Федеральное агентство по образованию Российской Федерации
ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет – УПИ»
Кафедра теоретических основ радиотехники
ИССЛЕДОВАНИЕ РАДИОПЕРЕДАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА
Пояснительная записка к курсовой работе
по дисциплине «Устройства формирования и генерирования сигналов»
Преподаватель: Булатов Л.И.
Студент: Жуков А.В.
Группа: Р-439А
Екатеринбург 2006
Содержание
Задание на курсовое проектирование
Структурная схема передатчика
Электрические расчеты режимов и элементов оконечного каскада 5
Расчет параметров штыревой антенны
Расчет выходной цепи оконечного каскада
Расчет входной цепи оконечного каскада
Расчет устройства согласования передатчика с нагрузкой
Конструкторский расчет элементов оконечной ступени
Расчет параметров катушек L21 и L22
Выбор стандартных номиналов
Выбор блокировочных дросселей L19 и L20
Выбор блокировочной емкости C56 15
Выбор емкостей C57 и C58
Назначение всех элементов принципиальной схемы радиопередатчика
Заключение
Список использованной литературы
Приложение 1
Задание на курсовое проектирование
Вам предлагается для исследования и расчета оконечной ступени схема реального радиопередающего устройства.
Составьте пояснительную записку, которая должна содержать следующие разделы:
Структурная схема передатчика с пояснениями: тип применяемой модуляции, вид согласующего устройства выходного каскада передатчика с нагрузкой, схема возбудителя передатчика.
Электрические расчеты режимов и элементов оконечного каскада. Полагая, что мощность выходной ступени P1=8Вт, а антенна – это вертикальный штырь длиной l=0.5м, сделайте расчет электрического режима этого каскада и устройств согласования передатчика с нагрузкой.
Конструкторский расчет элементов оконечной ступени.
Назначение всех элементов принципиальной схемы радиопередатчика.
Принципиальная схема радиопередатчика:
Рис.1. Схема ультракоротковолнового передатчика
Структурная схема передатчика
Рис. 2. Структурная схема передатчика
Из структурной схемы видно, что в передатчике используется косвенный метод получения ЧМ.
Схема возбудителя передатчика:
Рис. 3. Схема возбудителя передатчика
Схема автогенератора – осцилляторная (емкостная трехточка с заземленным эмиттером).
Электрические расчеты режимов и элементов оконечного каскада
Рис. 4. Схема оконечного каскада
Расчет параметров штыревой антенныДля расчета параметров антенны была использована программа MMANA.
Антенна – это вертикальный штырь длиной l=0.5м
Вид антенны с учетом подстилающей поверхности:
Рис. 5. Вид антенны с учетом подстилающей поверхности
Зададимся следующими параметрами:
Материал – медь
Радиус антенны – 5мм.
Результаты работы программы представлены на рис.5, рис.6 и рис.7.
Рис. 6. Результат работы программы (вкладка «Вычисления»)
Рис. 7. Результат работы программы (вкладка «Вид»)
Рис. 8. Результат работы программы (вкладка «Диаграммы направленности»)
В результате сопротивление антенны получилось равным:
ZA=RA+jXA=23.835-j3.345 (Ом).
Так как RA<<XA, следовательно реактивной составляющей можно пренебречь. Следовательно:
ZA
RA=23.835Ом.
Расчет выходной цепи оконечного каскада
Производится расчет выходной цепи оконечного каскада на заданную мощность P1=8Вт.
Угол отсечки коллекторного тока θ=105.7˚ (выбирается так, чтобы смещение на базе получилось равным 0).
Коэффициенты Берга для θ=105.7˚:
Коэффициент использования коллекторного напряжения в граничном режиме:
Амплитуда первой гармоники напряжения на коллекторе в граничном (критическом) режиме:
.
Максимальное напряжение на коллекторе:
.
Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:
.
Постоянная составляющая коллекторного тока:
.
Максимальная величина коллекторного тока:
.
Мощность, потребляемая от источника коллекторного питания:
.
Коэффициент полезного действия коллекторной цепи:
.
Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора:
.
Сопротивление коллекторной нагрузки:
.
Данная методика расчета справедлива на частотах до (0,5…0,8)fT. Так как у транзистора КТ934В частота единичного усиления fT=700МГц, следовательно эта методика может использоваться для расчета входной цепи оконечного каскада.
Для устранения перекосов в импульсах iк(ωt) нужно включать шунтирующее добавочное сопротивление Rдоп между выводами базы и эмиттера транзистора, как показано на рис. 9.
Рис. 9
Сопротивление Rдоп выравнивает постоянные времени эмиттерного перехода в закрытом и в открытом состоянии. Одновременно сопротивление Rдоп снижает максимальное обратное напряжение на закрытом эмиттерном переходе.
.
При включении транзистора с ОЭ целесообразно между коллекторным и базовым выводами транзистора включать сопротивление RО.С., как показано на рис. 10.
Рис. 10
.
В результате включения RО.С. создается дополнительная отрицательная обратная связь на низких и средних частотах, такая же по величине, как на высоких частотах через емкость CК. В результате на всех частотах модуль коэффициента усиления по току транзистора β(ω) снижается в χ раз.
.
При работе транзистора на частотах ω>3ωT/β0 в реальной схеме генератора можно не ставить сопротивления Rдоп и RО.С.. Однако в последующих расчетных формулах сопротивление Rдоп необходимо оставлять.
Амплитуда тока базы 
.
Максимальное обратное напряжение на эмиттерном переходе 
Постоянные составляющие базового и эмиттерного токов 
Напряжение смещения на эмиттерном переходе 
Значения LВХ.О.Э, rВХ.О.Э., RВХ.О.Э., CВХ.О.Э. в эквивалентной схеме входного сопротивления транзистора на рис. 11.
Рис. 11. Эквивалентная схема входного сопротивления транзистора
Резистивная и реактивная составляющие входного сопротивления транзистора (ZВХ=RВХ+iXВХ) 
Входная мощность 
Коэффициент усиления по мощности 
Расчет устройства согласования передатчика с нагрузкой
В данной схеме роль согласующего устройства играет параллельный колебательный контур L21-C57-L22-C58. Целесообразно поменять местами емкость C57 и индуктивность L22 (рис. 12).
Рис. 12. Согласующее устройство
Для расчета зададимся следующими значениями:
Характеристическое сопротивление контура:ρ=(50…200)Ом 
ρ=200Ом
Добротность ненагруженного контура:QХХ=(50…100) QХХ=100
КПД цепи согласования:ηЦС=(0.5…0.8) ηЦС=0.7
Для удобства расчета сделаем замену:
C1=C57;
C2=C58;
L1=L22;
L2=L21;
RН=RА=23.835Ом.
Добротность нагруженного контура:
QН=QХХ(1- ηЦС)=
Эквивалентная индуктивность контура:
Эквивалентная емкость контура:
Мощность, отдаваемая в нагрузку (антенну):
Коэффициент подключения АЭ к контуру:
Через эквивалентную индуктивность контура и коэффициент подключения АЭ к контуру можно рассчитать индуктивности L1 и L2:
Коэффициент подключения нагрузки к контуру:
Через эквивалентную емкость контура и коэффициент подключения нагрузки к контуру можно рассчитать емкости C1 и C2:
Следовательно:
C57=C1=5.6762пФ;
C58=C2=101.96пФ;
L22=L1=207.63нГн;
L21=L2=7.4464нГн.
Расчет блокировочных элементов:
Определим значение контурного тока:
Действующее значение контурного тока:
Зададимся разницей между температурой провода и окружающей среды:
Диаметр провода катушки:
Исходя из диаметра провода выбираем диаметр катушки:
Выберем длину катушки:
Следовательно коэффициент формы катушки:
Индуктивность катушки:
Необходимое число витков цилиндрической катушки:
Шаг намотки:
Число витков индуктивности L21:
Число витков индуктивности L22:
Выбор дросселя L20:
Так как 
и 
, следовательно выбираем дроссель ДМ-3-1. Его характеристики:
Выбор дросселя L19:
Так как 
и 
, следовательно выбираем дроссель
ДМ-0.2-25.
Его характеристики:
Выбор блокировочной емкости C56
Так как 
и 
, следовательно выбираем керамический конденсатор К10-50.
Его характеристики:
Номинальное напряжение 25В;
Номинальная емкость 30000пФ;
Ширина (1,5…5,5)мм;
Длина (1,3…4,4)мм;
Высота (1,2…1,8)мм;
Внешний вид:
Выбор емкостей C57 и C58
Выбор емкости C57:
Амплитуда напряжения на обкладках конденсатора C57:
Выбираем конденсатор КПК-МН.
Его характеристики:
Номинальное напряжение 350В;
Минимальная емкость, не более 4пФ;
Максимальная емкость, не менее 15пФ;
Длина 15мм;
Высота 9мм;
Ширина 11мм;
Внешний вид:
Выбор емкости C58:
Амплитуда напряжения на обкладках конденсатора C58:
Для реализации емкости C58 необходимо включить параллельно конденсаторы К10-17 и КТ4-28.
Характеристики конденсатора К10-17:
Номинальное напряжение 25В;
Номинальная емкость 91пФ;
Ширина (1,5…1,2)мм;
Длина (1,3…8,6)мм;
Высота (1,8…3,3)мм;
Внешний вид:
Характеристики конденсатора КТ4-28:
Номинальное напряжение 25В;
Минимальная емкость, не более 4пФ;
Максимальная емкость, не менее 20пФ;
Длина 2,8мм;
Высота 1,2мм;
Ширина 2,6мм;
Внешний вид:
Назначение всех элементов принципиальной схемы радиопередатчика
Кварцевый автогенератор
VT1, ZQ1, C4, C1, C2 – емкостная трехточка.
L1 – блокировочная индуктивность.
C7 – блокировочная емкость.
R1, R4 – делитель напряжения, необходимый для подачи смещения на базу.
R6 – для подачи питания на коллекторную цепь и подачи смещения на базу транзистора VT1.
С8 – блокировочная емкость.
Фазовый модулятор
L2, VD1, VD2, C11, C12 – колебательный контур. При подаче модулирующего напряжения, варикапы изменяют свою емкость, следовательно меняются параметры контура и происходит модуляция.
Умножитель на 2
R14 – для подачи смещения на базу.
C14 – блокировочная емкость.
L3, C15, C16 – колебательный контур, настроенный на 2 гармонику.
R20 – для подачи смещения за счет тока базы.
C48, L12 – Г-образный четырехполюсник.
Усилитель НЧ
C3 – блокировочная емкость.
R2 – для настройки микрофона.
C5, C6 – блокировочные емкости.
R3, C5, C6 – цепь автосмещения.
C9 – блокировочная емкость.
R7 – для питания стоковой цепи транзистора VT2.
C10 – блокировочная емкость.
R8, R11 – делитель напряжения для подачи смещения на базу транзистора VT3.
R12 – обеспечивает автосмещение.
R13 – для питания коллекторной цепи транзистора VT3.
C13 – блокировочная емкость.
R15, R16 – делитель напряжения для подачи смещения на базу транзистора VT5.
R18 – обеспечивает автосмещение.
R19 – для подачи питания на коллекторную цепь транзистора VT5.
C17 – блокировочная емкость.
С18 – блокировочная емкость.
VD3, VD4 – ограничительные диоды. Необходимы для ограничения по амплитуде резких всплесков речевого сигнала. Следовательно происходит увеличение коэффициента модуляции.
C22, L5, C23 – П-образный ФНЧ.
C24 – блокировочная емкость.
R24, R25 – делитель напряжения для подачи смещения на базу транзистора VT8.
R27 – обеспечивает автосмещение.
C28 – блокировочная емкость. Шунтирует коллекторную цепь транзистора VT8 по высокочастотному току, попавшему с модулятора.
R28 – для подачи питания на коллекторную цепь транзистора VT8.
C29 – блокировочная емкость.
R29 –для подачи смещения на варикапы VD1, VD2.
C41 – блокировочная емкость.
R30 – для изменения девиации.
R31, C45, R10 – интегратор.
Усилитель мощности
C52, L15 – Г-образный четырехполюсник.
L16 – блокировочная индуктивность.
C53 – блокировочная емкость.
L17 – нагрузка.
C54, C55, L18 – Т-образный четырехполюсник.
L19 – блокировочный дроссель. Задает нулевое смещение на базе.
L20 – блокировочная индуктивность.
L21, L22, C57, C58 – колебательный контур. Согласует выходной каскад передатчика с нагрузкой.
Заключение
В ходе выполнения курсового проекта был рассчитан оконечный каскад передатчика. Был произведен конструкторский расчет катушек индуктивности и выбор стандартных номиналов емкостей и блокировочных дросселей. Были приобретены навыки анализа принципиальных схем радиопередающих устройств.
Список использованной литературы
Проектирования радиопередающих устройств: Учеб. пособие для вузов/В.В. Шахгильдян, М.С. Шумилин, И.А. Попов и др.; Под ред. В.В. Шахгильдяна. М.: Радио и связь, 1993, 512с.
Шумилин М. С., Козырев В. Б., Власов В. А. Проектирование транзисторных каскадов передатчиков: Учебное пособие для техникумов. М.: Радио и связь, 1987.
Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине “Устройства формирования сигналов” /Л.И. Булатов, Б.В. Гусев. Екатеринбург: Изд-во УГТУ, 2003 г.
Приложение 1
Параметры транзистора КТ-934В
| Параметры идеализированных статических характеристик | Сопротивление насыщения транзистора rнас, Ом | 0,45 |
| Сопротивление материала базы rБ, Ом |
| |
| Стабилизирующее сопротивление в цепи эмиттера rЭ, Ом | 0 | |
| Напряжение отсечки коллекторного тока | 0,7 | |
| Коэффициент усиления по току в схеме с ОЭ β0 | 50 | |
| Высокочастотные параметры | Частота единичного усиления по току fT, МГц | 700 |
| Барьерная емкость коллекторного перехода CК, пФ | 22 | |
| Барьерная емкость эмиттерного перехода CЭ, пФ | 200 | |
| Постоянная времени коллекторного перехода τК, пС | 5 | |
| Барьерная емкость активной части эмиттерного перехода СКА, пФ |
| |
| Индуктивность вывода эмиттера LЭ, нГн | 1 | |
| Индуктивность вывода базы LБ, нГн | 2.8 | |
| Индуктивность вывода коллектора LК, нГн | 2.5 | |
| Предельно допустимые значения | Допустимое напряжение на коллекторе в схеме с ОЭ UКЭ.ДОП, В | 60 |
| Допустимое обратное значение напряжения на эмиттерном переходе UБЭ.ДОП, В | 4 | |
| Допустимая постоянная составляющая тока коллектора IК0.ДОП, А | 2 |
,В
25
25
25
25
25
25