49218

Проектирование транзисторных широкодиапазонных передатчиков

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Задачей курсового расчета является проектирование транзисторного широкодиапазонного радиопередающего устройства обеспечивающего формирование радиосигналов заданном рабочем диапазоне частот и заданную мощность выделяемую на нагрузке в состав которого входят следующие каскады: ОКГ опорный кварцевый генератор являющийся источником высокостабильных колебаний необходимо произвести расчет принципиальной схемы автогенератора с кварцевым резонатором в цепи обратной связи; ССЧ синтезатор сетки частот формирующий из опорной частоты...

Русский

2013-12-23

348.55 KB

7 чел.

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И.Ульянова (Ленина)»

(СПбГЭТУ)

Факультет радиотехники и телекоммуникаций

Кафедра радиоэлектронных средств

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине: «Устройства генерирования и формирования радиосигналов»

На тему: «Проектирование транзисторных широкодиапазонных передатчиков»

(Вариант № 15)

Выполнил

Оценка __________________

студент гр. 9105  

    Проверил

Эм К.Ю.

Дата ____________________

     Санкт-Петербург

2013г.

1. Введение

Задачей курсового расчета является проектирование транзисторного широкодиапазонного радиопередающего устройства, обеспечивающего формирование радиосигналов заданном рабочем диапазоне частот и заданную мощность, выделяемую на нагрузке, в состав которого входят следующие каскады:

  1. ОКГ - опорный кварцевый генератор, являющийся источником высокостабильных колебаний (необходимо произвести расчет принципиальной схемы автогенератора с кварцевым резонатором в цепи обратной связи);
  2. ССЧ - синтезатор сетки частот, формирующий из опорной частоты необходимые рабочие частоты (необходимо разработать функциональную схему компенсационного синтезатора сетки частот);
  3. ОК - оконечный каскад, обеспечивающий сопряжение устройства с другими и необходимую мощность (необходимо рассчитать принципиальную схему двухтактного усилителя, выполненного на биполярных транзисторах).

ОКГ и ССЧ представляют собой возбудитель, работающий на малой мощности для обеспечения более высокостабильных колебаний.

2. Задание на курсовую работу

Параметры курсового проекта:

Тип ОКГ

fкв, МГц

Тип ССЧ

Диапазон частот fн-fв, МГц

Шаг сетки fш, кГц

Вид модуляции

Тип транзистора

2

1

PLL

1-21

2

A3В

2П979Б

kд

р

1,8

6

3. Функциональная схема передатчика

Передатчик может быть представлен как совокупность блоков:

Рис. 3.1 Функциональная схема передатчика.

ТУМ – тракт усиления мощности.

ОК – оконечный каскад.

УССФ – устройства согласования, связи и фильтрации.

Возбудитель может быть представлен совокупностью трёх блоков:

Рис. 3.2 Функциональная схема возбудителя.

ОКГ – опорный кварцевый генератор.

ССЧ – синтезатор сетки частот.

УВИС – устройство ввода информационного сигнала.


4. Расчёт опорного кварцевого генератора.

Автогенератор — это прибор, преобразующий энергию источников питания в энергию высокочастотных колебаний без внешнего возбуждения. Автогенераторы являются первичными источниками колебаний, амплитуда и частота которых определяются только собственными параметрами схемы и должны в очень малой степени зависеть от внешних условий. В составе автогенератора обязательно должны быть генераторный прибор и колебательная система. Генераторный прибор управляет подачей порций энергии источников питания в колебательную систему для поддержания в ней колебаний постоянной амплитуды. Колебательная же система используется для задания частоты колебаний, обычно близкой к одной из ее собственных частот.

В данном варианте курсовой работы применяется схема автогенератора с кварцевым резонатором в цепи обратной связи. В такой схеме кварцевый резонатор используется как высокодобротный последовательный контур.

4.1 Расчёт автогенератора (АГ).

Выбираем транзистор КТ324.

Параметры транзистора:

Тип прово-димости

Основные параметры

Предельные параметры

fт, ГГц

Sгр, A

β0

Eб0, В

Ск, пФ

rб, Ом

uk, В

uэ-б, В

iк, А

Pк, Вт

n-p-n

0,6..0,8

0,03

40

0,6

3,75

100

10

4

0,02

0,025

Параметры кварцевого резонатора:

fкв, МГц

Rкв, Ом

Qквˑ10-3

C0, пФ

1

150

45

8

Задаемся мощностью, рассеиваемой КвР, = 0,2 мВт.

Расчет параметров транзистора

1. Максимально возможная амплитуда импульса коллекторного тока транзистора (приняв α1=0,472, для угла отсечки θ=800):

  = = 3,46 мA.  

2. Задаемся = 3 мА и определяем значение крутизны коллекторного тока: A/B, таким образом, средняя крутизна тока по первой гармонике: A/B,  далее определим значение амплитуды первой гармоники напряжения на базе транзистора (зная, что Ik11*ikm=0.472*3мА=1,416мА и = S1): = Ik1/S1 = 0,09В.

Расчет параметров колебательной системы и цепи обратной связи

1. Сопротивление резистора в эмиттерной цепи = 0,09 / = 413,6 Ом. (В ряду Е24: 430Ом).

2. Сопротивление  =413,6/(1+0,016413,6)= 54,96 Ом. Задаемся = 0,25150= 37,5 Ом.

3. Вспомогательный параметр

=0,01637,554,96/(150+37,5+54,96) = 0,134.

4. Отношение емкостей  = 0,134(1–0,134) = 0,155.

5. Эквивалентное сопротивление контура

=37,5 (1+0,155)/0,155=2085 Ом.

6. Задаемся добротностью контура =50.

7. Параметры колебательной системы

=2085/50= 41,7 Ом;

=1/(2π11041,7) = 3817 пФ;

= 41,7/(2π110) = 6,64 мкГн;

С2 = Ск (1+К)/К = 3817 (1+0,155) / 0,155 = 28460 пФ; (для ряда Е24: 27000пФ)

= 0,15528,46 нФ = 4,41 нФ.                            (для ряда Е24: 4300 пФ)

8. Индуктивность, нейтрализующая емкость кварцедержателя =1/= 3,16 мкГн (для Е24: 330 мкГн).

Расчет энергетических параметров автогенератора

1. Параметр = (150+54,96) /2085 =5,466.

2. Сопротивление коллекторной нагрузки транзистора =2085/=1321 Ом.

3. Амплитуда напряжения на коллекторе

= 3100,4721321 = 1,871 В.

Расчет режима работы транзистора

1. Постоянное напряжение на коллекторе транзистора

= 0,310 = 3 В.

2. Проверка недонапряженного режима работы

= 3  0,003 / 0,03 = 2,9 B.

3. Модуль эквивалентного сопротивления колебательного контура

= 1,871 /0,0014 = 1336 Ом.

4. Мощность, потребляемая транзистором от источника коллекторного напряжения, где =0,286: = 3  0,003  0,286 = 0,00257 Вт.

5. Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора,

= 0,00257  0,0002 = 0,00237 Вт = 2,37 мВт.

6. Коэффициент полезного действия транзистора

= 0,2/2,57 = 0,0777.

7. Постоянная составляющая тока базы

= 0,003  0,286/40 = 0,02145 мA.

8. Напряжение смещения на базе

= -0,09  0,174 + 0,6 =0,584 В.

Расчет элементов цепей питания

1. Сопротивление делителя смещения в цепи базы

(20...50)X2 < Rд < Rэ(4...6), где Х2 = 1 /C2 = 1/2  1  106  28,46  10  5,59 Ом.

         Выбираем Rэ = 50/S0 = 50/0,04 = 1,25 кОм = 1250 Ом.

Выбираем Rд = 4 кОм, тогда находим

, где

постоянная составляющая коллекторного тока: Ik0=0,003*0,286 = 0,858 мА, тогда

Еик = 3 + 0,858*10-3*1,25*103 = 4,061 В

          А затем находим сопротивления R1 и R2:

R1 = 4,061*4000/(0,858*1,25+0,584+0,02145*4) = 9,38 кОм, (ряд Е24: 9,1 кОм)

R2 = 4000*9380/(9380-4000) = 6,972 кОм                                   (ряд Е24: 6,5 кОм)

2. Емкость конденсатора Сэ:

  Uкгр = 3-0,003/0,03 = 2,9 В

Сэ = 20*0,0014/(2*3,14*1*106*0,09) = 50,22 нФ

(для ряда Е24: 51 нФ).

5. Расчёт транзисторного широкодиапазонного усилителя.

Для достижения необходимого уровня мощности на выходе генератора необходимо применить тракт усиления мощности, построенный на основе транзисторов. Транзисторы являются сравнительно маломощными приборами, поэтому для построения мощного усилителя нужно будет использовать несколько двухтактных ячеек, одна из которых изображена на рис. 5.1. Преимущество двухтактной схемы заключается в том, что на выходе её отсутствуют все нечётные гармоники кроме первой, а если установить угол отсечки 90˚, то можно добиться и отсутствие чётных гармоник.

Для расчёта оконечного каскада по заданию нужно использовать транзистор 2П979Б, который имеет следующие характеристики:

Тип

Еси, В

Рвых, Вт

f, МГц

S, А/В

Е0, В

Sгр, А/В

Сзи, пФ

Сси, пФ

Сзс, пФ

Uси, В

iсдоп, А

Rт. п-к, °С/Вт

t п. доп, °С

2П979Б

28

150

230

2,9

2,0-6,0

4

225

185

30

65

28

0,88

200

Параметры транзисторов: uк.доп, iк m доп , Iк0 доп , tп. доп – максимально допустимые значения напряжения между коллектором и эмиттером, В, амплитуды импульса и постоянной составляющей коллекторного тока, А, температуры перехода, С; fт –граничная частота, МГц; 0 = h21 оэ – низкочастотное значение коэффициента передачи по току в схеме с общим эмиттером; Lэ, Lк, Lб – индуктивности выводов транзистора, нГн; Ск – суммарная емкость коллекторного перехода, пФ; rб – сопротивление тела базы, Ом; rнас – сопротивление насыщения коллекторного перехода, Ом; Rт.п-к – тепловое сопротивление участка переход - корпус транзистора, С/Вт. Для fт и 0 приведены усредненные значения.

5.1.  Расчет выходной цепи усилителя

1. Допустимое значение мощности рассеиваемой на стоке Pс:

       Примем температура корпуса (Tк) равной 700С.

        Вт

2.Определим амплитуду импульса тока стока:

 Eс = 28 В

Ic = 35,67 А, но максимальное допустимое значение тока стока 28 А, дальше считаем для него.

3. Рассчитаем сопротивление:

Rc = 1,5 Ом, но минимально возможное значение волнового сопротивления кабеля в таблице – 3.2 Ом, считаем дальше для этого значения.

4. Амплитуда импульса тока стока:

А

А

   Найденное значение iсm не превышает предельно допустимого.

Амплитуда первой гармоники тока стока:

 А , где  для угла отсечки 900

    Минимальное (остаточное) напряжение на стоке:

      В

Амплитуда переменного напряжения на стоке:

В

Мощность, отдаваемая транзистором:

Вт

Максимальное мгновенное значение напряжения на стоке:

= 52,216 В

Постоянная составляющая тока стока:

 А

5. Мощность, потребляемая транзистором от источника питания:

Вт

6. Мощность, рассеиваемая на стоке:

        Вт

7. Коэффициент полезного действия:

5.2.  Расчет входной цепи усилителя

Преобразование физической эквивалентной схемы транзистора (рис. 5.2, а) в эквивалентную схему (рис. 5.2, б):

Рис. 5.2

1. Нагрузочный коэффициент, учитывающий снижение усиления за счет действия обратной связи через проходную емкость транзистора:

kн = 1/(1 + Rс/Ri) = 1/(1+3,2/5,172) = 0,618,

где Rс = 3,2 Ом – сопротивление нагрузки транзистора (по первой гармонике);
Ri = iRi  = 5,172 Ом – выходное сопротивление транзистора по первой гармонике,  i – коэффициент приведения внутреннего сопротивления (i = 2 при угле отсечки  = 90), а

Ri = 225/2,9*30 =  2,586 Ом

2. Амплитуда напряжения на входе фазового контура, равного напряжению между затвором и истоком транзистора:

Uвх = Iс1/ kн 1S = 7,568/0,618*0,5*2,9 = 8,448 В.

3. Коэффициент усиления каскада по напряжению

KU = Uс/Uвх = 24,216/8,448 = 2,866.

4. Входная емкость транзистора

Cвх = Cзи + Cзс(1+KU) = 225+30*(2,866+1) = 341 пФ.

5. Расчет входной согласующей цепи:

Выберем Lи0 = 1 нГн

rвх = 0,618*2,9*1*10-9/225*10-9 = 7,963 Ом

ωs = 1/7,963*341*10-12 = 368,3 * 106 с-1

Граничная частота транзистора больше верхней частоты рабочего диапазона (131,9*106 с-1), поэтому считаем входное сопротивление транзистора ёмкостным. Выбираем неравномерность 0,5 дБ и соответственно коэффициенты b1=0.68, b2=0.93. Рассчитываем недостающие параметры:

Rбал = 2*0,93/131,9*106*341*10-12 = 41,34 Ом.

  С0 = 341*10-12*0,68/4*0,93 = 62,33 пФ.

       L = 2*0,932/(131,9*106)2*341*10-12 = 291,4 нГн.

                                   Lвх = 10 нГн.

   М = 145,7*10-9*(1-0,68/0,93)+10*10-9 = 49,16 нГн.

Lобщ = 2*(291,4 – 49,16) = 484,4 нГн.

6. Мощность, необходимая для возбуждения каскада

Pвх = Uвх2/2Rвх = 8,4482/2*41,43 = 0,861 Вт

7. Коэффициент усиления каскада по мощности

KP = P1/Pвх = 91,629/0,861 = 106,374.

6. Расчёт блока коммутируемых фильтров.

В широкополосных передатчиках, каскады которых не содержат резонансные фильтрующие цепи, между выходом устройства сложения мощностей отдельных двухтактных схем и входом согласующего устройства включается блок коммутируемых фильтров.

Каждый из фильтров блока может быть выполнен либо в виде ФНЧ, граничная частота которого меньше частоты второй гармоники усиливаемого сигнала, либо в виде полосового фильтра, верхняя ωвi и нижняя ωнi граничные частоты которого удовлетворяют соотношению ωвi/ωнi=kдi.

Рис. 6.1 Принципиальная схема фильтра.

Нижняя рабочая частота: с-1

Верхняя рабочая частота: с-1

Возьмём примерно коэффициент перекрытия

Количество фильтров = 5,18 ≈ 5.

Получаем диапазоны частот, на которые будут настроены фильтры:

.

1-й фильтр:  6,28…11,30 *106 с-1

2-й фильтр:  11,30…20,35 *106 с-1

3-й фильтр:  20,35…36,62 *106 с-1

4-й фильтр:  36,62…65,92 *106 с-1

5-й фильтр:          65,92…118,66 *106 с-1

7. Расчёт синтезатора сетки частот.

Для получения совокупности номинальных значений частот в заданном диапазоне, следующих друг за другом с заданным интервалом используется синтезатор сетки частот, схема которого приведена на рис. 7.1.

Рис. 7.1 Структурная схема синтезатора сетки частот.

Данная схема является многокольцевым ССЧ, т.к. каждый перемножитель f·Ni представляет систему с замкнутым кольцом фазовой автоподстройки частоты (ФАП). Такие устройства характеризуются сложностью настройки, но обеспечивают низкий уровень побочных составляющих.

Учитывая операции над частотами, осуществляемые в каждом из блоков ССЧ, для частоты сигнала на выходе синтезатора справедливо:

,

где (i=1,2,..5) – коэффициенты деления делителей с переменным коэффициентом деления в каждом из колец ФАП. Коэффициенты удовлетворяют соотношениям:

где ; , - максимальное и минимальное значения коэффициента деления в i-м кольце ФАП. Тогда получаем:

Принимаем величину шага сетки fш = 2 кГц и значение эталонной частоты    кГц. Будем рассчитывать .

Чтобы обеспечить значение в соответствии с заданием, необходимо подбирать :

 

 

 

 

 

 При  этом    должно быть целым числом.

Предположим :

 

 Комбинационные составляющие порядка меньше  6 не  должны попадать в полосу пропускание полосового фильтра.

Проверка:

 

 

Следовательно:

Проверка:

 

= 769,93

= 900

должно удовлетворять неравенству:

= 462,5, где  – максимально возможная цифра в старшем разряде частоты выходного сигнала.

Полученное нами значение  удовлетворяет условию (900>462,5).

Вывод:

В результате выполнения курсового проекта была разработана структурная схема синтезатора сетки частот, рассчитаны принципиальные схемы опорного кварцевого генератора, широкополосного двухтактного усилительного каскада. Разработана соответствующая конструкторская документация: структурные, электрические принципиальные схемы и спецификации.

Список литературы

  1.  Митрофанов А. В., Полевой В. В., Сафин В.Г., Соловьев А. А. Учебное пособие. Устройства генерирования и формирования радиосигналов.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

45927. Способы базирования заготовок с базами в виде плоских поверхностей 329.69 KB
  Базирование главной базы имеет 3 точки осуществляется на: 3 штыря опоры 2 пластины опорные штыри в сочетании с плавающими и сблокированными опорами на плоскость опорного элемента. При этом погрешность базирования близко равно 0. Для необработанных баз следует учитывать дополнительно погрешность связанную с отклонением плоскостности базы.
45928. Способы базирования заготовок с базами в виде отверстий 74.04 KB
  Базирование в отверстие или на палец рекомендуется использовать для заготовок с базами обработанными не грубее 9 квалитета. Этот способ применяется для заготовок с базами обработанными не грубее 7 квалитета.
45929. Способы базирования заготовок с базами в виде наружных цилиндрических поверхностей 87.91 KB
  Длину контакта заготовки с опорным элементом приспособления принимается равным или больше 15 диаметры базы. В пределах mx диаметрального зазора Smx в соединении заготовка приспособление возможно смещение оси базы относительно оси опорного элемента. Наибольшее смещение определяет погрешность базирования оси базы. ƸБ=Smx=TTn∆=Dmxdmin Т допуск на диаметр базы заготовки Tn допуск на диаметр опорного элемента приспособления ∆ гарантированный зазор в соединении Dmx наибольший предельный диаметр отверстия dmin наименьший предельный диаметр...
45930. Способы установки в приспособлении заготовок корпусных деталей 11.35 KB
  При L D 4 где L длина обрабатываемой заготовки D ее диаметр заготовки закрепляют в патроне при 4 L D 10 в центрах или в патроне с поджимом задним центром при L D 10 в центрах или в патроне и центре задней бабки и с поддержкой люнетом. Самой распространенной является установка обрабатываемой заготовки в центрах станка. Заготовку обрабатывают в центрах если необходимо обеспечить концентричность обрабатываемых поверхностей при переустановке заготовки на станке если последующая обработка выполняется на шлифовальном станке и тоже в...
45931. Типы зажимных устройств приспособлений. Краткая характеристика по составу, типу производства 12.18 KB
  По составу зажимные устройства делят на группы. 1Зажимные устройства состоящие из силового механизма и привода который обеспечивает перемещение контактного элемента и создаёт исходное усилие преобразуемое силовым механизмом в зажимное усилие. 2Зажимные устройства в котором силовой механизм приводится в действие рабочим прилагающим исходное усилие на орпеделёное плечё.Такие зажимные устройства с ручным приводом.
45932. Правила определения силы зажима заготовок в приспособлении 2.1 MB
  Для этого составляют расчетную схему где изображают все действующие силы и моменты резания зажимного усилия реакции опор и силы трения в местах контакта заготовки с опорными элементами и зажимными устройствами. По этому уравнению выводят формулу для расчета силы зажима Пример: расчетная схема на фрезерные операции. условий применительно к которым рассчитывались силы и моменты резания то их надо увеличить введением коэффициента запаса надежности закрепления согласно требованиям безопасности.
45933. Приводы зажимных устройств 1.73 MB
  Недостатки: незначительная плавность перемещения рабочих органов особенно при переменой нагрузке; низкое давление воздуха 04 мПа обуславливающие большие размеры приводов для приложения значительных усилий. на всех производственных участках подаётся воздушная среда давлением до 1МПа. Пневмоприводы рассчитываются на прочность при Р=06мПа а исходное усилие определяется при р=04МПа. Испытания их осуществляют при р не менее 09МПа.
45934. Цели, принципы, функции и основные задачи стандартизации 16.4 KB
  В соответствии с Федеральным Законом О техническом регулировании стандартизация осуществляется в целях: повышения уровня безопасности жизни или здоровья граждан имущества физических или юридических лиц государственного или муниципального имущества экологической безопасности безопасности жизни или здоровья животных и растений и содействия соблюдению требований технических регламентов; повышения уровня безопасности объектов с учетом риска возникновения чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера; обеспечения...
45935. Основные понятия в области метрологии. Метрология. Измерение. Погрешности измерения. Средство измерения. Единство измерений. Проверка средств измерений 18.03 KB
  Единство измерений. Проверка средств измерений.Рассматривает общие теоретические проблемы разработка теории и проблем измерений физических величин их единиц методов измерений.Устанавливает обязательные технические и юридические требования по применению единиц физической величины методов и средств измерений.