФ1 = 0,015 Вт/см3на частоте fВ = 11 МГц для Q = 40

10. Мощность потерь в объеме сердечника первой линии:

PФ1 = PФ1МАКС. V1

PФ1 =0,026 Вт

11. Аналогичные расчеты проводим для второй линии:

VМИН2 = 0,107 см3 на fН = 6 МГц

Сердечник - кольцо К1294, две штуки. Для них:

S2 = 0,12 см2

V2 = 0,396 cм3 > VМИН2 = 0,107 см3

2 11 витков ( для lЛ = 40 см )

lКОЛ.2 = 2,827 см > lКАБ.2 = 2,739 см

LПР. РАСЧ.2 = 11,06 мкГн > LПР.ТРЕБ.2 = 6,631 мкГн

BfнРАБ.2 = 4,019 10 -3 Тл < ВfнРАБ.МАКС. = 0,01 Тл

ВfвРАБ.2 = 2,192 10 -3 Тл < ВfвРАБ.МАКС. = 0,006 Тл

PФ2 = 0,024 Вт/см3на частоте fН = 6 МГц для Q = 50

PФ2 = 0,017 Вт/см3на частоте fВ = 11 МГц для Q = 40

PФ2 = 9,5 10 -3 Вт

12. Третья линия согласующего трансформатора является фазокомпенсирующей и не содержит ферритового сердечника. Ее длину примем равной длинам первой и второй линий lЛ = 40 см.

13. Входная мощность и КПД трансформатора:

PВХ = PН + PФ1 + PФ2PВХ = 24,0355 Вт

ТР = PН / PВХТР = 0,998

РАСЧЕТ ФИЛЬТРУЮЩЕЙ ЦЕПИ

Высшие гармоники тока или напряжения, образованные в результате работы транзистора УМ в нелинейном режиме с = 90, должны быть ослаблены в нагрузке передатчика (фидере) до уровня, определенного в задании на курсовую работу. С этой целью на выходе передатчика включается фильтр. Заданную фильтрацию гармоник, в первую очередь наиболее интенсивных - второй и третьей, фильтрующая цепь должна обеспечить в рабочем диапазоне частот передатчика при заданном уровне колебательной мощности и высоком КПД.

Исходные данные для расчета:

- диапазон рабочих частот от fН = 6 МГц до fВ = 11 МГц

- RН = WФ = 75 Ом - сопротивление нагрузки

- КБ.Н. 0,8 - допустимое значение КБВ нагрузки

- КБ.ВХ. 0,7 - допустимое значение КБВ на входе фильтрующей цепи

- ДОП = -50 дБ - допустимый уровень высших гармоник в нагрузке передатчика

- СЦ 0 - дополнительное затухание, вносимое согласующей цепью

- ГN - относительный уровень высших гармоник напряжения (или тока) на выходе УМ. Величина ГN определяется схемой и режимом работы УМ. Для рассматриемого случая (однотактный УМ в недонапряженном или критическом режиме):

Для наиболее значимой второй гармоники при = 90 2() = 0,212.

Тогда Г2 -7,5 дБ.

Непосредственно расчет:

1. Коэффициент перекрытия передатчика по частоте:

КfП = fВ / fНКfП = 1,833

Так как КfП (1,6 1,9) устанавливаем один фильтр.

2. Граничные частоты фильтра совпадают с соответствующими частотами fН = 6 МГц и fВ = 11 МГц передатчика.

3. КБВ, который должна обеспечить колебательная система:

КБ.Ф. = КБ.ВХ / КБ.НКБ.Ф. = 0,875

4. Неравномерность АЧХ в полосе пропускания фильтрующей цепи:

= 0,004

= 0,02 дБ

5. Минимальное затухание, которое должен обеспечить фильтр в полосе задерживания:

ФN -ДОП + ГN + СЦФ2 42,5 дБ

6. Нормированная частота в полосе задерживания (для ФНЧ):

ЗN = N / КfПЗ2 = 1,09

7. При выборе схемы фильтра необходимо обеспечить малое входное сопротивление на частотах высших гармоник. В частности, для однотактного УМ ФНЧ должен начинаться с параллельной емкости С1. Для рассматриемого случая Ф2 (20 30) дБ и З2 (1,5 1,8), поэтому необходимо применять фильтры Кауэра ( эллиптические ), имеющие равноколебательную АЧХ в полосе пропускания и АЧХ со “всплесками” затухания в полосе задерживания. Используя диаграмму для оценки порядка эллиптических ФНЧ на рис.2.7 2 и данные таблицы 9, выбираем фильтр 9-го порядка С09 - 05 - 67 с = 0,0109 дБ, З = 1,086360377, Ф = 46,4 дБ, = 5%.

8. Принципиальная схема фильтра приведена на рисунке 8.

Рисунок 8. Схема фильтра Кауэра 9-го порядка.

Нормированные значения элементов:

c1 = 0,693482l2 = 1,235453c2 = 0,163150

c3 = 1,172824l4 = 0,748031c4 = 1,008319

c5 = 0,793057l6 = 0,575410c6 = 1,456578

c7 = 0,908201l8 = 0,765453c8 = 0,707124

c9 = 0,351309

Производим денормирование:

;;RB = RН = 75 Ом

LB = 1,085147 мкГнСВ = 192,915 пФ

С1 = СВ с1 = 133,783 пФС2 = СВ с2 = 31,474 пФ

С3 = СВ с3 = 226,255 пФС4 = СВ с4 = 194,52 пФ

С5 = СВ с5 = 152,993 пФС6 = СВ с6 = 280,996 пФ

С7 = СВ с7 = 175,206 пФС8 = СВ с8 = 136,415 пФ

С9 = СВ с9 = 67,773 пФ

L2 = LB l2 = 1,341 мкГн

L4 = LB l4 = 0,812 мкГн

L6 = LB l6 = 0,624 мкГн

L8 = LB l8 = 0,831 мкГн

9. КПД фильтра:

Ф = 1- 2Ф = 0,9975

Произведем конструктивный расчет катушек L2, L4, L6, L8. Приближенно можно считать, что действующие на LC - элементах напряжения и токи в 35 раз больше номинальных значений напряжения и тока в нагрузке RН.

Действующее значение тока в нагрузке:

IНД 0,6 А

Действующее значение напряжения на нагрузке:

UНД = РН / IНДUНД 43 В

Тогда действующие напряжения и токи на LC - элементах не превосходят:

IД = 3 IНДIД 1,8 А

UД = 3 UНДUД 130 В

UМАКС = 2 UДUМАКС 185 В

1. Уточним расчетные значения индуктивностей с учетом размагничивающего влияния близко расположенных проводников, деталей конструкции, каркаса и стенок блока:

L2РАСЧ = 1,1 L2L2РАСЧ = 1,475 мкГн

L4РАСЧ = 1,1 L4L4РАСЧ = 0,893 мкГн

L6РАСЧ = 1,1 L6L6РАСЧ = 0,686 мкГн

L8РАСЧ = 1,1 L8L8РАСЧ = 0,914 мкГн

2. Выберем диаметр провода катушки исходя из соображений ее допустимого перегрева. Для цилиндрической однослойной катушки с естественным (конвекционным) охлаждением:

, где

Т2 = 40 К - разность температур провода и окружающей среды.

Примем d = 1 мм.

3. Шаг намотки:

g = (1,31,5)dg = 1,5 мм

4. Число витков спирали катушки:

, где

D - диаметр намотки катушки, см

F - коэффициент формы катушки, зависящий от отношения длины намотки катушки l к ее диаметру D. Для катушек диаметром до 5 см обычно берут l/D = 0,50,8. Примем l/D = 0,6. Тогда из графика рис.10.3 F = 1210-3.

Поскольку величины D, l/D, g = l/N выбираются произвольно, необходимо проверить правильность их выбора - должно выполняться равенство N = l/g. При совпадении результатов с точностью (57)% расчет можно считать законченным. В противном случае расчет повторяют при новом значении D.

Таким образом, с учетом приведенных выше требований проверки имеем:

Для L2: D = 1,98 см, l = 1,188 см, N = 7,879 витков.

Для L4: D = 1,66 см, l = 0,996 см, N = 6,696 витков.

Для L6: D = 1,52 см, l = 0,912 см, N = 6,134 витков.

Для L8: D = 1,68 см, l = 1,008 см, N = 6,734 витков.

5. Вычислим электрическую прочность катушек.

Напряжение между соседними витками:

UВ = UМАКС / NМИНUВ 30 В

Напряженность поля между витками:

Е = UВ / (g - d)Е 60 В/мм < ЕМАКС = (250700) В/мм

6. Длина провода катушки:

lПР DNlПРМАКС 50 см

Условие lПРМАКС 50 см < 0,3МИН 820 см выполняется, значит катушки фильтра можно считать элементами с сосредоточенными параметрами.

Для рассчитанного ФНЧ с помощью пакета схемотехнического моделирования OrCAD 9.1 был получен график 1 АЧХ, приведенный в приложении 2.

Как известно, вид АЧХ фильтра находится в тонкой зависимости от величин элементов. Полученные в ходе расчетов значения емкостей конденсаторов фильтра не соответствуют дискретным значениям стандартных рядов, что затрудняет их выбор. Здесь возможно применение подстроечных конденсаторов, однако была предпринята попытка использования конденсаторов со стандартными значениями, соответствующими ряду Е24, а именно:

C1 = 130 пФC2 = 30 пФC3 = 220 пФ

C4 = 200 пФC5 = 150 пФC6 = 270 пФ

C7 = 180 пФC8 = 130 пФC9 = 68 пФ

Значения индуктивностей оставлены неизменными, равными расчетным. АЧХ такого фильтра приведена на графике 2, представленном в приложении 2.

Анализируя графики 1 и 2 АЧХ фильтров можно сделать вывод о возможности применения в качестве конденсаторов ФНЧ конденсаторов постоянной емкости с номиналами, приведенными выше. Это не приведет к существенной деградации АЧХ фильтра.

Таким образом, в качестве конденсаторов фильтра применим конденсаторы типа КМ 4, группы П33 с максимальным рабочим напряжением 250 В.

РАСЧЕТ РАДИАТОРА

Исходным параметром для расчета радиатора транзистора оконечного каскада является мощность РК.МАКС 12 Вт, рассеиваемая на его коллекторе.

Максимальная температура корпуса транзистора типа 2Т950А составляет 125С. Примем температуры корпуса транзистора и его радиатора примерно одинаковыми, и, с некоторым запасом, равными tРАД = 80С.

Температурой окружающей среды для радиатора будет являться внутренняя температура корпуса передатчика tСР. Примем tСР = 40С.

Тогда тепловое сопротивление радиатора:

RРАД = 3,33С/Вт

По графику рис. П.4 стр. 304 [4] находим, что такое сопротивление обеспечивает ребристый радиатор объемом V = 110 см3. Примем длину и ширину радиатора равными 5 см, тогда его высота составит 4,4 см.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результатом выполнения данной курсовой работы является разработанный радиопередатчик с ОБП, отвечающий заданным требованиям, а именно:

- мощность в фидере сопротивлением WФ = 75 Ом

РФ.МАКС = Р1.МАКСТРФРФ.МАКС = 26 Вт

- стабильность частоты не хуже 10-6, что обеспечивается применением кварцевой стабилизации

- подавление внеполосных излучений более 50 дБ

- перестройка частоты выходного сигнала в диапазоне (611) МГц с шагом 1 кГц

Вместе с тем необходимо отметить значительную сложность отдельных узлов. Так фильтрующая цепь имеет 9 порядок. Для снижения требований к ней представляется целесообразным выполнить оконечный каскад по двухтактной схеме.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

1. Проектирование транзисторных каскадов передатчиков. Учебное пособие для техникумов / Шумилин М.С., Козырев В.Б., Власов В.А. М.: Радио и связь. 1987. 320 с.

2. Справочник по расчету фильтров / Зааль Р. М.: Радио и связь. 1983. 752 с.

3. Радиопередающие устройства: Методические указания по курсовому проектированию / Булатов Л.И., Гусев Б.В., Харитонов Ф.В. Екатеринбург: УПИ. 1992. 28 с.

4. Проектирование радиопередающих устройств СВЧ / Под ред. Уткина Г.М. М.: Советское радио. 1979.

Страницы: 1, 2

Меню

Однополосный связной передатчик