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

7 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

70715. Налоговая система России: значение для экономики 254.5 KB
  Государство может воздействовать на ход экономической жизни, лишь располагая определенными денежными средствами. Их должны предоставить все заинтересованные в выполнении функций государства стороны - граждане и юридические лица.
70716. Расчёт и проектирование металлорежущих инструментов 2.17 MB
  Целью данного курсового проекта является расчет и проектирование металлорежущих инструментов: протяжка шестигранная, шлицевая фреза, комбинированное свело и метчик. Протягивание является одним из наиболее высокопроизводительных процессов обработки деталей резанием.
70719. SpectraLab 426.5 KB
  SpectraLAB - мощный двойной анализатор спектра канала. Программа связывается с любой звуковой платой и благодаря Windows-совместимому интерфейсу обеспечивает спектральный анализ в реальном масштабе времени (Real Time) без сохранения спектра сигнала на диск, в режиме Записи...
70721. Дослідження параметричних стабілізаторів напруги 65.5 KB
  Для стабілізації напруги використовується ліва частина вольтамперної характеристики із збільшанням струму напруга майже не міняється. Проста схема стабілізатора напруги подана на рис. Для оцінки якості стабілізатора напруги вводиться величина R яку називають коефіцієнтом...