ВОЕННО-ИНЖЕНЕРНЫЙ ИНСТИТУТ
РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ И СВЯЗИ
Кафедра общепрофессиональных дисциплин
КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
по курсу «Формирование и передача сигналов»
на тему «Проектирование радиопередающего устройства»
Выполнил:
курсант
факультета
Принял:
Алматы, 2003 г.
Содержание:
с.
I. Пояснительная записка………………………………………………….. 3
1. Введение……………………………………………………………….. 3
2. Расчет структурной схемы……………………………………………. 4
3. Расчет лампового устройства…………………………………………. 8
4. Расчет транзисторного генератора 2Т956А………………………….. 10
5. Расчет транзисторного генератора КТ903А…………………………. 12
6. Расчет трансформаторного моста…………………………………….. 14
7. Расчет цепи питания…………………………………………………... 16
8. Расчет согласующей LC – цепи………………………………………. 18
9. Расчет цепи коррекции АЧХ………………………………………….. 21
10. Расчет выходной колебательной цепи……………………………….. 23
11. Расчет антенно-согласующего устройства…………………………... 27
12. Расчет токов и напряжений в режиме несущей……………………... 31
13. Расчет синтезатора частоты…………………………………………... 32
14. Расчет автогенератора с кварцем……………………………………... 33
15. Расчет надежности РПУ………………………………………………. 37
16. Описание схемы работы РПУ………………………………………… 38
17. Описание конструкции РПУ………………………………………….. 39
18. Заключение…………………………………………………………….. 40
II. Графическая часть…………………………………………………………41
Введение
Данное курсовое проектирование представляет собой расчет радиопередающего устройства со следующими основными параметрами:
Диапазон частот 2 10– 240 МГц
Мощность в антенне 1 кВт
Режим АМ m=0,9
Нестабильность частоты 4,2×10-6
Входное сопротивление антенны 200 Ом
Шаг сетки частот 30 к Гц
Проект разрабатывается на основе методики расчета радиопередающих устройств «Радиопередающие устройства» (г.Алматы 1998 г.).
В радиотехнической системе данное устройство представляет собой элемент, осуществляющий передачу электромагнитных колебаний (сообщения) в заданном диапазоне и модуляции.
Расчет структурной схемы
Задача составления структурной схемы состоит в том, чтобы определить рациональное число каскадов радиочастоты между возбудителем (АГ) и выходом передатчика, обеспечивающее выполнение заданных технических требований к передатчику. К основным требованиям относятся максимальная выходная мощность (при АМ и ОПМ в пике огибающей радиочастоты) , диапазон рабочих частот, виды модуляции.
В маломощных передатчиках (менее 100 Вт) колебания возбудителя последовательно усиливается несколькими каскадами усиления до заданной выходной мощности:
В мощных оконечных транзисторных каскадах приходится объединять для совместной работы много транзисторов с помощью схем сложения мощностей нескольких одинаковых каскадов (модулей).
Построение передатчика по этому методу несколько повышает его надежность, так как выход из строя одного модуля приводит только к некоторому уменьшению мощности, но не полной потери работоспособности передатчика.
Потери в выходной колебательной системе (ВКС) передатчика, в качестве которой может быть антенное согласующее устройство (АСУ), в первом приближении учитывается, взяв примерное значение КПД ВКС из таблицы.
Mеньшее КПД относится к ВКС, состоящих из одного, двух контуров, большие из трех, четырех.
Если используется АСУ, и выходные каскады передатчика
являются широкополосными, то между ними и АСУ включается полосовые фильтры, КПД
которых принимаются равными 
.
При построении каскадов усиления на основе широкополосных трансформаторов, а
также в случае применения широкополосных схем разделения и сложения мощностей,
следует учитывать КПД трансформаторов 
.
Tаким
образом, необходимая (номинальная) мощность 
выходного каскада
должна быть больше заданной выходной мощности 
в антенне.
Найдем максимальную мощность, которую будет
генерировать выходной каскад, с учетом АСУ и полосового фильтра (ПФ), а также
учитывать, что коэффициент АМ 
.
Заданная выходная мощность в антенне 
.
Диапазон частот 210 – 240 МГц.
Найдем максимальную мощность, выдаваемую антенной
Далее, необходимо найти максимальную выходную колебательную мощность, выходного усилительного каскада, с учетом КПД АСУ и ПФ
Это и есть наша номинальная мощность, опираясь на которую мы выбираем лампу.
Выходной каскад мы будем строить таким образом, чтобы
удовлетворять условия. Для реализации такой небольшой мощности мы применим
схему однотактного включения лампового ГВВ. Отсюда следует, что мы выбрали
лампу с учетом мощности 
и
данного диапазона частоты. Это ГУ-36Б генераторный триод.
Для определения коэффициента усиления, необходимо
воспользоваться таблицей 1.18. Из таблицы 1.18 с учетом того, что крутизна
характеристики 
,
определяем, что 
. С учетом
этого коэффициента, находим входную мощность в выходной каскад. Причем эта
мощность вход лампы.
Здесь же мы задаемся условием, что в выходном каскаде мы будем реализовывать АМ. Отсюда следует, что мощность на входе каскада мы будем учитывать без коэффициента модуляции, т.е. в режиме несущей:
В результате мы получим мощность, опираясь на которую
мы должны выбирать тип предвыходного транзисторного каскада. В данном каскаде применим
схему сложения и вычитания мощности. КПД трансформатора примем равным 
. Далее находим
мощность номинальную, опираясь на которую мы будем выбирать тип транзистора.
Мощность на выходе схемы сложения 
. Отсюда выходит,
что на выходе 1-го транзистора будет с учетом КПД трансформатора 
.
По таблице 1.4 выбираем транзистор 2Т930А со следующими параметрами: ¦¢=400МГц, Р¢=40 Вт, Кр¢=6 – 10, Ек¢=28 В.
Определим коэффициент усиления
Находим входную мощность в данном транзисторе
.
Далее находим мощность, входящую вычитывающий трансформатор
С учетом полученного значения выбираем однотактный каскад на транзисторе 2Т934А: ¦¢=400 МГц, Р¢=3 Вт, Кр¢=6-15, Ек¢=28 В.
Исходные данные: ¦=25 МГц, Р=1,6 Вт, Ек=12 В.
Мощность на входе:
Выбираем транзистор следующего однотактного каскада: 2Т934Б, тот же транзистор, который в предыдущем каскаде. 2Т934б: ¦¢=400 МГц, Р¢=12 Вт, Кр¢=4-7, Ек¢=28 В.
Исходные данные: ¦=250 МГц, Р=1.72 Вт, Ек=28 В.
В результате мы получим передатчик с мощностью
возбудителя 
.
Структурная схема РПУ
Расчет лампового усилителя
1. В соответствии с работой в заданном диапазоне и обеспечении необходимого по структурной схеме коэффициента усиления для выходного каскада выбираем лампу типа ГУ-73Б (генераторный триод).
2. Схема каскада однотактная с общим катодом.
3. Угол отсечки принимаем равным q=90°.
4. Критическое значение коэффициента использования анодного напряжения для схемы с общим катодом:
5. Вычислим напряжение на нагрузке
Проверим выполнение неравенства:
6. Определяем значение тока первой гармоники анода:
По Iа1 и выбранном q определим высоту импульсов тока Iамах и постоянную составляющую тока Iа0:
7. Рассчитаем потребляемую мощность Р0, мощность рассеиваемую анодом Ррас и электронный КПД:
8. Для реализации расчетного КР необходимо следующее сопротивление нагрузки выходной цепи АЭ:
Расчет входной цепи для ламповых генераторов
1. Определим напряжение необходимое для возбуждения УМ:
Определим напряжение смещения:
2. Применяя аппроксимацию, определяем угол отсечки входного тока
; 
Определим амплитуду первой гармоники Iвх1 и постоянную составляющую Iвх0 входного тока:
3. Определим мощности, отдаваемые источником возбуждения Рвх1 и источником смещения Рс0 и рассеиваемую на входе лампы мощность Рвхрас:
4. Находим коэффициент усиления по мощности:
5. Определим среднее входное сопротивление лампы по первой гармонике:
Расчет транзисторного генератора (2Т930А)
Коллекторная цепь
1. На структурной схеме мы выбрали транзисторы, но при расчете они не смогли обеспечить хороший коэффициент усиления по мощности. Питание принимаем равным Ек=27В.
2. Выбираем угол отсечки коллекторного тока q=90°.
3. Находим амплитуду первой гармоники напряжения на коллекторе в граничном режиме:
4. Максимальное значение напряжения на коллекторе:
; 
Необходимое условие 
выполняется.
5. Амплитуда первой гармоники коллекторного тока
6. Максимальная величина коллекторного тока
; 
Необходимое условие 
выполняется.
7. Постоянная составляющая коллекторного тока
; 
Необходимое условие 
выполняется.
8. Мощность, потребляемая от источника коллекторного питания
9. КПД коллекторной цепи
10. Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора
11. Допустимая мощность рассеивания на коллекторе транзистора:
Необходимое условие 
выполняется.
12. Сопротивление коллекторной нагрузки
Расчет базовой цепи
1. Амплитуда тока возбуждающего генератора
2. Дополнительное сопротивление между выводами базы и эмиттера транзистора
3. Напряжение внешнего источника смещения принимаем равным Е=0 В.
4. Резистивная и реактивная составляющие входного сопротивления транзистора
5. Входная мощность
6. Коэффициент усиления по мощности
Расчет транзисторного генератора (2Т934А)
Коллекторная цепь
1. Исходя из необходимого значения мощности выбрали транзистор 2Т934А.
2. Принимаем угол отсечки коллекторного тока q=90°.
3. Амплитуда первой гармоники напряжения на коллекторе в граничном режиме:
4. Максимальное значение напряжения на коллекторе:
; 
Необходимое условие выполняется.
5. Амплитуда первой гармоники коллекторного тока
6. Максимальная величина коллекторного тока
;
Необходимое условие выполняется.
7. Постоянная составляющая коллекторного тока
; 
Необходимое условие выполняется.
8. Мощность, потребляемая от источника коллекторного питания
9. КПД коллекторной цепи
10. Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора
11. Допустимая мощность рассеивания на коллекторе транзистора:
Необходимое условие выполняется.
12. Сопротивление коллекторной нагрузки
Расчет базовой цепи
1. Амплитуда тока возбуждающего генератора
2. Дополнительное сопротивление между выводами базы и эмиттера транзистора
3. Напряжение внешнего источника смещения принимаем равным Е=0 В.
4. Резистивная и реактивная составляющие входного сопротивления транзистора
5. Входная мощность
6. Коэффициент усиления по мощности
Расчет транзисторного генератора (2Т934Б)
Коллекторная цепь
13. На структурной схеме мы выбрали транзисторы, но при расчете они не смогли обеспечить хороший коэффициент усиления по мощности. Питание принимаем равным Ек=27В.
14. Выбираем угол отсечки коллекторного тока q=90°.
15. Находим амплитуду первой гармоники напряжения на коллекторе в граничном режиме:
16. Максимальное значение напряжения на коллекторе:
; 
Необходимое условие выполняется.
17. Амплитуда первой гармоники коллекторного тока
18. Максимальная величина коллекторного тока
;
Необходимое условие выполняется.
19. Постоянная составляющая коллекторного тока
; 
Необходимое условие выполняется.
20. Мощность, потребляемая от источника коллекторного питания
21. КПД коллекторной цепи
22. Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора
23. Допустимая мощность рассеивания на коллекторе транзистора:
Необходимое условие выполняется.
24. Сопротивление коллекторной нагрузки
Расчет базовой цепи
7. Амплитуда тока возбуждающего генератора
8. Дополнительное сопротивление между выводами базы и эмиттера транзистора
9. Напряжение внешнего источника смещения принимаем равным Е=0 В.
10. Резистивная и реактивная составляющие входного сопротивления транзистора
11. Входная мощность
12. Коэффициент усиления по мощности
Расчет трансформаторного моста
1. Выбираем схему со сложением токов.
2. Волновое сопротивление линии:
3.
По 
выбираем тип линии
с проницаемостью e=2.
4. Геометрическая длина линии:
5. Определяем продольную индуктивность линии ТДЛ:
6.
Исходя из 
выбираем материал
ферритового сердечника – 90 ВЧ–1.
7.
Допустимая величина удельных
тепловых потерь при естественном воздушном охлаждении 
.
8. Определяем рабочее значение индукции на нижней частоте диапазона:
9. Определим число витков обмотки трансформатора:
10. Необходимое сечение ферритового сердечника:
11. Необходимое количество сердечников:
12. Определим длину намотки кабеля:
13. Общие тепловые потери в феррите:
14. КПД трансформатора
15. Величина баластного резистора:
16. Максимальная мощность, развиваемая в баластном резисторе при выходе из строя одного из двух генераторов:
Расчет цепи питания
Расчет цепей питания проведем на основании схем:
Расчет цепи питания транзистора 2Т956А:
1. Определим индуктивность блокировочного дросселя 1:
2. Определим емкость блокировочного конденсатора 2:
3. Определим емкость разделительного конденсатора 2:
4. Определи емкость блокировочного конденсатора 1:
5. Определим емкость разделительного конденсатора 1:
Расчет цепи питания транзистора КТ903А:
1. Определим индуктивность блокировочного дросселя 1:
2. Определим емкость блокировочного конденсатора 2:
3. Определим емкость разделительного конденсатора 2:
4. Определи емкость блокировочного конденсатора 1:
5. Определим емкость разделительного конденсатора 1:
Расчет согласующей LC-цепи
Входная согласующая цепь
1. Общий коэффициент трансформации
Принимаем коэффициент трансформации двух Г-цепочек одинаковым:
2. Добротность второй Г-цепочки:
3.
Определим значение индуктивности 
4.
Определим значение емкости 
5.
Принимаем 
, определим КПД
второй Г-цепочки:
6. Добротность первой Г-цепочки
7.
Определим значение индуктивности 
8.
Определим значение емкости 
9.
Принимаем 
, определим КПД
первой Г-цепочки:
10. Общий КПД двух Г-цепочек:
Расчет выходной согласующей цепи
1.
Задаемся величиной 
с учетом
неравенства:
2. Добротность цепочки:
3.
Определим значение емкости 
4.
Определим значение емкости 
5.
Определим значение индуктивности 
6.
Принимаем 
, определим КПД
Г-цепочки:
Расчет цепи коррекции амплитудно-частотной характеристики
1. Активная составляющая входного сопротивления транзистора
2. Значение индуктивности базовой цепи транзистора
3. Значение емкости эмиттерного перехода
4. Добротность цепи
5.
Так как 
, то
6. Величина емкости корректирующего конденсатора
7. Сопротивление корректирующего резистора
8. Величина сопротивления резистора параллельного двухполюсника
9. Емкость конденсатора параллельного двухполюсника
10. Индуктивность параллельного двухполюсника
11.
Мощность, рассеиваемая на
резисторе 
12.
Мощность, рассеиваемая на
резисторе
Расчет широкодиапазонной выходной колебательной цепи (фильтр)
1. Определим коэффициент перекрытия по частоте
2.
Так как 
, то берем 
и находим
количество поддиапазонов (фильтров): 
.
3.
При заданной неравномерности
мощности в нагрузке передатчика в рабочем диапазоне частот 
и затухании 
находим резистивное
внутреннее сопротивление генератора 
4.
Определим необходимое минимальное
затухание 
, которое должен
обеспечить фильтр в полосе затухания
,
где 
- величина
дополнительного затухания мощности побочных излучений
- относительная
величина высших гармоник напряжения или тока на выходе ВЧ генератора
- дополнительное
затухание, вносимое согласующим устройством (0–10 дБ), тогда
5.
Определим нормированную частоту в
полосе задержания, на которой необходимо обеспечить затухание , обусловленное
фильтрацией высших гармоник
для ФНЧ: 
для ПФ: 
6.
Зная значение затухания и нормированной
частоты 
, выбираем тип
фильтра. Для фильтров Чебышева имеем фильтр с параметрами ТОЧ – 0,5; 
- 4 порядка.
Зная его коэффициенты Берга: 
по формулам найдем
значения элементов фильтра:
а) элементы 1–го фильтра: (2 – 3,8) МГц
б) элементы 2–го фильтра: (3,8 – 7,22) МГц
в) элементы 3–го фильтра: (7,22 – 13,7) МГц
г) элементы 4–го фильтра: (13,7 – 26) МГц
Расчет антенно-согласующего устройства
1. Определим количество поддиапазонов
;
-
поддиапазонов
1 поддиапазон: 2 – 3,4 МГц
2 поддиапазон: 3,4 – 5,78 МГц
3 поддиапазон: 5,78 – 9,826 МГц
4 поддиапазон: 9,826 – 16,7 МГц
5 поддиапазон: 16,7 – 28,4 МГц
2.
Определим значение КТС, принимая 
Необходимое условие 
выполняется
3.
Полагаем, что КТС схемы 
, где 
и 
; 
,
где 
и 
- частоты
параллельного и последовательного резонанса.
4.
Зная 
где 
- выходная емкость
лампы;
-
емкость индуктивности;
-
емкость монтажа;
-
начальная емкость переменного конденсатора.
Найдем
.
5.
1 поддиапазон: 
, зная что 
Общая
емкость контура: 
6.
Найдем пределы изменения
индуктивности, зная 
;
;
7. Зная, что 
, находим пределы
изменения емкости для второго поддиапазона
Общая
емкость контура:
8. Определим пределы изменения индуктивности
;
9. Зная, что 
, находим пределы
изменения емкости для третьего поддиапазона
Общая
емкость контура:
10. Определим пределы изменения индуктивности
;
11.
Зная, что 
, находим
пределы изменения емкости для четвертого поддиапазона
Общая
емкость контура:
12. Определим пределы изменения индуктивности
;
13.
Зная, что 
, находим
пределы изменения емкости для пятого поддиапазона
Общая
емкость контура:
14. Определим пределы изменения индуктивности
;
15. Далее рассчитываем КПД для одного поддиапазона:
16. Определим пределы изменения индуктивности связи
Расчет токов и напряжений в режиме несущей
1. Постоянная составляющая анодного тока в режиме несущей
2. Мощность, потребляемая от источника питания
3. Колебательная мощность каскада в режиме несущей
4. Составляющие ЗЧ анодного напряжения и тока, которые должен обеспечивать МУЗЧ
5. Сопротивление нагрузки для МУЗЧ
6. Мощность, потребляемая от МУЗЧ данным каскадом
Средние значения мощностей:
7. КПД схемы
Расчет синтезатора частоты
Рассчитываем синтезатор частот для диапазона 2- 25 МГц с шагом 2 Гц. Стабильность частоты будет определяться со стабильностью кварцевого генератора.
Из сигнала частоты опорного генератора (ОГ) или
кварцевого генератора (КГ), с помощью делителей частоты (ДЧ) на 
и умножитель
частоты (УЧ) на 2, получаем следующие соответствующие частоты: 2 Гц; 10 Гц; 100
Гц; 1 кГц; 10 кГц; 100 кГц; 1Мгц; 10 МГц. Далее частоты следуют в датчик
опорной частоты (ДОЧ), где формируется 
и 10 (или меньше, в
зависимости от 
)
колебаний с частотами 
;
где - любое число от 0
до 9, т.е. получаем соответствующие для каждых частот следующие (диапазоны
изменения частот) виды колебания:
.
После колебания начиная от ДОЧ 1 суммируется в сумматорах и проходят, после каждого сумматора, через фильтры.
Формирование колебания идет на усилительные каскады (см. графическую часть).
Расчет автогенератора с кварцем между коллектором и базой
Исходные данные для расчета:
Параметры 
: 
Определяем 
: 
В качестве АЭ выбираю транзистор КТ929А с параметрами:
1.
Определяю 
. Выбираю 
.
2.
Выбираю в соответствии с 
;
3.
Определяю 
:
Для обеспечения НР 
выбираю 
.
4.
Определяю 
5. Определяю ток
6.
Определяю 
7. Определяю постоянную составляющую
8.
Потребляемая мощность 
9.
Выбираю параметр 
, тогда
10. Определяю аппроксимированные параметры
11. Определяю нормированную частоту
12. Определяю модуль и фазу крутизны
13. Определяю напряжение возбуждения
14. Определяю напряжение смещения
15. Рассчитываю параметры колебательного контура
Определяю
индуктивность и емкость
из условия
,
где 
- номер выбранной
для возбуждения гармоники, считаем 
и
принимаем 
.
Тогда
из выражения 
,
определяю
При известном определяю
16. Определяю поправку к частоте колебаний
Относительная
разница между 
и 
:
Для точной настройки одну емкость необходимо сделать
подстроечной на 
от
выбранного значения.
17.
Принимаем 
. Определяю
сопротивление
Выбираю 
.
18.
Принимаем ток через делитель 
Так как данный генератор выдает частоту, равную 
, то на выходе схемы
устанавливаем умножитель на 2, чем обеспечивается необходимая для поступления в
ДОЧ частота.
Расчет надежности радиопередающего устройства
Исходные данные для расчета сведем в таблицу 1 – 1.
Таблица 1 – 1
|
Наименование элементов |
|
|
|
|
Электронные лампы |
3 |
5 |
0,2 |
|
Транзисторы |
4 |
2 |
0,2 |
|
Сопротивления |
10 |
0,168 |
0,5 |
|
Конденсаторы |
54 |
1 |
0,5 |
|
Дроссели |
38 |
0,5 |
1,5 |
|
Переключатели |
5 |
0,5 |
2 |
|
Пайки |
134 |
0,05 |
1 |
1. Определим интенсивность отказов передатчика
2. Вероятность безотказной работы передатчика
3. Среднее время безотказной работы
4. Среднее время восстановления
5. Коэффициенты готовности передатчика
Описание схемы работы передатчика
Рабочая частота генерируется в возбудителе, где выходная частота КГ посредством синтезатора уточняется до необходимой величины выбранном диапазоне частот. Затем происходит ряд последовательных усилении в усилительных транзисторных каскадах. Конечное усиление происходит в ламповом каскаде, где данная частота модулируется низкой частотой, подводимая из модулятора. Затем модулированный сигнал поступает на фильтр, где осуществляется необходимая фильтрация гармоник и с нее через АСУ на излучения к антенне.
Для осуществления работы
РПУ необходимо настроить возбудитель на необходимую частоту. Настройка
производится посредством ручки настройки возбудителя. При этом необходимо,
чтобы соблюдались следующие параметры каскадов 
, 
. Ламповый каскад 
контроль данных
параметров осуществляется посредством амперметров «Ток анода лампы»,
«Постоянные составляющие коллектора», переключение которых осуществляется
переключателе выведенного на лицевую панель.
Описание конструкции передатчика
Данное устройство выполнено в виде отдельного блока в защитном металлическом кожухе. Теплоотвод осуществляется путем воздушного охлаждения через специально выполненные в корпусе кожуха прорези. Подключение к другим приборам осуществляется через клеммы, куда подключаются источники стандартных транзисторных питании и источник напряжения накала.
Органы управления представляют тумблер включения питания и ручек установки частоты возбудителя. Измерительные приборы представляют набор амперметров, транзисторной, ламповой и LC-цепей. Кроме того, имеются три контрольных лампы, показывающих работу цепей накаливания.
Заключение
`` параметрах схем, а также благодаря техническим характеристик и экспериментальных данных транзисторов, ламп, фильтров и др.
(zip - application/zip)
Статистика файлового архива
