Thiết kế máy phát sóng vô tuyến có điều chế biên độ. Lựa chọn và chứng minh sơ đồ cấu trúc
Máy kích thích máy phát là thiết bị khá phức tạp. Chúng có thể bao gồm bộ tổng hợp tần số, bộ phận tạo ra các loại công việc, bộ phận truyền tải, bộ khuếch đại đệm. Trong bộ lễ phục. Hình 2.1 thể hiện sơ đồ khối tổng quát của máy kích thích, bao gồm tất cả các khối được liệt kê.
Nhiệm vụ của bộ kích thích bao gồm hình thành tín hiệu tần số cao trong một dải tần số nhất định, đảm bảo tính chất cần thiết của việc điều chỉnh tần số trên toàn dải hoạt động, độ ổn định cần thiết của tần số dao động và hình thành các loại công việc khác nhau. Trong thực tế, có rất nhiều cách khác nhau để tạo ra mầm bệnh. Việc lựa chọn phương pháp thi công máy kích thích có thể bị ảnh hưởng đáng kể bởi các yêu cầu về tốc độ chuyển đổi tần số làm việc, mức sản phẩm phụ trong phổ của tín hiệu đầu ra, các loại công được hình thành trong bộ kích thích.
Cơm. 2.1. Sơ đồ kết cấu mầm bệnh
Các loại công hình thành trong máy kích thích có nghĩa là các loại khác nhauđiều chế (thao tác) tín hiệu tần số cao. Có khá nhiều trong số họ. Trước hết, đó là điều chế góc, điều chế dải biên đơn, điều chế biên độ và những thứ khác. Một số trong số chúng là cơ bản, một số khác là phụ trợ cho một số loại máy phát sóng vô tuyến. Việc điều chế được thực hiện ở tần số sóng mang con cố định trong một khối đặc biệt có trong bộ kích thích, được gọi là khối tạo ra các loại công việc (BFVR). Tín hiệu tần số cao được tạo ra trên các sóng mang con cố định được chuyển đến khu vực làm việc Tính thường xuyên
Thiết bị đầu ra của máy kích thích là bộ khuếch đại đệm (BU). Tính năng đặc biệt Bộ điều khiển từ các loại bộ khuếch đại khác có trở kháng đầu vào cao. Trở kháng đầu vào cao của bộ điều khiển đảm bảo tách bộ kích thích khỏi đường khuếch đại tiếp theo của tín hiệu RF.
Bộ phận chính của bộ kích thích trong các máy phát hiện đại là bộ tổng hợp tần số. Bộ tổng hợp tần số tạo ra một lưới tần số có độ ổn định cao. Lưới tần số thay thế dải tần hoạt động liên tục bằng các tần số riêng biệt theo gia số F, được gọi là khoảng cách lưới. Bước lưới có thể từ phân số Hz đến hàng chục MHz. Trong một số hệ thống thông tin liên lạc VHF, bước lưới được lấy là 25 kHz. Bước này cho phép bạn tổ chức các kênh liên lạc độc lập ở tần số lưới liền kề mà không gây nhiễu lẫn nhau (nguyên tắc phân chia tần số của các kênh).
Bất kỳ tần số lưới nào cũng có thể được biểu diễn dưới dạng
đâu là hệ số có thể thay đổi được. Tần số lưới yêu cầu được đặt bằng lệnh điều khiển (CU) đến từ thiết bị bên ngoài, lệnh này đặt giá trị hệ số được yêu cầu.
Ngoài ra, bộ tổng hợp có thể tạo thêm một hoặc nhiều tần số sóng mang phụ cố định cho BFVR, trên đó việc điều chế được thực hiện.
Tần số hoạt động được tạo ra ở đầu ra của bộ truyền động kích thích. Trong máy phát, bộ truyền là một bộ trộn được trang bị bộ lọc thông dải. Máy trộn là một thiết bị phi tuyến. Khi tín hiệu đến đầu vào của bộ trộn với tần số khác nhau và ở đầu ra của nó xuất hiện một tín hiệu, phổ của nó chứa các sóng hài có dạng
ở đâu và là số nguyên tùy ý. Các tần số kết hợp chính là các tần số khi và: - khi truyền tín hiệu lên và - khi truyền tín hiệu xuống. Trong máy phát, tùy chọn đầu tiên thường được sử dụng hơn, trong máy thu - tùy chọn thứ hai. Tần số hoạt động của máy phát được hình thành bằng cách tổng hợp tín hiệu với tần số lưới và tín hiệu có một trong các tần số cố định đến từ BFVR:
Bộ lọc thông dải của khối truyền sẽ xóa tín hiệu đầu ra của sóng hài và các thành phần quang phổ tổ hợp khác. Tín hiệu đã lọc được cung cấp cho đầu vào của bộ điều khiển và sau đó đến đầu vào của bộ khuếch đại công suất tín hiệu RF.
Máy phát trong các hệ thống truyền thông công suất tương đối thấp thường sử dụng một loại điều chế, chẳng hạn như điều chế góc. Trong trường hợp này, BFVR tỏ ra khá đơn giản. Đối với hoạt động của nó, chỉ có một tần số sóng mang phụ bổ sung được hình thành trong bộ tổng hợp. Chỉ cần một trường hợp như vậy được xem xét dưới đây. Tuy nhiên, nhìn chung, phương pháp đề xuất để phát triển bộ kích thích có thể được chấp nhận đối với bất kỳ máy phát nào.
Sự phát triển của máy kích thích bao gồm việc lựa chọn và tính toán các thành phần riêng lẻ của nó.
2.1. Bộ tổng hợp tần số
Nếu máy phát được thiết kế để hoạt động trong dải tần số và giá trị không ổn định cần thiết của tần số hoạt động ở mức của bộ tự dao động thạch anh (AG), thì tốt nhất nên sử dụng bộ tổng hợp tần số trong máy kích thích máy phát.
Các thông số cơ bản của bộ tổng hợp
1. Dải tần hoạt động của bộ tổng hợp………….. 
.
2. Tổng số tần số được tạo ra bởi bộ tổng hợp…………..
3. Số tần số cố định bổ sung
Công suất dao động ở đầu ra bộ tổng hợp thường là một phần của mW. Hiện nay, việc hình thành lưới tần số trong các bộ tổng hợp được thực hiện bằng hai phương pháp chính:
1. Phương pháp tổng hợp trực tiếp.
2. Bằng phương pháp tổng hợp ngược (gián tiếp).
Phương pháp tổng hợp trực tiếp
Phương pháp tổng hợp trực tiếp dựa trên việc hình thành lưới tần số thông qua việc sử dụng phương pháp đơn giản nhất các phép tính toán học- nhân, chia, cộng, trừ. Theo loại sử dụng cơ sở nguyên tố máy tổng hợp phương pháp trực tiếp tổng hợp có thể là tương tự, kỹ thuật số và kết hợp.
Máy phát với điều chế biên độ
Mạch phát đơn giản nhất với điều chế biên độ của sóng mang (Hình 8.1) chứa một bộ kích thích, các tầng nhân tần số (MF), khuếch đại công suất (PA) và bộ khuếch đại tần số thấp (LF), nơi cung cấp tín hiệu truyền đi. bạnđầu vào) và bộ điều biến biên độ (AM).
Cơm. 8.1. Sơ đồ khối của máy phát điều chế biên độ
mầm bệnh là một bộ dao động chính công suất thấp, ổn định bộ cộng hưởng thạch anh. Công suất thấp của bộ tạo dao động chính cho phép sử dụng để phát triển các thiết bị bán dẫn tần số cao hơn, có ít quán tính hơn, cung cấp chế độ nhiệt nhẹ hơn cho hoạt động của thiết bị khuếch đại và bộ cộng hưởng thạch anh, giúp tăng độ ổn định tần số. Bộ tự dao động thạch anh vẫn hoạt động ở tần số tương đối thấp (lên tới hàng trăm MHz ở sóng hài thạch anh). Do đó, sau bộ tạo dao động chính, các tầng được bật nhân tần số, làm tăng tần số dao động đến giá trị của sóng mang. Bộ nhân tần số cũng thường làm tăng công suất dao động. Để tạo ra công suất cần thiết ở đầu ra máy phát, mạch sử dụng các bộ khuếch đại công suất. Theo quy định, các bộ khuếch đại công suất tín hiệu vô tuyến được kết nối giữa các tầng nhân tần và toàn bộ đường dẫn này được gọi là mạch khuếch đại và nhân. Bộ khuếch đại công suất đầu ra của máy phát được tải vào bộ cấp nguồn (ống dẫn sóng, cáp, v.v.) được kết nối với ăng-ten.
Điều chế biên độ thường được thực hiện trong bộ khuếch đại công suất đầu ra. Thông thường bộ khuếch đại công suất như vậy là giai đoạn cuối cùng của máy phát.
Văn học: TRONG VA. Nefedov, “Cơ sở cơ bản về điện tử vô tuyến và truyền thông”, Nhà xuất bản “Trường trung học”, Moscow, 2002.
MÁY PHÁT ĐIỀU CHỈNH BIÊN ĐỘ
6.1. THÔNG TIN CHUNG
Như đã biết, theo GOST về các thuật ngữ liên lạc vô tuyến điều chế là quá trình thay đổi một hoặc nhiều tham số của sóng tần số vô tuyến mang phù hợp với sự thay đổi các tham số của tín hiệu (điều chế) truyền đi. Vận chuyển hoặc sóng mang - sóng điện hoặc điện từ được thiết kế để tạo ra tín hiệu tần số vô tuyến thông qua điều chế. Tín hiệu điều chế chứa thông tin được truyền đi. Trong trường hợp điều chế biên độ (AM), tham số biến đổi (đã điều chế) của sóng mang hài là biên độ của dao động TÔI=TÔI(t), thay đổi tỷ lệ với tín hiệu được truyền đi bạn Ω ( t); Kết quả của việc điều chế là thu được một dao động không điều hòa phức tạp.
Hiện nay, các lĩnh vực ứng dụng chính của AM là: phát sóng âm thanh trên các sóng “dài”, “trung bình” và “ngắn” (dải tần số LF, MF và HF) và phát sóng truyền hình ở dải mét và decimet (VHF và UHF) - máy phát hình ảnh (xem bảng 1.1). Đối với mục đích liên lạc vô tuyến, AM được sử dụng trong ngành hàng không ở dải tần 118... 136 MHz (liên lạc vô tuyến tầm ngắn). Trong thực tế trong nước, AM cũng được sử dụng trong phát sóng hữu tuyến ba chương trình.
Đã có xu hướng chuyển đổi dần dần việc phát sóng vô tuyến từ AM sang dải tần đơn (xem Chương 7). Trước hết, nó được lên kế hoạch chuyển phát sóng ở dải tần HF sang hệ thống điều chế dải biên đơn (SM). Việc sử dụng một biến thể của OM tương thích với AM hiện đang được sử dụng và bảo tồn trong tương lai gần đang được khám phá.
Để tạo ra các chương trình thông tin và nghệ thuật cho phát thanh phát thanh, có các doanh nghiệp đặc biệt - studio phát sóng, nhà phát thanh. Các studio phát sóng trung tâm được đặt tại Moscow. Nhiều thành phố lớn có các đài phát thanh địa phương.
Thông điệp được truyền dưới dạng lời nói, âm nhạc của con người, v.v. được chuyển đổi bằng micrô thành tín hiệu điện có phổ phức tạp trong vùng tần số âm (âm thanh). Tín hiệu này được truyền qua các kênh viễn thông đặc biệt (cáp, rơle vô tuyến, v.v.) đến các máy phát sóng vô tuyến, thường được đặt bên ngoài thành phố trên cái gọi là trung tâm phát sóng vô tuyến (trạm).
Tín hiệu âm thanh được đặc trưng bởi độ rộng của dải tần chiếm dụng (Ω min ... Ω max) và cường độ (điện áp bạnΩ). Theo lời nói, âm nhạc được truyền đi hoặc sự kết hợp của chúng, các thành phần của phổ và giá trị của chúng thay đổi; phát sóng âm thanh là một quá trình ngẫu nhiên. Đối với máy phát, tín hiệu này đang được điều chế.
Sự phân bố công suất tín hiệu trong dải tần số âm thanh được đặc trưng bởi mật độ phổ S(Ω) [hoặc S(F)]. Trong bộ lễ phục. Hình 6.1 cho thấy mật độ phổ của tiếng nói tiếng Nga, liên quan đến mật độ phổ tối đa quan sát được ở tần số gần F= 300Hz. Có thể thấy, mật độ quang phổ rất không đồng đều. Toàn bộ phổ rung động âm thanh mà tai người cảm nhận được chiếm một dải tần số rộng - khoảng 20...20.000 Hz; độ nhạy tối đa của tai là khoảng 1000 Hz. Các thành phần quang phổ “mạnh mẽ” nhất của giọng nói con người tập trung ở dải tần hẹp 200…600 Hz.
Để đảm bảo khả năng nhận biết giọng nói dễ hiểu trong quá trình liên lạc qua điện thoại vô tuyến (được gọi là vô tuyến điện thoại thương mại) chỉ cần truyền đồng đều qua máy phát dải tần cơ sở 300...3400 Hz (trong một số trường hợp là 300...3000 hoặc các trường hợp khác) với độ không đồng đều có thể chấp nhận được trong dải tần này là khoảng ±(2...3) dB. Để đảm bảo nhận thức thẩm mỹ trong phát sóng vô tuyến, cần truyền dải tần rộng hơn đáng kể với độ không đồng đều cho phép nhất định: đối với loại cao nhất (phát sóng MB FM, xem Chương 8) 30... 15.000 Hz, đối với loại đầu tiên (truyền hình) âm thanh) 50. ..10.000 Hz, đối với loại thứ hai (phát từ AM trên sóng dài, trung bình và ngắn) 100...6300 Hz với độ không đồng đều cho phép khoảng ±(0,7...1,5) dB. Các yêu cầu về chỉ số chất lượng của máy phát cho một mục đích cụ thể được nêu trong GOST liên quan.
Cơm. 6.1. Phổ tín hiệu giọng nói
Hầu hết các tín hiệu được truyền qua các kênh vô tuyến bạn(t) (lời nói, âm nhạc, v.v.) có giá trị trung bình bạn 0 = 0. Một ngoại lệ là tín hiệu hình ảnh truyền hình, chứa thông tin về độ sáng trung bình của hình ảnh được truyền đi (để biết thêm chi tiết, xem Chương 9).
Các tiêu chuẩn cung cấp các chỉ số năng lượng và chất lượng nhất định (thông số chất lượng) của máy phát, được đo khi gửi tín hiệu thử nghiệm ở dạng sóng hài tín hiệu âm thanh. Việc phân tích chế độ hoạt động của tầng máy phát trong quá trình điều chế ở phép tính gần đúng đầu tiên cũng được thực hiện tốt hơn (rõ ràng hơn) với giả định về tín hiệu điều chế hài. Do đó, trong tương lai chúng ta sẽ xác định mối quan hệ chính của AM với tín hiệu điều chế hài (cosine)
.
(6.3)
Trong một số trường hợp, chúng tôi cũng sẽ tính đến số liệu thống kê của tín hiệu âm thanh thực.
Với sự điều chế biên độ, tức là với sự ảnh hưởng của điện áp điều chế (âm thanh) dạng (6.3) lên dòng điện cực dương của nguồn nước nóng, các thành phần của phổ dòng điện gần sóng hài thứ nhất thay đổi theo định luật
Trong bộ lễ phục. Hình 6.2 biểu diễn một dao động điều chế có dạng (6.4). Đường bao dao động được điều chế tái tạo dạng sóng điện áp tần số âm thanh. Dao động (6.4) có thể được biểu diễn dưới dạng tổng của ba dao động hình sin:
. (6.5)
Hình 6.2. Sơ đồ định thời tín hiệu AM
Cơm. 6.3. Phổ dao động AM khi được điều chế bởi một (a) và
ba ( b) dao động điều hòa
Cơm. 6.4. Đồ thị vector dao động AM tại
điều chế bằng một dao động điều hòa
Công suất trung bình của một dao động điều chế biên độ thường được xác định cho các giá trị thống kê trung bình của các hệ số điều chế:
Ở đâu tôi av là giá trị trung bình của hệ số điều chế trong một khoảng thời gian dài.
Để có được phạm vi liên lạc dài hơn và (hoặc) cải thiện tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm tại vị trí thu, cần phải tăng công suất của các thành phần bên của dao động AM. Vì vậy, chúng ta cần cố gắng đạt được độ sâu điều chế lớn hơn t →
tôi tối đa
→
1, tức là dòng điện anten TÔI Mạch A và anode TÔI a1 của đèn (bóng bán dẫn) phải thay đổi tuyến tính từ mức tối đa nhất định đến 0. Xem xét rằng 
, chúng ta có 
.
Máy phát AM được thiết kế như T à = 1. Giả sử p = 3,5...4, ta được T Thứ Tư = 0,35...0,4. Điều này có nghĩa là tỷ lệ dải biên trong quá trình điều chế là 1,5...2,2% R tối đa 1 và công suất định mức của đèn (hoặc bóng bán dẫn) được sử dụng rất ít. Thông tin được chứa trong các dải bên. Do đó, một đặc điểm năng lượng quan trọng của AM (bất kể phương pháp triển khai) là như sau: để truyền công suất dải biên tương đối thấp, cần có công suất cực đại của máy phát. R tối đa 1 . Điều này bất chấp thực tế là các giá trị đỉnh của tín hiệu điều chế tương đối hiếm khi xuất hiện. Việc chuyển giao mang tính nghệ thuật cao có những yêu cầu rất nghiêm ngặt về biến dạng phi tuyến và do đó phải chịu đựng việc sử dụng đèn kém.
Khi truyền tín hiệu giọng nói, tín hiệu âm thanh có biên độ giới hạn được cung cấp cho đầu vào của thiết bị điều chế máy phát; mức độ biến dạng cho phép đạt được bằng cách sử dụng các thiết bị hạn chế tinh vi. Mức độ giới hạn thường không vượt quá 12 dB: C yêu tinh = 20 log( bạn tôi /bạn giới hạn) ≤ 12 dB, trong đó bạn yêu tinh - điện áp tương ứng với điểm bắt đầu giới hạn; bạn tôi - giá trị biên độ của điện áp cung cấp cho bộ giới hạn. Điều này làm giảm hệ số đỉnh (khi giá trị trung bình của tín hiệu tăng lên), tăng âm lượng và do đó làm giảm công suất của các dải biên. Sự điều chế này được gọi là hình thang, vì hình dạng của đường bao giống hình thang (Hình 6.5). Hệ số trung bìnhđiều chế bằng 0,7...0,8. Tuy nhiên, việc tăng mức cắt hơn 12 dB là điều không mong muốn do độ méo tăng lên.
Cơm. 6.5. Sơ đồ thời gian trong quá trình điều chế
tín hiệu thực có tính đến giới hạn
Có nhiều phương pháp khác nhau để có được AM. Trong phần lớn các trường hợp, việc điều chế đạt được bằng cách thay đổi (điều chế) điện áp trên một số điện cực của đèn hoặc bóng bán dẫn; đôi khi hai hoặc ba điện áp thay đổi đồng thời - cái gọi là điều chế kết hợp. Sự phụ thuộc của chế độ cấp nước nóng vào điện áp cung cấp được nêu trong § 2.12.
Cơm. 6.6. Đồ thị sự phụ thuộc của hệ số độ sâu biên độ
điều chế và tỷ lệ biến dạng phi tuyến từ điện áp
tín hiệu điều chế hài hòa
Sự phù hợp của máy phát điện cho AM có thể được đánh giá bằng cái gọi là đặc tính điều chế tĩnh(SMX), tức là theo sự phụ thuộc TÔI a1, TÔI a0, TÔI MỘT, R 1 , R 0, η từ bất kỳ một điện áp cung cấp nào E MỘT, E Với, E c1, bạn c với AM đơn giản hoặc từ sự thay đổi đồng thời chung của hai hoặc ba điện áp với AM kết hợp. Những đặc tính này được gọi là tĩnh vì chúng bị loại bỏ bằng cách thay đổi điện áp không đổi (hoặc E một, hoặc Eс1 ,) hoặc bằng cách thay đổi biên độ điện áp kích thích của nguồn cấp nước nóng bạn Với; Không có điện áp tần số âm thanh điều chế: bạn Ω = 0.
Đặc tính điều chế tĩnh của tầng GWW với AM không tính đến sự phụ thuộc của các chỉ số chất lượng và năng lượng của nó vào tính phi tuyến của điện trở đầu vào của GWW được điều chế và tần số của tín hiệu điều chế Ω. Để xác định những phụ thuộc quan trọng này, chúng tôi kiểm tra đáp ứng điều chế động GVW điều chế, tức là sự phụ thuộc của hệ số độ sâu điều chế biên độ và các chỉ báo chế độ khác vào biên độ của điện áp điều chế (âm thanh) bạnΩ. Các phép đo được thực hiện ở tần số do GOST cung cấp; trong trường hợp đơn giản nhất là 400 hoặc 1000 Hz. Sử dụng các dụng cụ đo đặc biệt (hoặc gần như sử dụng máy hiện sóng), độ sâu điều chế được đo cho nửa chu kỳ dương và âm của đường bao dao động AM:
Và 
,
Ở đâu ;
(xem hình 6.2 và 6.6). Sự trùng hợp của các phụ thuộc này ( 
) và tính tuyến tính của chúng biểu thị tính đối xứng của điều chế và các biến dạng phi tuyến nhỏ, được đặc trưng bởi độ méo hài.
Đối với máy phát quảng bá có AM theo GOST ở dải tần 100...4000 Hz và ở độ sâu điều chế t ≈Độ méo sóng hài 50% K G ≤ 1% và tại T= 90 % K G ≤ 2 %.
Dải tần điều chế Ω min … Ω điều chế không đồng đều tối đa và cho phép T= f(Ω) tại bạnΩ = 0,5 · bạn MỘT. max = const đặc trưng đáp ứng biên độ-tần số máy phát (đáp ứng tần số), hay nói cách khác - méo tần số (Hình 6.7).
Theo “Quy định liên lạc vô tuyến” quốc tế (M.: Radio and Communications, 1985), AM dùng cho mục đích phát sóng vô tuyến hoặc liên lạc bằng điện thoại vô tuyến có ký hiệu AZE (ký hiệu đã lỗi thời và bị hủy bỏ là A3).
Bộ điều biến(tầng điều chế) của máy phát vô tuyến là thiết bị (tầng) trong đó quá trình điều chế được thực hiện (GOST 24375-80). Đây là giai đoạn khuếch đại tần số vô tuyến (xem Hình 1.2) giữa bộ kích thích và đầu ra máy phát (ăng-ten), tức là giai đoạn đầu ra (cuối cùng) hoặc một loại giai đoạn trung gian nào đó.
Điện áp (tín hiệu) điều chế (âm thanh) được cung cấp cho máy phát từ nguồn thông tin, ví dụ như từ micrô trong phòng thu phát sóng. Để đảm bảo hoạt động của bộ điều biến, theo quy định, việc khuếch đại sơ bộ tín hiệu điều chế là cần thiết. Với mục đích này, bộ phát cung cấp đường khuếch đại tần số âm thanh (thiết bị điều chế), giai đoạn đầu ra của nó thường được gọi là bộ khuếch đại tần số âm thanh mạnh mẽ (MUFA) - giai đoạn điều chế. Sơ đồ khối của máy phát AM được thể hiện trong hình. 6.8.
Cơm. 6.7. Đáp ứng biên độ-tần số
Cơm. 6.8. Sơ đồ khối máy phát có biên độ
điều chế ở giai đoạn đầu ra ( MỘT), tầng trung gian ( b)
và khi sử dụng nguồn bổ sung ( V.)
Như đã đề cập ở Chap. 1, Khả năng tương thích điện từ (EMC) là điều kiện quan trọng nhất đối với các thiết bị vô tuyến điện tử hiện đại, bao gồm cả máy phát vô tuyến.
Cùng với sự mất ổn định cho phép của tần số hoạt động, mức phát xạ giả và tiếng ồn, máy phát phải tuân theo yêu cầu về mức bức xạ ngoài băng tần có thể chấp nhận được.
Phổ tần số của bức xạ của máy phát ở tần số (hoạt động) được chỉ định, được hình thành trong quá trình điều chế (thao tác), bao gồm bức xạ cơ bản và bức xạ ngoài băng tần.
Cơm. 6.9. Mẫu yêu cầu cấp độ ngăn chặn
phát xạ ngoài băng tần của máy phát
Bức xạ cơ bản chứa thông tin hữu ích và chiếm cái gọi là băng thông cần thiết, tức là dải tần đủ cho một loại bức xạ nhất định (loại điều chế, mục đích) để đảm bảo truyền tải các thông điệp với tốc độ và chất lượng cần thiết trong những điều kiện nhất định.
Ngoài ban nhạc là sự phát xạ của máy phát ở các tần số liền kề với băng thông yêu cầu và là kết quả của quá trình điều chế. (Quy định vô tuyến, GOST “Khả năng tương thích điện từ của thiết bị điện tử vô tuyến. Thuật ngữ và định nghĩa.”) Bức xạ ngoài băng tần không cần thiết cho hoạt động của máy phát này và gây nhiễu cho các hệ thống liên lạc hoạt động ở tần số liền kề với tần số yêu cầu băng tần của máy phát này.
Phát xạ ngoài băng phát sinh khi máy phát được điều chế với phổ quá rộng, do độ hài của tín hiệu điều chế cao hơn, phát sinh cả trong quá trình khuếch đại tín hiệu điều chế và trong quá trình điều chế, điều chế lại, v.v.
Phát xạ ngoài băng tần cũng xảy ra khi tín hiệu truyền bị lượng tử hóa, chẳng hạn như trong các bộ khuếch đại lớp D (xem § 6.8).
Trong phát sóng vô tuyến AM có dải tần điều chế danh nghĩa là 50... 10.000 Hz, mức độ ngăn chặn đủ phát xạ ngoài băng tần được đảm bảo bằng:
giới hạn phổ tần số âm thanhở đầu ra của thiết bị điều chế (ở đầu ra MUZCH) với các bộ hạn chế thông cao đặc biệt, hay nói cách khác là các bộ lọc thông thấp;
mức độ méo phi tuyến cho phép thấp của máy phát, tức là độ tuyến tính cao của thiết bị điều chế và điều chế (xem § 6.2 và 6.3).
Trong GOST, mức phát thải ngoài băng tần cho phép được thiết lập bằng cách chỉ ra mức triệt tiêu tối thiểu cần thiết của mức bức xạ ở các cạnh của một dải tần số nhất định (Hình 6.9):
triệt tiêu bức xạ ngoài băng tần 40 dB so với công suất sóng mang ở rìa của băng tần 27 kHz, tức là khi lệch khỏi tần số sóng mangở mức ±13,5 kHz;
Loại bỏ 45 dB ở biên dải tần 28 kHz (±14 kHz);
Loại bỏ 50 dB đối với băng tần 38 kHz;
Loại bỏ 60 dB đối với băng tần 66 kHz.
Trong các HVV dạng ống và bóng bán dẫn, có thể thực hiện các phương pháp sau để thu được AM:
tới điện cực đầu vào (lưới, đế) bằng cách thay đổi điện áp phân cực ( E c , E b) hoặc sự phấn khích ( bạn c , bạn b);
tới điện cực đầu ra (cực dương, cực thu) bằng cách thay đổi điện áp cung cấp ( E MỘT, EĐẾN);
các phương pháp kết hợp.
Văn học: V.V. Shakhgildyan, “Thiết bị truyền vô tuyến”, Nhà xuất bản “Radio và Truyền thông”, Moscow, 2003.
Luận án về chủ đề:
Phát triển thiết bị phát sóng vô tuyến hoạt động ở chế độ điều chế dải biên đơn
GIỚI THIỆU
NHẬN THIẾT KẾ
1. LỰA CHỌN VÀ GIẢI QUYẾT SƠ ĐỒ KẾT CẤU
2. TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG CỦA THẦN CUỐI CÙNG
2.1 Lựa chọn loại bóng bán dẫn
2.2 Tính toán mạch đầu vào tranzito
2.3 Tính toán mạch thu giai đoạn cuối
3. TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN TẦNG ĐẦU VÀO
3.1 Tính toán bộ dao động thạch anh
3.2 Lựa chọn loại bộ điều biến cân bằng
3.3 Lựa chọn và tính toán bộ lọc
4. TÍNH TOÁN ĐƯỜNG DÂY THÔNG TIN
5. TỔNG HỢP TẦN SỐ
6. TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÀM LẠNH TRANSISTOR 2T925V
7. NGUỒN ĐIỆN
PHẦN KẾT LUẬN
THƯ MỤC
CÁC ỨNG DỤNG
GIỚI THIỆU
Chủ đề của đồ án tốt nghiệp này là phát triển một thiết bị phát sóng vô tuyến hoạt động ở chế độ điều chế dải biên đơn. Các thiết bị phát sóng vô tuyến loại này được sử dụng rộng rãi trong dải tần f = 1,5 - 30,0 MHz để liên lạc, vì tín hiệu giọng nói (được truyền) có băng tần khá hẹp - 300... 3400 Hz. Điều này là do mục đích của loại máy phát này, cả về mức tiêu thụ năng lượng (đài phát thanh di động) và đặc điểm của loại máy phát này. Dải tần số, cụ thể là năng lực thông tin thấp.
Dựa trên các trường hợp trên, chúng ta có thể kết luận rằng điều chế dải biên đơn có một số ưu điểm so với điều chế biên độ thông thường. Chúng bao gồm: dải tần số hẹp hơn của kênh vô tuyến (sẽ cho phép ghép tần số của các kênh), đặc tính năng lượng tốt hơn của máy phát vô tuyến (tăng hiệu suất so với điều chế biên độ thông thường), tính linh hoạt (sử dụng trong điều kiện đứng yên như trạm cơ sở, cũng như trong các hệ thống dịch vụ di động - đất, biển, hàng không).
Nhược điểm của kiểu điều chế này là sơ đồ mạch phức tạp của cả đường truyền và đường nhận. thuộc loại này thiết bị.
Yêu cầu mà máy phát phải đáp ứng trước hết là sự đơn giản về thiết kế mạch (đạt được bằng cách sử dụng đế phần tử hiện đại), đảm bảo độ tin cậy cao, khả năng hoạt động trong nhiều phạm vi nhiệt độ và độ ẩm môi trường, dễ dàng sử dụng. sử dụng, đôi khi có khả năng chống sốc, tiêu thụ điện năng thấp cũng như chi phí thấp.
NHẬN THIẾT KẾ
Thiết kế một máy phát vô tuyến truyền thông điều chế băng tần đơn thỏa mãn các thông số sau:
Tối đa Công suất ra trong bộ cấp liệu – P 1 max = 10 W;
Dải tần – f = 10…16 MHz;
Trở kháng đặc tính của dây dẫn – W f = 50 Ohm;
Điện áp nguồn – E = 220 V, 50 Hz (điện lưới);
Bước lưới tần số – 1 kHz;
PVI = - 45 dB;
Tần số điều chế – f mod = 0,3…3 kHz;
Tần số không ổn định tương đối – 3 * 10 – 5.
Trong quá trình thiết kế cần lựa chọn và tính toán:
- Vẽ và chứng minh sơ đồ cấu trúc;
– xây dựng các yêu cầu về nguồn điện, cung cấp sơ đồ.
Tác phẩm đồ họa:
- một phần cơ bản sơ đồ mạch điện(do giáo viên lựa chọn);
- sơ đồ sắp xếp các phần tử của tầng cuối cùng (hình nhìn từ trên xuống và bên cạnh).
1. LỰA CHỌN VÀ GIẢI QUYẾT SƠ ĐỒ KẾT CẤU
Theo quy định, các máy phát truyền thông có dải tần f = 1,5...30 MHz này hoạt động ở chế độ điều chế dải biên đơn. Tín hiệu dải biên đơn được tạo ra bằng phương pháp lọc ở tần số tương đối thấp (f 0 = 500 kHz) và được truyền bằng bộ biến tần đến dải hoạt động.
Chúng tôi sẽ xây dựng sơ đồ khối của máy phát được thiết kế theo cách giảm thiểu biến dạng phi tuyến đồng thời đảm bảo triệt tiêu bức xạ dao động ngoài băng tần, cũng như số lượng mạch điều chỉnh tối thiểu ở giai đoạn trung gian và cuối cùng của máy phát. Hãy xem xét một biến thể của sơ đồ cấu trúc (Hình 1), đáp ứng đầy đủ các yêu cầu đã nêu ở trên.
Cơm. 1. Sơ đồ khối của máy phát được thiết kế.
Mô tả ngắn gọn sơ đồ khối đề xuất và mục đích của các khối:
Tín hiệu âm thanh từ micrô được khuếch đại bằng bộ khuếch đại thông thấp (LFA) đến mức yêu cầu và chuyển đến bộ điều biến cân bằng 1 (BM 1), đầu vào thứ hai nhận điện áp có tần số f0 = 500 kHz (tín hiệu được tạo bởi bộ tổng hợp tần số được sử dụng làm tần số tham chiếu f0). Tần số của bộ tạo này được chọn có tính đến đặc tính biên độ-tần số của bộ lọc cơ điện (EMF) và lựa chọn dải biên làm việc (phía trên). Đối với tần số này, ngành công nghiệp sản xuất các bộ lọc điện cơ (EMF) có độ dốc đặc tính suy giảm S = 0,1...0,15 dB/Hz; Ngoài ra, bộ tổng hợp tần số sẽ cung cấp độ ổn định tần số tương đối được chỉ định vì nó sử dụng bộ dao động thạch anh. Vì dải tín hiệu hữu ích theo thông số kỹ thuật là 300 đến 3000 Hz nên có thể sử dụng EMF có băng thông là 3 kHz. Theo tiêu chuẩn, đối với các máy phát dải tần đơn có tần số hoạt động trên 7 MHz, tín hiệu đầu ra phải chứa dải tần phía trên (Hình 2) và đối với tần số hoạt động dưới 7 MHz - tần số thấp hơn. Đầu ra của BM 1 tạo ra tín hiệu hai chiều với sóng mang yếu hơn. Mức độ triệt tiêu tần số sóng mang ở đầu ra máy phát được xác định bởi bộ điều biến cân bằng và EMF, còn nguồn điện không mong muốn chỉ được xác định bởi các tham số của EMF. Do đó, mức độ hiện diện của các thành phần phổ bên ngoài trong tín hiệu phụ thuộc vào chất lượng xây dựng của tầng này và ở các tầng tiếp theo, không thể thay đổi tỷ lệ của các thành phần này trong tín hiệu. Sau khi tín hiệu đi qua BM 1 và EMF, tín hiệu sẽ mờ dần, vì vậy nên sử dụng bộ khuếch đại bù (KU 1), từ đầu ra của tín hiệu sẽ chuyển đến BM2.
Đầu vào thứ hai của BM 2 nhận được tín hiệu có tần số phụ f 1 = 20 MHz, tương tự như f 0, được tạo ra bởi bộ tổng hợp. Tần số f1 được chọn cao hơn tần số hoạt động trên của máy phát – f B . Với lựa chọn này, tần số kết hợp ở đầu ra của BM 2 bằng f 1 + f 0 cũng sẽ cao hơn tần số trên của dải hoạt động của máy phát. Do đó, các dao động của máy phát phụ f 1 và các sản phẩm chuyển đổi bậc nhất có tần số f 1 + f 0 nếu đi vào đầu vào của bộ khuếch đại công suất sẽ không tạo ra nhiễu trong dải hoạt động của máy phát được thiết kế. Độ lệch tương đối giữa các tần số kết hợp ở đầu ra của BM 2, theo quy luật, không lớn, do đó việc lựa chọn tần số kết hợp mong muốn phải được thực hiện bằng bộ lọc áp điện (PF) hoặc bộ lọc sóng âm bề mặt, có độ chọn lọc đủ cao. Băng thông của bộ lọc này phải không nhỏ hơn băng thông tín hiệu truyền đi. Sau khi tín hiệu đi qua BM 2 và PF, tín hiệu cũng bị suy giảm nên ở đây cũng nên sử dụng bộ khuếch đại bù (KU 2), sau đó tín hiệu sẽ đi đến BM3.
Tín hiệu dải biên đơn từ đầu ra KU 2 trong bộ điều chế cân bằng BM3 được trộn với tần số f 2. Nguồn của các dao động này là một bộ tổng hợp lưới tần số rời rạc, tạo ra một lưới trong một phạm vi nhất định với một bước nhất định. Tần số f 2 được chọn trên f 1, nghĩa là trên phạm vi hoạt động. Các tần số của dải hoạt động thu được ở đầu ra của BM3 tùy thuộc vào giá trị của f 2. Chúng bằng hiệu giữa tần số f 2 và tần số chuyển đổi trung gian ở đầu ra của bộ lọc thông dải f = f 2 - f 1 - f 0. Bằng cách này, phạm vi lưới yêu cầu f 2 có thể được xác định.
Giá trị trên: f 2 = f in + f 1 + f 0 = 16 + 20 + 0,5 = 36,5 MHz
Giá trị thấp hơn: f 2 = f n + f 1 + f 0 = 10 + 20 + 0,5 = 30,5 MHz
Các tần số này được cách ly bằng bộ lọc thông thấp (LPF), bộ lọc này phải bao phủ toàn bộ phạm vi hoạt động. Tần số cắt của bộ lọc thông thấp phải không nhỏ hơn tần số hoạt động trên của dải.
Tín hiệu một biên được tạo ra ở mức công suất thấp từ 1 - 5 mW. Nó được đưa đến một mức nhất định ở đầu ra máy phát bằng bộ khuếch đại công suất băng thông rộng tuyến tính, số lượng giai đoạn trong đó được xác định bởi giá trị của mức tăng đầu cuối:
K P = P 1 / P VX = 11,2 / 0,005 = 2240,
trong đó P 1 là công suất trong mạch thu ở giai đoạn cuối của máy phát,
P VX - công suất tín hiệu dải biên đơn ở đầu ra của bộ lọc thông thấp.
Nhờ khuếch đại silo, tín hiệu đủ mạnh sẽ đến đầu vào của giai đoạn cuối (OC), xác định công suất danh định được chỉ định trong đường truyền, xác định hiệu suất của thiết bị, ngoài ra, mạch truyền thông (CC) nối tiếp với OC xác định mức phát xạ ngoài băng tần. Chúng ta hãy xác định số tầng khuếch đại (AS) để đạt được công suất danh định được chỉ định dựa trên giá trị của mức khuếch đại đầu cuối:
Giả sử mức tăng công suất của một tầng bằng 8, khi đó số tầng silo có thể được xác định bằng cách chia K P cho giá trị khuếch đại của một tầng.
Việc khuếch đại công suất tín hiệu ít nhất là 4,375 sẽ được thực hiện ở giai đoạn cuối.
Bài tập về chủ đề:
Thiết bị phát sóng vô tuyến truyền thông có điều chế tần số
Nhiệm vụ kỹ thuật
Khi thiết kế thiết bị phát sóng vô tuyến phải thực hiện các nội dung sau:
lập và chứng minh sơ đồ cấu trúc của PDP;
xây dựng các yêu cầu cho từng doanh nhân và cung cấp sơ đồ.
Đặc điểm máy phát:
f = (160 ¸ 180) MHz
D f= 10 kHz
PVI = -50 dB
F mod = (0,3 ¸ 3) kHz
nguồn điện - 220 V, 50 Hz
Giới thiệu
Các thiết bị truyền sóng vô tuyến truyền thông điều chế tần số (FM) (RTD) được thiết kế để hoạt động trên một tần số cố định hoặc trên một dải tần số. Trong trường hợp đầu tiên, tần số hoạt động được ổn định bằng bộ cộng hưởng thạch anh và để tạo ra dao động FM, có thể sử dụng cả phương pháp điều khiển tần số trực tiếp và gián tiếp. Sơ đồ khối của máy phát sử dụng phương pháp FM trực tiếp được thể hiện trên hình 1.
Hình 1 Sơ đồ khối của máy phát FM trực tiếp
Điện áp điều chế U W được cung cấp cho varicap, với sự trợ giúp của bộ tự dao động thạch anh (KG) được điều chế theo tần số. Bộ tạo dao động thạch anh hoạt động ở tần số 10-15 MHz, sau đó tần số của nó được nhân n lần với giá trị vận hành, tín hiệu được đưa đến bộ khuếch đại công suất (PA) và qua mạch truyền thông đến ăng-ten.
Phương pháp FM gián tiếp dựa trên việc chuyển đổi điều chế pha (PM) thành điều chế tần số bằng cách đưa một phần tử tích hợp vào mạch, tức là. lọc tần số thấp(LPF). Sơ đồ khối của máy phát sử dụng phương pháp thu FM gián tiếp được thể hiện trên Hình 2.
Hình 2 Sơ đồ khối của máy phát sử dụng phương pháp FM gián tiếp.
Bộ tổng hợp lưới tần số riêng biệt được sử dụng làm bộ kích thích của máy phát băng tần FM, bộ tạo dao động phụ được điều khiển bởi hai biến thể (Hình 3).
Hình 3 Sơ đồ khối của máy phát FM có bộ tổng hợp tần số
Để xây dựng bộ phát được kết nối của chúng tôi, chúng tôi sẽ sử dụng sơ đồ tương tự, nhưng chúng tôi sẽ làm rõ thành phần và số lượng khối có trong đó.
Bộ tổng hợp lưới tần số riêng biệt được sử dụng làm bộ kích thích của máy phát băng tần FM, bộ tạo dao động phụ được điều khiển bởi hai biến thể (Hình 3). Điện áp điều chế U W được cung cấp cho biến tần VD1 và điện áp điều chế cho biến tần VD2 điện áp điều khiển Hệ thống vòng khóa pha (PLL). Sự tách biệt các chức năng điều khiển được giải thích là do độ lệch tần số dưới tác động của tín hiệu điều chế tương đối nhỏ (3-5 kHz) so với dải điều chỉnh của bộ dao động phụ (VCO) bởi tín hiệu điều khiển từ đầu ra. của hệ thống PLL. Do đó, varicap VD1 được kết nối với mạch dao động VCO yếu hơn đáng kể so với VD2. Bước lưới tần số ở đầu ra máy phát, tùy thuộc vào dải hoạt động, có thể là 5; 10; 12,5; 25kHz.
Để tăng độ ổn định, bộ khuếch đại cuối cùng cần ảnh hưởng đến hoạt động của VCO càng ít càng tốt để chúng được cách ly về tần số bằng cách đưa bộ nhân tần số vào cấu trúc của máy phát. Trong trường hợp này, bước lưới tổng hợp được giảm đi n lần, trong đó n là hệ số nhân tần số.
Trong này dự án khóa học Một phân tích về máy phát băng tần FM đã được thực hiện. Phần giải thích trình bày các tính toán điện của giai đoạn cuối, mạch giao tiếp với bộ cấp nguồn, bộ tự dao động và bộ điều biến tần số, đồng thời cung cấp các tính toán cấu trúc của giai đoạn cuối và mạch giao tiếp với bộ cấp nguồn. Phần giải thích kèm theo các bản vẽ có hình ảnh của mạch điện hoàn chỉnh và thiết kế giai đoạn cuối của máy phát.
1. Tính toán giai đoạn cuối
1.1 Lựa chọn bóng bán dẫn
Công suất trong bộ cấp nguồn của máy phát truyền thông hoạt động trong dải tần 160 - 180 MHz là 8 W. Ta lấy giá trị hiệu suất của mạch truyền thông: h CS = 0,7. Công suất mà giai đoạn cuối cần được thiết kế là:
Р 1max = Р Ф /h ЦС = 8/0,7 = 11,43 W.
Giá trị tham chiếu của nguồn điện do bóng bán dẫn cung cấp ít nhất phải là 10 W.
Theo quy định, để tạo ra công suất nhất định trong tải ở một dải tần số nhất định, bạn có thể chọn toàn bộ dòng Linh kiện bán dẫn. Từ một nhóm bóng bán dẫn, bạn cần chọn loại bóng bán dẫn cung cấp hiệu suất tốt nhất Đặc điểm điện từ bộ khuếch đại công suất.
Khi chọn loại bóng bán dẫn khuếch đại công suất (PA), hãy cân nhắc những điều sau:
để giảm mức độ méo phi tuyến, bóng bán dẫn phải thỏa mãn điều kiện 3. f t / β o > f;
Công suất đầu ra của bóng bán dẫn P out > P 1max.
hệ số hành động hữu ích tầng được liên kết với giá trị điện trở bão hòa của bóng bán dẫn - r us. Giá trị của nó càng nhỏ thì điện áp dư ở chế độ biên càng thấp và hiệu suất của máy phát càng cao.
Dựa trên các điều kiện này, chúng tôi chọn bóng bán dẫn 2T909A, có các thông số sau:
1. Các thông số đặc tính tĩnh lý tưởng:
điện trở bão hòa bóng bán dẫn tại Tân sô cao của chúng tôi » 0,39 Ohm;
mức tăng dòng điện trong mạch có OE ở tần số thấp ( f→0) β o = 32;
điện trở nền rb = 1,0 Ohm;
điện trở cực phát r e = 2,0 Ohm;
2. Đặc tính tần số cao:
giới hạn tần số khuếch đại dòng điện trong mạch có OE f t = 570 MHz;
điện dung tiếp giáp cực thu C k = 30 pF;
điện dung tiếp giáp cực phát C e = 244 pF;
điện cảm cực L B = 2,5 nH, L E = 0,2 nH, L K = 2 nH;
3. Thông số chấp nhận được:
điện áp cực đại trên cực thu U ke thêm = 60 V;
điện áp ngược tại tiếp điểm cực phát U được cộng = 3,5 V;
thành phần không đổi của dòng thu Iko. bổ sung = 2 A;
tối đa giá trị cho phép dòng thu I c.max. bổ sung = 4 A;
dải tần hoạt động 100 - 500 MHz;
4. Thông số nhiệt:
tối đa nhiệt độ cho phép chuyển tiếp bóng bán dẫn t p.add = 160 ºС;
quá trình chuyển đổi điện trở nhiệt - vỏ R pc = 5 ºС/W;
5. Thông số năng lượng
P ra = 17 W;
Chế độ hoạt động - lớp B.
Bởi vì PA phải khuếch đại tín hiệu với độ méo tối thiểu, tức là để có đặc tính biên độ tuyến tính và ngoài ra, để có hiệu suất cao nhất có thể, chúng ta hãy lấy góc cắt dòng điện của bộ thu q = 90° (loại B). trong đó
- Hệ số Berg.1.2 Tính toán mạch thu
1. Biên độ của điện áp hài thứ nhất trên bộ thu ở chế độ tới hạn
TRONG2. Điện áp tối đa trên bộ sưu tập
TRONGBởi vì điều kiện không được đáp ứng
, cần giảm E
k, hãy chọn điện áp cung cấp không đổi tiêu chuẩn bằng 24 V. Và ngoài ra, nếu E
kđược chọn bằng mức tối đa cao nhất cho phép đối với một loại bóng bán dẫn nhất định, thì người ta sẽ mong đợi độ tin cậy của nó sẽ giảm đáng kể do nguy cơ hỏng hóc. Ở V 3. Biên độ sóng hài thứ nhất của dòng thu
MỘT 4. Thành phần DC của dòng thu
MỘT; 5. Công suất tiêu thụ tối đa từ nguồn điện áp Collector
W6. Hiệu suất của mạch thu ở tải định mức
