Реферат: Однополосный связной передатчик

Федеральное агентство пообразованию

ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет — УПИ

Кафедра «Высокочастотных средств радиосвязи и телевидения»

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

«ОДНОПОЛОСНЫЙ СВЯЗНОЙ ПЕРЕДАТЧИК»


Екатеринбург 2007


Задание на разработку

Однополосный связной передатчик

— диапазон рабочих частот 3,0 – 30,0 МГц;

— мощность Р = 10,0 Вт;

— сопротивление фидера W = 50 Ом;

— подавление внеполосных излучений 50 дБ;

— питание от сети 220 В 50 Гц.


Выбор структурнойсхемы передатчика

В соответствии с техническим заданиемпроектируется связной передатчик с однополосной модуляцией.

Связные передатчики коротковолнового диапазона(f= 1,5-30,0 МГц) работают в режиме однополосной модуляции (ОМ). Однополосныйсигнал формируется фильтровым методом на относительно низкой частоте (500 кГц)и переносится с помощью преобразователей частоты в рабочий диапазон. Многократноепреобразование сигнала сопровождается появлением большого числа комбинационныхсоставляющих, которые при неудачном выборе частот преобразования могут попастьна вход усилителя мощности и создать помехи вне рабочего диапазона передатчика.

Структурнаясхема современного диапазонного передатчика с однополосной модуляцией должнастроиться так, чтобы снизить вероятность излучения паразитных колебаний исвести к минимуму число перестраиваемых цепей в промежуточных и оконечномкаскадах передатчика.

Рассмотрим вариант структурной схемы диапазонного передатчика сОМ, удовлетворяющего изложенным выше требованиям (рис. 1).

/>

Рис. 1. Структурная схема однополосногопередатчика

Звуковой сигнал с микрофона (М) усиливаетсяусилителем низкой частоты (1) и попадает на балансный модулятор БМ1 (2). Навторой вход БМ1 поступает напряжение с опорного генератора (3) с частотой f0. Частота этого генератора стабилизирована кварцем.Значение частоты f0определяется АЧХэлектромеханического фильтра (ЭМФ) и выбором рабочей боковой полосы (верхнейили нижней) и составила f0 = 500 кГц. Навыходе первого балансного модулятора получается двухполосный сигнал сослабленной несущей. Степень подавления несущей частоты на выходе передатчика (вантенне) определяется балансным модулятором и ЭМФ, а нежелательной боковойполосы — только параметрами ЭМФ. Последующие каскады не могут изменить степеньподавления этих составляющих однополосного сигнала.

С выхода ЭМФ однополосный сигнал поступает навторой балансный модулятор (5). На другом его входе — сигнал вспомогательнойчастоты f1. Частота f1 выбирается выше верхней рабочей частоты передатчика — fB.При таком выборе комбинационная частота на выходе БМ2 f1 + f0также будет вышеверхней частоты рабочего диапазона передатчика. Следовательно, колебаниявспомогательного генератора f1 и продуктыпреобразования первого порядка с частотами f1 + f0, если они попадутна вход усилителя мощности, не создадут помех в рабочем диапазонепроектируемого передатчика.

Относительная расстройка между комбинационнымичастотами на выходе БМ2, как правило, не велика, поэтому селекция нужнойкомбинационной частоты должна осуществляться пьезокерамическим фильтром (ПФ)или фильтром на поверхностных акустических волнах (7). Полоса пропускания этогофильтра должна быть не меньше полосы прозрачности ЭМФ.

Однополосный сигнал с выхода ПФ в балансноммодуляторе БМ3 (8) смешивается с частотой f2. Источником этих колебаний служит синтезатор сетки дискретныхчастот, генерирующий сетку в диапазоне f2H-f2B с заданным шагом. Частота f2 выбирается выше f1, то есть вышерабочего диапазона. Частоты рабочего диапазона от fН до fB получаются на выходе БМ3. Они равны разности частот f2 и промежуточной частоты на выходе полосового фильтра(7) f = f2 — f1 — f0.

Эти частоты выделяются фильтром нижних частот(10), частота среза которого равна верхней частоте рабочего диапазона fB.

Однополосный сигнал формируется на малом уровнемощности 1 — 5 мВт. До заданного уровня на выходе передатчика он доводитсялинейным усилителем мощности, число каскадов в котором определяется величинойсквозного коэффициента усиления: КР = Р1/РВХ,

где Р1 — мощность в коллекторнойцепи оконечного каскада передатчика,

РВХ — мощность однополосного сигналана выходе ФНЧ (10).

Цепи связи промежуточных каскадов делаютширокополосными, перекрывающими весь диапазон передатчика. Здесь не ставитсязадача фильтрации высших гармоник, решается только проблема согласованиявходного сопротивления следующего каскада с выходным предыдущего. Широкоеприменение находят трансформаторы на длинных линиях (ТДЛ) и цепи, обеспечивающиепостоянное входное сопротивление усилительного каскада.

К достоинствам передатчика, выполненного всоответствии со структурной схемой рис. 1, следует отнести следующее:

-минимальное число коммутируемых цепей.Изменяется только частота синтезатора и коммутируется фильтрующая цепь навыходе передатчика,

-малая вероятность возникновения внеполосныхизлучений как следствие особенностей выбора частот преобразования.

Выбор схемыоконечного каскада

В диапазоне частот до30...100 МГц применение двухтактной схемы обусловлено возможностью переводатранзисторов для работы с отсечкой тока коллектора в режиме класса В (θ =90 градусов) и тем самым повышения КПД при сохранении гармонического напряженияна выходе без включения фильтрующих LC-цепей.

Наиболее просто двухтактныегенераторы выполнить на комплементарных транзисторах (с разным типом n-p-n иp-n-p проводимости), поскольку отпадает необходимость установки фазовращателяна 180 градусов на входе и на выходе одного из транзисторов. В этом случаетранзисторы включаются параллельно по переменному току по входу и выходу.Однако из-за определенных технологических трудностей нельзя сделатьрадиочастотные p-n-p-кремниевые биполярные транзисторы с параметрами, близкимик параметрам n-p-n-транзисторов, в частности оказываются существенно разнымитемпературные зависимости их основных параметров. В связи с этим двухтактныегенераторы радиочастот строят на транзисторах одного типа проводимости.

Помимо получениянеобходимых фазовых сдвигов 180 градусов первостепенной проблемой в двухтактныхГВВ на радиочастотах является обеспечение короткозамкнутой нагрузки на частотахчетных гармоник. Это требование является решающим и определяющим построениедвухтактных ГВВ: на частотах приблизительно до 100 МГц их строят на обычных транзисторахи широкодиапазонных трансформаторах, а на частотах приблизительно от 100 до2000 МГц — на балансных транзисторах и LC-элементах в качестве ЦС.

/>

В коллекторной цепи трансформатор Т2симметрирует напряжения основной частоты на коллекторах транзисторов иобеспечивает замыкание четных гармоник коллекторных токов с возможно малымсопротивлением, а трансформаторы Т3 осуществляют переход к несимметричнойнагрузке. Питание подается через блокировочные дроссели Lбл. Посколькупостоянные составляющие коллекторных токов должны быть примерно одинаковыми, ачерез проводники Т2 они протекают в противоположных направлениях, то создаетсятолько незначительное дополнительное подмагничивание в магнитопроводе Т2.

Для подключения нагрузки к коллекторамтранзисторов используется трансфоматор-линия Т3 с волновым сопротивлением Z3 =Rн = Rэк/2 и продольным напряжением на ней Uпр = Uк и током Iл = Iн = Iк1.

Важно, чтобы результирующаяпроводимость линий Т2 и Т3 с учетом проводимости выходной емкости транзистораСк принимала максимальное значение на частотах 2fр, 4fр..., где fр находится наинтервале fв...fн. Если это не обеспечивается, напряжение на коллекторе счастотой этих гармоних резко возрастает, транзистор может перейти вперенапряженный режим, и, как следствие этого возрастают нелинейные искажениясигнала с переменной амплитудой на выходе генератора.

Входное сопротивление линии Т2 дляпротивофазных составляющих (первой и нечетных гармоник коллекторного тока)определяется сопротивлением разомкнутой линии и при малой ее длине носитемкостной характер. Его эквивалентная емкость Сэк = lэ/2с0*Zc2. Можно считать,что конденсатор Сэк подключается параллельно транзистору и его емкость вместе свыходной емкостью Ск шунтируют нагрузку. Поэтому должно обеспечиваться условие1/2fв(Ск+Сэк) > (10...20)Rэк. Практически, чтобыобеспечивались одновременно перечисленные требования, волновое сопротивлениелинии Т2 выбирается равным или близким к Rэк, а ее электрическая длина не более0,02

Входной трансформатор Т1 обеспечиваетпоследовательное и противофазное включение транзисторов по входу по высокойчастоте и одновременно осуществляет переход к несимметричной нагрузке дляпредыдущего каскада при коэффициенте трансформации 1:1. Между Т1 итранзисторами включается цепь коррекции, которая не только выравниваеткоэффициент усиления по мощности двухтактного генератора по диапазону, но иобеспечивает резистивное входное сопротивление Rвх. Поэтому волновоесопротивление линии Т1 выбирают равным Rвх, и при этом нет ограничений на еедлину. Вместо Т1 и Т3 можно применять трансформаторы на линиях с повышениемвходного и нагрузочного сопротивлений.

 Выбор активного прибора

Требованию по частоте удовлетворяютследующие транзисторы: 2Т912А, КТ927А, 2Т944А, 2Т950Б, 2Т951Б, 2Т955А,2Т956А,2Т957А, 2Т967А, 2Т980А. В принципе эти же транзисторы и удовлетворяютусловию по мощности, но большинство из них могут обеспечивать мощность внагрузке много больше требуемой. Это нежелательно. Оставим из этого ряда лишьте, которые наиболее близки к требуемой мощности. Таким образом, остаются2Т951Б и 2Т955А. Эти транзисторы очень близки по параметрам и можно было бывыбрать любой из них, но остановимся на 2Т955А так как у него немного большеграничная частота.

Расчетколлекторной цепи

Произведем расчет для одного плеча в граничномрежиме на половинную мощность. Выбор граничного режима объясняется тем, что вэтом режиме генератор отдает наибольшую полезную мощность при высоком КПД.

Мы получили коэффициент трансформации N =1.836. Поскольку проектируемый передатчик должен работать в широкой полосечастот, то трансформатор следует выбирать широкополсным. Этому условиюудовлетворяет трансформатор на длинных линиях. Но трансформаторов на длинныхлиниях с таким коэффициентом трансформации сопротивления не существует. Онимогут обеспечивать трансформацию только с некоторыми фиксированнымикоэффициентами 1/9, 1/4, 4/9, 1, 9/4, 4, 9. Потому из этого ряда и выбираетсякоэффициент трансформации N.

/>

 Расчет цепи коррекции АЧХ транзисторов

/>  

Расчеттрансформатора Т1

/>

/>

/>

При выборе фильтра остановимсяна ФНЧ Чебышева, поскольку он прост в реализации, так как содержит немногоэлементов, по сравнения с другими фильтрами, и прост в настройке.

При расчете фильтра будемпредъявлять следующие требования:

— необходимое минимальное затухание аф = 35 дБ,

— неравномерность АЧХ в полосе пропускания Δа= 0,019 дБ

— частота среза, зависящая от отдельногофильтра

Существует несколько способоврасчета фильтров с заданными требованиями. Одним из способов являетсяиспользование программ компьютерного моделирования, например MicroCap 7.0. Применим эту программу и получимследующие результаты:

1 фильтр.

С1 = 29.4 пФ; L1 = 47,5 мкГн; С2 = 61,0 пФ; L2 = 54,8 мкГн; С3 = 61,0 пФ; L3 = 47,5 мкГн; С4 = 29,4 пФ;

2 фильтр.

С1 = 18,6 пФ; L1 = 30,0 мкГн; С2 = 38,5 пФ; L2 = 34,6 мкГн; С3 = 38,5 пФ; L3 = 30,0 мкГн; С4 = 18,6 пФ;

3 фильтр.

С1 = 11,7 пФ; L1 = 18,9 мкГн; С2 = 24,3 пФ; L2 = 21,8 мкГн; С3 = 24,3 пФ; L3 = 18,9 мкГн; С4 = 11,7 пФ;

4 фильтр.

С1 = 7,4 пФ; L1 = 11,9мкГн; С2 = 15,3 пФ; L2 = 13,8 мкГн; С3 = 15,3 пФ; L3 = 11,9 мкГн; С4 = 7,4 пФ;

5 фильтр.

С1 = 4,7 пФ; L1 = 7,5 мкГн; С2 = 9,7 пФ; L2 = 8,7 мкГн; С3 = 9,7 пФ; L3 = 7,5 мкГн; С4 = 4,7 пФ;


/>

Трансформатор:

Напряжение на вторичной обмотке трансформатора:33,32 В

Ток во вторичной обмотке трансформатора: 0,33 А

Мощность вторичной обмотки трансформатора:11,00 Вт

Диоды:

Допустимое обратное постоянное напряжение надиодах: 47,12 В

Допустимый прямой ток на диодах: 0,47 А

Рекомендуемый тип диодов:

КЦ205А                                                            

U пр. 1- прямое падение напряжение (В)

U обр. 500- максимальное обратное напряжение(В)

I пр. 0,5- средний прямой ток через диод (А)

Конденсатор:

Емкость конденсатора фильтра: не менее 150,00мкФ

Рабочее напряжение конденсатора: не менее 47,12В

Вариант используемого конденсатора: 220 мкФ х50 В

Расчет производился при помощи программы Rectifier 1.0,

Рассчитаем блокировочные индуктивности Lбл, Сбл. Будемисходить из назначения этих элементов. Индуктивности предназначены для того,чтобы высокочастотный ток коллектора не попал в цепь питания, поэтомусопротивление этих индуктивностей должно быть много больше сопротивлениянагрузки для каждого плеча, т.е. />

Пусть />,тогда />мкГн

Блокировочные емкости предназначены чтобыпостоянный ток питания не проходил в нагрузку каскада. Для высокочастотноготока сопротивление емкостей должно быть много меньше сопротивления нагрузки,т.е. />

Пусть />, тогда />нФ

Конструктивный расчет элементов

1. Расчет дросселей. При расчете дросселейследует отталкиваться от индуктивности и тока протекающего через него.

1) Блокировочные дроссели в цепи питания. Черезблокировочные дроссели в цепи питания протекают токи Iко = 0,317А. Ихиндуктивность, полученная расчетным путем, должна быть не менее 60 мкГн. Такимтребованиям удовлетворяет ДM-0.6-60 c диаметром D = 4,4 мм, длиною с выводами L = 80 мм и длиною безвыводов l = 21,5 мм. Число витков 270.

2) Дроссели в цепи коррекции АЧХ. Посколькутоки через эти дроссели протекают очень маленькие, то подбор дросселей будемосуществлять исходя только лишь из индуктивностей. Подойдет провод с самыммалым диаметром.

По расчетам Lдоп = 34,4 нГн, чемусоответствует дроссель с диаметром катушки 3 мм, длиной 11 мм и количествомвитков 7.

По расчетам Lпар = 89,6 нГн, чемусоответствует дроссель с диаметром катушки 3 мм, длиной 11 мм и количествомвитков 11.

3) Индуктивности в выходной фильтрующейсистеме. Токи через эти дроссели вычислить достаточно сложно. Для этого надознать, как перераспределяются токи и напряжения на всех элементах фильтра. Приэтом на входе фильтра присутствуют кроме полезного сигнала еще и высшиегармоники, и, возможно, еще какие-либо шумы. Можно поступить следующим образом.Токи, протекающие через все индуктивности как минимум равны току на нагрузке.Причем ток в нагрузке (ток первой гармоники) составляет основную составляющуювсех токов на входе фильтров потому как на выходе усилительного каскада самоймощной является первая гармоника и тем более что четные гармоники замыкаются натрансформаторе Т2. Ток, протекающий на первой индуктивности фильтра, большетоков на всех последующих индуктивностей, так как при его прохождении черезочередную LC-цепь какая-то его часть постепенно отфильтровывается.Поэтому примем за ток, проходящий через первую индуктивность ток нагрузки плюскакой-то небольшой ток, приходящийся на высшие гармоники и шумы.

Если у нас ток нагрузки Iн = 0,748 А,то примем входной ток в фильтре Iф = 1..1.5 А. Примем это значение тока для всехиндуктивностей фильтра. Это грубой ошибкой не будет, поскольку реальный ток вних меньше, а нам важно лишь, чтобы он был не больше этой величины.

Для индуктивностей L1 и L3 нужнакатушка диаметром 3,8 мм, длиной 11 мм и числом витков 205. Для индуктивности L2 нужна катушкадиаметром 3,8 мм, длиной 11 мм и числом витков 220.

2. Расчет (выбор) резисторов. Резисторыдля схемы выбираются согласно установленным стандартным номиналамсопротивлений. Используя ряд номинальных сопротивлений Е24, выбираем следующиезначения:

R1 = R2 = 9,1 Ом; R3 = R4 = 8,2 Ом; R5 = R6 = 470 Ом; R7 = R8 =100 Ом

Были выбраны следующие типы резисторов:

R1– МЛТ-0,125-9,1 Ом -10%

R2– МЛТ-0,125-9,1 Ом -10%

R3– МЛТ-0,125-8,2 Ом -10%

R4– МЛТ-0,125-8,2 Ом -10%

R5– МЛТ-1-470 Ом -10%

R6– МЛТ-1-470 Ом -10%

R7– МЛТ-0,125-100 Ом -10%

R8– МЛТ-0,125-100 Ом -10%

3. Расчет (выбор) конденсаторов.

1) Емкости в фильтрующей системе. Используемстеклокерамические конденсаторы типа К22У-1. Из ряда номинальных значений (ГОСТ2519-67) выберем наиболее близкие к рассчитанным. Таким образом, С1 = С4 = 30 пФ±5% из ряда Е24, С2 = С3 = 62 пФ ±5% из ряда Е24. Для настройки фильтровнеобходимы переменные конденсаторы. Можно использовать воздушные переменныеконденсаторы.

2) Емкости в корректирующей цепи. Используемстеклокерамические конденсаторы типа К22У-1. Из ряда номинальных значений (ГОСТ2519-67) выберем наиболее близкие к рассчитанным. Таким образом, Спар = 240 пФ±5% из ряда Е24, Сбл = 4,3 мкФ ±5% из ряда Е24.

3) Емкости в цепи питания. Для блокировочныхемкостей используем стеклокерамические конденсаторы типа К22У-1. Из ряданоминальных значений (ГОСТ 2519-67) выберем наиболее близкие к рассчитанным. Такимобразом, Сбл = 18 нФ ±5% из ряда Е24.


Список использованной литературы

1. Проектированиерадиопередатчиков. Учебное пособие для вузов/ В.В. Шахгильдян, М.С. Шумилин идр. Под ред. В.В. Шахгильдяна. М.: Радио и связь. 2000.

2. Проектированиерадиопередающих устройств. Под ред. Шахгильдяна В.В. 1993 г.

3. Ханзел Г. Справочник порасчету фильтров. – М.: Сов. радио, 1974 г.

4. Шумилин М.С., КозыревВ.А. и др. Проектирование транзисторных каскадов передатчиков. 1987 г.

5. Радиопередающиеустройства: Метод. указания по курсовому проектированию / Л.И. Булатов; Б.В.Гусев; Ф.В. Харитонов. Екатеринбург: УПИ, 1992, 28 с.

еще рефераты
Еще работы по коммуникациям и связям