Курсовая работа: Исследование радиопередающего устройства
Федеральное агентство по образованию Российской Федерации
ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет – УПИ»
Кафедра теоретических основ радиотехники
ИССЛЕДОВАНИЕ РАДИОПЕРЕДАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА
Пояснительная записка к курсовой работе
по дисциплине «Устройства формирования и генерирования сигналов»
Преподаватель: Булатов Л.И.
Студент: Жуков А.В.
Группа: Р-439А
Екатеринбург 2006
Содержание
Задание на курсовое проектирование
Структурная схема передатчика
Электрические расчеты режимов и элементов оконечного каскада 5
Расчет параметров штыревой антенны
Расчет выходной цепи оконечного каскада
Расчет входной цепи оконечного каскада
Расчет устройства согласования передатчика с нагрузкой
Конструкторский расчет элементов оконечной ступени
Расчет параметров катушек L21 и L22
Выбор стандартных номиналов
Выбор блокировочных дросселей L19 и L20
Выбор блокировочной емкости C56 15
Выбор емкостей C57 и C58
Назначение всех элементов принципиальной схемы радиопередатчика
Заключение
Список использованной литературы
Приложение 1
Задание на курсовое проектирование
Вам предлагается для исследования и расчета оконечной ступени схема реального радиопередающего устройства.
Составьте пояснительную записку, которая должна содержать следующие разделы:
1. Структурная схема передатчика с пояснениями: тип применяемой модуляции, вид согласующего устройства выходного каскада передатчика с нагрузкой, схема возбудителя передатчика.
2. Электрические расчеты режимов и элементов оконечного каскада. Полагая, что мощность выходной ступени P1=8Вт, а антенна – это вертикальный штырь длиной l=0.5м, сделайте расчет электрического режима этого каскада и устройств согласования передатчика с нагрузкой.
3. Конструкторский расчет элементов оконечной ступени.
4. Назначение всех элементов принципиальной схемы радиопередатчика.
Принципиальная схема радиопередатчика:
Рис.1. Схема ультракоротковолнового передатчика
Структурная схема передатчика
Рис. 2. Структурная схема передатчика
Из структурной схемы видно, что в передатчике используется косвенный метод получения ЧМ.
Схема возбудителя передатчика:
Рис. 3. Схема возбудителя передатчика
Схема автогенератора – осцилляторная (емкостная трехточка с заземленным эмиттером).
Электрические расчеты режимов и элементов оконечного каскада
Рис. 4. Схема оконечного каскада
Расчет параметров штыревой антенны
Для расчета параметров антенны была использована программа MMANA.
Антенна – это вертикальный штырь длиной l=0.5м
Вид антенны с учетом подстилающей поверхности:
Рис. 5. Вид антенны с учетом подстилающей поверхности
Зададимся следующими параметрами:
· Материал – медь
· Радиус антенны – 5мм.
Результаты работы программы представлены на рис.5, рис.6 и рис.7.
Рис. 6. Результат работы программы (вкладка «Вычисления»)
Рис. 7. Результат работы программы (вкладка «Вид»)
Рис. 8. Результат работы программы (вкладка «Диаграммы направленности»)
В результате сопротивление антенны получилось равным:
ZA=RA+jXA=23.835-j3.345 (Ом).
Так как RA<<XA, следовательно реактивной составляющей можно пренебречь. Следовательно:
ZA
RA=23.835Ом.
Расчет выходной цепи оконечного каскада
Производится расчет выходной цепи оконечного каскада на заданную мощность P1=8Вт.
Угол отсечки коллекторного тока θ=105.7˚ (выбирается так, чтобы смещение на базе получилось равным 0).
Коэффициенты Берга для θ=105.7˚:
1.
Коэффициент
использования коллекторного напряжения в граничном режиме:
2.
Амплитуда первой
гармоники напряжения на коллекторе в граничном (критическом) режиме:
.
3.
Максимальное
напряжение на коллекторе:
.
4.
Амплитуда первой
гармоники коллекторного тока:
.
5.
Постоянная
составляющая коллекторного тока:
.
6.
Максимальная
величина коллекторного тока:
.
7.
Мощность,
потребляемая от источника коллекторного питания:
.
8.
Коэффициент
полезного действия коллекторной цепи:
.
9.
Мощность,
рассеиваемая на коллекторе транзистора:
.
10.
Сопротивление
коллекторной нагрузки:
.
Расчет входной цепи оконечного каскада
Данная методика расчета справедлива на частотах до (0,5…0,8)fT. Так как у транзистора КТ934В частота единичного усиления fT=700МГц, следовательно эта методика может использоваться для расчета входной цепи оконечного каскада.
Для устранения перекосов в импульсах iк(ωt) нужно включать шунтирующее добавочное сопротивление Rдоп между выводами базы и эмиттера транзистора, как показано на рис. 9.
Рис. 9
Сопротивление Rдоп выравнивает постоянные времени эмиттерного перехода в закрытом и в открытом состоянии. Одновременно сопротивление Rдоп снижает максимальное обратное напряжение на закрытом эмиттерном переходе.
.
При включении транзистора с ОЭ целесообразно между коллекторным и базовым выводами транзистора включать сопротивление RО.С., как показано на рис. 10.
Рис. 10
.
В результате включения RО.С. создается дополнительная отрицательная обратная связь на низких и средних частотах, такая же по величине, как на высоких частотах через емкость CК. В результате на всех частотах модуль коэффициента усиления по току транзистора β(ω) снижается в χ раз.
.
При работе транзистора на частотах ω>3ωT/β0 в реальной схеме генератора можно не ставить сопротивления Rдоп и RО.С.. Однако в последующих расчетных формулах сопротивление Rдоп необходимо оставлять.
1.
Амплитуда тока
базы 
.
2.
Максимальное
обратное напряжение на эмиттерном переходе 
3.
Постоянные
составляющие базового и эмиттерного токов 
4.
Напряжение
смещения на эмиттерном переходе 
5. Значения LВХ.О.Э, rВХ.О.Э., RВХ.О.Э., CВХ.О.Э. в эквивалентной схеме входного сопротивления транзистора на рис. 11.
Рис. 11. Эквивалентная схема входного сопротивления транзистора
6.
Резистивная и
реактивная составляющие входного сопротивления транзистора (ZВХ=RВХ+iXВХ) 
7.
Входная мощность 
8.
Коэффициент
усиления по мощности 
Расчет устройства согласования передатчика с нагрузкой
В данной схеме роль согласующего устройства играет параллельный колебательный контур L21-C57-L22-C58. Целесообразно поменять местами емкость C57 и индуктивность L22 (рис. 12).
Рис. 12. Согласующее устройство
Для расчета зададимся следующими значениями:
·
Характеристическое
сопротивление контура:ρ=(50…200)Ом 
ρ=200Ом
·
Добротность
ненагруженного контура:QХХ=(50…100)
QХХ=100
·
КПД цепи
согласования:ηЦС=(0.5…0.8) ηЦС=0.7
Для удобства расчета сделаем замену:
C1=C57;
C2=C58;
L1=L22;
L2=L21;
RН=RА=23.835Ом.
Добротность нагруженного контура:
QН=QХХ(1- ηЦС)=
Эквивалентная индуктивность контура:
Эквивалентная емкость контура:
Мощность, отдаваемая в нагрузку (антенну):
Коэффициент подключения АЭ к контуру:
Через эквивалентную индуктивность контура и коэффициент подключения АЭ к контуру можно рассчитать индуктивности L1 и L2:
Коэффициент подключения нагрузки к контуру:
Через эквивалентную емкость контура и коэффициент подключения нагрузки к контуру можно рассчитать емкости C1 и C2:
Следовательно:
C57=C1=5.6762пФ;
C58=C2=101.96пФ;
L22=L1=207.63нГн;
L21=L2=7.4464нГн.
Расчет блокировочных элементов:
Конструкторский расчет элементов оконечной ступени
Расчет параметров катушек L21 и L22
Определим значение контурного тока:
Действующее значение контурного тока:
Зададимся разницей между температурой провода и окружающей среды:
Диаметр провода катушки:
Исходя из диаметра провода выбираем диаметр катушки:
Выберем длину катушки:
Следовательно коэффициент формы катушки:
Индуктивность катушки:
Необходимое число витков цилиндрической катушки:
Шаг намотки:
Число витков индуктивности L21:
Число витков индуктивности L22:
Выбор блокировочных дросселей L19 и L20
Выбор дросселя L20:
Так как 
и 
, следовательно выбираем
дроссель ДМ-3-1. Его характеристики:
Выбор дросселя L19:
Так как 
и 
, следовательно выбираем
дроссель
ДМ-0.2-25.
Его характеристики:
Выбор блокировочной емкости C56
Так как 
и 
, следовательно выбираем
керамический конденсатор К10-50.
Его характеристики:
· Номинальное напряжение 25В;
· Номинальная емкость 30000пФ;
· Ширина (1,5…5,5)мм;
· Длина (1,3…4,4)мм;
·
Высота (1,2…1,8)мм;
· Внешний вид:
Выбор емкостей C57 и C58
Выбор емкости C57:
Амплитуда напряжения на обкладках конденсатора C57:
Выбираем конденсатор КПК-МН.
Его характеристики:
· Номинальное напряжение 350В;
· Минимальная емкость, не более 4пФ;
· Максимальная емкость, не менее 15пФ;
· Длина 15мм;
· Высота 9мм;
·
Ширина 11мм;
· Внешний вид:
Выбор емкости C58:
Амплитуда напряжения на обкладках конденсатора C58:
Для реализации емкости C58 необходимо включить параллельно конденсаторы К10-17 и КТ4-28.
Характеристики конденсатора К10-17:
· Номинальное напряжение 25В;
· Номинальная емкость 91пФ;
· Ширина (1,5…1,2)мм;
· Длина (1,3…8,6)мм;
· Высота (1,8…3,3)мм;
· Внешний вид: