Расчёт радиопередатчика с АМ-модуляцией

Расчёт радиопередатчика с АМ-модуляцией

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Рассчитать радиопередатчик связной с АМ-модуляцией по следующим параметрам:

1.Рабочая частота 2 МГц

2.Выходная мощность 15 Вт

3.Относительная нестабильность

частоты [pic]

[pic]1.2[pic]10[pic]

4.Источник питания 127 / 220. В

1.Введение.

Радиопередающими называют устройства, предназначенные для

выполнения двух основных функций – генерации электромагнитных колебаний

высокой частоты или сверхвысокой частоты и их модуляции в соответствии с

передаваемым сообщением. Радиопередающие устройства входят в состав

радиокомплексов, содержащих, кроме того, антенны, радиоприёмные и различные

вспомогательные устройства. При проектировании задают параметры, которым

должен удовлетворять радиопередатчик. Основными из них являются выходная

мощность на рабочей частоте или в диапазоне частот; относительная

нестабильность частоты; вид и параметры модуляции.

2.Структурная схема РП.

В состав Р.П. входят:

1. Автогенератор с кварцевой стабилизацией.

2. Предварительный усилитель высокой (радио) частоты.

3. Усилитель мощности

4. Амплитудный модулятор.

5. Антенна.

Расчет Р.П. начнём с усилителя мощности.

3. Усилитель мощности.

Усилитель мощности (УМ) – один из основных каскадов РП; он

предназначен для усиления мощности высокочастотных электромагнитных

колебаний, возбуждаемых в задающем автогенераторе, путём преобразования

энергии постоянного электрического поля в энергию электромагнитных

колебаний. Следовательно, в состав УМ должен входить элемент, способный

производить подобное преобразование. Эти элементы называют активными

элементами (АЭ). В качестве АЭ в РП наиболее часто применяют биполярные и

полевые транзисторы, иногда генераторные диоды (лавинно – пролетные, диоды

Ганна).

В состав УМ (рис.1) помимо АЭ входят согласующие цепи, а также

цепи питания и смещения. На вход усилителя поступают электромагнитные

колебания частоты f от предшествующего каскада, называемого возбудителем.

Нагрузкой УМ является входное сопротивление последующего каскада либо

линии, ведущей к антенне.

Рис.1. Структурная схема усилителя мощности.

3.1 Расчёт усилителя мощности на биполярном транзисторе.

Требуется рассчитать режим работы транзистора в схеме с ОЭ с мощностью

первой гармоники равной 15 Вт на частоте 2 МГц.

Выберем транзистор КТ903А. Его параметры:

[pic] Гн. [pic] Ф. [pic] Ф.

[pic] [pic][pic][pic]

[pic]

3.1.1[pic]Порядок расчёта режима работы БПТ.

[pic]

[pic]

[pic]

3.1.2 Расчёт принципиальной схемы УМ.

Eп.

R1

C3

L2

L3 C5

Выход

C1 L1

Вход

C2 R2

C4 С6

Схема №1. Принципиальная электрическая схема УМ.

[pic]

[pic]

Выходная согласующая цепь:

[pic]

Входная согласующая цепь:

[pic]

Таблица №1.

|Элемент |Номинал |Ед. измерения |

| R1 | 41 | Ом. |

| R2 | 43 | Ом. |

| C1 | 0.8 | мкФ |

| C2 | 25 | нФ. |

| C3 | 0.8 | мкФ. |

| C4 | 3 | нФ. |

| C5 | 0.8 | мкФ. |

| С6 | 3 | нФ. |

| L1 | 93 | мкГн. |

| L2 | 2.7 | мкГн. |

| L3 | 2 | мкГн. |

4. Расчёт предварительного усилителя.

Предварительный усилитель выполнен на транзисторе КТ911А. Расчёт режима и

принципиальной схемы

Еп

С1 R1

L1

L2

С2 R2

Схема№2. Принципиальная электрическая схема предварительного усилителя.

4.1 Расчёт электрического режима транзистора большой мощности КТ911А. Его

параметры:

[pic]

По формулам п.3.1.1 и п.3.1.2 рассчитаем режим работы и принципиальную

схему.

[pic]

Расчёт цепи согласования L2C3:

[pic]

Таблица №2

|Элемент | Номинал | Ед. Измерения |

| R1 | 1.8 | кОм. |

| R2 | 1.82 | кОм. |

| C1 | 0.8 | мкФ. |

| C2 | 0.6 | нФ. |

| L1 | 67 | мкГн. |

| L2 | 45 | мкГн. |

5.Автогенератор.

Автогенератор – это источник электромагнитных колебаний, колебания в

котором возбуждаются самопроизвольно без внешнего воздействия. В

радиопередатчиках автогенераторы применяются в основном в качестве

каскадов, задающих несущую частоту колебаний. В зависимости от типа АЭ

различают транзисторные и диодные автогенераторы. Идея создания

транзисторного автогенератора основана на том, чтобы обеспечить режим

транзистора приблизительно такой же,

как в УМ. При этом на вход транзистора подаются колебания не от внешнего

источника, а из собственного резонатора через цепь обратной связи. Главное

свойство резонатора – колебательный характер переходного процесса.

Простейший резонатор – это колебательный контур.

Относительная нестабильность частоты [pic] автогенераторов, выполняемых на

резонаторах в виде [pic]-контуров, менее [pic] . Однако к современным

радиопередатчикам предъявляют более высокие требования по стабильности

частоты. Как правило, долговременная относительная нестабильность частоты

должна быть не менее чем [pic], что можно обеспечить, применяя кварцевые

резонаторы.

5.1 Структурная схема автогенератора с кварцевой стабилизацией.

к нагрузке

5.2 Расчёт автогенератора с кварцевой стабилизацией.

Rбл

Ссв

R1

С2

Сбл1 R2 С1 Rсм Сбл2

Схема№3. Принципиальная электрическая схема кварцевого автогенератора.

Выберем в качестве АЭ транзистор КТ331А. Его параметры:

Расчёт произведём по указанным ниже формулам.

[pic]

[pic]

[pic]

Расчёт кварцевого резонатора.

[pic]

[pic]

|Элемент |Номинал |Ед. Измерения |

| R1 | 4.66 | кОм. |

| R2 | 1 | кОм. |

| Rсм | 873 | Ом. |

| Rбл | 4.2 | кОм. |

| С1 | 0.05 | мкФ. |

| С2 | 1.1 | мкФ. |

| Ссв | 385 | пФ. |

| Сбл1 | 0.8 | мкФ. |

| Сбл2 | 900 | пФ. |

6.Модулятор.

Модулятор – это каскад радиопередатчика, в котором осуществляется

модуляция высокочастотных колебаний в соответствии с передаваемым

сообщением. Как известно, модуляцией в радиотехнике называют процесс

управления одним из параметров высокочастотного колебания

[pic], где [pic] - амплитуда,[pic] - частота, [pic]- начальная фаза,[pic]-

мгновенная фаза колебания.

Изменяя с помощью управляющего НЧ сигнала амплитуду [pic], получим

амплитудную модуляцию.

Структурная схема модулятора изображена на Рис.2. Преобразование

спектра, которое происходит при модуляции, возможно в нелинейных системах

либо в линейных системах с переменными параметрами. В качестве НЭ

используют п/п диоды и транзисторы.

Рис.2. Структурная схема модулятора.

6.1.АМ – модуляция изменением напряжения питания.

Выходной ток АЭ зависит от напряжения на коллекторе, особенно сильна

эта связь в перенапряжённом режиме. Поэтому можно осуществлять АМ –

модуляцию, изменяя напряжение на коллекторе. В данном случае модулирующий

сигнал вводят в цепь питания АЭ и напряжения питания (рис.3.)

[pic]напряжение питания в режиме несущих колебаний (напряжение источника

питания); [pic] амплитуда НЧ колебаний.

Вход ВЧ

Вход НЧ

Рис.3. Функциональная структурная схема АМ – модулятора при модуляции

напряжением

питания.

2. Расчёт электрического режима.

Колебательная мощность в максимальном режиме [pic][pic]

Где максимальная глубина модуляции [pic], а выходная мощность в режиме

молчания [pic]

Выбираем транзистор, способный рассеивать мощность того же порядка,

например КТ970А, для которого [pic]

Еп1

R1

Cбл

Вход НЧ

R2

Еп2

Выход

Вход ВЧ

Схема№4. Принципиальная электрическая схема АМ – модулятора при модуляции

напряжением питания.

Расчёт произведём по формулам пункта 3.1.1.

[pic]

В качестве предварительного УНЧ применим каскад, выполненный на микросхеме

К174УН9 с типовой схемой включения (рис.4.).

напряжение

питания

+ 100мк 0.1мк

10мк 1

1000мк

+ 8

16 +

Выход

Вход

10

11

220 0.1мк

500мк 4

+

2 1

Выходная мощность ……………….5,5 Вт.

Чувствительность входа……………20 мВ.

Напряжение питания……………..16,5 В.

Потребляемый ток…………………..60 мА.

Список используемой литературы:

1. Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах.

Авторы: Б.Е. Петров, В.А. Романюк

2. Проектирование радиопередатчиков.

Под редакцией В.В. Шахгильдяна

3. Схемы устройств формирования радиосигналов.

Авторы: А.И. Александров, М.П. Кевлишвили

4. Справочник по транзисторам.

5. Каталог по транзисторам и интегральным схемам.

-----------------------

G

П.У.

У.М.

А.М.

АЭ

Входная согласующая цепь

Цепь смещения

Цепь питания

Выходная согласующая цепь

Согласующая

цепь

Кварцевый

резонатор

АЭ

[pic]

Входная

согласующая цепь несущей частоты

НЭ с цепями смещения и питания

Выходная согласующая цепь

Входная согласующая цепь сигнала

АЭ

Цепь смещения

Выходная согласующая цепь

Цепь питания

К174УН9