Проектирование связного передатчика с частотной модуляцией (стр. 1 из 5)

Министерство образования Российской Федерации

Уральский Государственный Технический Университет

Кафедра РЭИС

Оценка работы

Курсовой проект

Проектирование связного передатчика с частотной модуляцией

Преподаватель

Харитонов Ф.В.

Студент

Щеблыкин М.В.

Группа Р-404

Екатеринбург 2004

ВВЕДЕНИЕ

Во всем мире для передачи радиосигналов используют различные виды модуляции. Но все большее распространение получает угловая модуляция. И есть из-за чего…

Угловая модуляция может быть частотной или фазовой; она применяется в системах низовой радиосвязи различных диапазонов частот, в радиовещании на УКВ, в звуковом сопровождении телевизионного вещания, наземной радиорелейной связи прямой видимости, тропосферной и космической связи.

Кроме того, угловая модуляция используется в радиотелеметрии, в системах радиоуправления, в некоторых системах радионавигации и радиолокации. Телеграфные сигналы и цифровая информация в настоящее время передаются преимущественно путем частотной и фазовой манипуляции.

Известно, что частотная и фазовая модуляции обеспечивают лучшую помехоустойчивость и более высокие энергетические характеристики, чем амплитудная модуляция, однако для этого им требуются большие необходимые полосы частот. Но и эта проблема постепенно решается в последнее время: в целях экономии радиоспектра ведутся работы по исследованию и внедрению частотной модуляции с одной боковой полосой спектра частот.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ЗАДАНИЕ

ВЫБОР СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ

ВЫБОР АКТИВНОГО ЭЛЕМЕНТА

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

1. Расчет коллекторной цепи

2. Расчет базовой цепи

3. Расчет цепи питания

4. Выбор способа получения угловой (частотной) модуляции

5. Расчет автогенератора

5.1 Расчет режима автогенератора

5.2 Расчет элементов колебательного контура

5.3 Расчет цепи смещения транзисторов

5.4 Выбор варикапов

5.5 Выбор значений блокировочных элементов

6. Выбор синтезатора частот

7. Выбор источника питания

8. Расчет умножителя частоты

РАСЧЕТ ЦЕПИ СОГЛАСОВАНИЯ

РАСЧЕТ ВЫХОДНОГО ФИЛЬТРА

КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ

ВЫБОР СТАНДАРТНЫХ НОМИНАЛОВ

РАСПОЛОЖЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ НА ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЕ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Параметры транзистора КТ920В

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Схема удвоителя частоты

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Схема электрическая принципиальная

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Перечень элементов

ЗАДАНИЕ

Спроектировать связной передатчик с частотной модуляцией с параметрами:

Диапазон рабочих частот ……………………………….. 180 – 190 МГц

Мощность ………………………………………………… 10 Вт

Сопротивление фидера ………………………………….. 50 Ом

Антенна ..

Подавление внеполосных излучений …………………... 40 дБ

Относительная нестабильность частоты ………………. 3·10^-5

Питание от сети 220 В 50 Гц

ВЫБОР СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ

Частотная модуляция может быть получена прямым способом, когда модулируется непосредственно частота автогенератора передатчика, или косвенным, когда в промежуточном каскаде передатчика производится фазовая модуляция. Структурные схемы передатчиков с этими способами модуляции приведены ниже.

Структурная схема передатчика с прямой ЧМ.

Структурная схема передатчика с косвенной ЧМ

Другими словами, прямую частотную модуляцию осуществляют: в полупроводниковых генраторах путём изменения параметров колебательного контура с помощью варикапов, варикондов, реактивного транзистора, нелинейной индуктивности, железоитериевого граната (на частотах до десятков гигагерц); в диодных генераторах (на туннельном диоде, диоде Ганна) путём изменения напряжения смещения на диоде и т.д.

Для косвенного получения частотной модуляции используются фазовые модуляторы в начальных каскадах с последующим умножением частоты и усилением мощности сигнала ФМК.

Тот и другой способы получения ЧМ имеют свои недостатки и достоинства. Достоинство прямого метода – возможность получения глубокой и достаточно линейной частотной модуляции, недостаток – трудность обеспечения стабильности средней частоты колебания с ЧМ. Достоинство косвенного способа – высокая стабильность средней частоты, недостатки – неглубокая модуляция, трудность передачи низких модулирующих частот.

Возможность получения глубокой и линейной ЧМ делает предпочтительным прямой способ в радиовещательных и связных передатчиках. При этом для повышения стабильности средней частоты используют систему автоматической подстройки частоты (АПЧ) по высокостабильному кварцевому эталону. Структурная схема такого передатчика выглядит так:

Рис 2.3 Структурная схема ЧМ передатчика с синтезатором частоты

где ДПКД – делитель частоты с переменным коэффициентом

Для построения нашего связного передатчика воспользуемся подобной схемой.

ВЫБОР АКТИВНОГО ЭЛЕМЕНТА

В мощных каскадах передатчиков из полупроводниковых приборов используют биполярные и полевые транзисторы. Отсутствие цепи накала у транзисторов обуславливает их немедленную готовность к работе, хотя не приводит к заметной экономии электроэнергии питания, так как затраты энергии в цепях накала современных мощных ламп составляют 4…5 % и меньше их номинальной мощности. Недостатки транзисторных передатчиков прежде всего связаны с высокой стоимостью мощных транзисторов из-за чрезвычайно сложной технологией их производства. Меньший (как правило) коэффициент усиления по мощности транзисторов (по сравнению с лампами) приводит к большему числу каскадов, т.е. к дополнительным затратам энергии и мощности, рассеиваемой внутри передатчика. Биполярные транзисторы применяют от самых низких частот до, ориентировочно 10 ГГц. Верхняя рабочая частота f_в в генераторных транзисторах, как правило, ограничивается его усилительными возможностями, нижняя же частота f_н для биполярных транзисторов – опасностью перегрева его структуры за время протекания одного импульса тока и развитием пробоя. Но к современной связной аппаратуре предъявляются жёсткие требования к уменьшению габаритов массы и повышению технологичности.

Но так как наш передатчик работает в диапазоне частот от 180 до 190 МГц, и имеет мощность на фидере 10 Вт то выбор остановим на биполярном транзисторе.

Коэффициент полезного действия каскада связан с величиной сопротивления насыщения транзистора r_нас . Чем меньше его величина, тем меньше остаточное сопротивление в граничном режиме и выше КПД генератора. Коэффициент усиления по мощности К_Р зависит от ряда параметров транзистора: коэффициента передачи тока базы - b₀, частоты единичного усиления f_т и величины индуктивности эмиттерного вывода L_Э. При прочих равных условиях К_Р будет тем больше, чем выше значение b₀, f_т и меньше L_Э.

Посчитаем мощность, которую должен развивать каскад с учетом потерь в схеме согласования:

Исходя из перечисленных выше условий и учитывая Р₁ выбираем транзистор КТ920В, его параметры приведены в ПРИЛОЖЕНИИ 1.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

1. Расчет коллекторной цепи

Расчёт будем вести при работе транзистора в граничном режиме, поскольку максимальный КПД достигается только в граничном режиме, а также учитывая, что транзистор будет работать в линейном режиме с углом отсечки q = 90° (поскольку при таком угле отсечки достигается наилучшее соотношение КПД и коэффициента усиления) а схема оконечного каскада передатчика будет строиться по однотактной схеме ГВВ.

Коэффициент использования напряжения питания:

,

Значения коэффициентов a_n и g_n посмотри в справочнике

, , , ;

Величину напряжения на коллекторе вычислим по формуле:

U_кгр= ξ_гр ×E_К = 0,957 × 17 = 16,262 В,

Проверим, не превышает ли напряжение на коллекторе предельно допустимого для данного транзистора:

U_{к макс}=E_К+ U_кгр = 17 + 16,262 = 33,262 В < 36 В (U_{кэ доп} = 36 В),

Рассчитаем амплитуду первой гармоники коллекторного тока:

,

Постоянная составляющая коллекторного тока находится из соотношения:

, (I_{к0 доп} = 3 А)

Максимальное значение коллекторного тока составляет:

, (I_{к мах доп} = 7 А)

Номинальное сопротивление коллекторной нагрузки:

Потребляемая мощность находится по формуле:

P₀ = E_К×I_к0 = 17 × 0,978 = 16,667 Вт,

Рассчитаем КПД:

,