Устройство генерирования и формирования сигналов

МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ

(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ)

«МАИ»

 

Факультет №14

 

Кафедра 406

 

Задание

на курсовой проект (курсовую работу) по

Устройствам генерирования  и формирования сигналов

 

Студенту ___Константинову Константину Вячеславовичу________________________

Учебной группы 14-402   Выдано ________________ 20__ года

Срок защиты проекта _________________ 20__ года

 

1.Тема проекта

       РПУ связи                                                                                                                               

                                                                                                                                                        

                                                                                                                                                        

2.Исходные данные

1.Назначение устройства ______________________________________________________

2.Мощность __1 Вт                                                                                                                     

3.Диапазон волн (частот) ___180 МГц   (Δ f/f₀ = 10^-5)

4.Характеристика сигналов подлежащих передаче    ЧМ                                                       

5.Место установки    носимая                                                                                                    

6. __________________________________________________________________________

7. __________________________________________________________________________

8. __________________________________________________________________________

 

 

 

Руководитель проекта ___________________________

 

 

 

 

 

Содержание:

Введение.....................................................................................................................................3

Разработка структурной схемы................................................................................................4

Расчёт выходного каскада.........................................................................................................5

Расчёт режима работы выходного  усилителя.........................................................................5

Расчёт коллекторной цепи........................................................................................................6

Расчёт базовой цепи..................................................................................................................7

Расчёт цепи питания и смещения…………………………………………………………….9

Расчёт выходной согласующей цепи………………………………………………………..10

Расчёт предвыходного каскада………………………………………………………………12

Расчёт режима работы предвыходного усилителя……………………………………...….12

Расчёт коллекторной цепи………………………………………………………………...…13

Расчёт базовой цепи………………………………………………………………………….14

Расчет цепи питания и смещения……………………………………………………….…..16

Расчет согласующей цепи.………………………………………………………………..….17

Расчет кварцевого автогенератора…………………………………………………………..18

Список используемой литературы…………………………………………………………..19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

В данной работе осуществляется проектирование радиопередающего устройства связи.

Назначение — организация связи между подвижными объектами путём передачи речевых сообщений по радиоканалу.

Так как разрабатываемое РПУ  является носимым, то это накладывает  ограничения на массогабаритные характеристики, энергопотребление.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Разработка структурной схемы

Проанализировав исходные данные технического задания , определим структурную  схему и зададимся её параметрами.

 

Автогенератор формирует несущую  частоту передатчика. Заданную стабильность частоты можно обеспечить только с помощью кварцевой стабилизации частоты. Следовательно, используем автогенератор с кварцевой стабилизацией частоты (КАГ).

 

Для повышения мощности КАГ  до 1 Вт, как требуется в ТЗ, необходимо использовать не менее двух каскадов усиления мощности.

 

Заданную частоту 180 МГц (согласно ТЗ) можно получить, используя КАГ совместно с умножителем частоты (УЧ).

Для передачи полезной информации используем частотную модуляцию.

 

Для работы передатчика требуется  источник питания, энергия которого преобразуется в энергию ВЧ колебаний.

 

Для согласования входных и  выходных сопротивлений между устройствами в передатчике будем использовать согласующие цепи (СЦ), которые одновременно будут служить фильтрами.

 

Структурная схема проектируемого РПУ будет иметь следующий  вид:

 

 

 

 

 

КАГ-кварцевый автогенератор; УЧ-умножитель частоты; М-модулятор; ПУМ-предварительный  усилитель мощности; УМ-усилитель  мощности; ИП-источник питания; АНТ-гнездо антенны; НЧ-гнездо источника низкочастотного  сигнала

 

Расчёт выходного каскада.

Расчёт режима работы выходного усилителя.

 

Требуемая мощность транзистора Р_вых1  определяется исходя из заданной мощности усилителя Р_вых:

 Р_вых1 =  Р_вых / η_{к вых}

 

, где η_{к вых —} КПД выходной согласующей цепи усилителя

Для выходного каскада можно  принять  η_{к вых} равным 0,8.

 

Р_вых1 =  1 Вт / 0,8 = 1,25 Вт

 

Транзистор должен удовлетворять  условию:

 

f_раб < 0,3f_гр

f_гр >  3,3f_раб

f_гр >  600 Мгц

 

В качестве активного прибора  выберем транзистор 2Т920Б:

 

Тип прибора	h21 э	U' , В	Sгр, см	Fгр , МГц	Ск , пФ	Ска, пФ	Сэ , пФ	Rб , Ом	Rэ , Ом	Rк , Ом
2Т920Б	10-100	0,7	0,6	800	12-25	4,5	61-100	0,5	1,02	0,65

 

Lб , нГн	Lэ , нГн	Lк , нГн	Рдоп , Вт	Рвых', Вт	K'p	U'k0 , В
2,6	1,2	2,4	10	>7	6-12	12,6

Зададимся углом отсечки коллекторного  тока. Он выбирается в пределах 70-90 градусов, для получения достаточно высокого электронного КПД.

 

Из пособия (1) выберем θ=90^о и сведём необходимые параметры в таблицу:

Θ , град.	αо(θ)	α1(θ)	γо(θ)	γ1(θ)	g1(θ)
90	0,319	0,5	0,319	0,5	1,57

 

Для расчёта режима транзистора мощного усилителя высокой частоты воспользуемся методикой, представленной в (1)

 

 

 

 

 

Расчёт коллекторной цепи

 

1.Напряженность граничного режима

Р_вых1 = 1,25 Вт

α_о = 0,319

S_гр = 0,6 См

U_ko = 12,6 В

 

 

=  0,909

 

2.Амплитуда первой гармоники  коллекторного напряжения и тока

U_k1 = U_k0 *  ξ_гр

U_k1 = 11,45 В

 

I_k1 = (2* Р_вых1)/ U_k1

I_k1 = 218,3 мА

 

3. Постоянные составляющие коллекторного, базового и эммитерного токов:

h₂₁ = 40

g₁ = 1,57

 

I_ko = I_k1 / g₁

I_ko = 139 мА

 

I_Б0 = I_ko / h₂₁

I_Б0 = 3,4 мА

 

I_Э0 = I_ko + I_Б0

I_Э0 = 142,4 мА

 

4. Максимальная величина коллекторного  тока

α_о = 0,319

I_{K МАКС} = I_ko / α_о

I_{K МАКС} = 435,7 мА < 1 А

 

5. Мощности, потребляемая от источника  питания и рассеиваемая на  коллекторе транзистора соответственно

P_O = I_ko * U_ko

P_O = 1,75 Вт

 

P_P = P_O - Р_вых1

P_P = 0,5 Вт

 

6. КПД коллекторной цепи

η_Э = Р_вых1 / P_O

η_Э = 0,71

7. Эквивалентное сопротивление  коллекторной нагрузки 

R_K1 = U_k1 ² / 2*Р_вых1

R_K1 = 52,44 Ом

 

Расчёт базовой цепи

1. Дополнительное сопротивление между базой и эмиттером.

F_гр = 800 МГц

С_ЭМ = 80 пФ

R_Д = h₂₁ / 2*π*F_гр*С_ЭМ

R_Д = 99,4 Ом

 

2. Амплитуда базового тока

γ₁ = 0,5

χ = 1+2*π*F_гр*С_ЭМ*R_K1*γ₁

χ = 12,147

 

I_Б1 = 1,2 А

 

3. Максимальное обратное напряжение  на эмиттерном переходе

U' = 0,7 В 

 

 

 

 

 

U_БЭМАКС = 12,4 В > U_БДОП      (U_БДОП  = 4 В)

 

Следовательно необходимо уменьшить  R_Д

R_Д ≤ * ( |U_БДОП |+|U'| ) / (1+cos(θ))*I_Б1

 

 

R_Д =33 Ом ≤ 35 Ом

При это необходимо включить параллельно R_Д дополнительную ёмкость С_Д

С_Д = h_21Э/ 2*π*F_гр*R_Д -С_ЭМ

С_Д = 161 пФ

4. Напряжение  смещения на эмиттерном переходе 

γ_о = 0,319

R_б = 0,5 Ом

R_Э = 1,02 Ом

 

 

 

 

 

 

U_Б0 = - 0,546 В

 

 

 

 

5. Активная и реактивная составляющая  входного сопротивления транзистора

Z_ВХ1 = r_ВХ1 + j*x_ВХ1

 

 

 

 

 

 

L_ВХ = 2,7 нГн

 

 

 

 

 

 

r_ВХ = 0,398 Ом

 

 

 

R_ВХ = 17 Ом

 

 

 

 

 

 

r_ВХ1 = 0,605 Ом

 

 

 

 

 

 

x_ВХ1 = 1,186 Ом

 

6. Мощность возбуждения

 

 

P_В1 = 363 мВт

 

 

7. Коэффициент по мощности

 

 

 

К_Р = 3,442

 

Расчет цепи питания и смещения

Рассчитаем сопротивление автосмещения, определяющее смещение на базе транзистора. Значения U_бо и I_бо возьмем из режима расчета работы транзистора. Значение находим из соотношения:

 

 

 

R_a = 160.5 Ом

 

Рассчитаем блокировочные элементы на цепи смещения:

ω∙L_бл>>r_вх1

 

 

 

L_БЛ = 5,3 нГн

Примем L_БЛ = 5,6 нГн

 

Блокировочная емкость должна удовлетворять  условию:

 

 

 

 

 

 

С_БЛ = 6,98 нФ

Примем С_БЛ = 8,2 нФ

 

Рассчитаем блокировочные элементы на цепи питания

Блокировочная индуктивность:

 

 

 

L_БЛ1 = 463,6 нГн

Примем L_БЛ1 = 470 нГн

 

Блокировочная емкость должна удовлетворять  условию:

 

 

 

С_БЛ1 = 84 пФ

Примем С_БЛ1 = 91 пФ

 

 

 

 

 

Разделительная емкость должна удовлетворять условию:

1/(ω∙С_р)<<R_к1

 

 

 

С_Р = 168 пФ

Примем С_Р = 180 пФ

 

Расчет выходной согласующей цепи

Расчет согласующей цепи будем  вести исходя из схемы представленной на рис.2

 

 

 

Исходные данные для расчета  R_к1=52,44 Ом, R_Н=50 Ом и R_о=20 Ом

Нагруженную добротность цепи Q₁ и Q₂ находим по следующим формулам:

_{Q1 = 1.274}

 

 

 

 

X₁ = 41,17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X₃ = 49.9

 

 

 

 

Полоса пропускания согласующей  цепи:

 

Df = 72 МГц

 

Ненагруженная добротность должна удовлетворять условию:

 

 

Q_O = 12.49

 

КПД выходной цепи:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L = 44.1 нГн

C₁ =21,4 пФ

C₂ =21,6 пФ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчёт предвыходного  каскада.

Расчёт режима работы предвыходного усилителя.

 

Требуемая мощность транзистора Р_{выхпред1}  определяется исходя из заданной мощности усилителя Р_вых:

 Р_{выхпред1} = Р_в1 / η_{к вых}

 

, где η_{к вых} - КПД выходной согласующей цепи усилителя.

 

Р_вых1 =  363 мВт / 0,8 = 453 мВт

 

Транзистор должен удовлетворять  условию:

 

f_раб < 0,3f_гр