Здесь можно найти учебные материалы, которые помогут вам в написании курсовых работ, дипломов, контрольных работ и рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.
Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение оригинальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения оригинальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, РУКОНТЕКСТ, etxt.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии так, что на внешний вид, файл с повышенной оригинальностью не отличается от исходного.
Результат поиска
Наименование:
Курсовик Cвязной передатчик с частотной модуляцией. Структурная схема передатчика. Расчет коллекторной и базовой цепи. Амплитуда первой гармоники коллекторного тока. Коэффициент ослабления тока базы. Максимальное значение напряжение на эмиттерном переходе.
Информация:
Тип работы: Курсовик.
Предмет: Схемотехника.
Добавлен: 07.07.2009.
Год: 2009.
Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%
Описание (план):
Министерство образования Российской Федерации Уральский Государственный Технический Университет
Кафедра РЭИС
Оценка работы Курсовой проект Проектирование связного передатчика с частотной модуляцией
Преподаватель
Харитонов Ф.В.
Студент
Щеблыкин М.В.
Группа Р-404
Екатеринбург 2004 ВВЕДЕНИЕ
Во всем мире для передачи радиосигналов используют различные виды модуляции. Но все большее распространение получает угловая модуляция. И есть из-за чего…
Угловая модуляция может быть частотной или фазовой; она применяется в системах низовой радиосвязи различных диапазонов частот, в радиовещании на УКВ, в звуковом сопровождении телевизионного вещания, наземной радиорелейной связи прямой видимости, тропосферной и космической связи.
Кроме того, угловая модуляция используется в радиотелеметрии, в системах радиоуправления, в некоторых системах радионавигации и радиолокации. Телеграфные сигналы и цифровая информация в настоящее время передаются преимущественно путем частотной и фазовой манипуляции.
Известно, что частотная и фазовая модуляции обеспечивают лучшую помехоустойчивость и более высокие энергетические характеристики, чем амплитудная модуляция, однако для этого им требуются большие необходимые полосы частот. Но и эта проблема постепенно решается в последнее время: в целях экономии радиоспектра ведутся работы по исследованию и внедрению частотной модуляции с одной боковой полосой спектра частот. ОГЛАВЛЕНИЕ ЗАДАНИЕ ВЫБОР СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ
ВЫБОР АКТИВНОГО ЭЛЕМЕНТА
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ 1. Расчет коллекторной цепи
2. Расчет базовой цепи
3. Расчет цепи питания
4. Выбор способа получения угловой (частотной) модуляции
5. Расчет автогенератора
5.1 Расчет режима автогенератора
5.2 Расчет элементов колебательного контура
5.3 Расчет цепи смещения транзисторов
5.4 Выбор варикапов
5.5 Выбор значений блокировочных элементов
6. Выбор синтезатора частот
7. Выбор источника питания
8. Расчет умножителя частоты
РАСЧЕТ ЦЕПИ СОГЛАСОВАНИЯ
РАСЧЕТ ВЫХОДНОГО ФИЛЬТРА
КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ
ВЫБОР СТАНДАРТНЫХ НОМИНАЛОВ
РАСПОЛОЖЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ НА ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЕ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Параметры транзистора КТ920В
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Схема удвоителя частоты
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Схема электрическая принципиальная
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Перечень элементов
ЗАДАНИЕ Спроектировать связной передатчик с частотной модуляцией с параметрами:
Диапазон рабочих частот ……….. 180 - 190 МГц
Мощность ……… 10 Вт
Сопротивление фидера ……….. 50 Ом
Антенна ..
Подавление внеполосных излучений ………... 40 дБ
Относительная нестабильность частоты ………. 3·10-5
Питание от сети 220 В 50 Гц
ВЫБОР СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ Частотная модуляция может быть получена прямым способом, когда модулируется непосредственно частота автогенератора передатчика, или косвенным, когда в промежуточном каскаде передатчика производится фазовая модуляция. Структурные схемы передатчиков с этими способами модуляции приведены ниже.
Структурная схема передатчика с прямой ЧМ.
Структурная схема передатчика с косвенной ЧМ
Другими словами, прямую частотную модуляцию осуществляют: в полупроводниковых генраторах путём изменения параметров колебательного контура с помощью варикапов, варикондов, реактивного транзистора, нелинейной индуктивности, железоитериевого граната (на частотах до десятков гигагерц); в диодных генераторах (на туннельном диоде, диоде Ганна) путём изменения напряжения смещения на диоде и т.д.
Для косвенного получения частотной модуляции используются фазовые модуляторы в начальных каскадах с последующим умножением частоты и усилением мощности сигнала ФМК.
Тот и другой способы получения ЧМ имеют свои недостатки и достоинства. Достоинство прямого метода - возможность получения глубокой и достаточно линейной частотной модуляции, недостаток - трудность обеспечения стабильности средней частоты колебания с ЧМ. Достоинство косвенного способа - высокая стабильность средней частоты, недостатки - неглубокая модуляция, трудность передачи низких модулирующих частот.
Возможность получения глубокой и линейной ЧМ делает предпочтительным прямой способ в радиовещательных и связных передатчиках. При этом для повышения стабильности средней частоты используют систему автоматической подстройки частоты (АПЧ) по высокостабильному кварцевому эталону. Структурная схема такого передатчика выглядит так:
Рис 2.3 Структурная схема ЧМ передатчика с синтезатором частоты
где ДПКД - делитель частоты с переменным коэффициентом
Для построения нашего связного передатчика воспользуемся подобной схемой. ВЫБОР АКТИВНОГО ЭЛЕМЕНТА В мощных каскадах передатчиков из полупроводниковых приборов используют биполярные и полевые транзисторы. Отсутствие цепи накала у транзисторов обуславливает их немедленную готовность к работе, хотя не приводит к заметной экономии электроэнергии питания, так как затраты энергии в цепях накала современных мощных ламп составляют 4…5 % и меньше их номинальной мощности. Недостатки транзисторных передатчиков прежде всего связаны с высокой стоимостью мощных транзисторов из-за чрезвычайно сложной технологией их производства. Меньший (как правило) коэффициент усиления по мощности транзисторов (по сравнению с лампами) приводит к большему числу каскадов, т.е. к дополнительным затратам энергии и мощности, рассеиваемой внутри передатчика. Биполярные транзисторы применяют от самых низких частот до, ориентировочно 10 ГГц. Верхняя рабочая частота fв в генераторных транзисторах, как правило, ограничивается его усилительными возможностями, нижняя же частота fн для биполярных транзисторов - опасностью перегрева его структуры за время протекания одного импульса тока и развитием пробоя. Но к современной связной аппаратуре предъявляются жёсткие требования к уменьшению габаритов массы и повышению технологичности.
Но так как наш передатчик работает в диапазоне частот от 180 до 190 МГц, и имеет мощность на фидере 10 Вт то выбор остановим на биполярном транзисторе.
Коэффициент полезного действия каскада связан с величиной сопротивления насыщения транзистора rнас . Чем меньше его величина, тем меньше остаточное сопротивление в граничном режиме и выше КПД генератора. Коэффициент усиления по мощности КР зависит от ряда параметров транзистора: коэффициента передачи тока базы - 0, частоты единичного усиления fт и величины индуктивности эмиттерного вывода LЭ. При прочих равных условиях КР будет тем больше, чем выше значение 0, fт и меньше LЭ.
Посчитаем мощность, которую должен развивать каскад с учетом потерь в схеме согласования:
Исходя из перечисленных выше условий и учитывая Р1 выбираем транзистор КТ920В, его параметры приведены в ПРИЛОЖЕНИИ 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ 1. Расчет коллекторной цепи
Расчёт будем вести при работе транзистора в граничном режиме, поскольку максимальный КПД достигается только в граничном режиме, а также учитывая, что транзистор будет работать в линейном режиме с углом отсечки = 90 (поскольку при таком угле отсечки достигается наилучшее соотношение КПД и коэффициента усиления) а схема оконечного каскада передатчика будет строиться по однотактной схеме ГВВ.
Коэффициент использования напряжения питания:
,
Значения коэффициентов n и n посмотри в справочнике
, , , ;
Величину напряжения на коллекторе вычислим по формуле:
Uкгр= огр EК= 0,957 17 = 16,262 В,
Проверим, не превышает ли напряжение на коллекторе предельно допустимого для данного транзистора:
Uк макс=EК+ Uкгр = 17 + 16,262 = 33,262 В < 36 В (Uкэ доп = 36 В),
Рассчитаем амплитуду первой гармоники коллекторного тока:
,
Постоянная составляющая коллекторного тока находится из соотношения:
, (Iк0 доп = 3 А)
Максимальное значение коллекторного тока составляет:
, (Iк мах доп = 7 А)
Номинальное сопротивление коллекторной нагрузки:
Потребляемая мощность находится по формуле:
P0 = EК Iк0= 17 0,978 = 16,667 Вт,
Рассчитаем КПД:
,
Вычислив разность между потребляемой и колебательной мощностью, найдем мощность, рассеиваемую на транзисторе.
Ррас=Р0 Р1= 16,667 12,5 = 4,121 Вт
2. Расчет базовой цепи
Входную цепь транзистора с ОЭ рассчитываем по схеме расположенной ниже:
Коэффициент ослабления тока базы при ведении ОС вычисляется по формуле:
,
Амплитуда базового тока определяется соотношением:
= 2,18 А
Максимальное значение напряжение на эмиттерном переходе находится как:
(Uбэ доп = 4 В),
Постоянная составляющая базового тока:
,
Зная постоянные составляющие коллекторного и базового токов, можно найти постоянную составляющую тока эмиттера
Iэ0= Iко + Iбо= 0,978+0.031 = 1,008 А,
Рассчитаем напряжение смещения:
Рассчитаем параметры эквивалентной схемы входного сопротивления транзистора при включении с общим эмиттером:
,
,
,
Рассчитаем активную и реактивную составляющие входного сопротивления:
,
,
Рассчитаем мощность на входе усилителя:
,
Зная входную и выходную мощности, можно посчитать коэффициент усиления:
.
3. Расчет цепи питания
Сопротивление R2
Исходя из этого, имеем:
Ток делителя:
Блокировочная и разделительные емкости:
Рассчитаем Lбл : 4. Выбор способа получения угловой (частотной) модуляции
Существует несколько способов получения угловой (частотной) модуляции.
Угловая модуляция может быть получена прямым способом, когда модулируется непосредственно частота автогенератора передатчика, или косвенным, когда в промежуточном каскаде передатчика производится фазовая модуляция. Тот и другой способы имеют свои недостатки и достоинства. Достоинство прямого метода - возможность получения глубокой и достаточно линейной частотной модуляции (ЧМ), недостаток - трудность обеспечения стабильности средней частоты колебания с ЧМ. Достоинство косвенного способа - высокая стабильность средней частоты, недостатки - неглубокая модуляция, трудность передачи низких модулирующих частот.
Возможность получения глубокой и линейной ЧМ делает предпочтительным прямой способ в радиовещательных и связных передатчиках. При этом для повышения стабильности средней частоты используют систему автоматической подстройки частоты (АПЧ) по высокостабильному кварцевому эталону.. Будем строить передатчик именно по такой схеме.
В качестве возбудителя передатчика будем использовать генератор, управляемый напряжением (ГУН). Управление ГУН производится через два варикапа, на один из которых подаётся модулирующее напряжение U, а на другой - управляющее напряжение системы фазовой автоподстройки частоты. Разделение функций управления между двумя варикапами производится из-за того, что девиация частоты под действием модулирующего сигнала относительно невелика (в случае связного передатчика - 3 кГц) в сравнении с диапазоном перестройки ведомого генератора управляющим напряжением с выхода системы ФАПЧ. Для повышения устойчивости в структуру передатчика включают умножители частоты.
Ширина спектра ЧМ сигнала составляет:
(5.1)
где FВ - верхняя частота передаваемого сообщения, для речевых сообщений FВ = 3 кГц; m - индекс модуляции, рассчитанный по формуле:
(5.2)
где f - девиация частоты на выходе передатчика.
Подставляя в (5.1) и (5.2) численные значения входящих в них величин, получаем, что П = 31,8 кГц.
Исходя из ширины спектра ЧМ сигнала в данном случае, выбираем шаг сетки частот на выходе передатчика равным 50 кГц. Тогда коэффициент умножения частоты выберем равным 8. При этом шаг сетки генератора сетки дискретных частот будет равен 6,25 кГц, а диапазон генерируемых частот - от 22,5 МГц до 23,75 МГц. Для умножения частоты на 8 поставим усилитель мощности и три последовательно включенных удвоителя частоты. Схема удвоителя приведена в Приложении 2.
5. Расчет автогенератора
5.1. Расчёт режима автогенератора
Произведём расчёт генератора, управляемого напряжением - автогенератора, исходя из следующих условий:
диапазон рабочих частот
f = 22,5...23,75 МГц;
колебательная мощность в нагрузке
PH = 5 мВт;
фактор регенерации
G = 5;
электронный КПД автогенератора
= 0,5;
КПД контура автогенератора
K = 0,3;
добротность ненагруженного контура
Q = 150;
характеристическое сопротивление контура
= 300.
Для построения автогенератора выберем транзистор КТ340Б с параметрами:
= 100;
fТ = 800 МГц;
СК = 3.7 пФ;
К = 0,04 нс;
IК МАХ = 50 мА;
РК ДОП = 150 мВт;
UКЭ ДОП = 20 В.
Проверим, можно ли пренебречь инерционностью этого транзистора в данных условиях. Для этого необходимо выполнение условия:
(3.1)
где f - частота генерируемых колебаний, fS - граничная частота транзистора по крутизне.
Граничная частота транзистора по крутизне определяется выражением:
(3.2)
где распределённое сопротивление базы rБ, в свою очередь определяется:
(3.3)
а крутизна статической проходной характеристики S0:
(3.4)
температурный потенциал перехода Т:
(3.5)
Подставляя значения величин в (3.3), (3.4), (3.5) и (3.2), получаем:
fS = 128,4 МГц,
что составляет 0,160 от f. Таким образом, транзистор в данном случае можно считать безынерционным устройством.
Рассчитаем угол отсечки импульса коллекторного тока через его коэффициент разложения:
(3.6)
Получаем величину угла отсечки = 60,5о. Первая гармоника коллекторного тока равна
(3.7)
а величина напряжения на коллекторной нагрузке автогенератора:
(3.8)
Сопротивление коллекторной нагрузки:
(3.9)
Чтобы обеспечить недонапряжённый режим работы автогенератора, зададим величину коэффициента использования напряжения питания:
= 0.29.
При этом величина напряжения коллекторного питания составит:
(3.10)
Соответственно, мощность, подводимая к автогенератору равна:
(3.11)
Мощность, рассеиваемая на коллекторе, составляет:
(3.12)
что не превышает допустимого значения (РК ДОП = 150 мВт).
Рассчитаем значение коэффициента обратной связи:
(3.13)
Напряжение обратной связи:
(3.14)
Величина входного сопротивления автогенератора:
(3.15)
Постоянная составляющая тока базы:
(3.16)
Величина напряжения смещения на базе:
(3.17)
где Е'Б - величина напряжения отсечки, равная 0,7 В.
5.2. Расчёт элементов колебательного контура
Элементы колебательного контура автогенератора рассчитываются так, чтобы обеспечить найденные ранее сопротивление нагрузки автогенератора RKи коэффициент обратной связи К.
Нагруженная добротность колебательного контура автогенератора определяется выражением:
(3.18)
Тогда коэффициент включения колебательного контура в коллекторную цепь равен:
(3.19)
Рассчитаем значения реактивных сопротивлений элементов колебательного контура, включённых между коллектором и эмиттером, между базой и эмиттером и соответствующих этим сопротивлениям ёмкостей:
(3.20)
(3.21)
Значение ёмкости С3 колебательного контура:
(3.22)
Из номинального ряда выберем С1 = 270 пФ, С2 = 3,83 пФ.
Найдём значение индуктивности колебательного контура:
(3.23)
Коэффициент включения нагрузки в контур автогенератора определяется формулой:
(3.24)
Подставляя числовые значения величин, получаем значение рН = 0,049.
5.3. Расчёт цепи смещения транзистора
Цепь автоматического смещения транзистора предназначена для поддержания транзистора в открытом состоянии при отсутствии колебаний. После самовозбуждения автогенератора напряжение смещения автоматически должно принять значение, которое соответствует режиму с рассчитанным ранее углом отсечки.
Величина сопротивления R1 определяется соотношением: НАЧ
(3.25)
Подставляя в (3.25) значения входящих величин, получаем R1 = 54,1 кОм. Выбираем и ряда номинальных значений R1 = 53 кОм.
Проверим невозможность прерывистой генерации. Для этого необходимо выполнение следующего условия:
(3.26)
Подставляя в (3.26) числовые значения, делаем вывод, что прерывистая генерация отсутствует:
1,4810-5 < 1,01510-4.
5.4. Выбор варикапов
Для осуществления в автогенераторе частотной модуляции необходимо параллельно С3 включить варикап VD2. На этот же варикап подадим управляющее напряжение от ФАПЧ. Для осуществления перестройки частоты в рабочем диапазоне включим в контур автогенератора варикап VD1.
Значения девиации и перестройки частоты автогенератора с учётом умножения частоты в 8 раз будут составлять:
Величина обратного напряжения в зависимости от коэффициента нелинейных искажений по второй гармонике К2F определяется выражением:
