Расчёт режима автогенератора

 

УДК  621.396.1

 

 

РЕФЕРАТ

 

Расчетно-пояснительная записка содержит 29 страниц печатного текста, 12 иллюстраций, 4 использованных источника.

 

Радиосвязь, канал связи, модуляция, передатчик, приемник, автогенератор, синтезатор частоты, усилитель мощности, буферный усилитель.

 

  В расчетно-пояснительной записке производится выбор функциональных схем передающей и приемной частей канала и рассчитывается передающая часть канала технологической железнодорожной радиосвязи аналогового типа с частотной модуляцией, которая широко применяется на железнодорожном транспорте.

 

Содержание

 

 

Введение…………………………………………………………………………………………...…..	4
1 Исходные данные……………………………………………………………………………...........	5
2 Выбор и расчёт параметров  функциональных схем приёмной  и передающей частей канала...	5
2.1 Функциональная схема радиопередающей  части канала……………………………………....	7
2.2 Расчёт параметров функциональной  схемы передающей части канала………………………	8
2.3 Функциональная схема радиоприемной  части канала…………………………………………	10
2.4 Расчёт параметров функциональной схемы приёмной части канала…………………………	11
3 Расчёт усилителя мощности  радиочастоты……………………………………………………….	12
3.1 Расчёт оконечного каскада……………………………………………………………………….	13
3.2 Расчёт предоконечного каскада………………………………………………………………….	14
4 Расчёт буферного усилителя  радиочастоты………………………………………………………	16
4.1 Расчёт режима термостабилизации……………………………………………………………...	17
4.2 Y-параметры для каскодного включения транзисторов……………………………………….	18
4.3 Расчёт режима усиления буферного усилителя………………………………………………...	18
5 Расчёт режима автогенератора…………………………………………………………………….	19
5.1 Расчёт режима термостабилизации ..……………………………………………………………	20
5.2 Энергетический расчёт автогенератора…………………………………………………………	23
5.3 Расчёт колебательного контура………………………………………………………………….	23
5.4 Расчёт режима частотной модуляции…………………………………………………………...	24
6 Принципиальная схема передающей части канала………………………………………………	26
Заключение……………………………………………………………………………………………	28
Список использованной литературы………………………………………………………………...	29

 

Введение

 

 

Приемопередающее устройство – это источник и приемник радиочастотных колебаний в системах радиосвязи, телевидения, радиолокации и других. Назначение приемопередатчика – сформировать и принять радиосигнал в соответствии с требованиями, установленными при разработке системы.

Радиосигналом называют колебание  радиочастоты, один или несколько  параметров которого изменяются (модулируются) в соответствии с передаваемым сообщением (информацией).

Частотная модуляция (ЧМ) применяется в высококачественном радиовещании, в радиорелейных линиях с большим числом каналов, в радиолокационных системах непрерывного излучения. При любых видах модуляции энергия сигнала локализована в узкой полосе частот радиоспектра. Это означает, что радиосигнал представляет собой колебание, близкое к гармоническому. Поэтому основным сигналом, для которого рассчитываются режимы каскадов приемопередатчика, является гармонический.

Системы радиосвязи на железнодорожном  транспорте делятся на: поездные, станционные, ремонтно-оперативные, индивидуальные по специально выделенным каналам и другие. Железнодорожная радиосвязь осуществляется в нескольких диапазонах радиоволн:

1. гектометровые волны КВ (f₀ = 2,13 МГц)
2. метровые волны УКВ₁ (f₀ = 151,725 – 156 МГц)
3. дециметровые – УКВ₂ (f₁ = 457,4 – 458,45 МГц и f₂ = 467,4 – 468,45 МГц)

Наибольшее использование в  поездной и станционной радиосвязи получил диапазон метровых радиоволн, поэтому парк радиостанций этого  диапазона самый обширный.

 

1 Исходные данные (Вариант №16)

1)   Значения рабочей частоты возбудителя и первого гетеродина:

f_B = 153.500 + 0.025∙(n – 1) = 153.500 + 0.025∙(16 – 1) = 153.875 МГц

f_Г1 = 174.900 + 0.025∙(n – 1) = 174.900 + 0.025∙(16 – 1) = 175.275 МГц

2)   Выходная мощность передающего устройства на нагрузке 50 Ом:

P_ВЫХ = 15 – k = 15 – 7 = 8 Вт

3)  Коэффициент усиления постоянного тока в оконечном и в предоконечных каскадах, выполненных  на транзисторах  КТ909А,  КТ907А  и  КТ606: β₀ = h_21Э = 20 + n = 20 + 16 = 36

4) Чувствительность приемного устройства по системе СИНАД при отношении «сигнал/шум», равном 12 дБ, и входном сопротивлении приемника 50 Ом: U_вх.min= 0.5 мкВ. Все каскады усиления и преобразования рекомендуется выполнить на транзисторах ГТ311Е, которые имеют коэффициент усиления по постоянному току:  β₀ = 40 + n = 40 + 16 = 56

5)   Параметры девиации частоты модулятора:

Δf_НОМ = 3.5 кГц  Δf_max = 4 кГц

6)   Избирательность приёмника:

по зеркальному каналу Se_З.К = 50 дБ,  по соседнему – Se_С.К = 60 дБ

7)   Стабильность частоты возбудителя и гетеродинов – δf = 10^-5

8)   Коэффициент нелинейных искажений сигналов в радиоканале – К_Г ≤ 0.08 (8 %)

9)   Материальная база разработки: транзисторы, микросхемы.

10) Номиналы напряжения питания: 25, 15, 12, 9, 5В.

 

2 Выбор и расчёт параметров функциональных схем приёмной и передающей частей канала

Проектирование  радиопередающей части канала начинается с разработки функциональной схемы. В настоящее время на железнодорожном транспорте внедрена система аналоговой частотно-модулированной (ЧМ) радиосвязи на основе приемопередатчика диапазона метровых волн УПП-2МВ стационарной радиостанции «Транспорт РС-46М». Система выполнена на современной микроэлементной базе с применением микропроцессорной технологии обслуживания с программным обеспечением, позволяющим конфигурировать режимы радиостанции применительно к конкретным условиям эксплуатации на используемой сетке частот, при так называемом симплексе (работает передатчик – выключен собственный приемник и наоборот).

Структурная схема такого канала приведена на рисунке 2.1. В её состав входят следующие устройства:

- блок коммутации К симплексного режима работы;

- передающая часть канала, включающая в себя усилитель мощности (УМ), синтезатор-возбудитель, опорный генератор и модулятор, обеспечивающий оптимальный режим частотной модуляции в канале;

приемная  часть канала, включающая в себя тракт усиления радиочастоты (УРЧ), синтезатор первого гетеродина и сам гетеродин, первый смеситель, усилитель первой промежуточной частоты и завершающую часть приёмника, выполненную на одной микросхеме МС3371Р, – второй смеситель, второй гетеродин, усилитель второй промежуточной частоты, частотный детектор и предварительный усилитель звуковой частоты. После микросхемы следует тракт дополнительного усиления сигнала, который подается затем в блок автоматики.

Рисунок 2.1 – Структурная схема канала радиосвязи

 

2.1 Функциональная схема радиопередающей  части канала

Для разрабатываемой функциональной схемы передающей части канала, изображенной на рисунке 2.2, из структурной схемы выбираются устройства: коммутатор К, усилитель мощности, который может состоять из двух каскадов предварительного усиления (ПОК₁ и ПОК₂) и оконечного усилителя мощности ОК. Схема синтезатора-возбудителя предназначена для формирования высокочастотного ЧМ-колебания с амплитудой не менее 0,5 В, которое используется для возбуждения предварительного усилителя мощности ПОК.

Диапазон  частоты возбудителя – от 151,725 до 156,000 МГц, шаг сетки частоты  – 25 кГц. В состав возбудителя входят устройства: ГУН₁ на транзисторе ГТ311Е и варикапах КВ121А; буферный усилитель на двух транзисторах того же типа, включенных по каскадной схеме (ОЭ-ОБ); большая интегральная схема (БИС) синтезатора частоты типа КФ1015ПЛ4Б или КР1015ХК2. Опорный сигнал частотой 10 МГц для передающего и приемного синтезаторов вырабатывает высокостабильный генератор «Топаз-03», выпускаемый в виде малогабаритного конструктивного устройства, питаемого стабилизированным напряжением +9 В. В данном проекте он используется как функциональный блок без представления принципиальной схемы.

На вход синтезатора частоты  поступает сигнал с ГУН₁ через развязывающее устройство в виде буферного усилителя. Входом является включенный в синтезатор делитель частоты с переменным коэффициентом деления ДПКД, с выхода которого сигнал поступает на один из входов частотно-фазового детектора ЧФД. На второй вход детектора подается высокочастотный сигнал опорного генератора ОГ, прошедший через делитель опорной частоты ДОЧ. ЧФД формирует сигнал ошибки, пропорциональный разности фаз входных сигналов. Это напряжение ошибки по цепи фазовой автоподстройки ФАПЧ через фильтр низких частот ФНЧ подается на управляющий вход ГУН₁, что приводит к изменению его частоты до требуемого значения, определяемого коэффициентом ДПКД. Синтезатор имеет выход сигнала детектора захвата частоты петлей ФАПЧ.

На ГУН₁ одновременно осуществляются частотная модуляция и автоподстройка его частоты. Чтобы не происходило снижения девиации частоты за счет схемы ФАПЧ, постоянная времени ФНЧ на выходе синтезатора выбрана много больше, чем период низкой частоты (f_min = 300 Гц) спектра низкочастотного сигнала. При этом ФАПЧ работает на частотах Δf << 300 Гц и не реагирует на сравнительно быстрые изменения частоты при ее девиации.

Особое место в схеме передающего тракта занимает модулятор, который выполняет следующие функции:

- обеспечивает номинальную девиацию  частоты Δf_НОМ;

- ограничивает максимальное значение  девиации частоты Δf_max;

- осуществляет предкоррекцию амплитудно-частотной  характеристики (АЧХ) тракта по закону +6 дБ/октава.

Для выполнения указанных функций  схема модулятора содержит в себе следующие устройства:

- усилитель звуковой частоты,  охваченный петлей автоматической  регулировки усиления (АРУ), которая производит сжатие динамического диапазона входных сигналов;

- корректор АЧХ +6 дБ/октава для  модулирующего сигнала, поступающего  с блока автоматики;

- амплитудный ограничитель, устраняющий  перемодуляцию передатчика;

- ФНЧ, служащий для ограничения  полосы пропускания модулирующих сигналов в пределах от 0,3 до 3,4 кГц;

- формирователь сигнала исправности  модулятора.

Расчет режима модулятора в данном проекте не выполняется, в принципиальную и функциональную схемы вставлены  только его функциональный блок.

Параметры стандартного модулятора:

- чувствительность  модуляционного входа модулятора  при R_ВХ = 600 Ом не менее 300 мВ;

- отклонение амплитудно-частотной модуляционной характеристики передатчика (АЧМХ) от характеристики с предкоррекцией +6 дБ/октава лежит в пределах );

- уровень  паразитной амплитудной модуляции  составляет не более 3 %.

 

Рисунок 2.2 – Функциональная схема  передающей части канала

2.2 Расчёт параметров функциональной схемы передающей части канала

1. В таблице параметров транзистора КТ909А приведены следующие данные для типового режима его работы: Р_ТИП = 24 Вт; К_ТИП = 2,4; f_ТИП = 500 МГц, по которым может быть рассчитан коэффициент усиления мощности К_Р оконечного каскада на рабочей частоте:

 

где η_кс = 0.5 – коэффициент полезного действия контура предоконечного каскада.

2. Мощность возбуждения на входе оконечного каскада:

3. Предоконечный каскад может быть выполнен на менее мощном транзисторе КТ606 с параметрами типового режима: f_ТИП = 400 МГц, К_ТИП = 3; по ним может быть рассчитан коэффициент К_Р на рабочей частоте:

   

4. Мощность возбуждения на входе предоконечного каскада ПОК:

5.  Оптимальная амплитуда модулирующего напряжения звуковой частоты

 

где ν = 0.5 – коэффициент нелинейности характеристики варикапа; U_В0 – напряжение постоянного смещения варикапа (обычно U_В0 = 4 – 10 В). Для данного проекта можно порекомендовать варикап КВ123А с параметрами U_В0 = 4 В при С₀ = 17 пФ;

 

2.3 Функциональная схема радиоприемной части канала

Проектирование радиоприемной  части канала начинается с разработки функциональной схемы, изображённой на рисунке 2.3. Эта схема составляется на основе структурной схемы, изображенной на рисунке 2.1. Для функциональной схемы приемника выбираются кроме коммутатора К два усилителя радиочастоты – УРЧ1 и УРЧ2, первый смеситель VT1, на второй вход которого подается через буферный усилитель БУ2 сигнал с генератора, управляемого напряжением ГУН2, который выполняет роль первого гетеродина приемника. Диапазон перестраиваемой частоты первого гетеродина – от 173,125 до 177,400 МГц (N = 172 канала) обеспечивается собственным синтезатором приемной части канала (аналогичен синтезатору возбудителя).