В курсовой работе рассматриваются вопросы проектирования связного передатчика с ОБП, перестраиваемого в диапазоне частот 45 .... 50 МГц. Приведены схемная реализация узлов передатчика и расчет принципиальных схем некоторых из них.
Содержание
1.Условные обозначения
2.Введение
3. Расчетная часть.
3.1 Расчет структурной схемы
3.2 Расчет оконечного каскада
3.2.1 Расчет коллекторной цепи
3.2.2 Расчет входной цепи.
3.3 Расчет фильтра нижних частот.
3.4 Предварительный усилитель мощности.
3.5 Расчет перестраиваемого генератора.
3.5.1 Расчет работы транзистора
3.5.2 Расчет элементов колебательного контура.
3.6 Формирование однополосного сигнала.
4. Импульсный источник питания
5. Расчет токов в ветвях и напряжений на узлах ОК и ФНЧ
Заключение
Список литературы
6. Приложение
2. Введение
В проекте рассматривается расчет связного радиопередатчика с однополосной модуляцией (ОБП). Такой вид модуляции является разновидностью амплитудной модуляции. Известно, что двухполосная АМ обладает высоким удельным расходом мощности, поскольку основная мощность сигнала сосредоточена на несущей частоте и лишь малая ее часть - в боковых лепестках, так же сигнал АМ занимает широкую полосу спектра (?fAM = 2*fB, где fB – верхняя частота модулирующего процесса). Энергетически более выодна балансная модуляция (БМ), представляющая собой АМ с подавлением несущей.
При БМ на передачу сообщения затрачивается вся мощность передатчика, что и обуславливает ее высокую энергетическую эффективность.
Более экономичной по занимаемой полосе частот является однополосная модуляция, ширина спектра ОБП ?fОБП = fB, что в два раза меньшеполосы сигналов АМ и БМ, при сохранении высокой энергетической эффективности. Данный вид модуляции можно трактовать как перенос спектра сообщения из области низких частот в область высоких частот.
Недостаток ОБП сигнала заключается в том, что для точного восстановления сообщения на приемной стороне необходимо формирование опорного колебания, частота и фаза которого должны точно совпадать с частотой и начальной фазой несущей. Однако, при ОБП несущая в спектре сигнала отсутствует, что приводит к искажениям сообщения при его восстановлении. При передаче речевых сообщений допустима некоторая расстройка по частоте (до десятков герц) между опорным колебанием и нсущей [8] без снижения существующего качества принятого речевого сигнала. Это позволяет формировать опорные автономным генератором и не передавать сигнал несущей.
В силу перечисленных выше причин ОБП широко применяется в системах передачи речевых сигналов, а вопросы связанные с проектированием и применением радиопередатчиков с однополосной модуляцией весьма актуальны.
Кроме того, представляют самостоятельный интерес методы формирования сигнала ОБП и схемные решения, их реализующие.
3. Расчетная часть.
3.1 Расчет структурной схемы.
По проектному заданию требовалось расчитать связной однополосный передатчик со следующими параметрами:
1. Диапазон рабочих частот 45-50 МГц
2. Мощность 2.5 Вт
3. Сопротивление фидера 50Ом
4. Подавление внеполосных излучений 40дБ
5. Питание от аккумуляторов 12 В
6. Относительная нестабильность частоты
Началом проектирования служит составление структурной схемы передатчика, согласно которой, потом рассчитываются отдельные каскады передатчика. За основу была взята стандартная структура передатчика, а количество и назначение отдельных каскадов выбиралось согласно требованиям технического задания, следующим образом:
Требуемая нестабильность частоты , учитывая, что такую стабилизацию частоты можно получить только при кварцевой стабилизации, необходимо построить кольцо ФАПЧ, с включенным в него для стабилизации частоты кварцевым генератором.
Тип сигнала передатчика - однополосный, поэтому требуется включать в схему балансный модулятор. При фазокомпенсационном методе формирования ОБП сигнал с микрофона и сигнал с генератора опорной частоты подаются на два входа БМ, на один вход напрямую, а на второй вход через фазовращатель. В результате на выходе сигнал НБП приходит в противофазе и взаимокомпенсируется, и остается только удвоенный сигнал ВБП. Поэтому при фазокомпенсационном методе достаточно использовать один балансный модулятор. При фильтровом методе сигнал НБП отфильтровывается, а получить фильтр, который позволял бы на частоте передатчика отфильтровать полосу частот, равную ширине речевого спектра, невозможно, поэтому требуется формирование ПЧ. Промежуточные частоты и параметры фильтров на выходе БМ подбираются таким образом, что бы комбинационные частоты и высшие гармоники не попали в диапазон рабочих частот передатчика. Для того, что бы выполнить все указанные требования, при проектировании передатчика с фильтровым методом формирования ОБП, потребуется три балансных модулятора. Проектируемый передатчик должен иметь перестройку в диапазоне частот, поэтому фазокомпенсационный метод не подходит, т.к. очень сложно реализовать фазовращатели, работающие в диапазоне частот. Вследствие вышеизложенных причин нужно использовать фильтровой метод [1], а значит схема будет содержать три балансных модулятора с фильтрами на их выходах . На вход каждого балансного модулятора подавать сигнал несущей промежуточной частоты, а значит требуется проектирование двух генераторов постоянной частоты (на вход третьего БМ подается сигнал со стабилизированного генератора управляемого напряжением).
Выходная мощность передатчика Р=2,5 Вт, а максимальная мощность, на которую может работать микросхема на которой собран БМ – 30?35 мВт, а значит требуется усиление на два порядка. Такой коэффициент усиления невозможно получить только в оконечном каскаде, а значит требуется еще два или три усилительных каскада. Оконечный каскад обязательно требуется согласовать с фидером антенны, для этого ставится согласующая цепь. Для того, чтобы не допустить попадание гармоник сигнала в антенну необходимо перед антенной установить фильтр нижних частот. Структурная схема, построенная по результатам всех изложенных умозаключений показана в приложении.
Сигнал с выхода микрофона попадает на БМ1, на второй вход которого подается сигнал с кварцевого генератора с частотой 500 кГц, на выходе БМ1 полосовым электромеханическим фильтром отфильтровывается сигнал верхней боковой полосы, далее вторым БМ сигнал ОБП переносится за пределы диапазона перестройки передатчика, на частоту 85,5 МГц, полученный сигнал на БМ3 с помощью ГУНа переносится в заданный диапазон частот. Далее от сигнала отфильтровываются сигналы гармоник фильтром нижних частот, полученный сигнал усиливается в оконечном каскаде и, через цепь согласования попадает в антенну.
Для стабилизации частоты перестраиваемый генератор стабилизируется через кольцо ФАПЧ от кварцевого генератора. Установкой коэффициента деления ДПКД, установленного на выходе ПГ, задается частота колебаний ПГ, и, соответственно частота сигнала передатчика.
3.4 Предварительный усилитель мощности.
Для обеспечения заданной мощности на выходе передатчика нужно подать на вход ОК мощнлсть 1,07 Вт, для этого на выходе третьего балансного модулятора поставить два усилителя мощности. Схема представляет собой широкодиапазонный УПЧ.
Подобные схемы с общей базой (или общим эмиттером) и гальванически заземленным (соединенным с корпусом) коллектором весьма типичны для техники транзисторных ГВВ. Несмотря на посредственно содиненный с корпусом коллектор, данный каскад сохраняет все особенности, характерные для схемы с ОБ. Здесь возникает необходимость в соединении с корпусом плюсовой клеммы источника коллекторного питания ЕВ и подаче отрицательного потенциала ЕВ через заградительный дроссель L10. Цепочка С24, R12 является развязывающим фильтром в схеме питания нескольких каскадов от общего выпрямителя. Возбуждение поступает через входной трансформатор Т1. Конденсатор С22 – блокировочный. С последующим каскадом данный промежуточный усилитель мощности также связан через трансформаторную цепь связи Т2. Конденсатор С32 предотвращает шунтирование по постоянному току промежутка “коллектор - эмиттер” БТ малым омическим сопротивлением первичной обмотки Т2. Апериодический характер НС в сочетании с нессиметричным постронием каскада требует работы транзистора в классе А (? = 180). Открывающее смещение обеспечивается за счет падения напряжения на резисторе R10 вследствие прохождения через него постоянной составляющей тока базы. Включение БТ по схеме с ОУЭ и применение на входе корректирующей цепочки R9, C23 позволяет получить довольно равномерную АЧХ во всем диапазоне частот.
4. Импульсный источник питания
При расчете оконечного каскада и перестраиваемого генератора возникла необходимость в питающем напряжении 20 В. Так же для реализации балансного модулятора потребуется микросхема с напряжением питания 9 В. Для получения требуемых напряжений Наиболее подходящий способ для получения требуемых напряжений – проектировка импульсного источника питания. Генератор импульсов и схема ключей будут собраны на логических инверторах, всего используется шесть инверторов, для реализации выбрана цифровая микросхема К561ЛН2.
Для импульсного источника питания рассчитывается генератор импульсов (рис.10). Параметры элементов схемы выбираются следующим образом:
R1 = R2; C1 = C2; R3 = R4;
Причем R3 >> R1.
Период симметричного меандра, при напряжении питания инверторов 12 В, равен T = 2,2*R1*C1.
Для построения импульсного источника питания зададимся частотой f = 20кГц ==> период следования импульсов равен Т = 50 мкс.
Если выбрать R1 = R2 = 300 кОм , тогда величина емкостей равна C1 = C2 = 68 нФ, а значения R3 = R4 = 1 МОм. Сигнал с выхода генератора попадает на входы ключей собранных на инверторах, с усилителем мощности после каждого ключа. Сигнал с выходов усилителей попадает на трансформатор напряжения. С трансформатора снимаются два напряжения два переменных 20 В и 9 В, которые выпрямляются на двух аналогичных схемах, включающих в себя диодный мостик и RC-цепь. Выпрямленное напряжение стабилизируется на стабилизаторах, на микросхемах. Для стабилизации 20 вольт микросхема К142ЕН8А, для 9 вольт – К142ЕН9Г. Микросхемы представляют собой стабилизаторы напряжения с фиксированными выходными напряжениями и защитой от перегрузок по току. Микросхемы К142ЕН8А и К142ЕН9Г, конструктивно оформлены в корпусе типа 4116.4-2, предназначены для стабилизации напряжения на выходах источников питания. Назначение выводов: 2 – выход; 8 – общий; 17 – вход. Параметры микросхем приведены в таблице 2.
1. Необходимо уточнить расчетное значение индуктивностей с учетом влияния дросселя питания, т.к. индуктивность дросселя больше чем на порядок превышает индуктивности, то расчетное значение индуктивностей равно:
2. Задаемся отношением длинны намотки катушки l к ее диаметру D
где
d - диаметр провода;
IL - радиочастотный ток;
f - частота тока;
?Т - разность температур провода и окружающей среда (?Т = 40...50 К).
4. По известному отношению l/D выбираются коэффициенты формы катушки
5. Определяем число витков спирали катушки
В результате выполнение курсовой работы был спроектирован однополосный связной радиопередатчик с параметрами, удовлетворяющими требованиям технического задания.
В ходе работы мной были приобретены умения по проектировке генераторов, усилителей мощности. Получены навыки в проектировании радиопередающих устройств.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Радиопередающие устройства: Метод. указания по курсовому проектированию / Л.И. Булатов; Б.В. Гусев; Ф.В. Харитонов. Екатеринбург: УПИ, 1992, 28с.
2. Зааль Р. Справочник по расчету фильтров: пер. с нем. - М.: Радио и связь, 1983. - 752с., ил.
3. Петухов В.М. Биполярные транзисторы средней и большой мощности сверхвысокочастотные и их зарубежные аналоги. Справочник. Т.4 - М.: КУбК-а, 1997. - 544с., ил.
4.
5. Аналоговые интегральные микросхемы для бытовой аппаратуры: Справочник. 2-е издание – М.: Изд-во МЭИ, ПКФ “Печатное дело”, 1992. – 240 с., ил.
6. Хрулев А.К.; Черепанов В.П. Диоды и их зарубежные аналоги. Справочник. В трех томах. Т.2 - М.: ИП. РадиоСофт, 1998. - 640с., ил.
7. М.С. Шумилин; В.Б. Козырев; В.А. Власов Проектирование транзисторных каскадов передатчиков. Учебное пособие для техникумов. - М.: Радио и связь, 1987. - 320с., ил.
8. Тицце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника:Справочное руководство. Пер. Снем. – М.: Мир, 1982. – 512 с., ил.
9. Радиотехнические системы передачи информации : Учеб. Пособие для ВУЗов / В.А. Борисов, В.В. Калмыков, Я.М. Коальчук и др.; под ред. В.В. Калмыкова. – М.: РиС, 1990. – 304с.
10. Петухов В.М. Маломощные транзисторы и их зарубежные аналоги. Справочник. Т.1 - М.: КУбК-а, 1997. - 688с., ил.
* С21В.н - суммарная емкость, включающая в себя емкости варикапа и емкость С21, на верхней частоте.
** С21В.в - суммарная емкость, включающая в себя емкости варикапа и емкость С21, на нижней частоте.