Реферат: Расчет каскадов ЧМ передатчика

Курсовой проект

по дисциплине

«Устройства генерирования и передачи сигналов»

по теме:

«Расчет каскадов ЧМ передатчика»

Составление блок-схемы передатчика

Составление блок-схемы передатчика начинается с выходного каскада начинается с выходного каскада. Данные, определяющие его мощность, содержатся в задании. Также задается колебательная мощность в антенне в режиме несущей частоты. В данном передатчике необходимо применить умножитель частоты, в качестве которого может работать предоконечный или дополнительный предварительный каскад, включаемый между возбудителем и предоконечным каскадом. Вид блок-схемы передатчика с частотной модуляцией представлен на рисунке:

/>

Техническое задание:

Требуется произвести расчет передатчика, работающего на 120 МГц.

Вид модуляции – частотная (ЧМ)

Максимальная девиация частоты – 100 кГц

Вид передаваемых сообщений – аудиосигналы

Мощность передатчика – 100 Вт

1. Расчет выходного каскада

Для работы в выходном каскаде выберем транзистор

Приведем его характеристики.

Тип – кремниевый n канальный высокочастотный МОП – транзистор вертикальной структуры, выполненный по технологии с двойной диффузией, рекомендован производителем для применения в промышленных устройствах в КВ\УКВ диапазоне.

Достоинства:

– высокий коэффициент усиления по мощности (19 дБ на 108 МГц)

– низкие интермодуляционные искажения

– высокая температурная стабильность

– устойчивость при работе на согласованную нагрузку.

Технические характеристики:

Пробойное напряжение сток-исток /> > 110 В

Ток утечки сток-исток /> (при />= 50 В, />=0) < 2,5 мА

Ток утечки затвор-исток /> (при />= 20 В) < 1 мкА

Крутизна линии граничного режима /> 4,5 – 6,2 См

Напряжение отсеки определим по проходной характеристике транзистора />

Крутизна передаточной характеристики S = 5 См

Коэффициенты Берга, соответствующие выбранному углу отсечки />, />

Расчетные данные

/>50 В

Ток стока />20 А

/>110 В

/>(данная величина рекомендована для УКВ-диапазона)

/>130 Вт

Коэффициент использования стокового напряжения

/>

Амплитуда стокового напряжения:

/>

Амплитуда первой гармоники стокового тока:

/>

Амплитуда импульсов стокового тока:

/>

Постоянная составляющая стокового тока:

/>

Эквивалентное сопротивление нагрузки:

/>

7. Напряжение возбуждения:

/>

Напряжение смещения для угла отсечки = /> будет равно напряжению отсечки по паспорту транзистора, т.е. 3 В, тогда амплитуда напряжения на затворе будет равна 5,85 В.

Посчитаем входную мощность ГВВ:

/>

Коэффициент усиления по мощности:

/>

/>

Таким образом, схема генератора с внешним возбуждением будет выглядеть так:

Выходное сопротивление транзистора:

/>

Для согласования с пятидесятиомной нагрузкой нужна схема с неполным включением индуктивности, при этом, емкость конденсатора в колебательном контуре рекомендуется брать />, а индуктивность катушки />

2. Расчет модулятора

В проектируемом передатчике частотная модуляция будет получена из фазовой методом расстройки колебательного контура:

Схема модулятора выглядит следующим образом:

/>

Выберем диод Д902. При напряжении смещения 5 В, его характеристика имеет достаточно большую крутизну и линейность. По графику для Д902 определяем

S=2 пФ/В.

Амплитуда возбуждения звуковой частоты – 1 В, значит максимальное изменение емкости составит 2 пФ. Начальная емкость /> при отсутствии сигнала ЗЧ составит

--PAGE_BREAK--

8 пФ.

В результате подбора параметров получены следующие величины:

Частота возбуждения: />, т.е. /> рад/с

Коэффициент умножения – 10

Индуктивность: />

Максимальное отклонение частоты от />:

/>рад/с

Зададим добротностью колебательного контура, равной 20.

Величина фазовой модуляции:

/>рад

Девиация частоты при частоте модулирующего сигнала 15 кГц:

/>рад/с

Индекс модуляции, получаемый в фазовом модуляторе: M=0,307. При умножении частоты в 10 раз, индекс модуляции получится равным 3,07.

Выберем транзистор КТ312А. Он обладает следующими параметрами:

/>

Расчет коллекторной цепи

Выбираем напряжение на коллекторе />, зададим угол отсечки /> и определим коэффициенты разложения (/>, />).

Коэффициент использования коллекторного напряжения:

/>

Амплитуда напряжения на коллекторе:

/>

Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:

/>

Амплитуда импульсов коллекторного тока:

/>

Выполним проверку условия /> – условие выполняется.

Постоянная составляющая постоянного тока:

/>

Эквивалентное сопротивление нагрузки, обеспечивающее рассчитываемый режим:

/>

Мощность, потребляемая от источника питания:

/>

Мощность, рассеиваемая на коллекторе:

/>

При этом, мощность, рассеиваемая на коллекторе, меньше предельно допустимой.

КПД коллекторной цепи:

/>

Расчет базовой цепи

1. Находим предельную частоту транзистора, при которой коэффициент передачи по току в схеме с общим эмиттером равен 1:

/>

2. Рассчитываем время дрейфа транзистора:

/>

3. Определим угол дрейфа на высшей частоте:

/>

Т.к. угол дрейфа меньше />, то считаем, что /> и />.

4. Амплитуда переменного напряжения на переходе эмиттер-база:

/>

5. Модуль коэффициента передачи напряжения со входа на переход эмиттер-база:

/>

6. Амплитуда напряжения возбуждения, требуемая от источника возбуждения:

/>

7. Входное сопротивление:

/>

8. Мощность возбуждения:

/>

9. Первая гармоника тока базы:

/>

Реальная величина тока базы:

/>

Напряжение смещения, обеспечивающее заданный угол отсечки базового тока:

/>

Максимальное значение положительного импульса тока базы:

/>

Постоянная составляющая положительных импульсов тока базы:

/>

Мощность рассеяния в цепи базы:

/>

Рассчитаем сопротивления делителя напряжения цепи смещения /> и />. Значения индуктивностей (кроме колебательного контура) должны быть такими, чтобы не предоставлять значительного сопротивления постоянному току, в то же время, блокируя переменную составляющую на частоте 10 МГц:

    продолжение
--PAGE_BREAK--

/>

3. Расчет возбудителя

/>

Схема возбудителя с кварцевой стабилизацией.

Выбираем транзистор КТ312А.

Приведем параметры, применяемые при расчете:

/>

Определим коэффициент обратной связи:

/>(/>– динамическое сопротивление кварца, />– коэффициент регенерации, />– нормированное управляющее сопротивление)

/>, где />– фаза крутизны />,

/>– обобщенная расстройка – />

/>– затухание кварца.

Для заданной частоты – 10,1 МГц – />=10 пФ, />= 80 Ом

/>

/>

/>

Рассчитаем емкость />, включенную между базой и эмиттером:

/>

Тогда, емкость />, включенная между эмиттером и коллектором, будет равна:

/>

Вычисляем функцию угла отсечки:

/>

/>– характеристическое сопротивление кварца (/>=0,025 Гн)

/>– добротность кварца

/>

/>

/>

/>

/>

По таблицам значений Берга, это значение соответствует />.

    продолжение
--PAGE_BREAK--

Расчет коллекторной цепи возбудителя

Выбираем напряжение на коллекторе />.

В генераторе необходимо развить мощность, требующуюся для возбуждения следующего каскада с учетом потерь в согласующей цепи:

/>

Коэффициент использования коллекторного напряжения:

/>

Амплитуда напряжения на коллекторе:

/>

Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:

/>

Амплитуда импульсов коллекторного тока:

/>

.

Постоянная составляющая постоянного тока:

/>

Эквивалентное сопротивление нагрузки, обеспечивающее рассчитываемый режим:

/>

Мощность, потребляемая от источника питания:

/>

Мощность, рассеиваемая на коллекторе:

/>

При этом, мощность, рассеиваемая на коллекторе, меньше предельно допустимой.

КПД коллекторной цепи:

/>

Расчет базовой цепи возбудителя

1. Находим предельную частоту транзистора, при которой коэффициент передачи по току в схеме с общим эмиттером равен 1:

/>

2. Рассчитываем время дрейфа транзистора:

/>

3. Определим угол дрейфа на высшей частоте:

/>

Т.к. угол дрейфа меньше />, то считаем, что />и />.

4. Амплитуда переменного напряжения на переходе эмиттер-база:

/>

5. Модуль коэффициента передачи напряжения с входа на переход эмиттер-база:

/>

6. Амплитуда напряжения возбуждения:

/>

7. Входное сопротивление:

/>

8. Мощность возбуждения:

/>

9. Первая гармоника тока базы:

/>

Напряжение смещения, обеспечивающее заданный угол отсечки базового тока:

/>

12. Сопротивление в цепи базового смещения, обеспечивающее заданное напряжение смещения R = 4590 Ом.

4. Расчет умножителя частоты

Для умножения частоты в 10 раз нужно выбрать угол отсечки />.

При таком малом угле отсечки резко увеличивается ток возбуждения, падает КПД и выходная мощность, поэтому, чтобы получить необходимую для следующего каскада мощность приходится применять мощный транзистор КТ904А

Схема умножителя:

/>

В расчете требуются 10-е коэффициенты Берга: />и />.

    продолжение
--PAGE_BREAK--

Умножитель должен на 10-й гармонике развивать мощность 0,06 Вт.

Расчет коллекторной цепи

Напряжение питания: />.

1. Коэффициент использования коллекторного напряжения:

/>

2. Коэффициент использования коллекторного напряжения на 10 й гармонике:

/>

3. Амплитуда напряжения на коллекторе:

/>

4. Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:

/>

5. Амплитуда десятой гармоники коллекторного тока:

/>

6. Амплитуда импульсов коллекторного тока:

/>

7. Постоянная составляющая постоянного тока:

/>

8. Эквивалентное сопротивление нагрузки коллекторного контура на 10-й гармонике:

/>

Расчет базовой цепи

1. Находим предельную частоту транзистора, при которой коэффициент передачи по току в схеме с общим эмиттером равен 1:

/>

2. Рассчитываем время дрейфа транзистора:

/>

3. Определим угол дрейфа на высшей частоте:

/>

Т.к. угол дрейфа меньше />, то считаем, что />и />.

4. Амплитуда переменного напряжения на переходе эмиттер-база:

/>

5. Модуль коэффициента передачи напряжения со входа на переход эмиттер-база:

/>

по графику определяем />.

6. Амплитуда напряжения возбуждения, требуемая от источника возбуждения:

/>

7. Входное сопротивление:

/>

8. Мощность возбуждения:

/>

9. Первая гармоника тока базы:

/>

10. Реальная величина тока базы:

/>

11. Напряжение смещения, обеспечивающее заданный угол отсечки базового тока:

/>

    продолжение
--PAGE_BREAK--

Колебательный контур, на который нагружен транзистор, должен при частоте 100 МГц иметь эквивалентное сопротивление 1650 Ом:

/>

Рассчитаем емкость и индуктивность:

/>

/>

Индуктивность на входе: />

5. Расчет предоконечного каскада

/>

Схема предоконечного каскада

В первой части расчета мощность возбуждения выходного каскада получилась равной 2,11 Вт. С учетом потерь в согласующей цепи. Зададим мощность предоконечного каскада: />.

Исходя из требований по мощности и частоте, выберем транзистор КТ903А. Угол отсечки примем равным />.

Расчет коллекторной цепи

Выбираем напряжение питания />.

1. Коэффициент использования коллекторного напряжения:

/>

2. Амплитуда напряжения на коллекторе:

/>

3. Амплитуда первой гармоники коллекторного тока:

/>

4. Амплитуда импульсов коллекторного тока:

/>

5. Постоянная составляющая постоянного тока:

/>

6. Эквивалентное сопротивление нагрузки, обеспечивающее рассчитываемый режим:

/>

7. Мощность, потребляемая от источника питания:

/>

8. Мощность, рассеиваемая на коллекторе:

/>

При этом, мощность, рассеиваемая на коллекторе, меньше предельно допустимой.

9. КПД коллекторной цепи:

/>

Расчет базовой цепи

1. Находим предельную частоту транзистора, при которой коэффициент передачи по току в схеме с общим эмиттером равен 1:

/>

2. Рассчитываем время дрейфа транзистора:

/>

3. Определим угол дрейфа на наивысшей частоте:

/>

4. Нижний угол отсечки положительных импульсов эмиттерного тока:

/>

Коэффициенты />и />, соответствующие углу отсечки />: />и />.

5. Модуль коэффициента передачи по току на рабочей частоте:

/>

где />

    продолжение
--PAGE_BREAK--

6. Амплитуда первой гармоники тока эмиттера:

/>

7. Амплитуда положительного импульса эмиттерного тока:

/>

8. Постоянная составляющая тока эмиттера:

/>

9. Амплитуда переменного напряжения на переходе эмиттер-база:

/>

10. Модуль коэффициента передачи напряжения с входа на переход эмиттер-база:

/>

по графику определяем />.

11. Амплитуда сигнала возбуждения, требуемая от предыдущего каскада:

/>

12. Входное сопротивление:

/>

13. Мощность, требуемая от предыдущего каскада:

/>

14. Первая гармоника тока базы:

/>

Напряжение смещения:

/>

Индуктивность на входе:

/>

17. Емкость и индуктивность на выходе колебательного контура:

/>и />

Расчет коэффициентов трансформации согласующих трансформаторов

Согласование возбудителя и модулятора.

/>

Согласование модулятора и умножителя частоты.

/>

Согласование умножителя частоты и предусилителя.

/>

/>

Список использованной литературы

«Радиопередающие устройства» – под ред. В.В. Шахгильдяна, РиС, 1996 г.

«Проектирование и техническая эксплуатация радиопередающих устройств» – Сиверс Г.А., РиС, 1989 г.

«Проектирование радиопередающих устройств» – под ред. В.В. Шахгильдяна, РиС, 1998 г.