Проектирование радиопередающего устройства

Министерство  общего  и  профессионального  образования  РФ

 

           СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

     

Фак.  Инженерно - физический

 

Каф.  Радиоэлектроники

 

Группа 242

 

 

 

 

 

 

 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАДИОПЕРЕДАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА

 

 

Пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине  “Радиопередающие устройства”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Руководитель  проекта

 

доцент

Демко А. И.

 

 

 

 

Исполнитель

 

студент

Гейжа С. В.

 

 

 

 

 

 

1998  г.

 

Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

 

СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

Кафедра радиоэлектроники

Задание по курсовому проектированию

“Радиопередающие устройства”

 

 

 

Студенту Гейже С. В.

 

Группа 242 Инженерно –  физического факультета

 

1. Тема проекта: Передатчик с ЧМ

 

2. Срок сдачи студентом законченного проекта 20 мая

 

3. Исходные данные к проекту:   
1. Мощность передатчика   P_вых= 25 Вт
2. Рабочая волна передатчика  l = 12 м
3. Вид передачи ЧМ
4. Система модуляции   косвенная
5. Полоса частот модуляции  f_min = 100 Гц f_max = 10 кГц
6. Система стабилизации частоты  Df/f = 7×10^-6
7. Способ связи с антенной    определить,  R_н = 75 Ом

 

4. Содержание пояснительной записки:
1. Выбор и обоснование структурной схемы передатчика
2. Построение и расчет схем ступеней высокой частоты задающий генератор и выходной каскад
3. Составление спецификации к схеме рассчитанных блоков

 

5. Перечень графического материала
1. Структурная схема передатчика
2. Принципиальная схема рассчитанных блоков

 

6. Дата выдачи задания 25 февраля 1998 г.

 

РУКОВОДИТЕЛЬ _____________________

Подпись  

 

 

Задание принял к исполнению (дата)__________________________

 

 

_______________________________________

(подпись студента)

АННОТАЦИЯ

 

В данном курсовом проекте  производится проектирование и расчет некоторых  основных каскадов радиопередающего устройства коротковолнового диапазона с частотной модуляцией, а также предъявляются требования к не рассчитанным каскадам.

 

Цель данной работы  – спроектировать радиопередающее устройство с характеристиками заданными в техническом задании, произвести электрический расчет указанных  в техническом задании каскадов радиопередатчика.

 

Результатом проекта является структурная  схема передатчика, блоки которой  в соответствии с ТЗ либо построены  в виде принципиальной электрической  схемы содержащей номинальные значения всех элементов, либо описаны основные их параметры которые обеспечивают правильную работу схемы в целом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Техническое задание          2

Аннотация            3

Содержание            4

Введение            5

 

1. Эскизный расчет           6

 

1. Выбор и обоснование структурной схемы       6
2. Задающий кварцевый генератор        6
3. Модулирующий каскад         6
4. Умножитель частоты         8
5. Усилитель мощности         8
6. Усилители и согласующие цепи        9
7. Связь с антенной          9

 

2. Расчет кварцевого автогенератора        10

 

1. Схема автогенератора         10
2. Расчет по постоянному току        10
3. Расчет по переменному току        11
4. Энергетический расчет автогенератора       12

 

3. Расчет усилителя мощности         14

 

1. Схема усилителя мощности         14
2. Расчет режима работы и энергетический расчет      14
3. Расчет цепи питания усилителя мощности      17
4. Расчет цепи смещения усилителя мощности      18

 

4. Расчет выходной нагрузочной системы усилителя мощности    19

 

1. Электрический расчет нагрузочной системы      19
2. Конструктивный расчет элементов нагрузочной системы     21

 

Заключение            23

Список литературы           24

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Параметры транзистора  КТ315Б      25

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Параметры транзистора  КТ927Б      26

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Схема электрическая  принципиальная задающего генератора  27

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Схема электрическая  принципиальная усилителя мощности  28

ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Спецификация к принципиальной схеме задающего генератора  29

ПРИЛОЖЕНИЕ 6. Спецификация к принципиальной схеме усилителя мощности  30

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Радиопередающим называется устройство, предназначенное для выполнения двух основных функций – генерации  электромагнитных колебаний и их модуляции в соответствии с передаваемым сообщением. Радиопередающие устройства находят широкое применение в различных областях, телевидение, все виды радиосвязи, радиовещание, телеметрии.

Проектируемый передатчик может быть использован в радиовещательном диапазоне, персональной связи.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ЭСКИЗНЫЙ РАСЧЕТ  СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ ПЕРЕДАТЧИКА

1. Выбор и обоснование структурной схемы передатчика.

 

 

Исходя из технического задания, в котором необходимо спроектировать передатчик с косвенным методом  частотной модуляции, с относительной  нестабильностью частоты 10^-7 и полосой модулирующего сигнала то 100 Гц до 10 кГц, структурная схема будет выглядеть следующим образом (рис.1).

                      _{1                     2                    3         f            nf                     5                    6}             

               КГ                                                               ₄                                       УМ

                         

                                                      

                         U_Ω           ∫   ₇

                                                               Модулирующий каскад     

Рис.1 Структурная схема передатчика

Обозначение блоков на структурной  схеме:

1 – задающий кварцевый генератор;

2, 5 – усилитель;

3 – фазовый модулятор;

4 – умножитель частоты;

6 – усилитель мощности;

7 – интегрирующая цепь.

2. Задающий кварцевый генератор

 

В качестве задающего  кварцевого генератора будет использоваться кварцевый генератор, построенный  по схеме емкостной трёхточки. Кварцевый резонатор включен между коллектором и базой транзистора.

Такая схема генератора имеет ряд  преимуществ:

 

1. обеспечивается высокая стабильность частоты;
2. генератор имеет меньшую склонность к паразитной генерации на частотах выше рабочей;
3. схема генератора может быть построена без катушек индуктивности;
4. частоту генератора можно менять в достаточно широком диапазоне путем смены только кварцевого резонатора.

 

3. Модулирующий каскад

 

Так как необходимо построить передатчик с косвенным методом частотной модуляции, то модулирующий каскад будет состоять из: фазового модулятора, умножителя частоты, интегрирующей цепочки.

 

Частотная модуляция обеспечивает постоянство девиации частоты ∆ω_д в полосе модулируемых частот, при этом индекс частотной модуляции М = ∆ω_д / Ω.

 

При фазовая модуляция  обеспечивается постоянный индекс фазовой  модуляции Ф (максимальное отклонение фазы от немодулированного значения) в полосе модулирующих частот, при  этом девиация частоты изменяется следующим  образом ∆ω_д = Ω ∙ Ф.  (1)

 

Так как девиация частоты  на выходе фазового модулятора прямо  пропорциональна модулирующей частоте  Ω, а при частотной модуляции  необходимо постоянства девиации частоты. Следовательно, необходимо включить в  схему устройство отклик, которого  был бы обратно пропорционален частоте. Таким устройством может быть интегрирующая цепочка.

 

Так как девиация фазы на выходе фазового модулятора очень мала, то для обеспечения  требуемой девиации частоты необходим  умножитель частоты.

 

Рассчитаем необходимый индекс фазовой модуляции исходя из технического задания, в котором полоса передаваемых частот от 100 Гц до 10 кГц и девиация частоты ∆f_д 50 кГц.

 

Из формулы (1) следует Ф = ∆ω_д / Ω = ∆f_д / F_н = 50000 / 100 = 500 рад.

 

Реальные фазовые модуляторы имеют  индекс фазовой модуляции 20 … 60˚.

 

Рассчитаем девиацию частоты реального  фазового модулятора с индексом фазовой  модуляции Ф = 45˚ = 0.785 рад.

 

∆f_{д р} =F_н ∙ Ф = 100 ∙ 0.785 = 78.5 Гц .

 

Исходя, из этого рассчитаем необходимый  коэффициент умножения частоты, чтобы обеспечить требуемую девиацию частоты

 

N = ∆f_д / ∆f_{д р} = 50000 / 78.5 = 637.

 

Реализовать умножитель частоты с коэффициентом умножения N = 637, возможно, но он будет вносить сильные искажения. Следовательно, необходим какой-то способ уменьшить коэффициент умножения.

 

Рассмотрим модуляционную характеристику фазового модулятора.

 

 

∆φ

 

    2π

 

 

U_Ω

          U_{Ω 2π}

 

 

Рис.2 Модуляционная характеристика ФМ

Предположим что максимальное изменение  фазы ∆φ_max = 2π ему соответствует какая-то амплитуда модулирующего сигнала U_Ω2π.Если необходимо изменение фазы больше 2π и известно, что этой фазе соответствует напряжение амплитуда сигнала большая U_Ω2π, то можно применить следующий способ модуляции.

Будем рассматривать  модулирующую функцию как периодическую  с периодом2π, тогда чтобы получить изменение фазы не более 2π на вход фазового модулятора необходимо подавать сигнал вида U_{вх фм} = U_Ω - U_Ω2π ∙ [U_{вх фм} /U_Ω2π]. Получить сигнал вида U_{вх фм} можно по следующей схеме (рис.3).

 

                                  

               КГ                                                                                        

                        

                                                      

                 АЦП   ==>   ЦАП                                           ВУ 

          U_Ω            ∫  

Рис.3.Функциональная схема ФМ

 

Так как реально используются фазовые  модулятора с индексом фазовой модуляции 45˚, то чтобы воспользоваться предложенным методом необходимо, чтобы изменение  фазы было 2π. Это можно сделать, поставив умножитель частоты на выходе фазового модулятора с коэффициентом умножения равным восьми.

 

Таким образом, в модулирующем каскаде  будут применены: фазовый модулятор  с индексом фазовой модуляции 45˚, умножитель частоты на 8, АЦП – аналого-цифровой преобразователь, ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь, ВУ – вычитающее устройство, выполненное на операционном усилителе.