Расчет структурной схемы передатчика

Оглавление

1. Задание. ….......................................................................................................................3

2. Введение. ….....................................................................................................................4

3. Расчет структурной схемы передатчика. …..................................................................5

3.1 Расчет выходного усилителя мощности (УМ2). …............................................................7

3.2 Расчет усилителя мощности(УМ1). …...............................................................................11

3.3 Расчет предварительного усилителя. ….............................................................................13

3.4 Расчет кварцевого автогенератора. …................................................................................19

4. Библиографический список. …......................................................................................23

Задание.

Целью данной работы является: построение структурной и принципиальной схемы связного

транзисторного передатчика, расчет выходного каскада, автогенератора, схемы согласования.

Исходные данные:

1. Назначение: связной транзисторный передатчик.

2. Мощность в антенне: 10 Вт

3. Диапазон частот: 26 ÷ 27.8 МГц

4. Количество фиксированных частот: 32

5. Нестабильность частоты: Δf/f = 10^-6

6. Вид модуляции: ЧМ

7. Шаг сетки частоты: 0.05625

8. Сопротивление антенны: R_н = 50 Ом

9. Условия эксплуатации: от -30ºC до +60ºC

Введение.

Радиопередающие устройства (передатчики) предназначены для формирования колебаний несущей частоты, модуляции их по закону передаваемого сообщения и излучения полученного радиосигнала в пространство.

Передатчики классифицируются по назначению, диапазону рабочих частот (длин волн), излучаемой мощности, виду модуляции и условиям эксплуатации.

По назначению передатчики делятся на вещательные (радиовещательные, телевизионные), связные, радиолокационные, навигационные, телеметрические и др.

По диапазону рабочих частот современные передатчики делятся в соответствии с классификационной таблицей диапазонов частот.

По средней излучаемой мощности передаваемых сигналов различают передатчики очень малой (менее 3 Вт), малой (3 … 100 Вт), большой (10 … 100кВт) мощности.

По виду модуляции сигнала передатчики делятся на устройства с амплитудной, фазовой, частотной, импульсной и другими видами модуляции.

По условиям эксплуатации различают стационарные, бортовые (космические, корабельные, самолетные, автомобильные и др.) и переносные (портативные) передатчики.

К основным параметрам передатчиков относятся: коэффициент полезного действия (КПД), нестабильность частоты несущего колебания, коэффициенты нелинейных и линейных искажений передаваемого сигнала и уровни внеполосного излучения.

КПД передатчика определяется следующей формулой: η = P_A/P₀, где P_A — средняя мощность, отдаваемая в антенну; P₀ - мощность, потребляемая устройством от всех источников питания.

Нестабильность частоты определяется отклонением частоты автогенератора. Типовые ограничения по стабильности частоты для современных радиопередатчиков лежат в пределах 10^-5 ÷ 10^-6. На стабильность частоты АГ влияют многие дестабилизирующие факторы, основными из которых являются: самонагрев, изменение питающих напряжений и нагрузки, механические воздействия, изменения внешних условий (температуры, давления, влажности) и т.д.

Расчет структурной схемы передатчика.

Проведем предварительный расчет и разработаем структурную схему транзисторного передатчика.

В соответствии с заданием, мощность в антенне P_A = 10 Вт, диапазон частот 26 ÷ 27.8 МГц . В качестве активного элемента усилителя мощности выбран биполярный транзистор КТ912А.

В соответствии со справочными данными η =70/100 = 0,7 и коэффициент усиления K_P = 15, примем для расчета КПД каждого УМ η = 0,7.

Для обеспечения требуемой мощности в антенне, решено использовать 3 каскада усиления (Пр.У1, Пр.У2 и УМ ) с параметрами:

Р_ВЫХ2 = Р_А/η = 10/0,7 = 15 Вт

Р_ВХ2 = Р_ВЫХ2/К_Р = 15/15 = 1 Вт

Для УМ2 выбран транзисторы:

Р_ВЫХ2 = Р_ВХ2/η = 1/0,7 = 1,45 Вт

Р_ВХ2 = Р_ВЫХ1/К_Р = 1,45 /25 = 0,06 Вт

BD135, структура npn

Макс. напр. к-б при заданном обратном токе к и разомкнутой цепи э.(Uкбо макс),В 50

Максимально допустимый ток к ( Iк макс.А) 1.5

Статический коэффициент передачи тока h21э мин 40

Граничная частота коэффициента передачи тока fгр.МГц 50

Максимальная рассеиваемая мощность ,Вт 12.5

УМ1 каскад предварительного усиления:

BFG591, структура npn

Макс. напр. к-б при заданном обратном токе к и разомкнутой цепи э.(Uкбо макс),В 180

Макс. напр. к-э при заданном токе к и разомкнутой цепи б.(Uкэо макс),В 160

Максимально допустимый ток к ( Iк макс.А) 0.6

Статический коэффициент передачи тока h21э мин 50

Граничная частота коэффициента передачи тока fгр.МГц 100

Максимальная рассеиваемая мощность ,Вт 0.35

Р_ВЫХ1 = 0,06 /0,7 = 0,09 Вт

Р_ВХ1 = 0,1/50 = 2 мВт

В передатчике применен высокостабильный, Δf/f = 10^-6, КАГ выдающий сигнал на рабочей частоте. Исходя из предварительного расчета, строим структурную схему радиопередатчика (рис. 1). В соответствии с полученной структурной схемой (рис. 1) и ее параметрами построим электрическую принципиальную схему связного транзисторного передатчика и рассчитаем параметры ее элементов.

Um

3.1. Расчет выходного усилителя мощности (УМ).

Для генератора в узком диапазоне частот рабочая частота определяется по формуле:

где F_H, F_B – нижняя и верхняя частоты диапазона.

Исходные данные для расчета:

F_P = Мгц

Р_ВЫХ2 = 15 Вт

Е_к = Е_П = 30 В

R_A = 50 Ом

Справочные данные для расчета:

В качестве активного элемента усилителя мощности выбран биполярный транзистор КТ912А.

Основные технические характеристики транзистора КТ912А:

• Структура транзистора: n-p-n;

• Рк т max - Постоянная рассеиваемая мощность коллектора с теплоотводом: 30 Вт;

• fгр - Граничная частота коэффициента передачи тока транзистора для схемы с общим эмиттером: более 90 МГц;

• Uкэr max - Максимальное напряжение коллектор-эмиттер при заданном токе коллектора и заданном сопротивлении в цепи база-эмиттер: 70 В (0,01кОм);

• Uэбо max - Максимальное напряжение эмиттер-база при заданном обратном токе эмиттера и разомкнутой цепи коллектора: 5 В;

• Iк max - Максимально допустимый постоянный ток коллектора: 20 А;

• Iкэr - Обратный ток коллектор-эмиттер при заданных обратном напряжении коллектор-эмиттер и сопротивлении в цепи база-эмиттер: не более 50 мА (70В);

• h21э - Статический коэффициент передачи тока, для схем с общим эмиттером: 10... 50;

• Ск - Емкость коллекторного перехода: не более 200 пФ;

• Ку.р. - Коэффициент усиления мощности: не менее 10 дБ;

• Рвых - Выходная мощность транзистора: не менее 70 Вт на частоте 30 МГц.

r_Б = 0,109 Ом

C_Э0 = 280 пФ

L_Э = 0,64 нГн

C_Э3 = 80 пФ

S_ГР = 0,4

r_НАС = 1,1 Ом

Выбираем критический режим работы. Примем угол отсечки θ = 90°C.

Параметры, определяющие свойства эквивалентной схемы входной цепи транзистора:

Коэффициент:

Активное сопротивление:

r_Б0 = r_Б ´ α_Б = 0,109 ´ = 0,47 Ом

Постоянная времени при открытом эмитторном переходе:

τ₀ = r_Б0 ´ C_Э0 = 0,47´ 280 ´ 10^-12 = 0,132 нс

Постоянная времени при закрытом эмиттерном переходе:

t_З = r_Б0 ´ C_ЭЗ = 0,47´ 80 ´ 10^-12 = 0,038 нс

Характерные значения частот:

Обобщенные параметры:

Действительное значение угла отсечки θ_вч определяется по графику, при ξ_В= 0,997 и при

θ_вч= 90° с учетом поправочного коэффициента:

тогда θ_вч = 100°

Для этого значения θ_вч коэффициенты гармонического разложения косинуидального импульса:

a₀ = 0,35

a₁ = 0.52

g₁ = 1,49

Обобщенный коэффициент для первой гармоники:

где K_a = 1,05 определен по графику с учетом поправочного коэффициента.

Амплитуда первой гармоники напряжения на коллекторе:

Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:

Требуемое сопротивление коллекторной нагрузки:

Постоянная составляющая коллекторного тока:

= 0.72А

Мощность потребляемая по коллекторной цепи:

Мощность, рассеиваемая на коллекторе:

КПД по коллекторной цепи:

Крутизна по эмиттерному переходу:

Требуемая амплитуда напряжения на входе транзистора:

Требуемая мощность возбуждения:

Коэффициент усиления по мощности:

Расчет выходной цепи согласования.

R₀ выбирается из условия (0,2 … 0,5) R_min, где R_min — меньшее сопротивление из R_H = 25,6 Ом, R_A = 50 Ом.

Принимаем R₀ = 10 Ом.

Справочные данные для расчета:

BD135:

P_KMAX = 12,5 Вт

F_ГР = 100 МГц

r_Б = 0,29 Ом

U_КЭ = 17 В

C_Э0 = 192 пФ

L_Э = 0,51 нГн

I_KMAX = 2 А

C_Э3 = 60 пФ

r_НАС = 1,2 Ом

Выбираем критический режим работы. Примем угол отсечки θ = 90°C.

Параметры, определяющие свойства эквивалентной схемы входной цепи транзистора:

Коэффициент:

Активное сопротивление:

r_Б0 = r_Б ´ α_Б = 0,29 ´ 3.9 = 1,131 Ом

Постоянная времени при открытом эмиттерном переходе:

τ₀ = r_Б0 ´ C_Э0 = 1.131 ´ 192 = 217,3 пс

Постоянная времени при закрытом эмиттерном переходе:

t_З = r_Б0 ´ C_ЭЗ = 1.131 ´ 60 =67,8 пс

Характерные значения частот:

Обобщенные параметры:

Действительное значение угла отсечки θ_вч определяется по графику, при ξ_В= 0,997 и при θ_вч= 90° с учетом поправочного коэффициента:

тогда θ_вч = 100°

Для этого значения θ_вч коэффициенты гармонического разложения косинуидального импульса:

a₀ = 0,35

a₁ = 0.52

g₁ = 1,49

Обобщенный коэффициент для первой гармоники:

где K_a = 1,05 определен по графику с учетом поправочного коэффициента.

Амплитуда первой гармоники напряжения на коллекторе:

Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:

Требуемое сопротивление коллекторной нагрузки:

Постоянная составляющая коллекторного тока:

Мощность потребляемая по коллекторной цепи:

Мощность, рассеиваемая на коллекторе:

КПД по коллекторной цепи:

Крутизна по эмиттерному переходу:

Требуемая амплитуда напряжения на входе транзистора:

Требуемая мощность возбуждения:

Коэффициент усиления по мощности:

Расчет выходной цепи согласования.

R₀ выбирается из условия (0,2 … 0,5) R_min, где R_min — меньшее сопротивление из R_H = 45,6 Ом,

R_Б0 = 1,09 Ом.

Принимаем R₀ = 0,5 Ом.

УМ1 каскад предварительного усиления:

BFG591:

P_KMAX = 0,7 Вт

F_ГР = 5000 МГц

r_Б = 0,08 Ом

U_КЭ = 15 В

C_Э0 = 3,5 пФ

L_Э = 0,051 нГн

I_KMAX = 0,1 А

C_Э3 = 0,84 пФ

r_НАС = 0,5 Ом

Параметры, определяющие свойства эквивалентной схемы входной цепи транзистора:

Коэффициент:

r_б=1,53*25=38,25 Ом

r_Б0 = r_Б ´ α_Б = 38,25 ´ 20,01 = 765,38 Ом

Постоянная времени при открытом эмиттерном переходе:

τ₀ = r_Б0 ´ C_Э0 = 765,38 ´ 3,5 = 2,6 нс

Постоянная времени при закрытом эмиттерном переходе:

t_З = r_Б0 ´ C_ЭЗ = 765,38 ´ 0,84 = 643 пс

Характерные значения частот:

Обобщенные параметры:

E_k=E_n=12 В

Расчет 2 каскада.

Примем угол отсечки θ = 180°.

Действительное значение угла отсечки θ_ВЧ определяется по графику, ξ_В = 0,99 и θ = 180° с учетом поправочного коэффициента:

Коэффициенты гармонического разложения косинусоидального импульса:

α₀=0,5

α₁=0,5

g₁=1,2

Обобщенный коэффициент для первой гармоники:

Амплитуда первой гармоники напряжения на коллекторе:

Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:

Требуемое сопротивление коллекторной нагрузки:

Постоянная составляющая коллекторного тока:

Мощность потребляемая по коллекторной цепи:

Мощность, рассеиваемая на коллекторе:

КПД по коллекторной цепи:

Крутизна по эмиттерному переходу:

Требуемая амплитуда напряжения на входе транзистора:

Требуемая мощность возбуждения:76.5

Коэффициент усиления по мощности:

Расчет выходной цепи согласования.

R₀ выбирается из условия (0,2 … 0,5) R_min, где R_min — меньшее сопротивление из R_H2 = 10,58 Ом, R_A = 20 Ом.

Принимаем R₀ = 5 Ом.