68802

Устройства генерирования и формирования сигналов

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Мощность которую должен обеспечивать один модуль выходного каскада можно оценить по формуле: ; Вт где КПД выходной колебательной системы и КПД систем сложения мощностей; M – число модулей в выходном каскаде. Каждый двухтактный ГВВ модуля выходного каскада должен выделять мощность 1235 4 = 30875 Вт.

Русский

2014-09-26

4.71 MB

5 чел.

Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет

Курсовой проект по курсу

«Устройства генерирования и формирования сигналов»

Студент: Горлов А.И.

Группа: 3097/1

Преподаватель: Марков А.М.


Техническое задание:

Вариант № 13

  1.  Мощность сигнала в антенне – 2 кВт
  2.  Диапазон рабочих частот – 10-30 МГц
  3.  Модуляция – частотная телеграфия
  4.  Допустимый КБВ трансформатора – 0.85

Порядок расчета:

  1.  Все каскады усиления мощности – транзисторные по схеме широкополосного линейного усиления. Оконечный каскад состоит из двух модулей по четырем двухтактных ГВВ в каждом. Предоконечный каскад состоит из двух модулей по одному двухтактному ГВВ в каждом. Перед предоконечным каскадом используются единичные модули.
  2.  Применить цепь коррекции АЧХ входной цепи биполярного транзистора.
  3.  Найти номиналы балансных сопротивлений.
  4.  Межкаскадная цепь связи – трансформаторная.
  5.  Рассчитать трансформатор.
  6.  Принципиальная схема устройства.


Согласно техническому заданию структурная схема нашего устройства будет выглядеть следующим образом:

Требуемая мощность сигнала в антенне – 2кВт. Мощность, которую должен обеспечивать один модуль выходного каскада можно оценить по формуле:

; Вт, где

- КПД выходной колебательной системы и КПД систем сложения мощностей;

M – число модулей в выходном каскаде.

Каждый двухтактный ГВВ модуля выходного каскада должен выделять мощность    1235/4 = 308,75 Вт.

Произведем расчет одного плеча двухтактного ГВВ оконечного каскада. Выходная мощность одного плеча двухтактного ГВВ оконечного каскада 308,75/2 = 154,375 Вт, угол отсечки θ=90˚, напряжение питания возьмем 48 В. Выберем транзистор 2Т980А со следующими параметрами:

rнас ≈ 0,62 Ом; rб ≈ 0,5 Ом; rэ ≈ 0 Ом; Rу.э > 8 Ом; Eотс = 0,7 В;  h21э0 ≈ 30; fТ ≈ 200 МГц;

Cк ≈ 300 пФ (Cк.а = 90 пФ); Cэ ≈ 15 нФ; Lэ  ≈ 1,6 нГн; Lб ≈ 1,9 нГн; Eкэ.доп = 100 В;

Eбэ.доп = 4 В; Iк0доп = 15 А;  Iк max доп = 20 А

Расчет коллекторной цепи:

  1.  Амплитуда напряжения первой гармоники Uк1 на коллекторе

; В

Где принято с запасом P1=160 Вт, а напряжение Eк снижено на 0,5 В по сравнению с Eп.

  1.  Максимальное напряжение на коллекторе не должно превышать допустимого

;  

  1.  Амплитуда первой гармоники коллекторного тока

; А

  1.  Постоянная составляющая тока коллектора не должна превышать допустимого значения

,

  1.  Максимальный коллекторный ток не должен превышать допустимого значения

;

  1.  Максимальная мощность, потребляемая от источника питания,

;

  1.  Коэффициент полезного действия коллекторной цепи при номинальной нагрузке

;  

  1.  Максимальная рассеиваемая мощность на коллекторе транзистора

      

  1.  Номинальное сопротивление коллекторной нагрузки

;

Расчет входной цепи:

  1.  Сопротивление ;

;  

  1.  Коэффициент ;

где Rэк имеет значение номинального сопротивления коллекторной нагрузки

  1.  Амплитуда тока базы

;  на частоте 30 МГц

  1.  Максимальное обратное напряжение на эмиттерном переходе

;< 4 В

  1.  Постоянные составляющие базового и эмиттерного токов

; ; ;

  1.  Напряжение смещения на эмиттерном переходе

;

  1.  Значения Lвх ОЭ,  rвх ОЭ, Rвх ОЭ, Cвх ОЭ  

;

;

 

Эквивалентная схема входного сопротивления транзистора:

 

;

;  

  1.  Резистивная и реактивная составляющие входного сопротивления транзистора

;

;

  1.  Входная мощность

;

  1.  Коэффициент усиления по мощности

;

  1.   Максимальная мощность, рассеиваемая в транзисторе:

;

Рассчитаем цепь коррекции АЧХ биполярного транзистора для одного плеча двухтактного ГВВ оконечного каскада.

  1.  Вспомогательные коэффициенты

;

;

;

  1.  Найдем коэффициенты α и σ при равноколебательной АЧХ при δ=0,25, fн.расч = fн

; ; ; ;;; ; ; ;; ;  

  1.  Т.к. определяем:

; ; ;нГн; Ом;  нФ;

  1.  Находим rпар, Cпар, Lпар, Rпар

;   rпар = 0,91 Ом (rкор=0);

;  нФ

; нГн

; Ом

  1.  Входное сопротивление цепи коррекции: ;  Ом
  2.  Ом; нГн; Ом

Ом;

Ом на частоте 30 МГц

  1.  Модуль результирующего входного сопротивления:

Ом

  1.  Амплитуда входного напряжения

; В

  1.  Мощность возбуждения

;Вт

  1.  Коэффициент усиления каскада с учетом цепи коррекции:

  1.  Максимальные мощности, рассеиваемые на Rкор, rпар и Rпар 

;

Вт

; Вт

; Вт

Так как наш каскад будет работать в классе B, целесообразно будет включение одного Zпар на оба транзистора без заземления средней точки. Значения rпар, Lпар, Rпар следует увеличить, а  Cпар уменьшить в два раза.  Приведем схему коррекции АЧХ одного двухтактного каскада. (С4, С5 – блокировочные конденсаторы)

Произведем теперь расчет двухтактного ГВВ предоконечного каскада. На вход каждого ГВВ оконечного каскада должен поступать сигнал мощностью 18,5∙2 = 37 Вт. Один двухтактный ГВВ предоконечного каскада должен выделять мощность 37∙4/0,9 = 164,4 Вт. (примем , где ,  - кпд устройства распределения мощности и межкаскадной цепи связи) Таким образом, одно плечо двухтактного ГВВ должно обеспечивать мощность 164,4/2 = 82,2 Вт.     Рассчитаем это плечо на транзисторе 2Т980А для напряжения питания 34 В.

Расчет коллекторной цепи:

  1.  Амплитуда напряжения первой гармоники Uк1 на коллекторе

; В

Где принято с запасом P1=85 Вт, а напряжение Eк снижено на 0,5 В по сравнению с Eп.

  1.  Максимальное напряжение на коллекторе не должно превышать допустимого

;  

  1.  Амплитуда первой гармоники коллекторного тока

; А

  1.  Постоянная составляющая тока коллектора не должна превышать допустимого значения

,

  1.  Максимальный коллекторный ток не должен превышать допустимого значения

;

  1.  Максимальная мощность, потребляемая от источника питания,

;

  1.  Коэффициент полезного действия коллекторной цепи при номинальной нагрузке

;  

  1.  Максимальная рассеиваемая мощность на коллекторе транзистора

      

  1.  Номинальное сопротивление коллекторной нагрузки

;

Расчет входной цепи:

  1.  Расчет сопротивлений Rдоп, Rбк произведен в расчете плеча двухтактного ГВВ оконечного каскада.
  2.  Коэффициент ;
  3.  Амплитуда тока базы

;  на частоте 30 МГц

  1.  Максимальное обратное напряжение на эмиттерном переходе

;< 4 В

  1.  Постоянные составляющие базового и эмиттерного токов

; ; ;

  1.  Напряжение смещения на эмиттерном переходе

;

  1.  Значения Lвх ОЭ,  rвх ОЭ, Rвх ОЭ, Cвх ОЭ

;    ; ;

;

;  

  1.  Расчет резистивной и реактивной составляющей входного сопротивления.

; ;

;

  1.  Входная мощность

;

  1.  Коэффициент усиления по мощности

;

  1.   Максимальная мощность, рассеиваемая в транзисторе:

;

Расчет цепи коррекции АЧХ одного плеча двухтактного ГВВ предоконечного каскада.

  1.  Вспомогательные коэффициенты

; ;

;

  1.  Найдем коэффициенты α и σ при равноколебательной АЧХ при δ=0,25, fн.расч = fн

Расчет аналогичен расчету для оконечного каскада. α = 1,5; σ = 5,4.

  1.  Т.к.  определяем:

; ; ;нГн; Ом;  нФ;

  1.  Находим rпар, Cпар, Lпар, Rпар

;   rпар = 0,95 Ом (rкор=0);

;  нФ

; нГн

; Ом

  1.  Входное сопротивление цепи коррекции: ;  Ом
  2.  Ом; нГн;  Ом

Ом;

Ом на Частоте 30 МГц

  1.  Модуль результирующего входного сопротивления:

Ом

  1.  Амплитуда входного напряжения  ; В
  2.  Мощность возбуждения  ;Вт
  3.  Коэффициент усиления каскада с учетом цепи коррекции:

  1.   Максимальные мощности, рассеиваемые Rкор, rпар и Rпар 

;

Вт

; Вт

; Вт

Так как наш каскад будет работать в классе B, целесообразным будет включение одного Zпар на оба транзистора без заземления средней точки. Значения rпар, Lпар, Rпар следует увеличить, а  Cпар уменьшить в два раза.  Приведем схему коррекции АЧХ одного двухтактного каскада. (Схема справа, С4, С5 – блокировочные конденсаторы)

Рассчитаем балансные сопротивления схем сложения мощностей. На схеме слева выходы двухтактных ГВВ обозначены источниками напряжения. Нагрузкой двухтактного ГВВ должно быть сопротивление, в 2 раза большее номинального, которое было рассчитано для одного плеча. Таким образом, нагрузкой одного двухтактного ГВВ оконечного каскада должно быть сопротивление 4,20∙2  = 8,40 Ом. Номиналы балансных сопротивлений:. Таким образом номиналы балансных сопротивлений: R1 = R2 = …= R8 = 8,40 Ом. Такое же значение должны иметь волновые сопротивления линий схемы сложения мощностей четырех двухтактных ГВВ.  Z1 = 8,40 Ом.

Нагрузкой одного модуля должно быть сопротивление 8,40∙4 = 33,6 Ом. Входное сопротивление выходной колебательной системы должно равняться 33,6∙2 = 67,2 Ом, а балансные сопротивления R9 = R10 = 33,6 Ом. Такое же значение должны иметь волновые сопротивления линий схемы сложения мощностей двух модулей оконечного каскада.  Z2 = 33,6 Ом

Теперь рассчитаем балансные сопротивления схем распределения мощностей.

На схеме источником напряжения обозначен двухтактный ГВВ предоконечного каскада, сопротивлениями R обозначены входные сопротивления двухтактных ГВВ оконечного каскада, равные 0,91∙2 = 1,82 Ом. Таким образом, нагрузкой двухтактного ГВВ предоконечного каскада будет 1,82∙4 = 7,28 Ом. Номиналы балансных сопротивлений:

,  R1 = R2 = R3 = R4 = 1,82 Ом.

Требуемое волновое сопротивление линий: 1,82 Ом

Входное сопротивление схемы распределения мощностей 1,82∙4 = 7,28 Ом. Номинальное сопротивление нагрузки ГВВ предоконечного каскада 3,706∙2 = 7,41Ом. Из полученных значений видно, что устанавливать межкаскадную цепь связи не требуется.

Схема устройства:

Двухтактный ГВВ оконечного каскада:

Напряжение питания: E1 = 48 В

Требуемые волновые сопротивления линий:

Z1 =  Ом;

Z3 = 2Rэк.ном = 4,20∙2 = 8,40 Ом;

Z2Rэк.ном = 4,20 Ом.

Выбор блокировочных конденсаторов С4, С5.

; мкФ;

Выбор разделительных конденсаторов С6, С7.

; мкФ;

Выбор дросселей L4, L5.

; ; мкГн.

Двухтактный ГВВ предоконечного каскада:

Напряжение питания: E2 = 34 В

Требуемые волновые сопротивления линий:

Z1 =  Ом;

Z3 = 2Rэк.ном = 3,706∙2 = 7,41 Ом;

Z2Rэк.ном = 3,706 Ом.

Выбор блокировочных конденсаторов С4, С5.

; мкФ;

Выбор разделительных конденсаторов С6, С7.

; мкФ;

Выбор дросселей L4, L5.

; ; мкГн.

Входное сопротивление двухтактного ГВВ предоконечного каскада 1,9 Ом. Нагрузкой единичного модуля, установленного перед предоконечным каскадом, будет сопротивление 1,9∙2 = 3,8 Ом.

Единичный модуль должен обеспечивать мощность 10,42∙2∙2 ≈ 45 Вт. Если принять коэффициент усиления по мощности единичного модуля 15, то после возбудителя необходимо поставить 3 единичных модуля. Тогда требуемая мощность от возбудителя: 45/(15∙15∙15) ≈ 13 мВт

Произведем расчет трансформатора на выходе двухтактного ГВВ оконечного каскада (на схеме трансформатор Т3).

  1.  Требуемое волновое сопротивление линии: Zc.треб = 8,40 Ом
  2.  Амплитудные значения напряжения и тока в нагрузке

; В

; А

Напряжение и ток в линии: В; В

Продольное напряжение на линии: В

  1.  Требуемая продольная индуктивность:

; , где α1=0,16 для КБВтр>0,85;

  1.  

Подходящим будет выбор полоскового кабеля с волновым сопротивлением 9,4 Ом, однако полученное значение напряжения в линии достаточно велико (73,3 В) и будет превышать допустимое значение, поэтому  целесообразным будет выбор коаксиального кабеля КФВ – 19 с волновым сопротивлением 19 Ом.  Чтобы получить подходящее волновое сопротивление включим два кабеля КФВ – 19 параллельно по входу и выходу, тогда волновое сопротивление уменьшится в 2 раза.

КБВтр = 8,4∙2/19 = 0,88

Параметры кабеля: a = 2,8 мм, b = 1,8 мм, с = 1 мм, a0=0,6 дБ/м

  1.  Определяем геометрическую длину линии:

; см для θ = 10˚

  1.  По таблице выбираем феррит 90BHC с μН = 90; Q = 230 при В = 0,001 Тл и Q = 130 при B = 0,02 Тл на f = 8 МГц, и Q = 60 при В = 0,001 Тл на f = 30 МГц.

; примем допустимые удельные тепловые потери 0,2…1,0 Вт/см3

Тл   на частоте 10 МГц,

пересчитаем для Q = 130:  Тл

Тл на частоте 30 МГц.

Возьмем с запасом B10 ≈ 0,01 Тл; B30 ≈ 0,002 Тл

  1.  Выбираем многовитковую конструкцию, определяем минимальный объем феррита.

; см3 на f = 10 МГц

см3 на f = 30 МГц

Из таблицы выбираем сердечник D = 3,2 см, d = 2,0 см, h = 0,6 см и определяем его объем:

V = 0,25∙3,14∙(3,22-2,02)∙0,6 = 2,9 см3

Так как мы будем использовать параллельное соединение кабелей по входу и выходу, то ширину линии следует взять 2∙a = 5,6 мм.

  1.  Определяем число витков:

;

6 витков кабеля шириной 5,6 мм будут занимать площадь около 33,6 мм. Периметр кольца по внутреннему диаметру 3,14∙20 = 62,8 мм, т.е. все витки помещаются в один слой на кольце.

Уточняем продольную индуктивность:

, где ,

см2; см;

мГн

  1.  ;

Тл на частоте 10 МГц

Тл на частоте 30 МГц

  1.  Удельные тепловые потери в феррите

Вт/см3 на частоте 10 МГц при Q = 130;

Вт/см3 на частоте 30 МГц при Q = 60;

  1.  Мощность потерь в сердечнике ;

Вт на частоте 10 МГц при Q=130

  1.  Потери в линии на частоте 30 МГц: ;
  2.  КПД трансформатора: ;


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

50999. Взаимодействие школы и учреждений культуры в процессе воспитания детей и молодежи на примере рп. Шимск Шимского района Новгородской области 146.22 KB
  Выявить роль школы и учреждений культуры в воспитании подрастающего поколения. Определить состояние работы по воспитанию учащейся молодежи. Раскрыть роль научных исследований в вопросе воспитания подрастающего поколения. Выявить степень научной разработанности взаимодействия школы и учреждений культуры в деле воспитания детей и молодежи.