Радиопередающее устройство, работающее в режиме однополосной модуляции 
Радиопередающее устройство, работающее в режиме однополосной модуляции
Дипломная работа на тему: Разработка радиопередающего устройства, работающего в режиме однополосной модуляции СОДЕРЖАНИЕВВЕДЕНИЕЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ1. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ2. РАСЧЁТ РЕЖИМА РАБОТЫ ОКОНЕЧНОГО КАСКАДА2.1 Выбор типа транзистора2.2 Расчёт входной цепи транзистора2.3 Расчет коллекторной цепи оконечного каскада3. РАСЧЕТЫ И ВЫБОР ВХОДЯЩИХ КАСКАДОВ3.1 Расчет кварцевого автогенератора3.2 Выбор типа балансного модулятора3.3 Выбор и расчет фильтров4. РАСЧЁТ ЛИНИИ СВЯЗИ5. СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТЫ6. РАСЧЁТ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ТРАНЗИСТОРА 2Т925В7. ИСТОЧНИК ПИТАНИЯЗАКЛЮЧЕНИЕСПИСОК ЛИТЕРАТУРЫПРИЛОЖЕНИЯ ВВЕДЕНИЕтемой данного дипломного проекта является разработка радиопередающего устройства, работающего в режиме однополосной модуляции. Радиопередающие устройства такого типа получили широкое распространение в диапазоне частот f = 1,5 - 30,0 МГц в качестве связных, так как речевой (передаваемый) сигнал достаточно узкополосен - 300… 3400 Гц. Это обусловлено назначением такого вида передатчиков, как в энергопотреблении (мобильные радиостанции), так и особенностями данного частотного диапазона, а именно его низкой информационной ёмкостью.Исходя из вышеуказанных обстоятельств, можно сделать вывод, что однополосная модуляция обладает рядом преимуществ перед обычной амплитудной модуляцией. К ним относятся: более узкая полоса частот радиоканала (что позволит осуществлять частотное уплотнение каналов), лучшие энергетические характеристики радиопередатчиков (повышенный КПД по сравнению с обычной амплитудной модуляцией), универсальность (использование в стационарных условиях в качестве базовых станций, а также в системах подвижных служб - сухопутной, морской, воздушной).Недостатком такого типа модуляции является усложнённая принципиальная схема как передающего, так и приёмного тракта данного типа устройств.Требования, которым должен удовлетворять передатчик, это, прежде всего, простота схемного исполнения (которая достигается применением современной элементной базы), что обеспечивает высокую надежность, возможности работы в широком диапазоне температур и влажности окружающей среды, простота в обращении, иногда ударостойкость, малое энергопотребление, а также низкая себестоимость. ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕСпроектировать связной радиопередатчик с однополосной модуляцией, удовлетворяющий следующим параметрам: Максимальная выходная мощность в фидере - Р1max = 10 Вт; Диапазон частот - f = 10…16 МГц; Волновое сопротивление фидера - Wф=50 Ом; Напряжение источника питания - Е = 220 В, 50 Гц (сеть); Шаг сетки частот - 1 кГц; ПВИ = - 45 дБ; Частоты модуляции - f мод = 0,3…3 кГц; Относительная нестабильность частоты - 3 * 10 - 5. В процессе проектирования необходимо выбрать и рассчитать: - составить и обосновать структурную схему; - рассчитать режим работы оконечного каскада; - рассчитать цепи связи оконечного каскада с фидером; - рассчитать автогенератор; - рассчитать индуктивности в цепи согласования и выбрать тип конденсаторов; - сформировать требования к источнику питания, привести схемы. Графические работы: - часть принципиальной электрической схемы (выбирается преподавателем); - схема размещения элементов оконечного каскада (вид сверху и сбоку). 1. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ Связные передатчики данного частотного диапазона f = 1.5…30 МГц работают, как правило, в режиме однополосной модуляции. Однополосный сигнал формируется фильтровым методом на относительно низкой частоте (f0 = 500 кГц) и переносится с помощью преобразователей частоты в рабочий диапазон. Структурная схема проектируемого передатчика построим таким образом, чтобы максимально снизить нелинейные искажения одновременно обеспечив заданное подавление внеполосного излучения колебаний, а также минимальное число перестраиваемых цепей в промежуточных и оконечном каскадах передатчика. Рассмотрим вариант структурной схемы (рис. 1), вполне удовлетворяющей изложенным выше требованиям.Рис. 1. Структурная схема проектируемого передатчика. Краткое описание предлагаемой структурной схемы и назначение блоков:Звуковой сигнал с микрофона усиливается усилителем нижних частот (УНЧ) до необходимого уровня и попадает на балансный модулятор 1 (БМ 1), на второй вход которого поступает напряжение с частотой f0 = 500 кГц (в качестве опорной частоты f 0 используется сигнал, формируемый синтезатором частоты). Частота этого генератора выбрана с учетом амплитудно - частотной характеристики электромеханического фильтра (ЭМФ) и выбором рабочей боковой полосы (верхней). Для этой частоты промышленностью выпускаются электромеханические фильтры (ЭМФ) с крутизной характеристики затухания S = 0,1…0,15 дБ/Гц, кроме того, синтезатор частоты обеспечит заданную относительную нестабильностью частоты, так как в его составе используется кварцевый генератор. Так как полоса полезного сигнала в соответствии с ТЗ равна 300 до 3000 Гц, то можно применить ЭМФ, полоса пропускания которого равна 3 кГц. По стандартам, для однополосных передатчиков с рабочей частотой выше 7 МГц выходной сигнал должен содержать верхнюю боковую полосу (рис.2), а при рабочей частоте ниже 7 МГц - нижнюю. На выходе БМ 1 получается двухполосный сигнал с ослабленной несущей. Степень подавления несущей частоты на выходе передатчика определяется балансным модулятором и ЭМФ, а нежелательной БП только параметрами ЭМФ. Поэтому от качества построения этого каскада зависит степень наличия в сигнале посторонних спектральных составляющих, причем в последующих каскадах невозможно изменить соотношение этих составляющих в сигнале. После прохождения сигнала через БМ 1 и ЭМФ сигнал затухает, поэтому целесообразно применить компенсационный усилитель (КУ 1), с выхода которого сигнал поступает на БМ2.На второй вход БМ 2 поступает сигнал вспомогательной частоты f 1 = 20 МГц, которая, аналогично f 0, формируется синтезатором. Частота f 1 выбирается выше верхней рабочей частоты передатчика - f B. При таком выборе комбинационная частота на выходе БМ 2, равная f 1 + f 0 также будет выше верхней частоты рабочего диапазона передатчика. Следовательно, колебания вспомогательного генератора f 1 и продукты преобразования первого порядка с частотами f1 + f0 , если они попадут на вход усилителя мощности, не создадут помех в рабочем диапазоне проектируемого передатчика. Относительная расстройка между комбинационными частотами на выходе БМ 2, как правило, не велика, поэтому селекция нужной комбинационной частоты должна осуществляться пьезокерамическим фильтром (ПФ) или фильтром на поверхностных акустических волнах, обладающие достаточно высокой избирательностью. Полоса пропускания этого фильтра должна быть не меньше полосы передаваемого сигнала. После прохождения сигнала через БМ 2 и ПФ сигнал также ослабляется, поэтому здесь тоже целесообразно применить компенсирующий усилитель (КУ 2), после которого сигнал поступает на БМ3.Однополосный сигнал с выхода КУ 2 в балансном модуляторе БМ3 смешивается с частотой f 2. Источником этих колебаний служит синтезатор сетки дискретных частот, генерирующий сетку в заданном диапазоне с заданным шагом. Частота f 2 выбирается выше f 1, то есть выше рабочего диапазона. Частоты рабочего диапазона получаются на выходе БМ3 в зависимости от значения f2. Они равны разности частот f2 и промежуточных частот преобразований на выходе полосового фильтра f = f2 - f1 - f0. Таким образом, можно определить требуемый диапазон сетки f2.Верхнее значение: f2 = fв + f1 + f0 = 16 + 20 + 0,5 = 36,5 МгцНижнее значение: f2 = fн + f1 + f0 = 10 + 20 + 0,5 = 30,5 МгцЭти частоты выделяются фильтром нижних частот (ФНЧ), который должен охватывать весь рабочий диапазон. Частота среза ФНЧ должна быть не менее верхней рабочей частоты диапазона.Однополосный сигнал формируется на малом уровне мощности 1 - 5 мВт. До заданного уровня на выходе передатчика он доводится линейным широкополосным усилителем мощности, число каскадов в котором определяется величиной сквозного коэффициента усиления:КР = Р1 / РВХ = 11,2 / 0,005 = 2240,где Р1 - мощность в коллекторной цепи оконечного каскада передатчика,РВХ - мощность однополосного сигнала на выходе ФНЧ.В результате усиления ШПУ получается уже достаточно сильный сигнал, поступающий на вход оконечного каскада (ОК), который определяет номинальную заданную мощность в передающем тракте, определяет КПД устройства, кроме того, цепь связи (ЦС), включенная последовательно с ОК определяет уровень внеполосных излучений. Определим количество каскадов усиления (ШПУ) для получения номинальной заданной мощности исходя из величины сквозного коэффициента усиления:Примем коэффициент усиления по мощности одного каскада равный 8, тогда число каскадов ШПУ можно определить, разделив КР на величину коэффициента усиления одного каскада.Усиление сигнала по мощности на величину, не менее 4,375 будет производиться в оконечном каскаде. Рис. 2. Спектры сигналов и АЧХ фильтров. 2. РАСЧЁТ РЕЖИМА РАБОТЫ ОКОНЕЧНОГО КАСКАДА2.1 Выбор типа транзистораРациональный выбор транзистора для оконечного каскада передатчика определяет такие характеристики усилителя, как коэффициент полезного действия (КПД) и коэффициент усиления по мощности. В ТЗ на курсовое проектирование указана колебательная мощность Р1max на входе фидера, соединяющего передатчик с антенной.Для оценки мощности Р1, которую должен отдавать транзистор, следует задаться величиной КПД цепи связи: цс = Рфидера / Р1В зависимости от схемы цепи связи, мощности и рабочей частоты передатчика величина КПД цепи связи может находиться в пределах от 0,7 до 0,9. В данном передатчике, работая в КВ диапазоне, где потери ВЧ энергии незначительны, можно принять цс = 0,9. Исходя из вышеуказанных рассуждений, можно определить минимальную полезную мощность Р1 с учетом цепи связи, которую должен развивать транзистор.Р1 = Рфидера / цс = 10 / 0,9 = 11,2 ВтВыбор транзистора для оконечного каскада передатчика необходимо сделать с учетом развиваемой пиковой мощности (с учетом КПД оконечного каскада), и рабочей частоты - не менее 30 МГц.Выбор транзистора остановим на 2Т925В; его параметры приведены ниже:- Электрические параметры приведены в таблице 1: Таблица 1.|
Параметр | Название | Значение | | rб | Сопротивление материала базы | 0,3 Ом | | rэ | Стабилизирующее сопротивление в цепи эмиттера | 0,1 Ом | | rнас | Сопротивление насыщения | 0,35 Ом | | RЭУ | Сопротивление утечки эмиттерного перехода | - | | | Коэффициент передачи по току в схеме с общим эмиттером ОЭ на частоах до 100 МГц | 5…10 | | fт | Граничная частота передачи по току в схеме с ОЭ, не менее | 400 МГц | | Ск | Барьерная ёмкость коллекторного перехода при соответствующем напряжении Ек, при Ек = 12 В, не более | 60 пФ | | Сэ | Барьерная ёмкость эмиттерного перехода при соответствующем напряжении Еэ, при Ек = 12 В, не более | 250 пФ | | Lэ | Индуктивность вывода эмиттера транзистора | 1 нГн | | Lб | Индуктивность вывода базы транзистора | 2,4 нГн | | Lк | Индуктивность вывода коллектора транзистора | 2,4 нГн | | Eкэ доп | Предельное напряжение на коллекторе | 36 В | | Eк доп | Допустимое значение питающего напряжения на коллекторе | 36 В | | Eбэ доп | Допустимое значение обратного напряжения на эмиттерном переходе | 3,5 В | | Iк0 доп | Допустимое значение постоянной составляющей коллекторного тока | 3,3 А | | Iк мах доп | Допустимое значение Iк мах (В импульсном режиме) | 8 А | | Iб0 доп | Допустимое значение постоянной составляющей базового тока | 1 А | | tп доп | Допустимая температура переходов транзистора | 150 C | | Rпк | Тепловое сопротивление переход (кристалл) _ корпус | 4,4 С/Вт | | Рк | Средняя рассеиваемая мощность в динамическом режиме | 25 Вт | | к | Постоянная времени цепи коллектора, пс, не более | 22 | | | Коэффициент полезного действия коллектора | 77 % | | Т к | Диапазон рабочих температур, C | - 60…+125 В | | Е | Напряжение отсечки | 0,7 В | | Схема включения - ОЭ | | |
- Конструктивно-габаритные параметры приведены на рис. 3. Рис. 3. Конструктивно-габаритные параметры транзистора 2Т925В.2.2 Расчет входной цепи транзистора Предполагается, что между базой и эмиттером транзистора по радиочастоте включен резистор , предназначенный для устранения "искажений" в импульсах коллекторного тока. В реальной схеме усилителя мощности можно не ставить , однако при проведении последующих расчетов необходимо учитывать. Коэффициент, учитывающий уменьшение усиления по току: Амплитуда тока базы: Постоянные составляющие базового и эмиттерного токов:
Страницы: 1, 2, 3
|
|
