Рефетека.ру / Коммуникации и связь

Курсовая работа: 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:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


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 КВ\УКВ 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 Расчет каскадов ЧМ передатчика > 110 В

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

Ток утечки затвор-исток Расчет каскадов ЧМ передатчика (при Расчет каскадов ЧМ передатчика= 20 В) < 1 мкА

Крутизна линии граничного режима Расчет каскадов ЧМ передатчика 4,5 – 6,2 См

Напряжение отсеки определим по проходной характеристике транзистора Расчет каскадов ЧМ передатчика

Крутизна передаточной характеристики S = 5 См

Коэффициенты Берга, соответствующие выбранному углу отсечки Расчет каскадов ЧМ передатчика, Расчет каскадов ЧМ передатчика


Расчетные данные


Расчет каскадов ЧМ передатчика50 В

Ток стока Расчет каскадов ЧМ передатчика20 А

Расчет каскадов ЧМ передатчика 110 В

Расчет каскадов ЧМ передатчика (данная величина рекомендована для УКВ-диапазона)

Расчет каскадов ЧМ передатчика 130 Вт

Коэффициент использования стокового напряжения


Расчет каскадов ЧМ передатчика


Амплитуда стокового напряжения:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


Амплитуда первой гармоники стокового тока:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


Амплитуда импульсов стокового тока:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


Постоянная составляющая стокового тока:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


Эквивалентное сопротивление нагрузки:


Расчет каскадов ЧМ передатчика

7. Напряжение возбуждения:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


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

Посчитаем входную мощность ГВВ:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


Коэффициент усиления по мощности:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


Расчет каскадов ЧМ передатчика


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

Выходное сопротивление транзистора:

Расчет каскадов ЧМ передатчика


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


2. Расчет модулятора


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

Схема модулятора выглядит следующим образом:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


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 Расчет каскадов ЧМ передатчика при отсутствии сигнала ЗЧ составит

8 пФ.

В результате подбора параметров получены следующие величины:

Частота возбуждения: Расчет каскадов ЧМ передатчика, т.е. Расчет каскадов ЧМ передатчика рад/с

Коэффициент умножения – 10

Индуктивность: Расчет каскадов ЧМ передатчика

Максимальное отклонение частоты от Расчет каскадов ЧМ передатчика:


Расчет каскадов ЧМ передатчикарад/с


Зададим добротностью колебательного контура, равной 20.

Величина фазовой модуляции:


Расчет каскадов ЧМ передатчика рад


Девиация частоты при частоте модулирующего сигнала 15 кГц:


Расчет каскадов ЧМ передатчика 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 каскадов ЧМ передатчика


Расчет коллекторной цепи

Выбираем напряжение на коллекторе Расчет каскадов ЧМ передатчика, зададим угол отсечки Расчет каскадов ЧМ передатчика и определим коэффициенты разложения (Расчет каскадов ЧМ передатчика, Расчет каскадов ЧМ передатчика).

Коэффициент использования коллекторного напряжения:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


Амплитуда напряжения на коллекторе:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


Амплитуда импульсов коллекторного тока:

Расчет каскадов ЧМ передатчика


Выполним проверку условия Расчет каскадов ЧМ передатчика – условие выполняется.

Постоянная составляющая постоянного тока:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


Эквивалентное сопротивление нагрузки, обеспечивающее рассчитываемый режим:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


Мощность, потребляемая от источника питания:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


Мощность, рассеиваемая на коллекторе:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


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


КПД коллекторной цепи:

Расчет каскадов ЧМ передатчика


Расчет базовой цепи

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


Расчет каскадов ЧМ передатчика


2. Рассчитываем время дрейфа транзистора:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


3. Определим угол дрейфа на высшей частоте:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


Т.к. угол дрейфа меньше Расчет каскадов ЧМ передатчика, то считаем, что Расчет каскадов ЧМ передатчика и Расчет каскадов ЧМ передатчика.

4. Амплитуда переменного напряжения на переходе эмиттер-база:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


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

Расчет каскадов ЧМ передатчика


6. Амплитуда напряжения возбуждения, требуемая от источника возбуждения:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


7. Входное сопротивление:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


8. Мощность возбуждения:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


9. Первая гармоника тока базы:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


Реальная величина тока базы:


Расчет каскадов ЧМ передатчика

Напряжение смещения, обеспечивающее заданный угол отсечки базового тока:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


Максимальное значение положительного импульса тока базы:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


Постоянная составляющая положительных импульсов тока базы:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


Мощность рассеяния в цепи базы:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


Рассчитаем сопротивления делителя напряжения цепи смещения Расчет каскадов ЧМ передатчика и Расчет каскадов ЧМ передатчика. 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:


Расчет каскадов ЧМ передатчика

3. Расчет возбудителя


Расчет каскадов ЧМ передатчика

Схема возбудителя с кварцевой стабилизацией.


Выбираем транзистор КТ312А.

Приведем параметры, применяемые при расчете:

Расчет каскадов ЧМ передатчика

Определим коэффициент обратной связи:

Расчет каскадов ЧМ передатчика (Расчет каскадов ЧМ передатчика – динамическое сопротивление кварца, Расчет каскадов ЧМ передатчика – коэффициент регенерации, Расчет каскадов ЧМ передатчика – нормированное управляющее сопротивление)

Расчет каскадов ЧМ передатчика, где Расчет каскадов ЧМ передатчика – фаза крутизны Расчет каскадов ЧМ передатчика,


Расчет каскадов ЧМ передатчика – обобщенная расстройка – Расчет каскадов ЧМ передатчика

Расчет каскадов ЧМ передатчика – затухание кварца.

Для заданной частоты – 10,1 МГц – Расчет каскадов ЧМ передатчика=10 пФ, Расчет каскадов ЧМ передатчика= 80 Ом


Расчет каскадов ЧМ передатчика

Расчет каскадов ЧМ передатчика

Расчет каскадов ЧМ передатчика


Рассчитаем емкость Расчет каскадов ЧМ передатчика, включенную между базой и эмиттером:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


Тогда, емкость Расчет каскадов ЧМ передатчика, включенная между эмиттером и коллектором, будет равна:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


Вычисляем функцию угла отсечки:


Расчет каскадов ЧМ передатчика

Расчет каскадов ЧМ передатчика – характеристическое сопротивление кварца (Расчет каскадов ЧМ передатчика=0,025 Гн)

Расчет каскадов ЧМ передатчика – добротность кварца

Расчет каскадов ЧМ передатчика

Расчет каскадов ЧМ передатчика

Расчет каскадов ЧМ передатчика

Расчет каскадов ЧМ передатчика

Расчет каскадов ЧМ передатчика


По таблицам значений Берга, это значение соответствует Расчет каскадов ЧМ передатчика.


Расчет коллекторной цепи возбудителя

Выбираем напряжение на коллекторе Расчет каскадов ЧМ передатчика.

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

Расчет каскадов ЧМ передатчика

Коэффициент использования коллекторного напряжения:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


Амплитуда напряжения на коллекторе:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


Амплитуда импульсов коллекторного тока:


Расчет каскадов ЧМ передатчика

.

Постоянная составляющая постоянного тока:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


Эквивалентное сопротивление нагрузки, обеспечивающее рассчитываемый режим:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


Мощность, потребляемая от источника питания:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


Мощность, рассеиваемая на коллекторе:


Расчет каскадов ЧМ передатчика

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


КПД коллекторной цепи:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


Расчет базовой цепи возбудителя

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


Расчет каскадов ЧМ передатчика


2. Рассчитываем время дрейфа транзистора:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


3. Определим угол дрейфа на высшей частоте:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


Т.к. угол дрейфа меньше Расчет каскадов ЧМ передатчика, то считаем, что Расчет каскадов ЧМ передатчика и Расчет каскадов ЧМ передатчика.

4. Амплитуда переменного напряжения на переходе эмиттер-база:


Расчет каскадов ЧМ передатчика

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


Расчет каскадов ЧМ передатчика


6. Амплитуда напряжения возбуждения:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


7. Входное сопротивление:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


8. Мощность возбуждения:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


9. Первая гармоника тока базы:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


Напряжение смещения, обеспечивающее заданный угол отсечки базового тока:


Расчет каскадов ЧМ передатчика

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 Расчет каскадов ЧМ передатчика.

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:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


В расчете требуются 10-е коэффициенты Берга: Расчет каскадов ЧМ передатчика и Расчет каскадов ЧМ передатчика.

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

Расчет коллекторной цепи

Напряжение питания: Расчет каскадов ЧМ передатчика.

1. Коэффициент использования коллекторного напряжения:

Расчет каскадов ЧМ передатчика


2. Коэффициент использования коллекторного напряжения на 10 й гармонике:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


3. Амплитуда напряжения на коллекторе:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


4. Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


5. Амплитуда десятой гармоники коллекторного тока:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


6. Амплитуда импульсов коллекторного тока:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


7. Постоянная составляющая постоянного тока:

Расчет каскадов ЧМ передатчика


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


Расчет каскадов ЧМ передатчика


Расчет базовой цепи

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


Расчет каскадов ЧМ передатчика


2. Рассчитываем время дрейфа транзистора:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


3. Определим угол дрейфа на высшей частоте:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


Т.к. угол дрейфа меньше Расчет каскадов ЧМ передатчика, то считаем, что Расчет каскадов ЧМ передатчика и Расчет каскадов ЧМ передатчика.

4. Амплитуда переменного напряжения на переходе эмиттер-база:


Расчет каскадов ЧМ передатчика

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


Расчет каскадов ЧМ передатчика


по графику определяем Расчет каскадов ЧМ передатчика.

6. Амплитуда напряжения возбуждения, требуемая от источника возбуждения:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


7. Входное сопротивление:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


8. Мощность возбуждения:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


9. Первая гармоника тока базы:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


10. Реальная величина тока базы:

Расчет каскадов ЧМ передатчика


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


Расчет каскадов ЧМ передатчика


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


Расчет каскадов ЧМ передатчика


Рассчитаем емкость и индуктивность:


Расчет каскадов ЧМ передатчика

Расчет каскадов ЧМ передатчика


Индуктивность на входе: Расчет каскадов ЧМ передатчика


5. Расчет предоконечного каскада


Расчет каскадов ЧМ передатчика

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: Расчет каскадов ЧМ передатчика.

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

Расчет коллекторной цепи

Выбираем напряжение питания Расчет каскадов ЧМ передатчика.

1. Коэффициент использования коллекторного напряжения:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


2. Амплитуда напряжения на коллекторе:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


3. Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


4. Амплитуда импульсов коллекторного тока:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


5. Постоянная составляющая постоянного тока:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


6. Эквивалентное сопротивление нагрузки, обеспечивающее рассчитываемый режим:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


7. Мощность, потребляемая от источника питания:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


8. Мощность, рассеиваемая на коллекторе:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


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

9. КПД коллекторной цепи:

Расчет каскадов ЧМ передатчика


Расчет базовой цепи

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


Расчет каскадов ЧМ передатчика


2. Рассчитываем время дрейфа транзистора:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


3. Определим угол дрейфа на наивысшей частоте:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


4. Нижний угол отсечки положительных импульсов эмиттерного тока:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


Коэффициенты Расчет каскадов ЧМ передатчика и Расчет каскадов ЧМ передатчика, соответствующие углу отсечки Расчет каскадов ЧМ передатчика: Расчет каскадов ЧМ передатчика и Расчет каскадов ЧМ передатчика.

5. Модуль коэффициента передачи по току на рабочей частоте:


Расчет каскадов ЧМ передатчика

где Расчет каскадов ЧМ передатчика


6. Амплитуда первой гармоники тока эмиттера:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


7. Амплитуда положительного импульса эмиттерного тока:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


8. Постоянная составляющая тока эмиттера:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


9. Амплитуда переменного напряжения на переходе эмиттер-база:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


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


Расчет каскадов ЧМ передатчика


по графику определяем Расчет каскадов ЧМ передатчика.

11. Амплитуда сигнала возбуждения, требуемая от предыдущего каскада:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


12. Входное сопротивление:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


13. Мощность, требуемая от предыдущего каскада:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


14. Первая гармоника тока базы:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


Напряжение смещения:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


Индуктивность на входе:


Расчет каскадов ЧМ передатчика


17. Емкость и индуктивность на выходе колебательного контура:


Расчет каскадов ЧМ передатчика и Расчет каскадов ЧМ передатчика


Расчет коэффициентов трансформации согласующих трансформаторов

Согласование возбудителя и модулятора.


Расчет каскадов ЧМ передатчика


Согласование модулятора и умножителя частоты.


Расчет каскадов ЧМ передатчика


Согласование умножителя частоты и предусилителя.


Расчет каскадов ЧМ передатчика


Расчет каскадов ЧМ передатчика


Список использованной литературы


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

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

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

Рефетека ру refoteka@gmail.com