Устройство генерирования и формирования сигналов (передатчик)

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

«Южно-Уральский  государственный университет»

Факультет «Приборостроительный»

Кафедра «Инфокоммуникационные технологии»

 

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К КУРСОВОЙ РАБОТЕ

по курсу:

“Устройства генерирования и формирования сигналов”

ПС-476.01.01.00 П3

 

 

 

Нормоконтролёр:	Руководитель:
Воробьёв М.С.	Воробьёв М.С.
«___»  _________ 2012 г	«___» __________ 2012 г

 

 

Автор проекта

Студент группы ПС-476

Андрюков А.И.

«___» _________ 2012 г.

 

 

Проект защищен с оценкой

______________________

«___» _________ 2012 г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Челябинск

2012 г

АННОТАЦИЯ

 

Андрюков А. И. Генератор высокочастотных колебаний. – Челябинск: ЮУрГУ, ПС-476, 2012, 32 с., 8 ил., 3 прил., библиографический список 5 наименований.

 

В курсовой работе осуществляется расчет основных каскадов генератора высокочастотных колебаний, а именно задающего генератора, предоконечного и оконечного каскадов. На основе эскизного проектирования предложена структурная схема разрабатываемого устройства, определено необходимое число усилительных каскадов, выбраны для них транзисторы и произведен электрический расчет задающего генератора, предоконечного и оконечного каскадов. Приведены принципиальные электрические схемы рассчитанных каскадов радиопередатчика.

 

 

 

 

 

 

 

 

Оглавление

АННОТАЦИЯ 3

ВВЕДЕНИЕ 5

1 ЭСКИЗНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ 6

1.1 Структурная схема ГВЧ 6

1.2 Выбор активных элементов 6

2 РАСЧЕТ ОКОНЕЧНОГО КАСКАДА 8

2.1 Исходные данные и схема для расчета оконечного каскада 8

2.2 Расчет электрического режима выходной цепи транзистора 9

2.3 Расчет электрического режима входной цепи транзистора 10

2.4 Расчет выходной цепи согласования 12

2.5 Расчет цепи питания транзистора 14

2.6 Расчет разделительных конденсаторов 15

3 РАСЧЕТ ПРЕДОКОНЕЧНОГО КАСКАДА 16

3.1 Исходные данные и схема для расчета предоконечного каскада 16

3.2 Расчет электрического режима выходной цепи транзистора 17

3.3 Расчет электрического режима входной цепи транзистора 18

3.4 Расчет межкаскадной цепи согласования 20

3.5 Расчет входной цепи согласования 21

3.6 Расчет цепи питания транзистора 23

3.7 Расчет разделительных конденсаторов 23

4 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЗАДАЮЩЕГО ГЕНЕРАТОРА 24

4.1 Схема и исходные данные для расчета автогенератора 24

4.2 Расчет электрического режима выходной цепи генератора 25

4.3 Расчет входной цепи автогенератора 26

4.4 Расчет колебательной системы генератора 27

4.5 Расчет цепи смещения и питания генератора 29

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 31

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 32

 

 

Перечень графического материала

 

Приложение 1. Структурная схема 

Приложение 2. Схема электрическая  принципиальная усилитель мощности

Приложение 3. Схема электрическая  принципиальная автогенератор

ВВЕДЕНИЕ

 

Разработан генератор высокочастотных колебаний. Генератор работает на частоте 1,5 МГц. Выходная мощность передатчика составляет 200 Вт. Сопротивление потребителя 50 Ом.

Пояснительная записка состоит из четырёх основных разделов. Первый посвящен анализу технического задания и эскизному проектированию. В нем сформулированы дополнительные требования к устройству, которые не были указаны в техническом задании. На основе этих требований, построена структурная схема, описывающая взаимосвязь блоков,  входящих в состав устройства, оговорены общие особенности их конструктивного исполнения. Проведен ориентировочный расчет количества промежуточных каскадов усиления.

Второй, третий и четвертый  разделы являются основным и содержат в себе расчет оконечного, предоконечного каскадов и задающего генератора соответственно.

1 ЭСКИЗНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

1.1 Структурная схема ГВЧ

Необходимо спроектировать генератор высокочастотных колебаний, с выходной мощность 20 Вт на рабочей  частоте 50 МГц, сопротивление потребителя 50 Ом.

Структурная схема генератора представлена на рисунке 1.1

 

 

 

 

 

Рисунок 1.1 – Структурная схема генератора ВЧ колебаний

 

Обозначения блоков на структурной схеме:

ЗГ – Задающий генератор

БК – Буферный каскад

УМ – Усилитель  мощности

ПОК – Предоконечный каскад

ОК – Оконечный каскад

В данном генераторе ВЧ колебаний  необходимо полностью рассчитать предоконечный, оконечный каскады и задающий генератор.

1.2 Выбор активных элементов

Для увеличения стабильности частоты в задающих автогенераторах  выбирают транзисторы малой мощности. Следует выбирать транзистор, граничная  частота которого больше, чем заданная частота колебаний. Исходя из этих требований, для автогенератора выбираем транзистор КТ316Г. Схему автогенератора будем строить по схеме Клаппа.

Для Р_вых = 200 Вт, радиопередатчик можно построить на транзисторных усилительных каскадах. Мощность транзистора оконечного каскада Р_1ОК определяется выходной мощностью передатчика Р_вых и потерями в его выходной цепи согласования (ВЦС). Рассчитаем номинальную мощность транзистора для оконечного каскада

Рассчитаем  потери в выходной согласующей цепи:

где – нагруженная добротность контура (выбирается из диапазона 10…15), – собственная добротность колебательного контура (выбирается из диапазона 100…500).

Выберем , а , тогда КПД составит

Таким образом, .

То выберем транзистор для оконечного каскада, ориентируясь на его выходную мощность P_1ОК = 222 Вт и заданную частоту генерации                    f_Г = 1,5 МГц. Для оконечного каскада выберем транзистор 2Т980А. Он предназначен для применения в усилителях мощности в диапазоне частот 1,5 – 30 МГц.

При расчете оконечного каскада, мы получили его входную мощность . Таким образом, нам хватит одного предоконечного каскада усиления, у которого входная мощность , а выходная мощность , и обеспечивать коэффициент усиления           . То для предоконечного каскада выберем транзистор 2Т912Б.

2 РАСЧЕТ ОКОНЕЧНОГО КАСКАДА

2.1 Исходные данные и схема для расчета оконечного каскада

- Выходная  мощность 

- Рабочая  частота 

- Сопротивление  потребителя 

Схема оконечного каскада приведена на рисунке 2.1.

1. Электрическая схема оконечного каскада

Параметры выбранного ранее  транзистора 2Т980А для оконечного каскада представлены ниже:

 - типовая выходная мощность при f =30 МГц;

  - коэффициент передачи по току транзистора;

- граничная частота транзистора;

- допустимое максимальное значение  напряжения коллектор-эмиттер;

- допустимый максимальный импульсный  ток коллектора;

- допустимый максимальный постоянный  ток коллектора;

- емкость коллекторного перехода;

- емкость эмиттерного  перехода;

- индуктивность базы;

- индуктивность эмиттера;

- индуктивность коллектора;

-  постоянная времени цепи  обратной связи;

- допустимая мощность рассеяния;

2.2 Расчет электрического режима  выходной цепи транзистора

В оконечном каскаде будем  использовать граничный (критический) режим работы транзистора. В нелинейном режиме угол отсечки выбираем .

Выбираем напряжение питания , исходя из полного использования транзистора по напряжению

                                                                        (2.1)

При заданных напряжении питания  и угле отсечки θ коэффициент использования напряжения в граничном (критическом) режиме

                                   ,                                (2.2)                                                         

где – коэффициент разложения косинусоидальных импульсов;

 – крутизна критического  режима.

Рассчитаем крутизну критического режима. Т.к. для обеспечения транзистором частоты 1,5 МГЦ, нужно типовое напряжение 50 В, то

                                                                 (2.3)

Подставляя полученное значение в формулу (2.2) получим

 

Амплитуда напряжения на выходе транзистора

                                                                    (2.4)

Амплитуда первой гармоники  тока коллектора

                                                                             (2.5)

Максимальная величина коллекторного тока

                                                         (2.6)

Постоянная составляющая коллекторного тока

                                                  (2.7)

Мощность, потребляемая от источника  питания

                                                                (2.8)

Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора

                                                       (2.9)

Что не превышает допустимую мощность рассеяния для данного транзистора.

Сопротивление коллекторной нагрузки

                                                            (2.10)

2.3 Расчет электрического режима  входной цепи транзистора

Найдем средний коэффициент передачи по току транзистора

                                         (2.11)

Определим частотный диапазон, в котором работает транзистор. Найдем предельную частоту

                                                        (2.12)  

рабочая частота 1,5 МГц находится ниже границы между среднечастотным и высокочастотными диапазонами: . Следовательно, транзистор будет работать в полосе средних частот.

Амплитуда базового тока

                                                                                                        (2.13)

Для того чтобы воспользоваться  этой формулой, нужно в цепь эмиттера поставить дополнительный резистор R_доп.

                                            (2.14)

Возьмем R_доп = 2 Ом.

Рассчитаем параметр

 

Найдем коэффициент передачи по току

                                                                 (2.15)

Теперь можно воспользоваться  формулой (2.14)

 

Постоянная  составляющая тока базы

                                                                         (2.16)

Найдем напряжение смещения для обеспечения угла отсечки θ = 90⁰

                                                                                 (2.16)

 

Смещение на базе можно  получим за счет автосмещения –  включим в цепь эмиттера сопротивление и индуктивность смещения последовательно. Значение данного сопротивления вычисляется по формуле

                                                                    (2.17)

Возьмем сопротивление номиналом  R_см = 0,75 Ом.

Значение индуктивности  смещения вычислим по формуле

                                                     (2.18)     

Возьмем L_см = 0,1 мкГн.

Для расчета входного сопротивления  транзистора понадобится значение . Примем .

Таким образом .

Отдельно рассчитаем активную составляющую сопротивления

                         (2.19)

Реактивная составляющая входного сопротивления

          (2.20)

Полное входное сопротивление

                                                                           (2.21)

С учетом дополнительного  резистора R_доп = 2 Ом активная часть входного сопротивления будет равна

                                                                  (2.22)

Входная мощность возбуждения

                                          (2.23)

 

Коэффициент усиления усилителя

                                                                                          (2.25)

 

2.4 Расчет выходной цепи согласования

Для согласования оконечного каскада с потребителем будем использовать П-образную цепь согласования. Цепь согласования имеет свойство фильтрации высших гармоник, легкое настраивание и минимальные потери при трансформации. Для расчета можно разбить П-образную цепочку на две Г-образные, как показано на рисунке 2.2.

 

Рисунок 2.2 – Выходная цепь согласования

 

Сопротивление потребителя , сопротивление нагрузки транзистора – . Из соображений высокого КПД и достаточной фильтрации выбираем нагруженную добротность в пределах: . Примем . Собственную добротность выберем равной 100.