Загрузил Вадим Стороженко

радиоустройство, фвтогенератор и частотна модуляция

реклама
Размещено на http://www.allbest.ru/
1. Постановка задачи (задание)
2. Введение
3. Выбор и обоснование структурной схемы
4. Расчет выходного усилителя мощности
4.1 Выбор транзистора
4.2 Расчет электронного режима транзистора
4.2.1 Коллекторная цепь
4.2.2 Базовая цепь
4.3 Расчет элементов схемы усилителя и согласующих цепей
4.3.1 Расчет цепей питания
4.3.2 Расчет входной согласующей цепи
4.3.3 Расчет выходной согласующей цепи
5. Расчет кварцевого автогенератора
5.1 Выбор кварцевого резонатора и транзистора
5.2 Расчет параметров колебательной системы АГ
5.3 Расчет параметров режима работы транзистора
5.4 Расчет параметров элементов цепи питания и смещения
5.5 Расчет варикапа
5.6 Расчет элементов цепи генератора
6. Расчет умножителя частоты
6.1 Выбор типа транзистора и расчет его режима работы
6.2 Расчет элементов схемы
7. Уточнение структурной схемы
8. Схема электрическая принципиальная радиопередатчика
9. Описание конструкции
9.1 Описание корпуса
9.2 Уточнение используемых радиодеталей
9.3 Габаритные размеры радиодеталей и радиокомпонентов
9.4 Расчет катушки индуктивности
Размещено на http://www.allbest.ru/
1. Постановка задачи (задание)
радиопередатчик модуляция генератор резонатор
Радиопередатчик с ЧМ
1. Назначение устройства: связной.
2. Мощность: Рвых=1,3 Вт
3. Диапазон волн (частот): fвых=310 МГц
4.
Характеристики
сигналов,
подлежащих
передаче:
частотная
модуляция
fäåâ  10êÃö
5. Место установки: носимый
5
6. Дополнительная нестабильность частоты fí åñò / fâû õ  10
7. Сопротивление нагрузки: 50 Ом
8. Питание батарейное.
Размещено на http://www.allbest.ru/
2. Введение
Разрабатываемый передатчик (носимый) будет использоваться для
связи между группами людей. Например, между поисковыми отрядами и
координационным центром, так и между отрядами, для уточнения действий,
получения заданий, сообщения об окружающей обстановке. Поэтому
передатчик должен обладать следующими качествами: быть достаточно
простым
и
надежным
в
использовании,
иметь
достаточно
низкие
массогабаритные характеристики, иметь продолжительный ресурс работы и
возможность замены элементов питания. Исходя из условий эксплуатации
(вне помещений) передатчик должен быть защищен от воздействий
окружающей среды и устойчив к перепадам температур.
Размещено на http://www.allbest.ru/
3. Выбор и обоснование структурной схемы
Исходя из требований к передатчику, выбираем наиболее простую и
экономичную в реализации схему: один генератор, умножительные и
усилительные каскады. Частотную модуляцию будем осуществлять простым
в реализации прямым методом, когда изменение частоты производится в
задающем генераторе. Т.к. заданы высокие требования к допустимой
нестабильности частоты
fíåñò
f  105
, в качестве задающего генератора
будем использовать автогенератор с кварцевым резонатором, в котором
кварц работает на основной гармонике. Поэтому для получения на выходе
заданной частоты fвых=305 МГц будем использовать каскады умножения
частоты. Использование транзисторных умножителей частоты позволяет, как
повысить частоту (и девиацию частоты) в "n" раз, так и увеличить мощность
входного сигнала, но с ростом коэффициента умножения частоты "n" падает
выходная мощность и КПД, поэтому возьмем два каскада умножения
частоты на 2 и на 3. Таким образом, кварцевый резонатор будет работать на
310
частоте основной гармоники f ÊÂ  2  3  51, 667 МГц. Т.к. оконечный каскадусилитель мощности (УМ) потребляет больше всего энергии, то будем его
проектировать с высоким КПД. Для возбуждения оконечного каскада и
получения требуемой мощности применим цепочку каскадов УМ. В
передатчике используется батарейное питание, поэтому нужно стремиться
получить высокие значения КПД каскадов. Расчет начнем с оконечного
каскада УМ. Примем КПД согласующих цепей ηСЦ=0.8, тогда мощность на
1.3
выходе каскада Ðâû õ  0.8  1.625Âò , задаем его коэффициент усилением по
мощности KP=9, тогда мощность возбуждения на входе должна быть
Ðâõ 
РВЫХ
1.625
 0.18Âò . Задаем мощность на выходе кварцевого генератора:
9
КГ
= 0.2  РКВ
ДОП
= 0.2  2 = 0.4 мВт . Далее зададим усиление по мощности
Размещено на http://www.allbest.ru/
каждого из каскадов на основе инженерного опыта. С учетом согласующих
цепей получаем следующие значения:
1. Оконечный каскад УМ KP=7.5, Рвх  0.9Вт .
2. Буферный усилитель мощности, для усиления мощности после
кварцевого генератора: KP=5, РвыхБУМ = РВЫХ КГ  К Р = 0.4  5 = 2 мВт = 0.002Вт
3. Умножитель
частоты
на
2,
f 2 = 2  25.42 = 50.84МГц ,
KP=5,
2,
f 2 = 2  50.84 = 101.68МГц ,
KP=5,
Рвых2f = РвыхБУМ  К Р = 2  5 = 10 мВт = 0.01Вт
4. Умножитель
частоты
на
Рвых2f = РвыхБУМ  К Р = 10  5 = 50 мВт = 0.05Вт
5. Умножитель
частоты
на
3
KP=3,
f 3 = 3  101.68  305МГц
Рвых3f = 50  3 = 150 мВт = 0.15Вт
Получаем,
КР =
что
Рвх
0.9
=
 7.5 .
Рвых3f 0.15
промежуточный
усилитель
должен
обеспечить
Тогда мощность на входе оконечного каскада
Рвх = 0.9  7.5 = 6.75Вт .
Структурную схему передатчика:
,
Проведем расчет трех каскадов: выходной усилитель мощности,
кварцевый генератор и умножителя частоты на 2.
Размещено на http://www.allbest.ru/
4. Расчет выходного усилителя мощности
Расчет начинаем с выходного усилительного каскада, т.к. он
обеспечивает необходимую выходную мощность передатчика: Рвых=1.3 Вт.
Исходные данные берем из предварительного расчета структурной
схемы:
- выходная мощность каскада Рвых1=1.625 Вт,
- частота f=310 МГЦ,
- сопротивление нагрузки 50 Ом,
также выбираем транзистор 2Т925А. Его параметры приведены в
таблицах:
Тип
Предельные эксплуатационные данные
прибо
U КЭдоп U БЭдоп I К maxдоп I К 0 доп I KP R ПК
ра
В
2Т925
А
Э 36
4
0
1,0
0,5
1.8
ÒÏäîï
ТK
PКдоп
0
Вт , Т ср  25МГц
C / Вт 0C
20
150
f Н .. f В
85
13.5
200..400
А
Тип прибора
Типовой режим
f
2Т925А
`
P `ВЫХ
МГц
Вт
320
>2
К Р`
6...9.5
 Э`
U K` 0
%
В
60…70
12.6
Тип
Электрические параметры и параметры эквивалентной схемы
прибора
h21Э
2Т925А
50
U`
S гр
В
см
0.6
0.19
CK
C KA
СЭ
rБ
rЭ
rК
LБ
LЭ
LK
МГц
пФ
пФ
пФ
Ом
Ом
Ом
нГн
нГн
нГн
600…2
4.5…1
5
110
1
0.4
1.5
2.4
1
2.4
400
5
f гр
Для получения высокого электронного КПД выберем угол отсечки
коллекторного
тока
θ=90о,
косинусоидального импульса:
тогда
коэффициенты
разложения
для
Размещено на http://www.allbest.ru/
 0  0,319  1  0,5  0  0,319  1  0,5 g1  1,57
Эквивалентная схема транзистора, включенного по схеме с общим
эмиттером:
Ckп
б
Lб
Cka
rб
rk
Lk
к
Cэ
r
Cдиф
iг
U’
1
rэ
2
Lэ
э
4.2 Расчет электронного режима транзистора
Рвых1=1.625 Вт на рабочей частоте f=310 МГЦ для граничного режима
работы.
4.2.1 Коллекторная цепь
1. Напряженность граничного режима:
 ÃÐ  0,5  0,5  1 
8  PÂÛ Õ1
8 1.625
 0,5  0,5  1 
 0,686
2
1  S ÃÐ U K 0
0,5  0.19 12,62
2. Амплитуда коллекторного напряжения и тока первой гармоники:
Размещено на http://www.allbest.ru/
U K 1   ÃÐ U K 0  0,686 12,6  8.641Â
I K1 
2  PÂÛ Õ1 2 1.625

 0,376 A
U K1
8.641
3. Постоянные составляющие коллекторного, базового и эмиттерного
токов:
IK 0 
I K 1 0,376

 0, 24 A
g1
1,57
IÁ0 
I K 0 0, 24

 4, 79 ì A
h21Ý
50
I Ý 0  I K 0  I Á 0  0.24  0.0047  0, 244 A
4. Максимальная величина коллекторного тока:
I KMAX 
IK 0
0

0, 24
 0, 751A  I KMAX_ÄÎ Ï  1À ,
0,319
т.е. меньше максимально допустимой величины.
5. Мощности, потребляемые от источника коллекторного питания и
рассеиваемая на коллекторе транзистора:
P0  U K 0  I K 0  12,6  0, 24  3Âò
PK  P0  PÂÛ Õ1  3  1.625  1.394Âò
PK  1.394 Âò  PKMAX _ ÄÎ Ï  13.5Âò
Рассеиваемая мощность меньше допустимой, транзистор выбран
правильно:
Размещено на http://www.allbest.ru/
6. Электронный КПД коллекторной цепи:
Ý 
PÂÛ Õ1 1.625

 0.538 или Ý   ÃÐ  g1 0,5  0,5  0,686 1,57  0,538
P0
3
7. Эквивалентное сопротивление коллекторной нагрузки току первой
гармоники:
U K 12 8.6412
RK 1 

 198.51Î ì
I K1
0,376
8. Максимальная температура коллекторного перехода (радиатор
отсутствует):
ÒÏ .Ì ÀÕ  ÒÑÐ  PÊ  RÏ Ê  25  1.394  20  52.87î Ñ  ÒÏ äî ï  150î Ñ
4.2.2 Базовая цепь
1. Дополнительной сопротивление в базовой цепи:
RÄ 
h21Ý
50

 48.23Î ì
2    f ÃÐ  ÑÝ 2   1500 106 110 1012
Так как
f  310Ì Ãö 
3  f ÃÐ 3 1500 106

 90Ì Ãö , то в реальной схеме
h21Ý
50
можно не ставить сопротивление
RД
, но оно остается в расчетных формулах.
2. Амплитуда базового тока составит:
10.35  1   50  310 106 1500 106 
 1   h21Ý  f f ÃÐ 
I Á1 
 IÊ1 
 0.37  0.524 À ,
h21Ý   1
50  0.5
Размещено на http://www.allbest.ru/
6
12
где   1   1  2  f ÃÐ  ÑÊ  RÊ 1  1  0.5  2  3.14 1500 10 10 10 198  10.35
3. Максимальное обратное напряжение на эмиттером переходе:
U ÁÝ _ max  I Á1
Условие
1  cos    RÄ
2
1   h21Ý  f f ÃÐ 
 U   0.526 
1  cos 90   48.229
1   50  310 106 1500 106 
U ÁÝ _ max  1.836 Â  U ÁÝ _ äî ï  4 Â
 0.6  1.836 Â
выполняется и Rд не надо
уменьшить.
4. Напряжение смещения на эмиттером переходе:
U Á0  

 0      RÄ  I Á1
1   h21Ý  f f ÃÐ 
 U   I Á1  rÁ  I Ý 0  rÝ 
0.5 1.571  48.23  0.524
1   50  310 10 1500 10
6
6

 0.6  4.791103 1  0.244  0.4  0.518 Â
5. Активная и реактивная составляющая входного сопротивления
транзистора
Z ÂÕ1  rÂÕ1  i  X ÂÕ1 .
Для этого рассчитаем элементы в эквивалентной схеме входного
сопротивления транзистора: rвх, Rвх, Lвх, Cвх.
LÂÕ  LÁ  LÝ   2.4 109  1109 10.35  2.49í Ãí
rÂÕ 

1
1   1  2  f ÃÐ  Ñêà  Rê1   rÁ  rÝ   1  2  f ÃÐ  LÝ  

1
1  0.5  2 1500 106  5 1012 198.5  1  0.4  0.5  2 1500 10 6 1 10 9   1Î ì

10.35 
Размещено на http://www.allbest.ru/
RÂÕ 

1
 r  1   1  h21Ý   rÁ   rÂÕ  R Ä  1   1  
Á
1
1  1  0.5  50  1  1  48.23  1  0.5  25.68Î ì
10.35 
ÑÂÕ 
h21Ý
50

 206ï Ô , тогда
2  f ÃÐ  RÂÕ 2 1500 106  25.68
rÂÕ1  rÂÕ 
1   h
RÂÕ
21Ý
X ÂÕ1  2  f  LÂÕ 
 f f ÃÐ 

 1
25.68
 1.28Î ì
1   50  310 106 1500 106 
RÂÕ   h21Ý  f f ÃÐ 

1   h21Ý  f f ÃÐ 
 2  310 10  2.49 10 
6
2
9
2


25.68   50  310 106 1500 106 
1   50  310 106 1500 106 
2
 2.401Î ì
Z ÂÕ1  rÂÕ1  i  X ÂÕ1  1.28  i  2.401Î ì
6. Мощность возбуждения и коэффициент усиления по мощности:
PÂ1  0,5  I Á12  rÂÕ1  0.5  0.5242 1.28  0.176 Âò
KP 
PÂÛ Õ1 1.625

 9.229
PÂ1
0.176
4.3 Расчет элементов схемы усилителя и согласующих цепей
4.3.1 Расчет цепей питания
1. Блокировочная индуктивность во входной цепи автосмещения:
Размещено на http://www.allbest.ru/
20  rÂÕ12  X ÂÕ12 20  1.282  2.4012
LÁË 1 

 27.9í Ãí
2  f
2  310 106
2. Блокировочная индуктивность, развязывающая цепь источника
питания по высокой частоте:
LÁË 2 
20  RÊ 1
20 198.51

 2.038 ì Ãí
2    f 0 2  310 106
3. Для исключения прохождения постоянной составляющей тока в
нагрузку:
ÑÁË 1 
50
50

 0.129í Ô
2    f 0  RÊ 1 2  310 106 198.51
4. Для исключения прохождения постоянной составляющей тока в
источник питания (примем RИП=10 Ом ):
ÑÁË 2 
50
50

 2.567í Ô
2    f 0  RÈ Ï
2  310 106 10
4.3.2 Расчет входной согласующей цепи
Требуется согласовать выходное сопротивление транзистора УМ по
первой гармонике Rн1 = 50(Ом) и входное сопротивление транзистора
оконечного каскада Z ÂÕ1  rÂÕ1  i  X ÂÕ1  1.28  i  2.401Î ì .
Т.к. согласовываем каскад мощного усилителя (возбуждение током) с
малым входным сопротивлением и
rÂÕ1  R Í1
, то можно использовать
простую входную ВЧ цепь, представляющую ячейку ФНЧ Г- образного
реактивного четырехполюсника, его эквивалентная схема представлена на
рисунке:
Размещено на http://www.allbest.ru/
R1
Обозначим: R1=R`н1=50 (Ом), R2= rвх1, X2= xвх1.
Рассчитываем необходимую величину добротности Г-звена
Q
R1
50
1 
 1  6.169
R2
1.28
-достаточно мала, следовательно, цепь не превратится в колебательный
контур и ее можно использовать для согласования.
Рассчитаем цепь с емкостью в параллельной ветви, т.к. она имеет
лучшие фильтрующие свойства в отношении высших гармоник, чем цепь с
параллельной индуктивностью:
Определяем реактивные сопротивления
Xï î ñë  R 2Q  1.28  6.169  7.896 Ом; X ï àð 
Вычисляем
величины
R1
50

 8.105 Ом.
Q 6.169
индуктивности
и
емкости
с
учетом
реактивностей выходного сопротивления транзистора УМ и входного
сопротивления транзистора рассчитываемого каскада
Размещено на http://www.allbest.ru/
Lñöâõ  L1 
Cñöâõ  Ñ1 
X ï î ñë  X 2

1 1

  X ï àð

7.898  2.401
 2.82í Ãí
2  310 106

1
 1 
 
  63.3ï Ô
6 
2


310

10
8.105



4.3.3 Расчет выходной согласующей цепи
1. Находим действующее сопротивление:
rÄ 
R1
198.51
 2
 39.702(Oì ) ,
2
Q1  1 2  1
проверяем
выполнение
условия
rÄ  39.702  R2  50Î ì ,
иначе,
согласование было бы невозможным.
2. Определим реактивные сопротивления:
ÕÏ ÀÐ1 
R1 198.51

 99.255(Î ì )
Q1
2
ÕÏ Î ÑË  Q1  rÄ  2  39.702  79.404(Î ì )
3. Рассчитываем необходимую величину добротности второго Г-звена:
Q2 
R2
50
1 
 1  0.509
rÄ
39.702
4. Определяем реактивное сопротивление:
ÕÏÎ ÑË  Q2  rÄ  0.509  39.702  20.22Î ì
ÕÏ ÀÐ2 
R2
50

 98Î ì ; _ ÕÏ ÀÐ2  98Î ì
Q2 0.509
Размещено на http://www.allbest.ru/
5. Находим последовательное реактивное сопротивление П-цепи:
ÕÏ Î ÑË  ÕÏ Î ÑË  ÕÏÎ ÑË  79.404  20.22  99.624Î ì .
6. Вычислим величину индуктивностей и емкостей:
L  L2 
Ñ1 
X ï î ñë
99.624

 51.1í Ãí
2    f 2  310 106
1
1

 5.173ï Ô
2    f  ÕÏ ÀÐ1 2  310 106  99.25
С учетом емкости СК, стоящей параллельно С1 пересчитаем:
С1'=C1-CК=5.17пФ-4.5пФ=0.67пФ.
Ñ2 
1
1

 5.229ï Ô .
6
2    f 0  Õï àð 2 2  310 10  98.175
Основные параметры каскада:
Напряжения питанияUКо=12.6 В
Выходная мощность(до согласующей цепи)РВЫХ = 1.625 Вт
Рабочая частотаf = 310 МГц
Коэффициент усиления по мощностиKp = 9.229
КПДη = 73%
Мощность, потребляемая от источникаР0 = 3 Вт
Мощность, рассеиваемая на коллектореРК = 1.39 Вт
Размещено на http://www.allbest.ru/
5. Расчет кварцевого автогенератора
5.1 Выбор кварцевого резонатора и транзистора
Исходными данными для расчета:
рабочая частота f=51.333 МГц,
мощность в нагрузке РН=0.4 мВт.
Приняв частоту fкв=f, выбираем КР желательно с меньшим значением
rкв*Со и выписываем его справочные параметры:
Тип
Частота
Сопротивление
Статическая
Добротност
Допустимая мощность
резонатора
fКВ,
rКВ,
емкость СО, пФ
ь
рассеяния РКВ_ДОП, мВт
Мгц
Ом
51.667
40
РВ-59
QКВ
125 10 3
1.25
1
Колебательная мощность генератора с КР невелика, поэтому АГ будем
выполнять на маломощном транзисторе КТ306Б, с граничной частотой
f гр  10  f КВ .
Тип
Его параметрами:
f ГР ,
транзист
h21Э rБ ,
МГц
Ом
U ' , U ÊÍ ,
В
Â
U ЭБ _ ДОП ,
I КМ _ ДОП ,
В
PРАС _ ДОП ,
А
Вт
Ска  Скп
пФ
ора
Структура
транзистор
а
КТ306Б
500
40
40
0,6
7
4
0,03
0,15
1.5
n-p-n
Для расчета выбираем схему частотно модулируемого автогенератора с
кварцем, включенным в контур:
Схема с КР в контуре удобна тем, что возбуждение может происходить
как на основной частоте, так и на механических гармониках. Так же схема
позволяет включить в колебательный контур варикап, для осуществления
прямой частотной модуляции.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Uko
R1
R2
Cбл1
Rб
VT
Cсв
к УМ
C1
КР
R
Uo
Lбл1
C2
R3
L1
Rэ
Cбл2
Lбл2
Cбл3
C3
VD
R4
от Модулятора
1. Вычислим нормированную статическую емкость КР:
 0   ÊÂ  rêâ  Ñ0  2    51.8 106  40 1.25 1012  16 103
2. Коэффициенты разложения косинусоидального импульса при угле
отсечки θ=60 градусов:
 0  0,22 , 1  0,39 ,  0  0,11 ,  1  0,2 ,  0      0.609
3. Режим автогенератора выбираем недонапряженным для уменьшения
тока во входной цепи:
U K 0  0.8  U ÊÍ  5.6 Â ,
возьмем U K 0
 5Â
4. Сопротивление резистора R и коэффициент m:
Размещено на http://www.allbest.ru/
R
rÊÂ
0

40
 2.464 103 Î ì
3
16 10
m
rÊÂ
40

 16 103
3
R 2.464 10
5. Определим мощности, рассеиваемые на кварце и отдаваемая
транзистором:
3
возьмем PKB  0.9 10 Âò
Pr  PKB  m  0.9 103 16 103  1.461105 Bò
6. Параметр
a
PH
0, 0002

 0, 219
4
PÊÂ  Pr 9 10  1.461105
удовлетворяет рекомендованному значению а ≤ 0.25.
7. Максимальное значение импульсного коллекторного тока:
I ÊM 


h21Ý
2
2
 1   DB 2 (1   2 h21
Ý )  h21Ý  0,02 À
2 2
(1   h21Ý ) Â

f KB 5.167 107

 0.034,
f ÃÐ
500 106
где Â  15rÁ  15  40  600,
4
2 PKB (1  m) 2 2  9 10  1  0.016 
D

 3.055 104
2
2
rKB1 ( )
40  0.39
2
Условие
I ÊM  0,02 À  I ÊM _ ÄÎÏ  0.03 À
выполняется.
8. Рассчитаем аппроксимированные параметры транзистора:
S Ï  15  I ÊÌ  15  0,02  0,31À / Â
Размещено на http://www.allbest.ru/
- крутизна по переходу,
r
h21Ý
40

 130Îì
SÏ
0,31
S
h21Ý
40

 0,235 À / Â (rÁ  r ) 40  130
fS 
- сопротивление рекомбинации,
f ÃÐ
500  10 6

 53.25ÌÃö
S  rÁ 0,235  40
S 
крутизна,
- граничная частота по крутизне,
f 5.167 107

 0,97 - нормированная частота по f S ,
f S 53.25 106
S
Sf 
1  S
2

0, 235
1  0,97 2
 0,169 À / Â - модуль крутизны S на частоте f ,а
S1  S   1  0,235  0,2  0,047 À / Â
5.2 Расчет параметров колебательной системы АГ
Рассчитываем параметры колебательной системы АГ (при условии
самофазирования):
1) Сопротивление ветвей контура:
X 2Ô 
 S 0,97

 20, 613Î ì
S1
0.047
X1  
rKB (1  a)(1  2S )
40  (1  0, 219)  (1  0,97 2 )

 96.007Î ì
S (1  m)
0,97  (1  0, 016)
2) Ёмкости контура:
C1  
1
KB X 1
Ñ2Ô  

1
 3.209 1011Ô
2  5.167 107   96, 007 
1
1

 1.494 1010 Ô
ÊÂ Õ2Ô 2  5.167 107   20, 613
Размещено на http://www.allbest.ru/
3) Эквивалентное реактивное сопротивление КР с учетом резистора R:
ÕÊÂÝ  
rÊÂ 0
40  0.016

 0.629
2
(1  m)
(1  0.016)2
Тогда сопротивление плеча контура между коллектором и базой:
Õ3  ( Õ1  Õ2Ô  ÕÊÂÝ )   S rÊÂ
(1  à)

(1  m)
 (96.007  20, 613  0, 629)  0,97  40 
(1  0, 219)
 70.706Î ì
(1  0.016)
4) Оценим индуктивность:
для этого возьмем характеристическое сопротивление
L3 

100

 3.08 107 Ãí
KB 2  5.167 107
Из условия
C3 
  100Ом
Х 3   КВ L3 
1
 KB C3
найдем
С3 :
1
1

 1.052 1010 Ô
7
KB (KB L3  X 3 ) 2  5.167 10 (2  5.167 107  3.08 107  70, 706)
5.3 Расчет параметров режима работы транзистора
Параметры режима работы транзистора:
1) Постоянная составляющая и первая гармоника коллекторного тока:
I K 0  I KM   0  0, 03  0, 22  6.6 103 A
I K1  I KM  1  0,03  0,39  0,012 A
2) Постоянная составляющая тока базы:
I Á 0  I K 0 h21Ý  6.6 103 40  1.65 104 A
Размещено на http://www.allbest.ru/
3) Амплитуда напряжения возбуждения:
U Â1 
I K1
6.6 103

 0,346 B
S f   1 0,169  0, 2
Модуль коэффициента обратной связи:
KÔ 
Õ2Ô 1  2S
X1

20, 613  1  0,97 2
 0, 299
96.007
4) Амплитуда коллекторного напряжения:
U K1 
U B1 0,346

 1.157 Â
KÔ 0, 299
5) Напряжение смещения на базе:




0
0,11
U Â 0  U 'U Â1  
  0 (   )   0,6  0,19  
 0,61  0,503B


2
 1  0,495 2



 1 S

6) Мощности, потребляемая в цепи коллектора, колебательная и
рассеиваемая транзистором:
P0  I K 0 U K 0  6.6 103 13.6  0,083Âò
P1  0.5  I K 1 U K 1  0.5  0.376 1.157  0, 218Âò
PÐÀÑ  P0  P1  0,083  0.043  0,04Âò
PÐÀÑ  0.04 Âò  PÐÀÑ _ ÄÎ Ï  0,15Âò
Размещено на http://www.allbest.ru/
5.4 Расчет параметров элементов цепи питания и смещения
Параметры цепи элементов питания и смещения:
1) Выбираем значения сопротивлений Rэ и Rб из соотношений:
RÁ  (10...20) X 2Ô  19  20.613  391.637Î ì и RÝ  100...500  300Îì
2) Напряжение источников коллекторного питания:
U K  U K 0  ( I K 0  I Á 0 )  RÝ  5  (4,5  10 3  1,125  10 4 )  300  6,4Â
3) Начальное напряжение смещения:
U ÍÀ×  U  0  ( I K 0  I Á 0 )  RÝ  I Á 0  RÁ  0,503  (4,5  10 3  1,125  10 4 )  300  1,125  10 4  200  1,9 Â
4) Сопротивление делителя в цепи питания базы:
Ток делителя выбирается из соотношения
R1 
U K  U НАЧ 6,4  1,9

 796 _ Ом
IД
5.6  10 3
R2 
U НАЧ
1,9

 346 _ Ом
3
I Д  I Б 0 5.6  10  1.125  10 4
I Д  3...5I Б 0  5.6 мА
5) Мощность источника питания:
ÐÈ  U K I K 0  U ÍÀ× I Á 0  U K I Ä  6,4  4,5  10 3  1,9  1,125  10 4  6,4  0,56  10 3  0,033Âò
КПД цепи коллектора:
Размещено на http://www.allbest.ru/
Ý 
Ð1 0.002

 0.09
Ð0 0,022
КПД АГ:

ÐÍ
0,0004

 0.012
ÐÈ
0,033
5.5 Расчет варикапа
Для осуществления частотной модуляции в АГ будем использовать
варикап КВ109В с параметрами:
Тип варикапаа
C, пФ
U ПРОБ , В
КВ109В
1.9-3.1
25
f , МГц
50
Q
160
Так как он обладает высокой добротностью на рабочей частоте.
Возьмем показатель
  0.5
, зависящий от технологии изготовления
варикапа. Для максимального изменения емкости варикапа величину
U0
целесообразно принимать из соотношения :
U0 
U ПРОБ 25

 12,5В
2
2
В режиме запертого p-n перехода емкость варикапа СВ зависит от
напряжения
модулирующего
соответствующая
U 0  12,5В
U 

C В (U )  C B 0  1 

U0


сигнала.
равна
Средняя
Cв0  3пФ ,
12.5 

 3  10 12  1 

12.5 

тогда:
0.5
 2пФ
емкость
варикапа,
Размещено на http://www.allbest.ru/
при U0=12,5 В.
Обозначим емкость
'
исключается C 30 и
C3  C30  94пФ .
Так как
C В 0 < C 30
то из схемы
C30  C30  C В 0  94  2  92пФ
"
Рассчитаем
амплитуды
высокочастотного
и
модулирующего
напряжений на варикапе, для этого вычислим коэффициент включения
варикапа в контур:
kВ 
1
1
'
С 0 60
 30ï Ô

 0.658 , где C0  (2    f ) 2  L 
7 2
7
3
2


5.167

10

3.08

10


С30 92


UW  k U K 1  0,658 1.157  0,761Â
U  max  U 0  UW  12.5  0,761  11,739Â
Амплитуда модулирующего напряжения, подаваемого на варикап:
U   0,6 U  max  0,6 11,739  7.3Â
Так
как
условие:
U   U W   7.6  U ПРОБ
2
 12.5 выполняется,
продолжаем расчет.
Рассчитаем значения 1 и  2 :
1 
C K  C30  
 4,947  10 3
2  С0  C30  C K С0  C30 


C K  C30  
C30  
C K  C30  
1
   1 
  1,563  10 3
 2   











8 С 0  C30  C K С 0  C30  
2  С 0  C30  2  С 0  C30  C K С 0  C30  
Частота девиации будет определяться формулой:
то
Размещено на http://www.allbest.ru/
f Д  f КВ  1 
U
7,3
 26.333  10 6  4,947  10 3 
 7,6кГц
U0
12,5
 2 U   1,563  10 3 7,3
kf 



 0,19
1 U 0
4.947  10 3 12,5
Так как требования к величине коэффициента нелинейных искажений
не предъявляются, то оставляем его в пределах рассчитанного значения.
Данный варикап обеспечивает заданную величину девиации частоты.
Основные параметры автогенератора:
Pвых = 0,4 мВт
U K 0  5B
f ÂÛ Õ  51.67Ì Ãö
  1.2%
f дев  7.6кГц
5.6 Расчет элементов цепи генератора
Расчет блокировочных элементов:
Выбор
C бл 2 ,
включенной
параллельно
сопротивлению
Rэ.
Блокировочные функции этой емкости осуществляются при условии
  C бл2 
10
RЭ
. Но при большой
C б л1
может возникнуть прерывистоая
автогенерация. Условием ее отсутствия будет   Cбл1 
добротность колебательной системы АГ (примем Q=100).
Q
RЭ
, где Q –
Размещено на http://www.allbest.ru/
 2
CÁË
10
10

 102ï Ô ,
RÝ  2    f ÊÂ 300  2  5.167 107
``
CÁË
2 
Q
100

 1027 ï Ô ,
RÝ  2    f ÊÂ 300  2  3.14  5.167 107
отсюда 102(ï Ô )  Cáë 2  1027(ï Ô ) , примем
Cбл 2  1000(пФ) .
Полагая, что внутреннее сопротивление источника питания мало(10
Ом):
30
30

 9.241(í Ô )
RÈ ÑÒ  2    f ÊÂ 10  2  5.167 107
Cáë1 
Блокировочная
индуктивность Lбл1
предотвращает
`
заземление
транзистора по высокой частоте:
L`áë1 
10  RÝ
10  300

 9.24 ì êÃí
2    f ÊÂ 2  5.167 107
Блокировочные индуктивности развязывающие по частоте
частоту модуляции  : 2  f КВ  LБЛ 2
Примем
LÁË 2 
rМОД  200Ом ,
10  rÌ Î Ä
wÊÂ

 rМОД
и
2      LБЛ 2  rМОД
тогда:
10  200
 6,1ì êÃí
2    5.167 107
Блокировочная емкость выбирается из соотношения:
1
  C БЛ 3
ÑÁË 3 
 rМОД
50
50

 0.75í Ô
rÌ Î Ä  wÊÂ 200  2    5.167 107
f КВ
и
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рассчитаем резистивный делитель в цепи смещения варикап:
E1  14В
-напряжение источника питания варикапа.
 max  10  10 3 Гц
максимальная частота в спектре модулирующего
сигнала.
Зададимся R4=500 Ом, тогда найдем значение R3 из соотношения :
E1 
R4
 U0
R3  R4
Откуда
R3 
R4  E1  U 0  500  14  5

 900 _ Ом
U0
5
Размещено на http://www.allbest.ru/
6. Расчет умножителя частоты
Генераторные каскады малой мощности РПУ могут выполнять
функции умножителей частоты, в основе которых лежит принцип выделения
гармоники нужной частоты из импульсов коллекторного тока.
Выходная мощность умножителя ограничена несколькими факторами.
К ним относятся предельно допустимые значения обратного напряжения на
эмиттерном переходе
коллекторный ток
I KP
U БЭдоп
и мощности рассеяния
PКдоп
, а также критический
.
При выборе угла отсечки
обратное напряжение
U БЭпик
надо учитывать следующее. Пиковое

увеличивается при уменьшении угла отсечки ,

что может ограничить мощность, отдаваемую умножителем частоты. При
больших углах отсечки уменьшается КПД и растет мощность РК, что может
привести к нереализуемости режима транзистора. Если при оптимизации
мощности УЧ опираться только на ограничения по коллекторному току,
считая
ik max  I KP
, а при n=3 -
, то оптимальный угол отсечки равен
  40 0
  120 o n .
При n=2 -
  60 0
. При этих углах отсечки КПД будет достаточно высоким,
но надо не допустить превышение
n=2, и для n=3 выбирают равным
U БЭдоп
  60 0
. Поэтому часто угол отсечки и для
.
Расчет режима транзистора ведут на заданную мощность транзистора
PВЫ Хn
на рабочей частоте n*f, определенную по выходной мощности
умножителя
PВЫХ _ n  10 мВт , f ВЫХ _ n  52.666Мгц , f ВХ  26.333Мгц , PВХ  2 мВт .
6.1 Выбор типа транзистора и расчет его режима работы
Исходя из заданных
с учетом выполнений
PВЫ Хn
и n*f, по справочнику выбирается транзистор
f  3 f гр / h21Э
и
nf  f гр
. Вследствие больших потерь в
материале коллектора на верхних частотах транзистора целесообразно
выбирать транзистор с запасом по выходной мощности
PВЫ Хn
примерно в 2..2.5
Размещено на http://www.allbest.ru/
раза. Выберем транзистор 1Т330А, со следующими параметрами и
характеристиками:
Тип прибора
Электрические параметры и параметры эквивалентной схемы
h21Э
КТ340А
125
U`
S гр
В
см
0.6
0.05
U КН
I КМ _ ДОП
PРАСС _ ДОП
rБ
МГц
В
А
Вт
Ом
300
10
0,05
0,15
30
f гр
0
 0 ( )
1()
60
0.218
0.391
 2 ( )
 0 ( )
 1 ( )
 2 ( )
0.276
0.109
0.196
0.138
Расчет транзистора будем вести по безынерционной методике , т.к.
граничная частота значительно выше заданной частоты.
Режим транзистора полагаем граничным.
Возьмем Uк0=5 В, SГР=0.05, тогда:
 ГР  0.5  0.5 1 
8РВЫХn
8  0,01
 0.5  0.5 1 
 0.94
2
 n ( n ) S ГРU К 0
0,276  0,05  5 2
- напряженность граничного режима работы транзистора.
U k 2   ГРU K 0  0,94  5  4.6В
- амплитуда второй гармоники коллекторного
напряжения
IK2 
2 PВЫХ 2 2  0,01

 4,3 мА
UK2
4 .6
-
амплитуда
второй
гармоники
коллекторного тока
IK0 
IK2
4,3 мА

 3.4 мА
g 2 ( 2 )
1,27
- постоянная составляющая коллекторного
тока
P0  I K 0U K 0  3.4 мА  5  17 мВт
- мощность, подводимая к транзистору от
источника питания в коллекторной цепи
PK  P0  PВЫХn  17  10  7 мВт
транзистора
- мощность, рассеиваемая коллектором
Размещено на http://www.allbest.ru/
UK2
4.6

 1100 _ Ом
I K 2 4,3  10 3
RK 2 
эквивалентное
-
сопротивление
коллекторной цепи для второй гармоники коллекторного тока
PВЫХ 2 10

 0.6
P0
17
Э 
U Б1 
- электронный КПД
IK2
0,0043

 0,06 В
S 2 ( n ) 0,5  0,138
-
амплитуда
первой
гармоники
напряжения на базе
U Б 0  U Б1 cos  n  U Б  0,06  0,5  0,6  0.57 В
- напряжение смещения на
базе
Постоянная составляющая тока базы: I Б 0
IK0
3.4  10 3


 2.7  10 5 А
h21Э
125
Параметры цепей элементов питания и смещения:
Сопротивление делителя в цепи питания базы:
Ток делителя выбирается из соотношения
I Д  3...5  I Б 0  1.4  103 А
R1 
(U K 0  U Б 0 ) (5  0,57 )

 3300 _ Ом
IД
1.4  10 3
R2 
U Б0
0,57

 410 _ Ом
3
I Д  I Б 0 1.4  10  2.7  10  4
PВ1  0,5  U Б1 / rВХ  0,5  0,062 2 / 10  1,9  10 3 Вт
2
- мощность возбуждения
Тогда коэффициент усиления по мощности составит:
KP 
PВЫХ 2
0,01

5
PB1
0,0019
Размещено на http://www.allbest.ru/
6.2 Расчет элементов схемы
C1
VT
L1
От буферного
усилителя
C2
Lбл1
Cбл1
К умножителю
Cбл2
R2
Uko=5 B
R1
Расчет элементов контура:
Зададимся характеристическим сопротивлением контура:
Найдем добротность ненагруженного контура:
Добротность нагруженного составит:
Q'  100
Тогда сопротивление потерь составит:
rПОТ 
rВН 

Q

Q'

r 
40
 0,4Ом
100
40
 0,4  1.2 _ Ом
25
Сопротивление связи:
X CB 
RH  rBH 
75  1.2  9.5Ом
Q
  40Ом
Rk 2 1000

 25
Q
40
Размещено на http://www.allbest.ru/
Емкость связи:
CCB 
1
1

 164ï Ô
2    n  f  X CB 2  2  5.167 107  9.5
Индуктивность контура:
L1 

2    n  f  X CB

40
 7.5í Ãí
2    2  5.167 107  9.5
Общая емкость контура:
Cê 
1
1

 38ï Ô
2    n  f   2    2  5.167 107  40
Делитель емкости
Ñê 2 
ÑCB  Ñk
164ï Ô  38ï Ô

 50ï Ô
ÑCB  Ñk 164ï Ô  38ï Ô
Расчет блокировочных элементов:
Блокировочные емкости выбираются из принципа:
1
C БЛ 1
 rИСТ _ ПИТК0
и
1
C БЛ 2
 rИСТ _ ПИТБ0
Сопротивления источников питания полагаем равным 10 Ом.
C БЛ 1 
50
50

 30 нФ
2    f  rИСТ _ ПИТK0 2  26.333  10 6  10
C БЛ 2 
50
50

 15нФ
2    f  rИСТ _ ПИТБ0 2  2  26.333  10 6  10
Размещено на http://www.allbest.ru/
Основные параметры умножителя:
Pвых = 10 мВт
U K 0  5B
f ÂÛ Õ  103.34Ì Ãö
  60 _ %
Kp=5
Размещено на http://www.allbest.ru/
7. Уточнение структурной схемы
В результате проектирования отдельных каскадов, были рассчитаны
выходные мощности, КПД, согласующие цепи, коэффициенты передачи по
мощности, используемые активные приборы (транзисторы), а также
необходимые напряжения питания для отдельных каскадов. Используя
полученные данные, приведем уточненную структурную схему передатчика:
Размещено на http://www.allbest.ru/
8. Схема электрическая принципиальная радиопередатчика
Uko=5 B
C1
R2
R1
VD1
C2
R3
C9
VT2
VT1
Cсв
L5
УМ1
C3
R4 КР
C10
L4
Uo
C11
R6
R9
УЧ на 3
C12
УМ2
C4
L1
L2
L3
C7
Пит
C6
R5 C5
VD1
R7
ОТ Модулятора
R10
Uko=5 B
Пит
Пит
Uko=5 B
Uko=12,6 В
Uko=5 B
R11
C13
Модулятор К варикапу
C16 L9
C14
R8
L6
L8
VT3
C18
C17
C8
L7
ИП
C15
14В
R12
C20
Uko=12,6 В
C19
К Нагрузке
Размещено на http://www.allbest.ru/
9. Описание конструкции
Передатчик выполнен в виде отдельных каскадов, расположенных на
разных платах: плата задающего генератора, плата модулятора, плата
маломощного усилителя (буферный каскад) и первого умножителя частоты,
плата второго умножителя частоты, усилителя мощности и выходного
каскада . Поэтому для соединения отдельных составных частей в единое
целое, а также подключение источника питания ко всем каскадам,
необходимо использование проводов. Все каскады питаются от аккумулятора
14(В), напряжение к ним подается через низкоомные маломощные резисторы
- R8, R11 и R12. Питание автогенератора поступает от аккумулятора через
делитель
напряжения
параллельно
и
включенным
стабилизируется
конденсатором,
стабилитроном
шунтирующим
КС133А
с
его
по
переменному току. Толщина проводов будет зависеть от протекающих по
ним токов.
Питание цепей передатчика обеспечим с помощью аккумулятора на
14(В). Напряжение на отдельные каскады будет подавать непосредственно с
аккумулятора, а для задающего генератора – через делитель напряжения, для
обеспечения 5-и вольтового напряжения.
Будем использовать аккумулятор Hander HA-14-6 14(В), 1.2(Ач) с
габаритными размерами (70ммХ50ммХ25мм), передатчик может непрерывно
работать без подзарядки в течение примерно 2 часов.
9.1 Описание корпуса
Корпус
передатчика
выполним
из
алюминиевого
сплава
для
наилучшего отвода тепла от нагревающихся элементов. Он состоит из двух
отсеков, в первом располагается плата передатчика, во втором – источник
питания (аккумулятор). Плата расположена горизонтально, закреплены на
стойках винтами 2 (мм). У корпуса имеется крышка с резиновой прокладкой,
Размещено на http://www.allbest.ru/
обеспечивающая пыле- и влагонепроницаемость. Крышка крепится с
помощью
винтов
диаметром
4(мм).
Размеры
корпуса
266(мм)Х132(мм)Х50(мм), толщина стенок 1(мм). На корпусе размещаются
кнопка включения/выключения передатчика и два разъема, для подключения
микрофона и антенны.
9.2 Уточнение используемых радиодеталей
Уточнение используемых радиодеталей для топологического чертежа
платы автогенератора.
Название
Рассчитанное значение
Выбранное значение
Стандартное название
Обозначение
значение
размерность
значение
Емкость C 1
32
пФ
C3
16…2700 пФ
пФ
КМ-5Б
Емкость C 2
149
пФ
C4
16…2700пФ
пФ
КМ-5Б
105,2
пФ
C6
16…2700пФ
пФ
КМ-5Б
9
нФ
C2
9,1 нФ
нФ
К10-50Б
1
мкФ
C5
1
мкФ
К50-6
0,75
нФ
C7
0,82
нФ
К10-50Б
9
мкГн
L1
9,1
мкГн
-
6.1
мкГн
L3
12.1
мкГн
-
0.6
мкГн
L2
0.6
мкГн
-
2464
Ом
R4
2490
Ом
Р1-71-0.125
796
Ом
R1
806
Ом
Р1-71-0.125
346
Ом
R2
348
Ом
Р1-71-0.125
элемента
Емкость
C3
Емкость
размерность
C б л1
Емкость
C бл 2
Емкость
C бл3
Индуктивнос
ть
Lб л1
Индуктивнос
ть
Lбл 2
Индуктивнос
ть L1
Сопротивлен
ие R
Сопротивлен
ие R1
Сопротивлен
Размещено на http://www.allbest.ru/
ие R2
Сопротивлен
900
Ом
R6
909
Ом
Р1-71-0.125
500
Ом
R7
499
Ом
Р1-71-0.125
200
Ом
R3
200
Ом
Р1-71-0.125
300
Ом
R5
301
Ом
Р1-71-0.125
Кварц КР
-
-
ZQ1
-
-
РВ-59
Транзистор
-
-
VT1
-
-
КТ306Б
-
-
VD2
-
-
КВ109В
ие R3
Сопротивлен
ие R4
Сопротивлен
ие RБ
Сопротивлен
ие RЭ
VT1
Варикап VD
9.3 Габаритные размеры радиодеталей и радиокомпонентов
1. Конденсаторы:
1.1КМ-5Б
L=4.5 мм
B=6.5 мм
А=2.5 мм
d=0.5 мм
1.2.К10-50Б
Размещено на http://www.allbest.ru/
1.3.К50-6
h=6 мм
D=4 мм
A=2 мм
2. Резисторы
Р1-71-0.125
l=3.5 мм
d=2 мм
H=31 мм
D=0.5 мм
3. Транзистор КТ306Б
Размещено на http://www.allbest.ru/
4. КварцРВ-59
5. Варикап КВ109В
6. Разъем для антенны:
GB-116(BNC-7017):
7. Кнопка включения/выключения:
SR-06NR:
Размещено на http://www.allbest.ru/
8. Аккумулятор:
Hander HA-14-6:
9. Стабилитрон
1N4733A, Uстаб=5,1 +- 5% (В)
10. Транзистор 2Т925А
Размещено на http://www.allbest.ru/
Для микрофона выберем аудио разьем: AUB 11/2
Размещено на http://www.allbest.ru/
9.4 Расчет катушки индуктивности
Если катушка бескаркасная, то диаметр провода d должен быть не мене
0.4-0.5(мм), для обеспечения необходимой жесткости при диаметре катушки
D не более 1(см) и числе витков N не более 5-10.
Рассчитаем индуктивность L2=0.6 мкГн.
Для намотки будем использовать провод ПЭВ1, толщина которого
d=0.5 мм (в изоляции 0.55 мм). Выберем длину намотки l=0.6 см, диаметр
намотки D=0.7 см, исходя из оптимального отношения
 l 
 0.6... 1.0 .
 
 D  ОПТ ИМАЛЬНОЕ
Коэффициент
L0 
1
1

 7.65
l
0
.
6




0.1    0.45  0.1  
 0.45 
D

 0.7

Тогда число витков:
W 
LмкГн   10 3

L0  Dсм
0.6  10 3
 10.6
7.65  0.7
Шаг намотки:
 
1см 
1

 0.06 _см  d ИЗ  0.55 мм ,
W  1 10.6  1
Размещено на Allbest.ru
т.е. намотка осуществима.
Скачать