Методические материалы по расчету и проектированию структурных схем

ВВЕДЕНИЕ

Данное пособие содержит методические материалы по проектированию и расчету основных структурных и принципиальных схем радиопередатчиков с амплитудной, частотной, однополосной и импульсной модуляцией. Эти материалы призваны помочь студентам в выполнении курсового проекта по устройствам формирования и передачи сигналов. Основные требо­вания, предъявляемые к курсовому проекту, изложены в разделе - 1. Задания на курсовой проект студентам дневного отделения выдаются индивидуально. В целом тематика курсовых проектов охватывает следую­щие виды радиопередающих устройств:

- передатчики связные, УКВ - диапазона с АМ;

- передатчики связные, СВ и МВ - диапазона с ОМ;
- передатчики навигационных систем с АМ;

- передатчики связные, УКВ - диапазона с ЧМ;

- передатчики СВЧ навигационных систем с ЧМ;

- передатчики СВЧ радиолокационные с ИМ;

- передатчики СВЧ навигационные с ИМ.

При составлении данного издания не ставилась задача описать в целом со­держание курсового проекта (далее КП), тем более любого из типов передат­чиков, учитывая их многообразие. Основным содержанием издания является следующее:

- изложение требований к содержанию и оформлению КП;

- изложение методики внешнего проектирования передатчика;

- изложение методик проектирования и расчетов структурных схем передатчиков различных типов;

- изложение методик проектирования принципиальных схем, расчетов их с учетом специфического характера этих схем в передатчиках различных типов;

- рекомендации по выбору элементарной базы проектируемых схем и сведения по основным данным активных элементов, приводимых в приложениях.

Следует иметь в виду, что реализация отдельно взятого передатчика может быть различной и предлагаемый в пособии вариант является не единственным. Это же относится к расчету каскадов передатчика, так как могут быть использованы различные методики расчетов однотипных каска­дов, приводимые в литературе. Выполнение курсового проекта является твор­ческой задачей и приводимые здесь рекомендации и методики являются опре­деленным ориентиром, а не правилом для выполнения курсового проекта. В издании приводится перечень литературных источников по его тематике.

Следует иметь в виду, что материалы расчетов могут быть успешно

использованы для выполнения контрольных работ. В конце пособия приведены Приложения со сведениями по элементной базе, по параметрам электронного режима ГВВ, а также исходные данные вариантов курсовых проектов для студентов заочного обучения (Приложение 14).

ТРЕБОВАНИЯ К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

Характеристика исходных данных на проектирование.

Для связных передатчиков задается:

диапазон рабочих частот [МГц];

выходная мощность в нагрузке [Вт];

вид и параметры модуляции: АМ, ЧМ, ОМ;

диапазон частот модулирующего сигна­ла [кГц];

рекомендуемая элементная база: транзисторы, лампы, интегральные схемы;

место установки: борт ВС, наземная;

могут быть указаны требования к стабильности частоты.

Для навигационных передатчиков с непрерывным излучением (с АМ, ЧМ) задается тот же перечень исходных данных.

Для радиолокационных и радионавигационных передатчиков с ИМ зада­ются:

рабочая длина волны [см] (или частота [МГц]);

мощность импульсная в нагрузке [кВт];

длительность импульса [мкс];

частота следования импульсов [Гц];

рекомендуемый тип генератора СВЧ (магнетрон, клистрон, МКЛ, твер­дотельные элементы);

место установки.

Требования к содержанию курсового проекта.

Курсовой проект должен содержать следующие материалы:

пояснительная записка;

графическая часть — чертеж на ватмане (а1) карандашом,

содержащий полную принципиальную схему передатчика.

Пояснительная записка.

Пояснительную записку следует выполнить, согласно ГОСТ 2.106-79 и 2.106-68. Образец титульного листа приведен в Приложении 1.

. После титульного листа: техническое задание, содержание, введение, главы и разделы, заключение, литература, перечень элементов, приложение. В тексте обязательно приводятся все схемы каскадов, которые рассчитываются с указа­нием всех элементов; обозначения всех элементов должны соответствовать их обозначениям в тексте расчетов. Примерная последовательность разделов в пояснительной записке:

- введение;

- внешнее проектирование устройства;

- разработка и расчет структурной схемы;

- разработка схем и расчет каскадов принципиальной схемы;

- выбор типа и параметров синтезатора частоты (для диапазонных пере­датчиков);

- требования к номиналам источников питания передатчика

(напряжения, токи, мощности) и расчет промышленного КПД;

- заключение;

- литература;

- перечень элементов;

- приложения.

Перечень элементов составляется для всех элементов в рассчитанных схе­мах. Ссылки на литературу в тексте пояснительной записки обязательны. Следует при оформлении документации соблюдать требования ГОСТ 2.105-79 и примени­тельно к учебному процессу стандарта МГВАК.

Примерное содержание разделов пояснительной записки:

Во введении отмечаются особенности проектируемого передатчика, об­ласть его применения, требования к техническому уровню подобных передат­чиков.

Внешнее проектирование должно содержать анализ характеристик и пара­метров входных и выходных сигналов: математическую модель этих сигналов, величины параметров этих сигналов: уровни напряжений (мощностей), шири­ну спектра, параметры модуляции, стабильности частот, их диапазоны и дис­кретность, параметры допустимых искажений. Здесь же следует произвести расчет числа и границ поддиапазонов (для диапазонных передатчиков).

Задачей разработки и расчета структурной схемы передатчика является определения количества и назначения каскадов, их мощностных, частотных

параметров и выбор активных элементов каскадов.

Содержанием раздела по разработке и расчету каскадов принципиальной схемы является проектирование полных схем и полный электрический расчет электронных режимов и всех элементов схем с учетом схем согласования. Об­щее число различных рассчитываемых каскадов должно быть не менее трех, а именно:

В передатчиках с амплитудной модуляцией рассчитываются: выходной каскад в режимах максимальной мощности и несущей, предоконечный каскад в тех же режимах, выходной каскад модулятора или автогене­ратор возбудителя.

В передатчиках с однополосной модуляцией рассчитываются: выходной каскад, балансный модулятор, автогенератор или промежуточ­ный каскад.

В передатчиках с частотной модуляцией рассчитываются: выходной каскад, автогенератор с частотным модулятором, промежуточ­ный каскад в режиме умножения частоты.

В импульсных передатчиках рассчитываются все каскады: задающий генератор (подмодулятор), модулятор, генератор СВЧ.

Указанные рекомендации не являются императивными и могут быть уточнены индивидуально в процессе проектирования по согласованию с руко­водителем.

При разработке диапазонных передатчиков необходимо выбрать тип син­тезатора частот и его параметры: рабочий диапазон, дискретность, стабиль­ность частот с учетом содержания каскадов структурной схемы (умножителей частот).

Для расчета промышленного КПД передатчика необходимо знать парамет­ры всех источников питания, которые определяются как результатами расче­тов электронных режимов каскадов, так и определения типовых режимов, не рассчитываемых каскадов схемы. В записке надо описать, каким образом за­данные напряжения бортовых или наземных источников питания преобразу­ются в требуемые для каскадов напряжения, полученные в расчетах.

В заключение рассматриваются достоинства и преимущества спроектиро­ванного передатчика, даются рекомендации по его применению.

Выполнение списка литературы и ссылки на него в тексте должны соответ­ствовать ГОСТ 2.1 - 84.

В приложениях приводятся: перечень элементов к принципиальной схеме, выполненный по требованиям ЕСКД, распечатки программ расчетов и другие материалы, использованные при расчетах.

Изложение материала в пояснительной записке должно быть кратким, но достаточно полным, не следует излагать общеизвестные сведения. Сокраще­ние слов, как правило, не допускается. Условные обозначения физических, математических и других величин, а также условные графические обозначе­ния должны соответствовать стандартам. Расчеты по формулам следует про­-

изводить в порядке: буквенное написание, подстановка числовых значений, ре­зультат с указанием размерности. Графические способы расчетов необходимо иллюстрировать. После расчета величины элементов схем необходимо произ­водить выбор их номиналов в соответствии с рядом номиналов сопротивлений и конденсаторов.

Графическая часть.

Содержанием графической части является выполнение чертежа полной электрической принципиальной схемы передатчика, включающей как рассчи­танные, так и выбранные без расчета каскады, состав которых должен соответ­ствовать структурной схеме. Чертежи выполняются по ГОСТ 2.109 - 73, 2.104 - 68, а также ГОСТ 2.729 -74, 2.730 - 73, 2.731 - 81 и т. д. Цепи от внешних блоков (питания, синтезатора частот, синхронизатора и т. д.) следует ввести через разъемы, выход к фидеру или антенне следует оформлять отдельным разъемом, в том числе высокочастотным. Основная надпись имеет тот же вид, что и в пояснительной записке, последняя позиция в шифре должна иметь вид —ЭЗ. Все элементы схемы должны иметь сквозную нумерацию, на чертеже можно размещать и перечень элементов.

МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО РАСЧЕТУ И ПРОЕКТИРОВАНИЮ СТРУКТУРНЫХ СХЕМ.

Разбивка на поддиапазоны.

В любом передатчике с непрерывным излучением сигналов первой опера­цией должно быть определение числа и границ поддиапазонов. Это произво­дится следующим образом.

Коэффициент перекрытия диапазона рабочих частот передатчика

Если >1.7...2, то следует определить количество поддиапазонов, если <1.7...2, то можно ограничится одним диапазоном. Необходимое количество

поддиапазонов равно , где —коэффициент перекрытия одного поддиапазона. Число n выбирается целым, как правило, большим. При этом фактический коэффициент перекрытия одного поддиапазона, определяемый n,

.

- 8 -

Границы поддиапазонов определяются так:

I поддиапазон

II поддиапазон

……………………………………………………………

n поддиапазон

С учетом 5% перекрытия поддиапазонов окончательно получаем: