Схемотехника основных блоков радиопередающего устройства

Содержание

	

	Реферат

	1.  Разработка структурной схемы передатчика

	2.  Общие сведения об автогенераторах

	2.1. Расчет задающего автогенератора

	3.  Расчет умножителя частоты

	4. Расчет усилителя мощности 

	Приложение 1

	Приложение 2

	Приложение 3

	Заключение

	Список литературы

	
Реферат

	

	Целью данной работы является ознакомление со схемотехникой основных блоков радиопередающего устройства, с принципами их работы и методиками их расчета. В качестве изучаемого устройства взят передатчик радиолокационного маяка. Хотя схемы радиолокационных маяков постоянно совершенствуются, состав и расчёты основных блоков в них практически не изменился, изменилась только элементная база и новые схемотехнические решения построения этих блоков. Диапазон частот радиомаяков различен, существуют системы, использующие частоты, на которых работают штатные радиолокационные станции слежения и сопровождения. В данной работе мы рассмотрим структуру спасательного радиомаяка.

	
1. Разработка структурной схемы радиомаяка.

	

	Передатчик радиомаяка излучает в пространство модулированные колебания с частотой 210МГц и мощностью28Вт. В передатчике осуществляется генерация заданной частоты и усиление.

	Передатчик содержит следующие крупные  узлы:

	 - кварцевый автогенератор с частотой кварца fкв

	 - умножитель частоты с коэффициентом умножения равным 3

	 - тракт усиления мощности рабочей частоты, осуществляющей   

	    получение заданной мощности передатчика.

	Задающий кварцевый генератор построен по схеме емкостной трехточки. Кварцевый резонатор включен между коллектором и базой коллектора.

	Такая схема имеет ряд преимуществ:

	1. обеспечивается высокая стабильность частоты

	2. генератор имеет меньшую склонность к паразитной генерации на

	                 частоте выше рабочей

	3. схема построена без катушек индуктивности

	4. частоту генератора можно менять в широком диапазоне путем смены 

	                только кварцевого резонатора

								Умножители частоты применяются в радиопередатчиках главным образом для переноса спектра стабилизированных кварцем низкочастотных колебаний в более высокий частотный диапазон. Кроме того, умножители частоты используются для углубления частотной и фазовой модуляции. Как правило, частота умножается в целое число раз (n), называемое кратностью умножения. В качестве нелинейного элемента используется варактор.

								В передатчике использован импульсный модулятор.

								Назначение тракта усиления состоит в повышении мощности колебания полученного от задающего генератора.

								

G





f



    nf

Импульсный

модулятор

Тракт усиления мощности

	

	Рис.1.1 Структурная схема радиомаяка

	

	
2. Общие сведения об автогенераторах

	

	Автогенератор- это источник электромагнитных колебаний, колебания в котором 

	возбуждаются самопроизвольно без внешнего воздействия. Поэтому автогенераторы, в отличие от генераторов с внешним возбуждением (усилители мощности), часто называют генераторами с самовозбуждением.

	В радиопередатчиках автогенераторы применяются в основном в качестве каскадов, задающих несущую частоту колебаний. Такие генераторы входят в состав возбудителя передатчика и называются задающими. Главное требование, предъявляемое к ним, - высокая стабильность частоты

	

	Автогенератор.

	Схема структурная.

	

	

	

	

	

	Рис.2.1

	

Сбл1

R1

R2

Rбл

ZQ1

Сбл2

Rсм

С1

Скор

Rкор

С2

Ссв

Rн

VT

	Рис.2.2 Принципиальная схема задающего генератора 

		        

		2.1 Расчет задающего генератора 

		

		В качестве задающего генератора используем транзисторный АГ с кварцевой стабилизацией частоты (рис.1.2), работающий на частоте  МГц.

		

		2.2 Выбираем транзистор малой мощности КТ324А с граничной частотой =800 МГц.

		

		 Его паспортные данные сведены в Табл.1.1

		

		Табл.1.1

							,МГц

							,пФ

							,пФ

							,В

							В

							,А

							,пс

							А/В

							

							Вт

							800

							2.5

							2.5

							0.7

							10

							0.02

							180

							0.01

							20

							0.015

		

				
 Вычисляем граничные частоты, используя формулы:

							                                   = 40 МГц

							                                  = 840 МГц

							

							2.4  Расчет цепей коррекции.   

							

							            Вычисляем граничную частоту:

							                                   = 40 МГц

							            Находим время жизни неосновных носителей в эмиттере:

							                                   = 2.16*с 

							            Определяем активную часть коллекторной емкости  

							                                  = 1.25 пФ                					     	

							            Определяем  пользуясь формулой:

							                                = 39 Ом

							где                               Ом

							Сопротивление, учитывающее сопротивление закрытого перехода:

							                               = 80 Ом

							            Находим емкость коррекции:

							                              = 4.9 пФ

							            согласно ряду выбираем пФ

							           Определяем общее сопротивление коррекции:

								                                = 26 Ом

								        согласно ряду выбираем  = 25 Ом

								Так как выполняется условие Rкор  < Rз , то корректирующая цепь

								 эффективна.

							             Крутизна с учетом коррекции равна:

								                                 = 0.038 А/В

							

								        2.5 Расчет электрического режима

								       

								            Находим максимальное значение импульса тока коллектора:

								                                = 0.016 А

								             Постоянное напряжение на коллекторе определяем по формуле:

								                               = 3 В

								             Выбираем угол отсечки равным =60, находим значения 

								             коэффициентов   Берга 

								                                  , ,

								 определяем

								                                 . 

								   Значение коэффициента обратной связи выбираем 

								                                 .

								             Расчет основных параметров генератора

							             Амплитуда первой гармоники тока коллектора:

							                          = 0.0063 А

							            Амплитуда постоянной составляющей тока коллектора:

							                          = 0.0035 А

							            Амплитуда первой гармоники напряжения базы:

							                          = 0,8 В

							            Амплитуда первой гармоники напряжение коллектора:

							                         = 0,8 В

							   Эквивалентное сопротивление контура:

							                         127 Ом

							   Мощность первой гармоники:

							                         = 0,0025 Вт

							             Потребляемая мощность:

							                         = 0.01 Вт

							             Мощность рассеяния:

							                        0.008 Вт

							             Проверяем условие 

							 видно, что условие выполняется (0.008<0.015).

							    Вычисляем коэффициент полезного действия (КПД):

							                         = 0.24%

							    Напряжение смещения:

							                        0.2 В 

							    Проверяем условие:

							                                  

							                               0.2-0,8 < 4В

							      Находим напряженность режима по формуле:

							                            = 0.27  

							                            = 0.57

							

							2.6 Расчет резонатора

							

							 Выбираем индуктивность с = 0,125 мкГн и с = 125

							 Находим характеристическое сопротивление контура

							            55 Ом  

							 Суммарная емкость контура  равна:

							                                 = 41 пФ 

							      Резонансное сопротивление контура определяем по формуле:

							                                  = 6,9 кОм

							               Находим коэффициент включения контура

							                                  = 0.136

							      Определяем эквивалентную емкость контура

							                                    = 300 пФ

							      Емкость   определяется из формулы:

							                                   = 300 пФ

							 принимаем =300пФ в соответствии со стандартным рядом емкостей и 

							           в дальнейших расчетах используем именно это значение.

							

							2.7 Расчет емкостей  и .

							

							      Принимаем 

							                                    = 380 Ом

							      Добротность последовательной цепочки 

							                                    = 2.31

							      Определяем емкость связи:

							                                    = 16 пФ

							 принимаем =16 пФ в соответствии со стандартным рядом емкостей

							Емкость, пересчитанную параллельно емкости  определяем по

							            формуле:

							                                     = 13 пФ

							     Определяем емкость 

							                                    =  290 пФ

							 принимаем =290 пФ в соответствии со стандартным рядом емкостей

							  

							2.8 Расчет  цепи смещения

							

							  Напряжение на базе

							                                  = 2.66 В

							

							 Внутреннее сопротивление источника:

							                                  = 2.2 кОм

							      Находим сопротивления 

							                                = 330 Ом

							  принимаем=185 Ом в соответствии со стандартным рядом 

							  сопротивлений

							                                 = 4.3 кОм  

							 в соответствии с рядом выбираем =4.3 кОм

							=4.4 кОм

							 в соответствии с рядом выбираем=4.4 кОм

							 Определяем номиналы блокировочных конденсаторов:

							                                = 68.9пФ 

							 в соответствии со стандартным рядом емкостей принимаем =70 пФ

							                                = 0.022 мкФ

							       в соответствии со стандартным рядом емкостей принимаем =0.022 мкФ

							

							
2.9  Расчет цепи питания.

							

							 Находим значение сопротивления :

							                                 = 640 Ом 

							 в соответствии со стандартным рядом  выбираем =640Ом

							      Напряжение питания:

							                                = 5,24 В

							

							

							

							
3.Умножители частоты

								

								Умножители частоты применяются в радиопередатчиках главным образом для переноса спектра стабилизированных кварцем низкочастотных колебаний в более высокий частотный диапазон. Кроме того, умножители частоты используются для углубления частотной и фазовой модуляции. Как правило, частота умножается в целое число раз (n), называемое кратностью умножения. 

								Поскольку умножение частоты - существенно нелинейный процесс, в состав умножителя включают нелинейный элемент (НЭ). Структурная схема умножителя частоты представлена на рис.2.1

								

								Умножитель частоты.

								Схема структурная.

								Рис.3.1

								                           



    Lбл          Rcм                       Сбл



       L1         С1                       VD     L2                   C2

+Eп

								Рис.3.2 Принципиальная электрическая схема рассчитываемого

								умножителя частоты.

								
3.1 Расчёт некоторых параметров варактора:

								

								Электронный КПД умножителя с кратностью 3: =0.8

								Мощность рассеяния Вт

								

								3.2 Расчёт режима работы варактора

								

								 Находим барьерную емкость варактора по формуле:

								                                   = 0.768 пФ

								где - напряжение, при котором измерена и указана справочнике

								              барьерная  емкость . 

								Для варактора 2А602А она составляет =6.7 пФ при = 6 В.

								    Допустимое напряжение 

								                                   =60 В.

								-контактная разность потенциалов (=0.5..0.7 В).

								

							Угол отсечки выбирают исходя из соотношения:

								                                  =60

							Определяем нормированный коэффициент ряда Фурье:

								                                  = 0.01

							 Находим сопротивление варактора третьей гармонике:

								                                 = 112 Ом

								 значение М выбираем равным     М=1.

							 Находим эквивалентное сопротивление потерь варактора, усредненное 

							  по 3-ей гармонике:

								                                    = 3,2 Ом

								 где выбираем равным =0.5; 

								 =1.6 Ом – сопротивление потерь внутри кристалла 

								     Реальная часть полного сопротивления варактора на третьей гармонике 

								     равна:

								                                   = 109 Ом

							     Амплитуду 3-ей гармоники тока определяем по формуле:

								                                   = 0.006 А

							Находим произведение на амплитуду n-ой гармоники заряда:

								                                  = 1.36* Кл

							Определяем амплитуду 1-ой гармоники заряда:

								                                  7.76* Кл

							Определяем максимальное напряжение на варикапе:

								                                   = 3.88 В

							Находим амплитуду 1-ой гармоники тока:

								                                    = 0.003 А

							     Сопротивление варактора первой гармонике тока:

								                                   = 196 Ом

							 Определяем эквивалентное сопротивление потерь по 1-ой гармонике:

								                                   = 2.0336 Ом

								  где:

								 

							 Реальная часть полного сопротивления по первой гармонике равна:

								                                   = 198,0336 Ом

							Мощность на первой гармонике:

								0.0089 Вт

							= 0.00097 Вт

								

								где =100нс–среднее время жизни носителей заряда в базе диода

								(справочные данные).

							     Определяем коэффициент полезного действия:

								=0.76977 %

								    

								

								3.3 Расчет элементов схемы, задающих режим работы варактора

								

								       = 30,5 кОм

								  согласно ряду  =31 кОм

								  где

								

								 Рассчитаем емкость блокировочного конденсатора:

								Пусть = 0,1Ом, тогда пФ

								Для расчета дросселя выбираем   = 10кОм, тогда 

								

								3.4 Входной контур для частоты f = 70МГц

								

								Выбираем индуктивность =0,125мкГн, тогда=41пФ

								
 3.5 Выходной контур для частоты f = 210Мгц  = 0,05мкГн

								

								                                           =12пФ

	

	
4. Расчёт усилителя мощности на биполярном транзисторе

	

	Требуется рассчитать режим работы транзистора в схеме с ОЭ с мощностью первой гармоники 25 Вт на частоте  210 МГц

	

	4.1 Выберем транзистор КТ930А. Его параметры:

	

	900Мгц, 75Вт, 1А/В, 8пс, 60пФ, 800пФ,

	6А, 50В, 4В, В=20, 0.24нГн, 1.42нГн,

	1.6нГн 90є, 0.5,  0.318

	            1.5В, 25В.

	

	4.2 Расчет режима работы транзистора:

	

	Находим напряженность режима:

	0.76

	           Находим амплитуду первой гармоники напряжения коллектора:

	19В

	           Находим амплитуду первой гармоники коллекторного тока:

	3А

	           Находим постоянную составляющую коллекторного тока:

	1.9А

	           Определим полезную мощность:

	 28.5Вт

	           Определим потребляемую мощность:

	47.5 Вт

	           Определим мощность рассеивания:

	19Вт

	            Выполним проверку условия :

	           19Вт < 75Вт, следовательно транзистор работает нормально

	            Вычислим КПД:

	                                                    60%

	           Определим амплитуду гармонического управляющего заряда:

	2.857·10-9Кл

	     Рассчитаем минимальное мгновенное значение напряжения на эмиттерном переходе:

	 -2.1В

	            Выполним проверку условия :

	|-2.1В |< 4В

	           Вычислим амплитуду постоянной составляющей напряжения на 

	           эмиттерном переходе:

	                             0.355В

	           Рассчитаем  коллекторное сопротивление:

	6.3Ом

	

	Рассчитаем амплитуду первой гармоники суммарного тока базы:

	0.4А

	            Рассчитаем корректирующий резистор:

	                                                       2.21Ом

	           Рассчитаем часть входной мощности потребляемой в :

	1.18Вт

	           Рассчитаем входное сопротивление:

	0,635Ом

	           Рассчитаем часть мощности обусловленной прохождением мощности

	            в нагрузку через :

	0.051Вт

	           Определим полную входную мощность:

	1.231Вт

	           Определим коэффициент усиления:

	23.19

	            Определим входную индуктивность:

	1,64нГн

	            Рассчитаем входную ёмкость:

	1709пФ

	1.105Ом

	

	4.3 Расчет элементов принципиальной схемы усилителя мощности

	

 С3

 VT

 R1

 R2

 С1

 С2

 L2

 С4

 С6

 С5

 L3

 Eп

 Вход

 Выход

 L1

	Рис.4.1 Принципиальная схема усилителя мощности

	
, ; 0.05мкФ

	0,08мкГн; где 0,63

	0,2В, где  2,21Ом; 0,0095А

	24,8В

	37Ом

	40Ом

	Рассчитаем выходную согласующую цепь:

	18Ом, где 50Ом

	С4=С6==4,2пФ

	L3=0.14мкГн

	Входная согласующая цепь:

	35пФ, где , Q = 3; 65Ом

	; , где 6,5Ом, отсюда

	L1 = 2мкГн

								

								

	
Приложение 1.Спецификация к принципиальной схеме задающего генератора

	Поз.

	обозначение

	Наименование

	Кол – во

	Примечание

	

	

	С1

	С2

	Сбл1

	Сбл2

	Скор

	Ссв

	

	

	R1

	R2

	Rбл

	Rкор

	Rcм

	

	

	ZQ1

	

	

	VT

	Конденсаторы ГОСТ

	17597

	КТ – Н70 – 300пФ±10%

	КТ – Н70 – 290пФ±10%

	КТ – Н70 – 70пФ±10%

	КТ – Н70 – 0,022мкФ±10%

	КТ – Н70 – 5пФ±10%

	КТ – Н70 – 15пФ±10%

	

	Резисторы ГОСТ 9664 – 74

	МЛТ – 0,5 – 4,3кОм±10%

	МЛТ – 0,5 – 4,4кОм±10%

	МЛТ – 0,5 –640Ом±10%

	МЛТ – 0,5 – 40Ом±10%

	МЛТ – 0,5 – 330Ом±10%

	

	Кварцевый резонатор

	70МГц

	

	Транзистор

	КТ324

	

	

	

	1

	1

	1

	1

	1

	1

	

	

	1

	1

	1

	1

	1

	

	

	1

	

	

	1

	

	

	

	
Приложение 2 Спецификация к принципиальной схеме умножителя частоты.

	Поз.

	обозначение

	Наименование

	Кол – во

	Примечание

	

	

	С1

	С2

	Cбл

	

	

	Rсм

	

	

	L1

	L2

	Lбл

	

	

	VD

	Конденсаторы ГОСТ

	17597

	КТ – Н70 – 2пФ±10%

	КТ – Н70 – 12пФ±10%

	КТ – Н70 –230пФ±10%

	

	Резисторы ГОСТ 9664 – 74

	МЛТ – 0,5 – 31кОм±10%

	

	Катушки индуктивности

	0,125мкГн

	0,05мкГн

	22мкГн

	

	Варактор

	2А602А

	

	

	1

	1

	1

	

	

	1

	

	

	1

	1

	1

	

	

	1

	

	

	
Приложение 3. Спецификация к принципиальной схеме усилителя мощности.

	Поз.

	обозначение

	Наименование

	Кол – во

	Примечание

	

	

	С1

	С3

	С5

	С4

	С6

	С2

	

	

	R1

	R2

	

	

	L1

	L2

	L3

	

	VT

	Конденсаторы ГОСТ

	17597

	КТ – Н70 – 0,05мкФ±10%

	КТ – Н70 – 0,05мкФ±10%

	КТ – Н70 – 0,05мкФ±10%

	КТ – Н70 – 5пФ±10%

	КТ – Н70 – 5пФ±10%

	КТ – Н70 – 35пФ±10%

	

	Резисторы ГОСТ 9664 – 74

	МЛТ – 0,5 – 40Ом±10%

	МЛТ – 0,5 – 40Ом±10%

	

	Катушки индуктивности

	2мкГн

	0,08мкГн

	0.15мкГн

	Транзистор

	КТ930А

	

	

	

	1

	1

	1

	1

	1

	1

	

	

	1

	1

	

	

	1

	1

	1

	

	1

	

	

							
Заключение

							

							В данной работе разработана структурная схема радиомаяка, работающего на частоте 210МГц и выходной мощностью 28Вт. Рассчитаны задающий автогенератор с кварцевой стабилизацией частоты на биполярном транзисторе КТ324, рассчитан умножитель частоты с коэффициентом умножения 3 на варакторе 2А602А, также рассчитан усилитель мощности на биполярном транзисторе КТ930А.

							

							

							
Список литературы

							

							1. Б.Е. Петров, В.А. Романюк Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах. -М.: Высшая школа,1989.

							2. В.В. Шахгильдян, В.А. Власов, Козырев В.Б. Проектирование радиопередающих устройств. -  М.: Радио и связь,1993.

							3. Курс лекций по предмету «Устройства формирования сигналов» Преподаватель Тертышник В.В.    Саратов:СГТУ  

								





1