Proiectarea unui emițător de transmisie radio cu modulație de amplitudine. Selectarea și justificarea diagramei structurale

Excitatoarele transmițătoare sunt dispozitive destul de complexe. Acestea pot include sintetizatoare de frecvență, o unitate pentru generarea tipurilor de lucru, o unitate de transfer, amplificator tampon. În fig. Figura 2.1 prezintă o diagramă bloc generalizată a excitatorului, care include toate blocurile enumerate.

Sarcinile excitatorului includ formarea unui semnal de înaltă frecvență într-un anumit interval de frecvență, asigurând natura necesară a reglajului frecvenței în intervalul de funcționare, stabilitatea necesară a frecvenței de oscilație și formarea diferitelor tipuri de lucru. În practică, există o mare varietate de moduri de a construi un agent patogen. Alegerea metodei de construcție a excitatorului poate fi influențată semnificativ de cerințele privind viteza de comutare a frecvenței de operare, nivelul produse secundareîn spectrul semnalului de ieșire, tipurile de lucru care se formează în excitator.

Orez. 2.1. Diagrama bloc patogen

Tipurile de lucru care se formează în excitator înseamnă diverse tipuri modularea (manipularea) unui semnal de înaltă frecvență. Sunt destul de mulți. În primul rând, acestea sunt modulația unghiulară, modularea cu o singură bandă laterală, modularea în amplitudine și altele. Unele dintre ele sunt de bază, altele sunt auxiliare pentru anumite tipuri emițătoare radio. Modulația se realizează la frecvențe subpurtătoare fixe într-un bloc special inclus în excitator, care se numește blocul pentru generarea de tipuri de lucru (BFVR). Semnalele de înaltă frecvență generate pe subpurtători fixe sunt mutate în zona de lucru frecvenţă

Dispozitivul de ieșire al excitatorului este un amplificator tampon (BU). Trăsătură distinctivă Unitățile de control de la alte tipuri de amplificatoare au o impedanță de intrare mare. Impedanța mare de intrare a unității de control asigură decuplarea excitatorului de calea ulterioară de amplificare a semnalului RF.

Partea principală a excitatorului din transmițătoarele moderne este sintetizatorul de frecvență. Sintetizatorul de frecvență generează o grilă de frecvențe foarte stabile. Grila de frecvențe înlocuiește intervalul de frecvență de funcționare continuă cu frecvențe discrete în incremente de F, care se numește spațiere între grilă. Pasul grilei poate fi de la fracțiuni de Hz la zeci de MHz. În unele sisteme de comunicații VHF, treapta rețelei este considerată a fi de 25 kHz. Acest pas vă permite să organizați canale de comunicație independente la frecvențele de rețea adiacente fără interferențe reciproce între ele (principiul diviziunii în frecvență a canalelor).

Orice frecvență a rețelei poate fi reprezentată ca

unde este un coeficient care poate fi modificat. Frecvența necesară a rețelei este setată printr-o comandă de control (CU) venită de la un dispozitiv extern, care stabilește valoarea coeficientului necesară.

În plus, sintetizatorul poate genera suplimentar una sau mai multe frecvențe subpurtătoare fixe pentru BFVR, pe care se realizează modularea.

Frecvența de funcționare este generată la ieșirea unității de transfer excitator. În emițătoare, o unitate de transfer este un mixer echipat cu un filtru trece-bandă. Un mixer este un dispozitiv neliniar. Când semnalele ajung la intrările mixerului cu frecvente diferite iar la ieșirea sa apare un semnal al cărui spectru conține armonici de formă

unde și sunt numere întregi arbitrare. Principalele frecvențe combinate sunt frecvențele când și: - când se transferă un semnal în sus și - când se transferă un semnal în jos. În emițătoare, prima opțiune este mai des folosită, în receptoare - a doua opțiune. Frecvența de funcționare a emițătorului se formează prin însumarea semnalului cu frecvența rețelei și a unui semnal cu una dintre frecvențele fixe provenind de la BFVR:

Filtrul trece-bandă al blocului de transfer șterge semnalul de ieșire de armonici și alte componente spectrale combinaționale. Semnalul filtrat este transmis la intrarea unității de control și apoi la intrarea amplificatorului de putere a semnalului RF.

Transmițătoarele din sistemele de comunicații de putere relativ scăzută folosesc cel mai adesea un tip de modulație, cum ar fi modulația unghiulară. În acest caz, BFVR se dovedește a fi destul de simplu. Pentru funcționarea sa, în sintetizator se formează o singură frecvență suplimentară subpurtătoare. Doar un astfel de caz este considerat mai jos. Cu toate acestea, în general, metoda propusă pentru dezvoltarea unui excitator este acceptabilă pentru orice transmițător.

Dezvoltarea unui excitator constă în selectarea și calcularea componentelor sale individuale.

2.1. Sintetizatoare de frecventa

Dacă transmițătorul este proiectat să funcționeze într-un interval de frecvență, iar valoarea de instabilitate necesară a frecvenței de operare este la nivelul auto-oscilatoarelor de cuarț (AG), atunci este cel mai recomandabil să utilizați un sintetizator de frecvență în excitatorul transmițătorului.

Parametrii de bază ai sintetizatoarelor

1. Gama de frecvență de funcționare a sintetizatorului…….. .

2. Număr total frecvențele generate de sintetizator…………..

3. Numărul de frecvențe fixe suplimentare

Puterea de oscilație la ieșirea sintetizatorului este de obicei o fracțiune de mW. În prezent, formarea unei grile de frecvență în sintetizatoare se realizează prin două metode principale:

1. Prin metoda sintezei directe.

2. Prin metoda sintezei inverse (indirecte).

Metoda de sinteză directă

Metoda de sinteză directă se bazează pe formarea unei grile de frecvență prin utilizarea celor mai simple operatii aritmetice– înmulțire, împărțire, însumare, scădere. După tipul de utilizat element de bază sintetizatoare metoda directa sinteza poate fi analogică, digitală și combinată.

Emițător cu modulația de amplitudine

Cel mai simplu circuit transmițător cu modularea în amplitudine a undei purtătoare (Fig. 8.1) conține un excitator, trepte de multiplicare a frecvenței (MF), amplificare a puterii (PA) și un amplificator de joasă frecvență (LF), căruia îi este furnizat semnalul transmis. u intrare) și modulator de amplitudine (AM).

Orez. 8.1. Schema bloc a unui transmițător cu modulație de amplitudine

Patogen este un oscilator principal de putere redusă, stabilizat rezonator cu cuarț. Puterea scăzută a oscilatorului principal permite utilizarea în dezvoltarea sa a dispozitivelor semiconductoare de frecvență mai mare care au o inerție mai mică, oferă un regim termic mai ușor pentru funcționarea dispozitivului de amplificare și a rezonatorului de cuarț, ceea ce crește stabilitatea frecvenței. Autooscilatoarele de cuarț încă funcționează la frecvențe relativ joase (până la sute de MHz la armonici de cuarț). Prin urmare, după oscilatorul principal, cascadele sunt pornite multiplicatori de frecvență, care măresc frecvenţa de oscilaţie până la valoarea purtătorului. Multiplicatorii de frecvență cresc adesea și puterea de oscilație. Pentru a crea puterea necesară la ieșirea transmițătorului, circuitul folosește amplificatoare de putere. De regulă, amplificatoarele de putere a semnalului radio sunt conectate între etapele multiplicatoare de frecvență și se numește întreaga cale circuit de amplificare și multiplicare. Amplificatorul de putere de ieșire al emițătorului este încărcat pe un alimentator (ghid de undă, cablu etc.) conectat la antenă.

Modulația de amplitudine este de obicei efectuată în amplificatorul de putere de ieșire. Adesea, un astfel de amplificator de putere este etapa finală a transmițătorului.

Literatură: V.I. Nefedov, „Fundamentals of radio electronics and communications”, Editura „Liceu”, Moscova, 2002.

TRANSMITĂTOARE DE MODULAȚIE DE AMPLITUDINE

6.1. INFORMAȚII GENERALE

După cum se știe, în conformitate cu GOST pentru termenii în comunicațiile radio modulare este procesul de modificare a unuia sau mai multor parametri ai undei de radiofrecvență purtătoare în conformitate cu modificările parametrilor semnalului transmis (modulator). Purtător sau undă purtătoare - o undă electrică sau electromagnetică concepută pentru a produce un semnal de radiofrecvență prin modulare. Semnalul modulator conține informațiile care trebuie transmise. În cazul modulației în amplitudine (AM), parametrul variabil (modulat) al purtătorului armonic este amplitudinea oscilațiilor. eu=eu(t), variind proporţional cu semnalul de transmis U Ω ( t); Ca rezultat al modulării, se obține o oscilație complexă nearmonică.

În prezent, principalele domenii de aplicare ale AM sunt: difuzarea audio pe unde „lungi”, „medii” și „scurte” (gamele de frecvență LF, MF și HF) și difuzarea de televiziune în intervalele de metri și decimetri (VHF și UHF) - transmițătoare de imagine (vezi tabelul 1.1). În scopuri de comunicații radio, AM este utilizat în aviație în intervalele 118... 136 MHz (comunicații radio cu rază scurtă). În practica casnică, AM este utilizat și în difuzarea prin cablu cu trei programe.

A existat o tendință către o tranziție treptată a transmisiilor radio de la AM la o singură bandă laterală (a se vedea capitolul 7). În primul rând, se plănuiește transferul transmisiei în gama HF către un sistem de modulație cu bandă laterală unică (SM). Se explorează utilizarea unei variante de OM care este compatibilă cu AM utilizată în prezent și păstrată pentru viitorul apropiat.

Pentru a crea programe de informare și artistice pentru radiodifuziunea sonoră, există întreprinderi speciale - studiouri de radiodifuziune, case de radio. Studiourile centrale de difuzare sunt situate în Moscova. Multe orașe mari au studiouri locale de radiodifuziune.

Mesajul care urmează să fie transmis sub formă de vorbire umană, muzică etc. este convertit folosind un microfon într-un semnal electric cu un spectru complex în domeniul de frecvență tonal (sunet). Acest semnal este transmis prin canale speciale de telecomunicații (cablu, releu radio etc.) către emițătoarele de transmisie radio, situate de obicei în afara orașului pe așa-numita centre de transmisie radio (stații).

Semnalul sonor se caracterizează prin lățimea benzii de frecvență ocupate (Ω min ... Ω max) și intensitate (tensiune UΩ). În conformitate cu vorbirea transmisă, muzica sau combinația lor, componentele spectrului și valorile acestora se schimbă; difuzarea audio este un proces aleatoriu. Pentru transmițător, acest semnal este modulant.

Distribuția puterii semnalului în banda de frecvență audio este caracterizată de densitatea spectrală S(Ω) [sau S(F)]. În fig. Figura 6.1 prezintă densitatea spectrală a vorbirii ruse, raportată la densitatea spectrală maximă observată la o frecvență apropiată de F= 300 Hz. După cum se poate observa, densitatea spectrală este foarte neuniformă. Întregul spectru de vibrații acustice percepute de urechea umană ocupă o bandă largă de frecvență - aproximativ 20...20.000 Hz; sensibilitatea maximă a urechii este de aproximativ 1000 Hz. Cele mai „puternice” componente spectrale ale vocii umane sunt concentrate într-o bandă îngustă de 200...600 Hz.

Pentru a asigura o percepție inteligibilă a vorbirii în timpul comunicațiilor radiotelefonice (așa-numitele radiotelefonie comercială) Este suficientă trecerea uniformă prin transmițător a unei benzi de frecvență în bandă de bază de 300...3400 Hz (în unele cazuri 300...3000 sau altele) cu denivelări admisibile în această bandă de aproximativ ±(2...3) dB. Pentru a asigura percepția estetică în radiodifuziunea, este necesar să se transmită o bandă de frecvență semnificativ mai largă cu o anumită denivelare admisă: pentru clasa cea mai înaltă (difuzare MB FM, vezi capitolul 8) 30... 15.000 Hz, pentru clasa întâi (televiziune). sunet) 50. ..10.000 Hz, pentru clasa a II-a (difuzare din AM pe unde lungi, medii si scurte) 100...6300 Hz cu denivelari admisibile de circa ±(0,7...1,5) dB. Cerințele pentru indicatorii de calitate ai unui emițător pentru un anumit scop sunt prezentate în GOST-urile relevante.

Orez. 6.1. Spectrul semnalului de vorbire

Majoritatea semnalelor urmează să fie transmise prin canale radio u(t) (vorbire, muzică etc.) au o valoare medie u 0 = 0. O excepție este semnalul imaginii de televiziune, care conține informații despre iluminarea medie a imaginii transmise (pentru mai multe detalii, vezi capitolul 9).

Standardele prevăd anumiți indicatori de energie și calitate (parametri de calitate) ai emițătorilor, măsurați la transmiterea semnalelor de testare sub formă de armonici. semnale sonore. Analiza modului de funcționare al cascadei transmițătorului în timpul modulării într-o primă aproximare este, de asemenea, mai bine (mai clar) efectuată în ipoteza unui semnal de modulare armonică. Prin urmare, în viitor vom determina principalele relații pentru AM cu un semnal modulator armonic (cosinus).

. (6.3)

În unele cazuri, vom lua în considerare și statisticile semnalului sonor real.

Cu modulația de amplitudine, adică cu influența unei tensiuni modulante (sunete) de forma (6.3) asupra curentului anodic al alimentării cu apă caldă, componentele spectrului de curent în apropierea primei armonice se modifică conform legii.

În fig. Figura 6.2 prezintă o oscilație modulată a formei (6.4). Anvelopa oscilației modulate reproduce forma de undă de tensiune a frecvenței audio. Oscilația (6.4) poate fi reprezentată ca suma a trei oscilații sinusoidale:

. (6.5)

Figura 6.2. Diagrama de sincronizare a semnalului AM

Orez. 6.3. Spectrul de oscilații AM atunci când este modulat de unu (a) și

trei ( b) vibraţii armonice

Orez. 6.4. Diagrama vectorială a oscilațiilor AM la

modulare printr-o oscilatie armonica

Puterea medie a unei oscilații modulate în amplitudine este de obicei determinată pentru valorile statistice medii ale coeficienților de modulație:

Unde m av este valoarea medie a coeficientului de modulație pe o perioadă lungă de timp.

Pentru a obține o rază de comunicare mai mare și (sau) a îmbunătăți raportul semnal-zgomot la locația de recepție, este necesar să creștem puterea componentelor laterale ale oscilației AM. Prin urmare, trebuie să ne străduim pentru o mai mare adâncime a modulației t → m max → 1, adică curenții antenei eu A și circuitul anodic eu a1 al lămpii (tranzistorului) ar trebui să se schimbe liniar de la un anumit maxim la zero. Având în vedere că
, avem
.

Transmițătoarele AM sunt proiectate ca T tah = 1. Presupunând p = 3,5...4, obținem T mier = 0,35...0,4. Aceasta înseamnă că proporția benzilor laterale în timpul modulării este de 1,5...2,2% R 1 max iar puterea nominală a lămpilor (sau tranzistorilor) este folosită foarte puțin. Informațiile sunt conținute în benzile laterale. Prin urmare, o caracteristică energetică importantă a AM (indiferent de metoda de implementare) este următoarea: pentru a transmite o putere relativ scăzută în bandă laterală, este necesară puterea de vârf a transmițătorului R 1 max . Acest lucru se întâmplă în ciuda faptului că valorile de vârf ale semnalului de modulare apar relativ rar. Transferurile extrem de artistice au cerințe foarte stricte pentru distorsiunea neliniară și, prin urmare, trebuie să suporte utilizarea slabă a lămpilor.

La transmiterea semnalelor vocale, semnalele audio limitate în amplitudine sunt furnizate la intrarea dispozitivului de modulare transmițător; nivelul admisibil de distorsiune este atins folosind dispozitive de limitare sofisticate. Gradul de limitare nu depășește de obicei 12 dB: C căpcăun = 20 log( U m /U limită) ≤ 12 dB, unde U căpcăun - tensiunea corespunzatoare inceputului limitarii; U m - valoarea amplitudinii tensiunii furnizate limitatorului. Se realizează astfel o scădere a factorului de creastă (pe măsură ce valoarea medie a semnalului crește), o creștere a volumului și, în consecință, puterea benzilor laterale. Această modulație se numește trapezoidal, deoarece forma plicului este asemănătoare unui trapez (Fig. 6.5). Coeficient mediu modulația este egală cu 0,7...0,8. Cu toate acestea, creșterea nivelului de tăiere cu mai mult de 12 dB este nedorită din cauza distorsiunii crescute.

Orez. 6.5. Diagrama de timp în timpul modulării

semnal real ținând cont de limitare

Există multe metode diferite pentru obținerea AM. În marea majoritate a cazurilor, modularea se realizează prin modificarea (modularea) tensiunii pe un electrod al lămpii sau al tranzistorului; uneori două sau trei tensiuni se schimbă simultan – așa-numitele modulație combinată. Dependența modului de alimentare cu apă caldă de tensiunea de alimentare este stabilită în § 2.12.

Orez. 6.6. Graficul dependenței coeficientului de adâncime a amplitudinii

modulație și raport distorsiuni neliniare de la tensiune

semnal modulator armonic

Adecvarea unui generator pentru AM poate fi judecată după așa-numitul său caracteristici de modulație statică(SMX), adică în funcție de dependență eu a1, eu a0, eu O, R 1 , R 0 , η de la orice tensiune de alimentare E O, E Cu, E c1, U c cu AM simplu sau dintr-o schimbare simultană comună a două sau trei tensiuni cu AM combinat. Aceste caracteristici sunt numite statice deoarece sunt eliminate prin schimbarea tensiunii constante (sau E a, sau Eс1 ,) sau prin modificarea amplitudinii tensiunii de excitare a alimentării cu apă caldă U Cu; Nu există tensiune de modulare a frecvenței audio: U Ω = 0.

Caracteristica de modulație statică a cascadei GWW cu AM nu ține cont de dependența indicatorilor săi de calitate și energie de neliniaritatea rezistenței de intrare a GWW modulat și de frecvența semnalului modulator Ω. Pentru a identifica aceste dependențe importante, examinăm răspuns de modulație dinamică GVW modulat, adică dependența coeficientului de adâncime a modulației de amplitudine și a altor indicatori de mod de amplitudinea tensiunii de modulare (sunet) UΩ. Măsurătorile sunt efectuate la frecvențele furnizate de GOST; în cele mai simple cazuri este fie 400, fie 1000 Hz. Folosind instrumente de măsurare speciale (sau aproximativ folosind un osciloscop), adâncimea de modulare este măsurată pentru semiciclurile pozitive și negative ale anvelopei de oscilație AM:

Şi
,

Unde ; (vezi Fig. 6.2 și 6.6). Coincidența acestor dependențe (
) și liniaritatea lor indică simetria modulației și mici distorsiuni neliniare, caracterizate prin distorsiuni armonice.

Pentru un transmițător de difuzare cu AM conform GOST în domeniul de frecvență 100...4000 Hz și la adâncimea de modulație t ≈ 50% distorsiune armonică K G ≤ 1%, iar la T= 90 % K G ≤ 2 %.

Banda de frecvență modulantă Ω min … Ω max și neuniformitatea de modulație admisă T= f(Ω) la UΩ = 0,5· U O. max = const caracterize răspuns amplitudine-frecvență transmițător (răspuns în frecvență), cu alte cuvinte - distorsiune de frecvență (Fig. 6.7).

În conformitate cu „Regulamentele privind comunicațiile radio” internaționale (M.: Radio și comunicații, 1985), AM în scopuri de radiodifuziune sonoră sau pentru comunicații radiotelefonice are simbolul AZE (desemnarea învechită și anulată A3).

Modulator(cascada modulată) a unui transmițător radio este dispozitivul (cascada) în care se realizează procesul de modulare (GOST 24375-80). Aceasta este o etapă de amplificare a frecvenței radio (vezi Fig. 1.2) între excitator și ieșirea transmițătorului (antenă), adică fie o etapă de ieșire (finală), fie un fel de treaptă intermediară.

Tensiunea (semnal) de modulare (sunet) este furnizată transmițătorului de la o sursă de informații, de exemplu de la un microfon dintr-un studio de difuzare. Pentru a asigura funcționarea modulatorului, de regulă, este necesară preamplificarea semnalului de modulare. În acest scop, emițătorul oferă o cale de amplificare a frecvenței audio (dispozitiv de modulare), a cărei etapă de ieșire va fi numită în mod convențional un amplificator puternic de frecvență audio (MUFA) - o etapă de modulare. Diagramele bloc ale transmițătoarelor AM sunt prezentate în Fig. 6.8.

Orez. 6.7. Răspuns amplitudine-frecvență

Orez. 6.8. Scheme bloc ale emițătorilor cu amplitudine

modulație în stadiul de ieșire ( O), cascadă intermediară ( b)

și atunci când utilizați adăugarea de putere ( V)

După cum sa menționat deja în cap. 1, compatibilitatea electromagnetică (EMC) este cea mai importantă condiție pentru dispozitivele radio-electronice moderne, inclusiv transmițătoarele radio.

Odată cu instabilitatea admisibilă a frecvenței de operare, nivelul emisiilor parasite și de zgomot, emițătorul este supus cerinței unui nivel acceptabil de radiație în afara benzii.

Spectrul de frecvență al radiației emițătorului la frecvența atribuită (de operare), format în timpul procesului de modulare (manipulare), constă din radiații fundamentale și în afara benzii.

Orez. 6.9. Șablon de cerințe pentru nivelul de suprimare

emisii în afara bandă a transmițătorului

Radiația de bază conține informații utile și preia așa-numitele lățimea de bandă necesară, adică o bandă de frecvență suficientă pentru o anumită clasă de radiații (tip de modulație, scop) pentru a asigura transmiterea mesajelor cu viteza și calitatea necesară în anumite condiții.

Din bandă este emisia unui transmițător la frecvențele imediat adiacente lățimii de bandă necesare și care rezultă din procesul de modulație. (Regulamentul radio, GOST „Compatibilitatea electromagnetică a echipamentelor radio-electronice. Termeni și definiții.”) Radiația în afara benzii nu este necesară pentru funcționarea acestui transmițător și creează interferențe pentru sistemele de comunicații care funcționează la frecvențe imediat adiacente frecvenței necesare banda acestui transmițător.

Emisiile în afara benzii apar atunci când emițătorul este modulat cu un spectru excesiv de larg, datorită armonicilor mai mari ale semnalului modulator, care apar atât în timpul amplificării semnalului modulator, cât și în timpul procesului de modulare, remodulație etc.

Emisiile în afara benzii apar și atunci când semnalul transmis este cuantificat, de exemplu, în amplificatoare de clasă D (vezi § 6.8).

În emisiile radio AM cu o gamă nominală de frecvență de modulare de 50... 10.000 Hz, un grad suficient de suprimare a emisiilor în afara benzii este asigurat prin:

limitarea spectrului frecvențe audio la ieșirea dispozitivului de modulare (la ieșirea MUZCH) cu limitatoare speciale de trecere înaltă, cu alte cuvinte, filtre de trecere joasă;

nivel scăzut admis de distorsiune neliniară a transmițătorului, adică liniaritate ridicată a dispozitivului de modulație și modulare (a se vedea § 6.2 și 6.3).

În GOST, nivelul admisibil al emisiilor în afara benzii este stabilit prin indicarea suprimării minime necesare a nivelului de radiație la marginile unei anumite benzi de frecvență (Fig. 6.9):

suprimarea radiației în afara benzii cu 40 dB în comparație cu puterea purtătoarei la marginile benzii de 27 kHz, adică la devierea de la frecvență purtătoare la ±13,5 kHz;

45 dB de respingere la marginile benzii de 28 kHz (±14 kHz);

Respingere 50 dB pentru banda de 38 kHz;

Respingere de 60 dB pentru banda de 66 kHz.

În HVV-urile cu tuburi și tranzistori, sunt posibile următoarele metode de obținere a AM:

la electrodul de intrare (grilă, bază) prin modificarea tensiunilor de polarizare ( E c , E b) sau entuziasm ( U c , U b);

la electrodul de ieșire (anod, colector) prin schimbarea tensiunii de alimentare ( E O, E La);

metode combinate.

Literatură: V.V. Shakhgildyan, „Dispozitive de transmisie radio”, Editura „Radio și comunicații”, Moscova, 2003.

Teza pe tema:

Dezvoltarea unui dispozitiv de transmisie radio care funcționează în modul de modulație cu bandă laterală unică

INTRODUCERE

SARCINA DE PROIECTARE

1. SELECȚIA ȘI JUSTIFICAREA DIAGRAMEI STRUCTURALE

2. CALCULUL MODULUI DE FUNCȚIONARE AL CASCADEI FINALE

2.1 Selectarea tipului de tranzistor

2.2 Calculul circuitului de intrare a tranzistorului

2.3 Calculul circuitului colector al etapei finale

3. CALCULE ȘI SELECTAREA CASCADELOR DE INTRARE

3.1 Calculul unui oscilator cu cuarț

3.2 Selectarea tipului de modulator echilibrat

3.3 Selectarea și calcularea filtrelor

4. CALCULUL LINII DE COMUNICARE

5. SINTETIZATOR DE FRECVENTA

6. CALCULUL SISTEMULUI DE RĂCIRE AL TRANZISTORULUI 2T925V

7. SURSA DE ALIMENTARE

CONCLUZIE

REFERINȚE

APLICAȚII

INTRODUCERE

Tema acestui proiect de diplomă este dezvoltarea unui dispozitiv de transmisie radio care funcționează în modul de modulație cu bandă laterală unică. Dispozitivele de transmisie radio de acest tip sunt utilizate pe scară largă în intervalul de frecvență f = 1,5 - 30,0 MHz ca comunicații, deoarece semnalul de vorbire (transmis) este de bandă destul de îngustă - 300... 3400 Hz. Acest lucru se datorează scopului acestui tip de transmițătoare, atât din punct de vedere al consumului de energie (stații de radio mobile), cât și al caracteristicilor acestuia. gama de frecvente, și anume capacitatea sa mică de informare.

Pe baza circumstanțelor de mai sus, putem concluziona că modulația cu o singură bandă laterală are o serie de avantaje față de modulația convențională de amplitudine. Acestea includ: o bandă de frecvență mai îngustă a canalului radio (care va permite multiplexarea în frecvență a canalelor), caracteristici energetice mai bune ale transmițătoarelor radio (eficiență crescută în comparație cu modulația convențională în amplitudine), versatilitate (utilizare în condiții staționare ca stații de bază, precum și în sistemele de servicii mobile - terestre, maritime, aeriene).

Dezavantajul acestui tip de modulație este schema complicată a circuitelor atât a căilor de transmisie, cât și a celor de recepție. de acest tip dispozitive.

Cerințele pe care trebuie să le îndeplinească transmițătorul sunt, în primul rând, simplitatea designului circuitului (care se realizează prin utilizarea unei baze de elemente moderne), care asigură o fiabilitate ridicată, capacitatea de a funcționa într-o gamă largă de temperaturi și umiditate ambientală, ușurința utilizare, uneori rezistență la șocuri, consum redus de energie, precum și cost redus.

SARCINA DE PROIECTARE

Proiectați un transmițător radio de comunicații cu modulație în bandă laterală unică care satisface următorii parametri:

Maxim putere de ieșireîn alimentator – P 1 max = 10 W;

Gama de frecvențe – f = 10…16 MHz;

Impedanta caracteristica alimentatorului – W f =50 Ohm;

Tensiune de alimentare – E = 220 V, 50 Hz (rețea);

Pas de grilă de frecvență – 1 kHz;

PVI = - 45 dB;

Frecvențe de modulație – f mod = 0,3…3 kHz;

Instabilitatea relativă a frecvenței – 3 * 10 – 5.

În timpul procesului de proiectare, este necesar să selectați și să calculați:

– să întocmească și să justifice o diagramă structurală;

– formulați cerințele pentru sursa de alimentare, furnizați diagrame.

Lucrari grafice:

– parte a fundamentalului schema electrica(selectat de profesor);

– schema de aranjare a elementelor cascadei finale (vedere de sus și laterale).

1. SELECȚIA ȘI JUSTIFICAREA DIAGRAMEI STRUCTURALE

Emițătoarele de comunicație din acest interval de frecvență f = 1,5...30 MHz funcționează, de regulă, în modul de modulație cu bandă laterală unică. Un semnal cu o singură bandă laterală este generat prin metoda filtrului la o frecvență relativ scăzută (f 0 = 500 kHz) și transferat folosind convertoare de frecvență în domeniul de funcționare.

Vom construi schema bloc a transmițătorului proiectat astfel încât să minimizăm distorsiunile neliniare, asigurând simultan o suprimare specificată a radiației oscilației în afara benzii, precum și un număr minim de circuite reglabile în etapele intermediare și finale ale emițătorul. Să luăm în considerare o variantă a diagramei structurale (Fig. 1), care satisface pe deplin cerințele menționate mai sus.

Orez. 1. Schema bloc a transmițătorului proiectat.

Scurtă descriere a diagramei bloc propuse și a scopului blocurilor:

Semnalul audio de la microfon este amplificat de un amplificator low-pass (LFA) la nivelul necesar și merge la modulatorul echilibrat 1 (BM 1), a cărui a doua intrare primește o tensiune cu o frecvență f0 = 500 kHz (semnalul generată de sintetizatorul de frecvență este utilizată ca frecvență de referință f0 ). Frecvența acestui generator este selectată ținând cont de caracteristicile de amplitudine-frecvență ale filtrului electromecanic (EMF) și de alegerea benzii laterale de lucru (superioare). Pentru această frecvență, industria produce filtre electromecanice (EMF) cu o pantă caracteristică de atenuare S = 0,1...0,15 dB/Hz în plus, sintetizatorul de frecvență va oferi instabilitatea de frecvență relativă specificată, deoarece folosește un oscilator cu cuarț; Deoarece banda de semnal utilă în conformitate cu specificațiile tehnice este de 300 până la 3000 Hz, este posibil să se utilizeze un EMF a cărui lățime de bandă este de 3 kHz. Conform standardelor, pentru emițătoarele cu o singură bandă laterală cu o frecvență de operare peste 7 MHz, semnalul de ieșire trebuie să conțină o bandă laterală superioară (Fig. 2), iar pentru o frecvență de operare sub 7 MHz - una inferioară. Ieșirea BM 1 produce un semnal bidirecțional cu o purtătoare slăbită. Gradul de suprimare a frecvenței purtătoare la ieșirea transmițătorului este determinat de modulatorul echilibrat și EMF, iar sursa de alimentare nedorită este determinată numai de parametrii EMF. Prin urmare, gradul de prezență a componentelor spectrale străine în semnal depinde de calitatea construcției acestei cascade, iar în cascadele ulterioare este imposibil să se schimbe raportul acestor componente în semnal. După ce semnalul trece prin BM 1 și EMF, semnalul se estompează, așa că este recomandabil să folosiți un amplificator de compensare (KU 1), de la ieșirea căruia semnalul merge la BM2.

A doua intrare a BM 2 primește un semnal cu frecvența auxiliară f 1 = 20 MHz, care, similar cu f 0, este generat de sintetizator. Frecvența f 1 este selectată deasupra frecvenței superioare de operare a emițătorului – f B . Cu această alegere, frecvența combinată la ieșirea BM 2, egală cu f 1 + f 0, va fi, de asemenea, mai mare decât frecvența superioară a domeniului de funcționare al emițătorului. În consecință, oscilațiile generatorului auxiliar f 1 și ale produselor de conversie de ordinul întâi cu frecvențe f 1 + f 0, dacă intră în intrarea amplificatorului de putere, nu vor crea interferențe în domeniul de funcționare al transmițătorului proiectat. Dereglarea relativă între frecvențele combinate la ieșirea BM 2 nu este, de regulă, mare, prin urmare selectarea frecvenței combinate dorite ar trebui efectuată de un filtru piezoceramic (PF) sau un filtru de undă acustică de suprafață, care are o selectivitate suficient de mare. Lățimea de bandă a acestui filtru nu trebuie să fie mai mică decât lățimea de bandă semnal transmis. După ce semnalul trece prin BM 2 și PF, semnalul este și el atenuat, așa că aici este indicat să folosiți și un amplificator compensator (KU 2), după care semnalul merge la BM3.

Semnalul cu bandă laterală unică de la ieșirea KU 2 din modulatorul echilibrat BM3 este amestecat cu frecvența f 2. Sursa acestor oscilații este un sintetizator cu grilă de frecvență discretă, care generează o grilă într-un interval dat cu un pas dat. Frecvența f2 este selectată deasupra f1, adică deasupra domeniului de funcționare. Frecvențele domeniului de funcționare sunt obținute la ieșirea lui BM3 în funcție de valoarea lui f 2. Ele sunt egale cu diferența dintre frecvențele f 2 și frecvențele intermediare ale transformărilor la ieșirea filtrului trece-bandă f = f 2 - f 1 - f 0. În acest fel, se poate determina intervalul necesar de grilă f2.

Valoare superioară: f 2 = f în + f 1 + f 0 = 16 + 20 + 0,5 = 36,5 MHz

Valoare inferioară: f 2 = f n + f 1 + f 0 = 10 + 20 + 0,5 = 30,5 MHz

Aceste frecvențe sunt izolate de un filtru trece-jos (LPF), care trebuie să acopere întreaga gamă de funcționare. Frecvența de tăiere a filtrului trece-jos nu trebuie să fie mai mică decât frecvența de operare superioară a intervalului.

Un semnal cu o singură bandă laterală este generat la un nivel scăzut de putere de 1 - 5 mW. Este adus la un anumit nivel la ieșirea transmițătorului de un amplificator liniar de putere în bandă largă, numărul de trepte în care este determinat de valoarea câștigului de la capăt la capăt:

K P = P 1 / P VX = 11,2 / 0,005 = 2240,

unde P 1 este puterea din circuitul colector al etapei finale a transmițătorului,

P VX - puterea semnalului cu o singură bandă laterală la ieșirea filtrului trece-jos.

Ca urmare a amplificării silozului, se obține un semnal suficient de puternic care ajunge la intrarea etapei finale (OC), care determină puterea nominală specificată în calea de transmisie, determină eficiența dispozitivului, în plus, circuitul de comunicație (CC) conectat în serie cu OC determină nivelul emisiilor în afara benzii. Să determinăm numărul de trepte de amplificare (AS) pentru a obține puterea nominală specificată pe baza valorii câștigului de la capăt la capăt:

Să presupunem că câștigul de putere al unei trepte este egal cu 8, atunci numărul de trepte siloz poate fi determinat prin împărțirea K P la valoarea câștigului unei trepte.

Amplificarea puterii semnalului cu o cantitate de cel puțin 4.375 va fi efectuată în etapa finală.

Cursuri pe tema:

Dispozitive de transmisie radio de comunicații cu modulație de frecvență

Specificatii tehnice

La proiectarea unui dispozitiv de transmisie radio, trebuie făcute următoarele:

să întocmească și să justifice o diagramă structurală a PDP;

să formuleze cerințe pentru întreprinzătorii individuali și să furnizeze diagrame.

Caracteristicile emițătorului:

f = (160 ¸ 180) MHz

D f= 10 kHz

PVI = -50 dB

F mod = (0,3 ¸ 3) kHz

alimentare - 220 V, 50 Hz

Introducere

Dispozitivele de transmisie radio (RTD) de comunicații cu modulație de frecvență (FM) sunt proiectate să funcționeze pe o frecvență fixă sau pe o gamă de frecvențe. În primul caz, frecvența de funcționare este stabilizată de un rezonator cu cuarț, iar pentru a genera oscilații FM se pot folosi atât metode de control direct cât și indirect al frecvenței. Schema bloc a unui transmițător folosind metoda FM directă este prezentată în Fig. 1.

Fig.1 Schema bloc a unui transmițător FM direct

Varicapului se alimentează tensiunea de modulare U W, cu ajutorul căreia se modulează în frecvență auto-oscilatorul de cuarț (KG). Oscilatorul de cuarț funcționează la frecvențe de 10-15 MHz, apoi frecvența acestuia este înmulțită de n ori la valoarea de funcționare, semnalul este alimentat la un amplificator de putere (PA) și printr-un circuit de comunicație la antenă.

Metoda FM indirectă se bazează pe conversia modulației de fază (PM) în modulație de frecvență prin introducerea unui element integrator în circuit, adică. filtra frecvente joase(LPF). Schema bloc a emițătorului folosind metoda indirectă de obținere a FM este prezentată în Fig. 2.

Fig.2 Schema bloc a unui transmițător folosind metoda indirectă FM.

Un sintetizator cu grilă de frecvență discretă este folosit ca excitator al transmițătorului de bandă FM, al cărui oscilator slave este controlat de două variatoare (Fig. 3).

Fig.3 Schema bloc a unui transmițător FM cu sintetizator de frecvență

Pentru a construi emițătorul nostru conectat, vom folosi o schemă similară, dar vom clarifica compoziția și numărul de blocuri incluse în acesta.

Un sintetizator cu grilă de frecvență discretă este folosit ca excitator al transmițătorului de bandă FM, al cărui oscilator slave este controlat de două variatoare (Fig. 3). Tensiunea de modulare U W este furnizată la varicap VD1, iar tensiunea de modulare la varicap VD2 tensiune de control sisteme cu buclă blocată în fază (PLL). Separarea funcțiilor de control se explică prin faptul că abaterea de frecvență sub influența semnalului de modulare este relativ mică (3-5 kHz) în comparație cu domeniul de reglare al oscilatorului slave (VCO) de către semnalul de control de la ieșire. a sistemului PLL. Prin urmare, varicap VD1 este conectat la circuit oscilator VCO este semnificativ mai slab decât VD2. Pasul grilei de frecvență la ieșirea transmițătorului, în funcție de domeniul de funcționare, poate fi 5; 10; 12,5; 25 kHz.

Pentru a crește stabilitatea, este necesar ca amplificatorul final să influențeze cât mai puțin funcționarea VCO-ului, astfel încât acestea să fie izolate în frecvență prin introducerea unui multiplicator de frecvență în structura emițătorului. În acest caz, treapta grilei sintetizatorului este redusă de n ori, unde n este multiplicatorul frecvenței multiplicatorului.

In aceasta proiect de curs A fost efectuată o analiză a transmițătorului de bandă FM. Nota explicativă prezintă calcule electrice ale etapei finale, circuitului de comunicație cu alimentatorul, auto-oscilatorul și modulatorul de frecvență și oferă calcule structurale ale etapei finale și circuitului de comunicație cu alimentatorul. Nota explicativă este însoțită de desene cu imagini ale circuitului electric complet și proiectarea etapei finale a emițătorului.

1. Calculul etapei finale

1.1 Selectarea tranzistorului

Puterea din alimentatorul unui transmițător de comunicații care funcționează în intervalul 160 - 180 MHz este de 8 W. Să acceptăm valoarea eficienței circuitului de comunicație: h CS = 0,7. Puterea pentru care ar trebui să fie proiectată etapa finală este:

Р 1max = Р Ф /h ЦС = 8/0,7 = 11,43 W.

Valoarea de referință a puterii furnizate de tranzistor trebuie să fie de cel puțin 10 W.

De regulă, pentru a genera o putere dată într-o sarcină într-un anumit interval de frecvență, puteți selecta o serie intreaga tranzistoare. Dintr-un grup de tranzistori trebuie să-l alegi pe cel care oferă cel mai bine caracteristici electrice amplificator de putere.

Când alegeți tipul de tranzistor amplificator de putere (PA), luați în considerare următoarele:

pentru a reduce nivelul distorsiunii neliniare, tranzistorul trebuie să îndeplinească condiția 3. f t / β o > f;

putere de ieșire tranzistor P out > P 1max.

Coeficient acțiune utilă cascadă este asociată cu valoarea rezistenței de saturație a tranzistorului - r us. Cu cât valoarea sa este mai mică, cu atât este mai mică tensiunea reziduală în modul limită și eficiența generatorului este mai mare.

Pe baza acestor condiții, selectăm tranzistorul 2T909A, care are următorii parametri:

1. Parametrii caracteristicilor statice idealizate:

rezistența de saturație a tranzistorului la frecventa inalta r us » 0,39 Ohm;

câștig de curent într-un circuit cu OE la frecvență joasă ( f→0) β o = 32;

rezistența de bază r b = 1,0 Ohm;

rezistența emițătorului r e = 2,0 Ohm;

2. Caracteristici de înaltă frecvență:

frecvența limită de amplificare a curentului într-un circuit cu OE f t =570 MHz;

capacitatea joncțiunii colectorului C k = 30 pF;

capacitatea joncțiunii emițătorului C e = 244 pF;

inductanța terminală L B = 2,5 nH, L E = 0,2 nH, L K = 2 nH;

3. Parametri acceptabili:

tensiune maxima pe colector U ke add = 60 V;

tensiune inversă la joncțiunea emițătorului U be add = 3,5 V;

componentă constantă a curentului de colector Iko. suplimentar = 2 A;

maxim valoare valabilă curent colector I c. max. suplimentar = 4 A;

interval de frecvență de funcționare 100 - 500 MHz;

4. Parametrii termici:

maxim temperatura admisa tranzițiile tranzistorului t p. = 160 ºС;

tranziție rezistență termică - carcasă R pc = 5 ºС/W;

5. Parametrii energetici

P out = 17 W;

Mod de funcționare - clasa B.

Deoarece PA trebuie să amplifice semnalul cu o distorsiune minimă, adică pentru a avea o caracteristică de amplitudine liniară și, în plus, cea mai mare eficiență posibilă, să luăm unghiul de întrerupere a curentului de colector q = 90° (clasa B). În același timp

- Coeficienții Berg.

1.2 Calculul circuitului colector

1. Amplitudinea tensiunii primei armonice pe colector în modul critic

ÎN

2. Tensiune maxima asupra colectorului

ÎN

Deoarece condiția nu este îndeplinită

, este necesar să se reducă E k, să alegem o tensiune de alimentare constantă standard egală cu 24 V. Și, de asemenea, dacă E k este ales egal cu cel mai mare maxim admisibil pentru un anumit tip de tranzistor, atunci ar trebui să ne așteptăm la o scădere semnificativă a fiabilității sale din cauza pericolului de defecțiune. În V.

3. Amplitudinea primei armonice a curentului de colector