Введение. Расчет усилителя мощности высокой частоты

1 . Техническое задание

Спроектировать радиовещательный передатчик с АМ (ПРВАМ) со следующими параметрами:

· Мощность в антенне (нагрузке) P ~ =100 кВт;

· Волновое сопротивление фидера с Ф =150 Ом;

· КПД фидера з ф = 0.80;

· Коэффициент бегущей волны КБВ = 0.8;

· Максимальный индекс модуляции m = 1;

· Диапазон рабочих частот f min - f max , 0.1 - 0.3МГц;

· Диапазон частот модуляции ДF = 50 10000 Гц;

· несущая частота f 0 =200 кГц.

Анализ технического задания:

Радиовещательные передатчики (ПРВ) с АМ применяемые в диапазонах длинных, средних и коротких волн по своим параметрам должны соответствовать ГОСТ 1392468. В ламповых вариантах передатчиков для получения АМ сигнала заданной мощности наиболее распространены анодная, анодно-экранная или комбинированная (по нескольким электродам) модуляция в оконечном каскаде, реже применяется усиление модулированных колебаний (УМК).

В рамках данной работы проведены следующие расчеты:

· оконечного каскада в пиковой, минимальной и телефонной точках, а также при 100% -й глубине модуляции;

· модулирующего устройства и электрических параметров его элементов; трансформатора, дросселей, блокировочных конденсаторов;

· выходной колебательной системы;

2. Выбор способа постр оения проектируемого устройства

Для реализации данного устройства был выбран вариант реализации с анодной модуляцией вследствие ее высокой энергоэффективности, хорошей линейности и широкого применения в радиовещательных передатчиках , .Структурная схема проектируемого устройства представлена на рисунке 1.

Рисунок 2.1. Структурная схема проектируемого радиовещательного передатчика с АМ.

Ориентировочный расчет радиопередатчика с АМ по структурной схеме

Согласно техническому заданию, передатчик должен обладать следующими параметрами: P ~ = 100 кВт;

индекс модуляции m = 1;

диапазон рабочих частот f min f max = 0.1 0.3 МГц.

Исходя из заданных выше параметров произведем ориентировочный расчет элементов радиопередатчика.

Пиковая мощность в антенне при этом составит:

Мощности P 1 T и P 1 max , отдаваемые приборами ОК определяются формулами:

где ориентировочный КПД выходной колебательной системы. выбранный из таблицы, приведенной в и , КПД фидера.

Тогда P 1 T = 136 кВт, P 1 max = 544 кВт.

В связи с тем, что в ОК реализована анодная модуляция то номинальная мощность ЭП выбирается по правилу P 1ном?2P 1 T = 272 кВт (номинальная мощность генераторных ламп).

Т.к. при разработке ОК использовалась двухтактная схема, то P 1ном лампы = .

Выбор типа лампы осуществляется по таким параметрам как P 1ном ламы и максимальной рабочей частоте f max .

По справочным таблицам, представленным в и была выбрана лампа ГУ 66 Б, имеющая следующие параметры : E a ном = 10 кВ; S = 0.16 А/В, P ном справ = 150 кВт.

Описание лампы ГУ 66 Б приведено в приложении 1.

Принципиальная схема проектируемого радиовещательного передатчика представлена на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 - Принципиальная схема проектируемого передатчика с АМ.

3 . Расчет оконечного каскада (ОК)

В данном пункте производится расчет ОК в следующих режимах:

· в пиковой точке;

· в минимальной точке;

· в телефонной точке;

· при 100% глубине модуляции.

Глубина модуляции анодного напряжения m = 1 в соответствии с техническим заданием.

Принципиальная схема оконечного каскада приведена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 Принципиальная схема оконечного каскада.

Напряжение анодного питания для режима телефонной точки обычно выбирается как:

Угол отсечки выбирается в пределах и = 80?- 90?. В данном случае примем угол отсечки равным 90?.

3 .1 Расчет оконечного каскада(ОК) в максимальной точке

Расчет оконечного каскада в максимальной точке производится по методике изложенной в и .

Напряжение анодного питания и питания экранирующей сетки:

Е а max =E a . т (1+m)=16 кВ

Коэффициент использования анодного напряжения в граничном режиме

Амплитудное напряжение на аноде:

U a max = E amax о max =15.7 кВ

Амплитуда первой гармоники анодного тока:

I a 1 max =2=69.2 А

Амплитуда импульса анодного тока

I amm == 138.4 A

Эквивалентное сопротивление анодной нагрузки:

Верхний угол отсечки определяется из уравнения

Откуда получаем = 0.31 рад = 18 0

Постоянная составляющая анодного тока с учетом усеченности вершины импульса

Мощность, потребляемая анодной цепью

Мощность рассеиваемая на аноде

КПД анодной цепи в максимальном режиме

Амплитуда напряжения возбуждения в цепи управляющей сетки и напряжение смещения

Сопротивление автоматического смещения

где, = 71.2 0 , ? 0.66

Составляющие сеточного тока

где коэффициенты и, учитывающие несинусоидальность импульса тока, принимаются равными? 0.66, ? 0.75

Мощности, потребляемые от предыдущего каскада ПК и источника смещения

Мощность, рассеиваемая на управляющей сетке

3 .2 Расчет оконечного каскада(ОК) в минимальной точке

Расчет режима минимальной точки проводится по методикам, изложенным в - . Режим минимальной точки характерен малыми напряжениями на аноде. В области e a >0 увеличивается напряженность режима и несколько искривляется МХ. Для ослабления этих явлений в цепь тока включают сопротивления автоматического смещения R c ..

Расчет параметров минимального режима выполняется только для цепи управляющей сетки, . Исходными данными для этого расчета являются U c max , E c 0 , S, R c . .

Для нахождения параметров сеточного тока, по методике, изложенной в найдем из уравнения

Потребляемые мощности от источника смещения и от ПК.

3 .3 Расчет оконечного каскада(ОК) в телефонной точке

Расчет режима телефонной точки проводится по методикам, изложенным в и .

Составляющие анодного тока

Анодное напряжение и амплитуда напряжения на нагрузке

Потребляемая и отдаваемая мощности

3.4 Расчет оконечного каскада(ОК) в режиме модуляции

Расчет ОК в режиме модуляции проводится по методике, изложенной в и .

Средняя, потребляемая анодной цепью мощность

Мощность, доставляемая модуляционным устройством

Средняя мощность, отдаваемая лампами ОК

Средняя мощность, рассеиваемая на аноде.

Средняя мощность, рассеиваемая на управляющей сетке

4 . Расчет предоконечного каскада

ЭП для предоконечного каскада выбирается по следующему правилу: по справочным таблицам, приведенным в находится коэффициент усиления мощности N p = 30 .. 50. Примем N p = 50. Тогда мощность предыдущего каскада, необходимая для возбуждения ОК составляет

Для данной мощности подходит лампа ГУ - 39 Б, у которой P ном = 13 кВт . Характеристики ГУ 39 Б приведены в приложении 2.

В качестве цепи согласования ПОК и ОК может быть применена П цепочка .

5 . Р асчет модуляционного устройства

ММУ реализовано с использованием усилителя класса D. Принцип работы данного ММУ подробно описан в и . Двухтактный усилитель класса D предназначен для усиления модулирующего сигнала. Для подачи постоянной составляющей I a 0т к ОК служит отдельный источник питания с напряжением Е ат и дроссель L d 4 . Модулирующее напряжение U Щ подается к широтно - импульсному модулятору и последующему импульсному усилителю и далее к лампе V 2 . Управление второй лампой V 1 производиться напряжением, падающим на сопротивление R 1 от анодного тока лампы V 2 .

Принципиальная схема данного устройства приведена на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 Принципиальная схема ММУ с двухтактным усилителем класса D.

К преимуществам данной схемы относятся:

· существенное увеличение КПД усилителя, вследствие того, что лампы каскада работают в ключевом режиме, а постоянная составляющая тока I a 0 т ОК проходит через дроссель с малым сопротивлением обмотки;

· постоянный КПД усилителя при разных уровнях усиливаемого сигнала (при рациональном выборе ламп, КПД в таком усилителе может достигать 95% - 97%) ;

· отсутствие тяжелого, громоздкого, дорогостоящего модуляционного трансформатора.

К недостаткам данной схемы можно отнести:

· необходимость тщательной регулировки управления лампами, исключающей их одновременное открытие, что привело бы к замыканию источника питания 2Е а.

Диоды VD 1 и VD 2 предназначены для предотвращения прерывания тока в катушке L d 2 в моменты переключения ламп.

Т.к расчет параметров режима ОК выполнен, то определяется

Исходя из рассчитанных параметров выбирается лампа ГУ- 66 Б .

Диоды VD1 и VD2 выбираются по следующим параметрам:

Обратное напряжение E обр Е п,

Максимальный импульсный ток I D max = 38 А

Прямое сопротивление открытого диода r D - желательно возможно меньше. Номинал индуктивности дросселя фильтра L d 1 выбирается в несколько Генри. L d 1 = 5 Гн.

Конденсатор C 1 выбирается из условия тогда C 1 =253 пФ

Фильтр L d 2 , L d 3 , C 2 , C 3 выполнен в виде полузвена L d 2 C 2 по Баттерворту. Следовательно

Разделительный конденсатор C 4 выбирается из условия

Тогда С 4 = 688 нФ.

выбирается из условия Тогда можно положить

Сопротивление R 1 выбирается таким образом, чтобы выполнялось неравенство

где напряжение отсечки анодного тока ламп VL1 и VL2.

Таким образом R 1 = 150 Ом.

Тактовая частота f т выбирается из условия f т =(5..8)F в. Выбираем f т = 70 кГц.

6 . Ра счет выходной контурной системы

Расчет выходной колебательной системы проводится по методике, изложенной в и .

Назначение выходных колебательных систем в радиопередатчиках заключается в выполнении следующих функций :

· согласование активного сопротивления R A антенного фидера с необходимым для нормальной работы выходной ступени эквивалентным сопротивлением R э нагрузки в анодной цепи;

· компенсация реактивного сопротивления X A антенны или фидера с тем, чтобы ВКС работала на активную нагрузку и отдавала в антенну наибольшую мощность;

· фильтрация гармоник, вырабатываемых электронными приборами в выходных каскадах.

Для выбора конструкции ВКС вычислим необходимую фильтрацию

По графику зависимости з ВКС (Ф необх) определяется конструкция выходной колебательной системы. Для з ВКС =0.92 и Ф необх =2.1 10 3 в конструкция ВКС будет иметь вид (рисунок 6.1):

Рисунок 6.1 Принципиальная схема выходной колебательной системы.

Максимальное и минимальное входное сопротивление фидера

Расчет элементов ВКС проводится по методике, изложенной в .

Тогда для первой П - цепи имеем

Для второй П цепочки

Тогда номиналы элементов ВКС должны изменяться в пределах

7 . Заключение

В результате проделанной работы в соответствии с техническим заданием был спроектирован радиовещательный передатчик с амплитудной модуляцией. Произведен расчет ОК, модуляционного устройства и выходной контурной системы и выбраны элементы для построения данных устройств. ММУ выполнено по схеме с двухтактным усилителем класса D, что способствует увеличению КПД усилителя и упрощению его схемы. Для согласования активного сопротивления антенного фидера с необходимым для нормальной работы выходной ступени эквивалентным сопротивлением нагрузки в анодной цепи, а также для компенсации реактивного сопротивления фидера и для фильтрации гармоник, вырабатываемых электронными приборами в выходных каскадах применена выходная контурная система с двойным П-образным контуром.

Приложение 1

Характеристики генераторного триода ГУ 66 Б

Генераторный триод ГУ-66Б предназначен для усиления мощности на частотах до 30 МГц в стационарных передающих радиотехнических устройствах как в схемах с общей сеткой, так и в схемах с общим катодом.

Общие сведения

Катод - вольфрамовый торированный карбидированный прямого накала. Оформление - металлокерамическое с кольцевыми выводами катода и сетки. Охлаждение - принудительное: анода - водяное; ножки - воздушное. Высота не более 420 мм. Диаметр не более 211 мм. Масса не более 23 кг.




Электрические параметры
Напряжение накала, В
Ток накала, А
Крутизна характеристики, мА/В
Коэффициент усиления (при напряжении анода 4 кВ, токе анода 8 А)
Межэлектродные ёмкости, пФ, не более

выходная
проходная,


Наибольшее напряжение накала
Наибольший пусковой ток накала, А

Наибольшая мощность рассеивания, кВт



Наибольшая температура ножки и спаев керамики с металлом, °С

радиовещательный передатчик амплитудный модуляция трансформатор

Приложение 2

Характеристики ГУ - 39 Б

Допустимые воздействующие факторы при эксплуатации
Температура окружающей среды, С 0
Относительная влажность воздуха при температуре до 25 °С, %
Электрические параметры
Напряжение накала, В
Ток накала, А
Крутизна характеристики, мА/В
Мощность выходная кВт, не менее
Максимальные предельно допустимые эксплуатационные данные
Наибольшее напряжение анода (постоянное), кВ
Наибольшая рабочая частота, МГц

Подобные документы

Структурная схема передатчика, расчет оконечного каскада. Эквивалентная схема входного сопротивления транзистора в схеме с ОЭ. Расчёт согласующего устройства, выходного фильтра. Конструктивный расчёт катушек индуктивности. Расчет блокировочных элементов.

курсовая работа , добавлен 09.05.2012

Разработка радиопередатчика для радиовещания на ультракоротких волнах (УКВ) с частотной модуляцией (ЧМ). Подбор передатчика-прототипа. Расчет структурной схемы. Электрический расчет нагрузочной системы передатчика, режима предоконечного каскада на ЭВМ.

курсовая работа , добавлен 12.10.2014

Проектирование связного радиопередающего устройства с частотной модуляцией (ЧМ). Структурные схемы передатчика с прямой и косвенной ЧМ. Расчет оконечного каскада, коллекторной и входной цепей. Расчет цепи согласования оконечного каскада с нагрузкой.

курсовая работа , добавлен 21.07.2010

Обоснование функциональной схемы передатчика. Расчет и определение транзистора для оконечной ступени передатчика. Расчет оконечного каскада, входного сопротивления антенны, цепи согласования. Определение коллекторной цепи генератора в критическом режиме.

курсовая работа , добавлен 14.04.2011

Характеристика и предназначение радиовещательного приемника сигналов с амплитудной модуляцией, структурная схема. Особенности настройки приемника, использование варикапов. Способы расчета напряжения шума приемника. Анализ расчет детектора радиосигналов.

курсовая работа , добавлен 21.04.2012

Обоснование структурной схемы. Электрический расчет. Выбор усилительного полупроводникового прибора. Расчет выходного фильтра. Выбор стандартных номиналов. Электрическая схема оконечного мощного каскада связного передатчика с частотной модуляцией.

курсовая работа , добавлен 14.11.2008

Каналы утечки речевой информации. Методы формирования и преобразования сигналов. Характеристика радиомикрофона с амплитудной модуляцией. Признаки и классификация закладных устройств. Сущность и принцип действия амплитудной модуляции гармонической несущей.

реферат , добавлен 21.01.2013

Разработка структурной схемы передатчика с базовой модуляцией, числа каскадов усиления мощности, оконечного каскада, входной цепи транзистора, кварцевого автогенератора, эмиттерного повторителя. Эквивалентное входное сопротивление и емкость транзистора.

курсовая работа , добавлен 17.07.2010

Выбор способа получения частотной модуляцией. Расчет транзисторного автогенератора на основе трехточки. Выбор структурной схемы возбудителя. Электрический расчет режимов каскадов тракта передатчика. Проектирование широкодиапазонной выходной цепи связи.

курсовая работа , добавлен 29.03.2014

Расчет цепей смещения и питания транзистора. Выбор радиодеталей для цепей связи, фильтрации, питания для схемы оконечного каскада. Расчет принципиальной схемы передатчика. Электрический расчет генератора, управляемого напряжением с частотной модуляцией.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1 . Техническое задание

Спроектировать радиовещательный передатчик с АМ (ПРВАМ) со следующими параметрами:

· Мощность в антенне (нагрузке) P ~ =100 кВт;

· Волновое сопротивление фидера с Ф =150 Ом;

· КПД фидера з ф = 0.80;

· Коэффициент бегущей волны КБВ = 0.8;

· Максимальный индекс модуляции m = 1;

· Диапазон рабочих частот f min - f max , 0.1 - 0.3МГц;

· Диапазон частот модуляции ДF = 50 10000 Гц;

· несущая частота f 0 =200 кГц.

Анализ технического задания:

В рамках данной работы проведены следующие расчеты:

· оконечного каскада в пиковой, минимальной и телефонной точках, а также при 100% -й глубине модуляции;

· выходной колебательной системы;

2. Выбор способа постр оения проектируемого устройства

Рисунок 2.1. Структурная схема проектируемого радиовещательного передатчика с АМ.

Ориентировочный расчет радиопередатчика с АМ по структурной схеме

Согласно техническому заданию, передатчик должен обладать следующими параметрами: P ~ = 100 кВт;

индекс модуляции m = 1;

диапазон рабочих частот f min f max = 0.1 0.3 МГц.

Исходя из заданных выше параметров произведем ориентировочный расчет элементов радиопередатчика.

Пиковая мощность в антенне при этом составит:

Мощности P 1 T и P 1 max , отдаваемые приборами ОК определяются формулами:

где ориентировочный КПД выходной колебательной системы. выбранный из таблицы, приведенной в и , КПД фидера.

Тогда P 1 T = 136 кВт, P 1 max = 544 кВт.

Т.к. при разработке ОК использовалась двухтактная схема, то P 1ном лампы = .

Выбор типа лампы осуществляется по таким параметрам как P 1ном ламы и максимальной рабочей частоте f max .

Описание лампы ГУ 66 Б приведено в приложении 1.

Принципиальная схема проектируемого радиовещательного передатчика представлена на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 - Принципиальная схема проектируемого передатчика с АМ.

3 . Расчет оконечного каскада (ОК)

В данном пункте производится расчет ОК в следующих режимах:

· в пиковой точке;

· в минимальной точке;

· в телефонной точке;

· при 100% глубине модуляции.

Глубина модуляции анодного напряжения m = 1 в соответствии с техническим заданием.

Принципиальная схема оконечного каскада приведена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 Принципиальная схема оконечного каскада.

Напряжение анодного питания для режима телефонной точки обычно выбирается как:

Угол отсечки выбирается в пределах и = 80?- 90?. В данном случае примем угол отсечки равным 90?.

3 .1 Расчет оконечного каскада(ОК) в максимальной точке

Расчет оконечного каскада в максимальной точке производится по методике изложенной в и .

Напряжение анодного питания и питания экранирующей сетки:

Е а max =E a . т (1+m)=16 кВ

Коэффициент использования анодного напряжения в граничном режиме

Амплитудное напряжение на аноде:

U a max = E amax о max =15.7 кВ

Амплитуда первой гармоники анодного тока:

I a 1 max =2=69.2 А

Амплитуда импульса анодного тока

I amm == 138.4 A

Эквивалентное сопротивление анодной нагрузки:

Верхний угол отсечки определяется из уравнения

Откуда получаем = 0.31 рад = 18 0

Постоянная составляющая анодного тока с учетом усеченности вершины импульса

Мощность, потребляемая анодной цепью

Мощность рассеиваемая на аноде

КПД анодной цепи в максимальном режиме

Амплитуда напряжения возбуждения в цепи управляющей сетки и напряжение смещения

Сопротивление автоматического смещения

где, = 71.2 0 , ? 0.66

Составляющие сеточного тока

где коэффициенты и, учитывающие несинусоидальность импульса тока, принимаются равными? 0.66, ? 0.75

Мощности, потребляемые от предыдущего каскада ПК и источника смещения

Мощность, рассеиваемая на управляющей сетке

3 .2 Расчет оконечного каскада(ОК) в минимальной точке

Для нахождения параметров сеточного тока, по методике, изложенной в найдем из уравнения

Потребляемые мощности от источника смещения и от ПК.

3 .3 Расчет оконечного каскада(ОК) в телефонной точке

Расчет режима телефонной точки проводится по методикам, изложенным в и .

Составляющие анодного тока

Анодное напряжение и амплитуда напряжения на нагрузке

Потребляемая и отдаваемая мощности

3.4 Расчет оконечного каскада(ОК) в режиме модуляции

Расчет ОК в режиме модуляции проводится по методике, изложенной в и .

Средняя, потребляемая анодной цепью мощность

Мощность, доставляемая модуляционным устройством

Средняя мощность, отдаваемая лампами ОК

Средняя мощность, рассеиваемая на аноде.

Средняя мощность, рассеиваемая на управляющей сетке

4 . Расчет предоконечного каскада

В качестве цепи согласования ПОК и ОК может быть применена П цепочка .

5 . Р асчет модуляционного устройства

Принципиальная схема данного устройства приведена на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 Принципиальная схема ММУ с двухтактным усилителем класса D.

К преимуществам данной схемы относятся:

· отсутствие тяжелого, громоздкого, дорогостоящего модуляционного трансформатора.

К недостаткам данной схемы можно отнести:

Диоды VD 1 и VD 2 предназначены для предотвращения прерывания тока в катушке L d 2 в моменты переключения ламп.

Т.к расчет параметров режима ОК выполнен, то определяется

Исходя из рассчитанных параметров выбирается лампа ГУ- 66 Б .

Диоды VD1 и VD2 выбираются по следующим параметрам:

Обратное напряжение E обр Е п,

Максимальный импульсный ток I D max = 38 А

Конденсатор C 1 выбирается из условия тогда C 1 =253 пФ

Фильтр L d 2 , L d 3 , C 2 , C 3 выполнен в виде полузвена L d 2 C 2 по Баттерворту. Следовательно

Разделительный конденсатор C 4 выбирается из условия

Тогда С 4 = 688 нФ.

выбирается из условия Тогда можно положить

Сопротивление R 1 выбирается таким образом, чтобы выполнялось неравенство

где напряжение отсечки анодного тока ламп VL1 и VL2.

Таким образом R 1 = 150 Ом.

Тактовая частота f т выбирается из условия f т =(5..8)F в. Выбираем f т = 70 кГц.

6 . Ра счет выходной контурной системы

Расчет выходной колебательной системы проводится по методике, изложенной в и .

Назначение выходных колебательных систем в радиопередатчиках заключается в выполнении следующих функций :

· фильтрация гармоник, вырабатываемых электронными приборами в выходных каскадах.

Для выбора конструкции ВКС вычислим необходимую фильтрацию

Рисунок 6.1 Принципиальная схема выходной колебательной системы.

Максимальное и минимальное входное сопротивление фидера

Расчет элементов ВКС проводится по методике, изложенной в .

Тогда для первой П - цепи имеем

Для второй П цепочки

Тогда номиналы элементов ВКС должны изменяться в пределах

7 . Заключение

Приложение 1

Характеристики генераторного триода ГУ 66 Б

Общие сведения




Электрические параметры
Напряжение накала, В
Ток накала, А
Крутизна характеристики, мА/В
Коэффициент усиления (при напряжении анода 4 кВ, токе анода 8 А)
Межэлектродные ёмкости, пФ, не более

выходная
проходная,


Наибольшее напряжение накала
Наибольший пусковой ток накала, А

Наибольшая мощность рассеивания, кВт



Наибольшая температура ножки и спаев керамики с металлом, °С

радиовещательный передатчик амплитудный модуляция трансформатор

Приложение 2

Характеристики ГУ - 39 Б

Допустимые воздействующие факторы при эксплуатации
Температура окружающей среды, С 0
Относительная влажность воздуха при температуре до 25 °С, %
Электрические параметры
Напряжение накала, В
Ток накала, А
Крутизна характеристики, мА/В
Мощность выходная кВт, не менее
Максимальные предельно допустимые эксплуатационные данные
Наибольшее напряжение анода (постоянное), кВ
Наибольшая рабочая частота, МГц

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

курсовая работа , добавлен 09.05.2012

курсовая работа , добавлен 12.10.2014

курсовая работа , добавлен 21.07.2010

курсовая работа , добавлен 14.04.2011

курсовая работа , добавлен 21.04.2012

курсовая работа , добавлен 14.11.2008

реферат , добавлен 21.01.2013

курсовая работа , добавлен 17.07.2010

курсовая работа , добавлен 29.03.2014

Техника радиопередающих устройств развивается непрерывно и интенсивно. Это обусловлено определяющей ролью передатчиков внедряются новые и новые идеи благодаря которым снижается энергопотребление устройств, повышается качество их работы, надежность, с использованием чип-технологий уменьшаются размеры и стоимость радиосистем передачи и извлечения информации, радиоуправления и т.д.

Практически все население Земли обслуживается радиопередатчиками звукового и телевизионного вещания. Это передатчики с мощностью от милливатт до сотен киловатт и единиц мегаватт. В передатчиках изображения используют амплитудную, а в передатчиках звукового сопровождения - частотную и фазовую модуляцию.

По существу радиосвязь представляет собой распространяющееся в пространстве электромагнитное колебание, несущее в себе информацию. Если информация заключается в амплитуде электромагнитного колебания - то говорят об амплитудной модуляции (или АМ), если же в частоте или фазе - то о частотной (ЧМ) или фазовой (ФМ) модуляции.

В наше время широко используются радиостанции, т.е. устройства, сочетающие в себе и радиоприёмник и радиопередатчик и способные работать как на приём, так и на передачу в широком диапазоне частот.

Радиосвязь имеет огромное значение для современного человека и используется им почти во всех сферах его деятельности, поэтому, очень нужны специалисты по электронике и радиосвязи.

В данном случае необходимо выбрать структурную схему и спроектировать оконечный и предоконечный каскад передатчика низовой радиосвязи (НРС) с частотной модуляцией.

Передатчики НРС применяются в диапазонах КВ и УКВ для передачи сообщений на небольшие расстояния. Передатчики такого типа проектируются для работы на одной фиксированной частоте или в диапазоне частот.

В основе проектирования (интегрализации) радиопередающих устройств (РПУ) на ИС лежат общие принципы проектирования микроэлектронной аппаратуры, которые приобретают некоторые особенности, связанные со спецификой передающей аппаратуры.

Отличительными чертами РПУ являются:

- аналоговый характер сигнала, его большой динамический диапазон (доли микровольт - единицы вольт);
- широкий частотный диапазон (от постоянного тока - на выходе детектора, до сотен мегагерц или десятков гигагерц - на выходе);
- большое число нерегулярных соединений;
- функциональное разнообразие узлов (блоков) при их относительно небольшом общем числе.

К функциональным блокам (каскадам) предъявляются разнообразные требования, часто зависящие от типа сигналов. В некоторых узлах должна быть обеспечена прецизионность изготовления. Часто оказывается необходимым изменять параметры элементов в процессе регулировки аппаратуры, что нежелательно при микроэлектронном исполнении.

На цифровых ИС можно реализовать практически любой алгоритм обработки сигнала, осуществляемый в приемно-усилительных устройствах, включая элементы оптимального радиоприема.

Связные РПУ с частотной модуляцией проектируются для работы на одной фиксированной частоте или в диапазоне частот. В первом случае рабочая частота стабилизируется кварцевым резонатором, а для генерации ЧМ колебаний могут быть использованы как прямой метод управления частотой, так и косвенный. Структурная схема передатчика с использованием прямого метода ЧМ изображена на рис.1.

Рис.1.

Модулирующее напряжение U подается на варикап, с помощью которого модулируется по частоте кварцевый автогенератор (КГ).

Кварцевый генератор работает на частотах 10-15 МГц, затем его частота умножается в n раз до рабочего значения, сигнал подается на усилитель мощности (УМ) и через цепь связи ЦС в антенну.

Косвенный метод ЧМ основан на преобразовании фазовой модуляции (ФМ) в частотную при помощи введения в схему интегрирующего звена, т. е. фильтра низких частот (ФНЧ). Структурная схема передатчика с использованием косвенного метода получения ЧМ изображена на рис.2.

Рис.2.

В качестве возбудителя диапазонного передатчика с ЧМ используется синтезатор сетки дискретных частот, ведомый генератор которого управляется двумя варикапами (рис.3).

Рис.3.

На варикап VD1 подается модулирующее напряжение U, на варикап VD2 - управляющее напряжение системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Разделение функций управления объясняется тем, что девиация частоты под влиянием модулирующего сигнала относительно невелика (3-5 кГц) в сравнении с диапазоном перестройки ведомого генератора (ГУН) управляющим сигналом с выхода системы ФАПЧ. Поэтому варикап VD1 связан с колебательным контуром ГУНа значительно слабее, чем VD2. Шаг сетки частот на выходе передатчика в зависимости от рабочего диапазона может быть 5; 10; 12,5; 25 кГц.

Для повышения устойчивости необходимо, чтобы мощный оконечный усилитель как можно меньше влиял на работу ГУНа, поэтому производят их развязку по частоте введением в структуру передатчика умножителя частоты. В таком случае шаг сетки синтезатора уменьшается в n раз, где n - коэффициент умножения частоты умножителя.

Возбудители передатчиков - это достаточно сложные устройства. В их состав могут входить синтезаторы частот, блок формирования видов работ, блок переноса, буферный усилитель. На рис. 2.1 представлена обобщенная структурная схема возбудителя, включающая в себя все перечисленные блоки.

В задачу возбудителя входят формирование высокочастотного сигнала в определенном диапазоне частот, обеспечение требуемого характера перестройки частоты по рабочему диапазону, требуемой стабильности частоты колебаний, формирование различных видов работ. На практике имеет место большое разнообразие способов построения возбудителя. Существенное влияние на выбор способа построения возбудителя могут оказать требования по быстродействию переключения рабочей частоты, уровню побочных продуктов в спектре выходного сигнала, видам работ, которые формируются в возбудителе.

Рис. 2.1. Структурная схема возбудителя

Под видами работ, которые формируются в возбудителе, подразумеваются различные виды модуляции (манипуляции) высокочастотного сигнала. Их достаточно много. Прежде всего, это угловая модуляция, однополосная модуляция, амплитудная модуляция и другие. Некоторые из них являются основными, другие – вспомогательными для определенных видов радиопередатчиков. Модуляция осуществляется на фиксированных поднесущих частотах в специальном блоке, включенном в состав возбудителя, который именуется блоком формирования видов работ (БФВР). Высокочастотные сигналы, сформированные на фиксированных поднесущих, с помощью специального блока, называемого блоком переноса (БП), перемещают в рабочую область частот.

Выходным устройством возбудителя является буферный усилитель (БУ). Отличительной особенностью БУ от других типов усилителей является высокое входное сопротивление. Высокое входное сопротивление БУ обеспечивает развязку возбудителя с последующим трактом усиления ВЧ сигнала.

Главной частью возбудителя в современных передатчиках является синтезатор частоты. Синтезатор частоты формирует сетку высокостабильных частот. Сетка частот заменяет непрерывный рабочий диапазон частот дискретными частотами с шагом F, который называется шагом сетки. Шаг сетки может быть от долей Гц до десятков МГц. В некоторых системах связи УКВ диапазона за шаг сетки принята величина 25 кГц. Такой шаг позволяет на соседних частотах сетки организовать независимые каналы связи без взаимных помех друг другу (принцип частотного разделения каналов).

Любую частоту сетки можно представить в виде

где - коэффициент, который можно менять. Требуемая частота сетки устанавливается командой управления (КУ), поступающей с внешнего устройства, которая устанавливает требуемое значение коэффициента .

Кроме того, синтезатор может вырабатывать дополнительно одну или несколько фиксированных поднесущих частот для БФВР, на которых осуществляется модуляция.

Рабочая частота формируется на выходе блока переноса возбудителя. В передатчиках под блоком переноса понимают смеситель, снабженный полосовым фильтром. Смеситель - это нелинейное устройство. При поступлении на входы смесителя сигналов с разными частотами и на его выходе появляется сигнал, спектр которого содержит гармоники вида

где и - произвольные целые числа. Основными комбинационными частотами является частоты, когда и : - при переносе сигнала вверх и - при переносе сигнала вниз. В передатчиках чаще используется первый вариант, в приемниках - второй вариант. Рабочая частота передатчика образуется путем суммирования сигнала с частотой сетки и сигнала с одной из фиксированных частот , поступающего с БФВР:

Полосовой фильтр блока переноса очищает выходной сигнал от гармоник и других комбинационных спектральных составляющих. Отфильтрованный сигнал поступает на вход БУ и далее на вход усилителя мощности ВЧ сигнала.

В передатчиках систем связи относительно малой мощности чаще всего используется один вид модуляции, например угловая модуляция. При этом БФВР получается достаточно простым. Для его работы в синтезаторе формируется только одна дополнительная поднесущая частота. Ниже рассматривается именно такой случай. Однако в целом предлагаемая методика разработки возбудителя приемлема для любых передатчиков.

Разработка возбудителя заключается в выборе и расчете его отдельных составных частей.

2.1. Синтезаторы частоты

Если передатчик разрабатывается для работы в диапазоне частот, а требуемое значение нестабильности рабочей частоты находится на уровне кварцевых автогенераторов (АГ), то в возбудителе передатчика наиболее целесообразно использовать синтезатор частоты.

Основные параметры синтезаторов

1. Диапазон рабочих частот синтезатора………………...

2. Общее число частот, вырабатываемое синтезатором,…………..

3. Число дополнительных фиксированных частот

Мощность колебаний на выходе синтезатора составляет обычно доли мВт. В настоящее время формирование сетки частот в синтезаторах осуществляется двумя основными методами:

1. Методом прямого синтеза.

2. Методом обратного (косвенного) синтеза.

Метод прямого синтеза

Метод прямого синтеза базируется на формировании сетки частот за счет использования простейших арифметических операций – умножения, деления, суммирования, вычитания. По виду использованной элементной базы синтезаторы прямого метода синтеза могут быть аналоговыми, цифровыми и комбинированными.

Дипломная работа на тему:

Разработка радиопередающего устройства, работающего в режиме однополосной модуляции

ВВЕДЕНИЕ

ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ

1. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ

2. РАСЧЁТ РЕЖИМА РАБОТЫ ОКОНЕЧНОГО КАСКАДА

2.1 Выбор типа транзистора

2.2 Расчёт входной цепи транзистора

2.3 Расчет коллекторной цепи оконечного каскада

3. РАСЧЕТЫ И ВЫБОР ВХОДЯЩИХ КАСКАДОВ

3.1 Расчет кварцевого автогенератора

3.2 Выбор типа балансного модулятора

3.3 Выбор и расчет фильтров

4. РАСЧЁТ ЛИНИИ СВЯЗИ

5. СИНТЕЗАТОР ЧАСТОТЫ

6. РАСЧЁТ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ТРАНЗИСТОРА 2Т925В

7. ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

темой данного дипломного проекта является разработка радиопередающего устройства, работающего в режиме однополосной модуляции. Радиопередающие устройства такого типа получили широкое распространение в диапазоне частот f = 1,5 - 30,0 МГц в качестве связных, так как речевой (передаваемый) сигнал достаточно узкополосен - 300… 3400 Гц. Это обусловлено назначением такого вида передатчиков, как в энергопотреблении (мобильные радиостанции), так и особенностями данного частотного диапазона, а именно его низкой информационной ёмкостью.

Исходя из вышеуказанных обстоятельств, можно сделать вывод, что однополосная модуляция обладает рядом преимуществ перед обычной амплитудной модуляцией. К ним относятся: более узкая полоса частот радиоканала (что позволит осуществлять частотное уплотнение каналов), лучшие энергетические характеристики радиопередатчиков (повышенный КПД по сравнению с обычной амплитудной модуляцией), универсальность (использование в стационарных условиях в качестве базовых станций, а также в системах подвижных служб - сухопутной, морской, воздушной).

Недостатком такого типа модуляции является усложнённая принципиальная схема как передающего, так и приёмного тракта данного типа устройств.

Требования, которым должен удовлетворять передатчик, это, прежде всего, простота схемного исполнения (которая достигается применением современной элементной базы), что обеспечивает высокую надежность, возможности работы в широком диапазоне температур и влажности окружающей среды, простота в обращении, иногда ударостойкость, малое энергопотребление, а также низкая себестоимость.

ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Спроектировать связной радиопередатчик с однополосной модуляцией, удовлетворяющий следующим параметрам:

Максимальная выходная мощность в фидере – Р 1 max = 10 Вт;

Диапазон частот – f = 10…16 МГц;

Волновое сопротивление фидера – W ф =50 Ом;

Напряжение источника питания – Е = 220 В, 50 Гц (сеть);

Шаг сетки частот – 1 кГц;

ПВИ = - 45 дБ;

Частоты модуляции – f мод = 0,3…3 кГц;

Относительная нестабильность частоты – 3 * 10 – 5 .

В процессе проектирования необходимо выбрать и рассчитать:

– составить и обосновать структурную схему;

– сформировать требования к источнику питания, привести схемы.

Графические работы:

– часть принципиальной электрической схемы (выбирается преподавателем);

– схема размещения элементов оконечного каскада (вид сверху и сбоку).

1. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ

Связные передатчики данного частотного диапазона f = 1.5…30 МГц работают, как правило, в режиме однополосной модуляции. Однополосный сигнал формируется фильтровым методом на относительно низкой частоте (f 0 = 500 кГц) и переносится с помощью преобразователей частоты в рабочий диапазон.

Структурная схема проектируемого передатчика построим таким образом, чтобы максимально снизить нелинейные искажения одновременно обеспечив заданное подавление внеполосного излучения колебаний, а также минимальное число перестраиваемых цепей в промежуточных и оконечном каскадах передатчика. Рассмотрим вариант структурной схемы (рис. 1), вполне удовлетворяющей изложенным выше требованиям.

Рис. 1. Структурная схема проектируемого передатчика.

Краткое описание предлагаемой структурной схемы и назначение блоков:

Звуковой сигнал с микрофона усиливается усилителем нижних частот (УНЧ) до необходимого уровня и попадает на балансный модулятор 1 (БМ 1), на второй вход которого поступает напряжение с частотой f0 = 500 кГц (в качестве опорной частоты f 0 используется сигнал, формируемый синтезатором частоты). Частота этого генератора выбрана с учетом амплитудно - частотной характеристики электромеханического фильтра (ЭМФ) и выбором рабочей боковой полосы (верхней). Для этой частоты промышленностью выпускаются электромеханические фильтры (ЭМФ) с крутизной характеристики затухания S = 0,1…0,15 дБ/Гц, кроме того, синтезатор частоты обеспечит заданную относительную нестабильностью частоты, так как в его составе используется кварцевый генератор. Так как полоса полезного сигнала в соответствии с ТЗ равна 300 до 3000 Гц, то можно применить ЭМФ, полоса пропускания которого равна 3 кГц. По стандартам, для однополосных передатчиков с рабочей частотой выше 7 МГц выходной сигнал должен содержать верхнюю боковую полосу (рис.2), а при рабочей частоте ниже 7 МГц - нижнюю. На выходе БМ 1 получается двухполосный сигнал с ослабленной несущей. Степень подавления несущей частоты на выходе передатчика определяется балансным модулятором и ЭМФ, а нежелательной БП  только параметрами ЭМФ. Поэтому от качества построения этого каскада зависит степень наличия в сигнале посторонних спектральных составляющих, причем в последующих каскадах невозможно изменить соотношение этих составляющих в сигнале. После прохождения сигнала через БМ 1 и ЭМФ сигнал затухает, поэтому целесообразно применить компенсационный усилитель (КУ 1), с выхода которого сигнал поступает на БМ2.

На второй вход БМ 2 поступает сигнал вспомогательной частоты f 1 = 20 МГц, которая, аналогично f 0, формируется синтезатором. Частота f 1 выбирается выше верхней рабочей частоты передатчика – f B . При таком выборе комбинационная частота на выходе БМ 2, равная f 1 + f 0 также будет выше верхней частоты рабочего диапазона передатчика. Следовательно, колебания вспомогательного генератора f 1 и продукты преобразования первого порядка с частотами f 1 + f 0 , если они попадут на вход усилителя мощности, не создадут помех в рабочем диапазоне проектируемого передатчика. Относительная расстройка между комбинационными частотами на выходе БМ 2, как правило, не велика, поэтому селекция нужной комбинационной частоты должна осуществляться пьезокерамическим фильтром (ПФ) или фильтром на поверхностных акустических волнах, обладающие достаточно высокой избирательностью. Полоса пропускания этого фильтра должна быть не меньше полосы передаваемого сигнала. После прохождения сигнала через БМ 2 и ПФ сигнал также ослабляется, поэтому здесь тоже целесообразно применить компенсирующий усилитель (КУ 2), после которого сигнал поступает на БМ3.

Однополосный сигнал с выхода КУ 2 в балансном модуляторе БМ3 смешивается с частотой f 2 . Источником этих колебаний служит синтезатор сетки дискретных частот, генерирующий сетку в заданном диапазоне с заданным шагом. Частота f 2 выбирается выше f 1 , то есть выше рабочего диапазона. Частоты рабочего диапазона получаются на выходе БМ3 в зависимости от значения f 2 . Они равны разности частот f 2 и промежуточных частот преобразований на выходе полосового фильтра f = f 2 - f 1 - f 0 . Таким образом, можно определить требуемый диапазон сетки f 2 .

Верхнее значение: f 2 = f в + f 1 + f 0 = 16 + 20 + 0,5 = 36,5 Мгц

Нижнее значение: f 2 = f н + f 1 + f 0 = 10 + 20 + 0,5 = 30,5 Мгц

Эти частоты выделяются фильтром нижних частот (ФНЧ), который должен охватывать весь рабочий диапазон. Частота среза ФНЧ должна быть не менее верхней рабочей частоты диапазона.

Однополосный сигнал формируется на малом уровне мощности 1 - 5 мВт. До заданного уровня на выходе передатчика он доводится линейным широкополосным усилителем мощности, число каскадов в котором определяется величиной сквозного коэффициента усиления:

К Р = Р 1 / Р ВХ = 11,2 / 0,005 = 2240,

где Р 1 - мощность в коллекторной цепи оконечного каскада передатчика,

Р ВХ - мощность однополосного сигнала на выходе ФНЧ.

В результате усиления ШПУ получается уже достаточно сильный сигнал, поступающий на вход оконечного каскада (ОК), который определяет номинальную заданную мощность в передающем тракте, определяет КПД устройства, кроме того, цепь связи (ЦС), включенная последовательно с ОК определяет уровень внеполосных излучений. Определим количество каскадов усиления (ШПУ) для получения номинальной заданной мощности исходя из величины сквозного коэффициента усиления:

Примем коэффициент усиления по мощности одного каскада равный 8, тогда число каскадов ШПУ можно определить, разделив К Р на величину коэффициента усиления одного каскада.

Усиление сигнала по мощности на величину, не менее 4,375 будет производиться в оконечном каскаде.