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.
С
КАГ
УЧ
М
ПУМ
УМ
ИП
труктурная схема проектируемого РПУ будет иметь следующий вид:
АНТ
НЧ
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 Рвых1 определяется исходя из заданной мощности усилителя Рвых:
Рвых1 = Рвых / ηк вых
, где ηк вых — КПД выходной согласующей цепи усилителя
Для выходного каскада можно принять ηк вых равным 0,8.
Рвых1 = 1 Вт / 0,8 = 1,25 Вт
Транзистор должен удовлетворять условию:
fраб < 0,3fгр
fгр > 3,3fраб
fгр > 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=90о 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
Рвых1 = 1,25 Вт
αо = 0,319
Sгр = 0,6 См
Uko = 12,6 В
= 0,909
2.Амплитуда первой гармоники коллекторного напряжения и тока
Uk1 = Uk0 * ξгр
Uk1 = 11,45 В
Ik1 = (2* Рвых1)/ Uk1
Ik1 = 218,3 мА
3. Постоянные составляющие коллекторного, базового и эммитерного токов:
h21 = 40
g1 = 1,57
Iko = Ik1 / g1
Iko = 139 мА
IБ0 = Iko / h21
IБ0 = 3,4 мА
IЭ0 = Iko + IБ0
IЭ0 = 142,4 мА
4. Максимальная величина коллекторного тока
αо = 0,319
IK МАКС = Iko / αо
IK МАКС = 435,7 мА < 1 А
5. Мощности, потребляемая от источника питания и рассеиваемая на коллекторе транзистора соответственно
PO = Iko * Uko
PO = 1,75 Вт
PP = PO - Рвых1
PP = 0,5 Вт
6. КПД коллекторной цепи
ηЭ = Рвых1 / PO
ηЭ = 0,71
7. Эквивалентное сопротивление коллекторной нагрузки
RK1 = Uk1 2 / 2*Рвых1
RK1 = 52,44 Ом
Расчёт базовой цепи
1. Дополнительное сопротивление между базой и эмиттером.
Fгр = 800 МГц
СЭМ = 80 пФ
RД = h21 / 2*π*Fгр*СЭМ
RД = 99,4 Ом
2. Амплитуда базового тока
γ1 = 0,5
χ = 1+2*π*Fгр*СЭМ*RK1*γ1
χ = 12,147
IБ1 = 1,2 А
3. Максимальное обратное напряжение на эмиттерном переходе
U' = 0,7 В
UБЭМАКС = 12,4 В > UБДОП (UБДОП = 4 В)
Следовательно необходимо уменьшить RД
RД ≤* ( |UБДОП |+|U'| ) / (1+cos(θ))*IБ1
RД =33 Ом ≤ 35 Ом
При это необходимо включить параллельно RД дополнительную ёмкость СД
СД = h21Э/ 2*π*Fгр*RД -СЭМ
СД = 161 пФ
4. Напряжение смещения на эмиттерном переходе
γо = 0,319
Rб = 0,5 Ом
RЭ = 1,02 Ом
UБ0 = - 0,546 В
5. Активная и реактивная составляющая входного сопротивления транзистора
ZВХ1 = rВХ1 + j*xВХ1
LВХ = 2,7 нГн
rВХ = 0,398 Ом
RВХ = 17 Ом
rВХ1 = 0,605 Ом
xВХ1 = 1,186 Ом
6. Мощность возбуждения
PВ1 = 363 мВт
7. Коэффициент по мощности
КР = 3,442
Расчет цепи питания и смещения
Рассчитаем сопротивление автосмещения, определяющее смещение на базе транзистора. Значения Uбо и Iбо возьмем из режима расчета работы транзистора. Значение находим из соотношения:
Ra = 160.5 Ом
Рассчитаем блокировочные элементы на цепи смещения:
ω∙Lбл>>rвх1
LБЛ = 5,3 нГн
Примем LБЛ = 5,6 нГн
Блокировочная емкость должна удовлетворять условию:
СБЛ = 6,98 нФ
Примем СБЛ = 8,2 нФ
Рассчитаем блокировочные элементы на цепи питания
Блокировочная индуктивность:
LБЛ1 = 463,6 нГн
Примем LБЛ1 = 470 нГн
Блокировочная емкость должна удовлетворять условию:
СБЛ1 = 84 пФ
Примем СБЛ1 = 91 пФ
Разделительная емкость должна удовлетворять условию:
1/(ω∙Ср)<к1
СР = 168 пФ
Примем СР = 180 пФ
Расчет выходной согласующей цепи
Расчет согласующей цепи будем вести исходя из схемы представленной на рис.2
Исходные данные для расчета Rк1=52,44 Ом, RН=50 Ом и Rо=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:
f = 72 МГц
Ненагруженная добротность должна удовлетворять условию:
QO = 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 Рвыхпред1 определяется исходя из заданной мощности усилителя Рвых:
Рвыхпред1 = Рв1 / ηк вых
, где ηк вых - КПД выходной согласующей цепи усилителя.
Рвых1 = 363 мВт / 0,8 = 453 мВт
Транзистор должен удовлетворять условию:
fраб < 0,3fгр
fгр > 3,3fраб
fгр > 600 Мгц
В качестве активного прибора выберем транзистор 2Т610Б:
Тип прибора
|
h21
|
U’ B
|
Sгр см
|
fгр мГц
|
Ск пФ
|
Ска пФ
|
Сэ пФ
|
rб Ом
|
rэ Ом
|
rк Ом
|
Lб нГн
|
Lэ нГн
|
Lк нГн
|
Рдоп Вт
|
Рвых Вт
|
Кр
|
Uко В
|
2Т610Б
|
130
|
0,7
|
0,11
|
800
|
3,8
|
1,3
|
15
|
6
|
2
|
7,8
|
2,5
|
0,7
|
2,5
|
1,2
|
1
|
10
|
12,6
|
Зададимся углом отсечки коллекторного тока. Выберем 110 градусов, для получения достаточно высокого коэффициента усиления по мощности.
Из пособия (1) выберем θ=110о и сведём необходимые параметры в таблицу:
Θ , град.
|
αо(θ)
|
α1(θ)
|
γо(θ)
|
γ1(θ)
|
g1(θ)
|
110
|
0,379
|
0,531
|
0,509
|
0,713
|
1,40
|
Для расчёта режима транзистора мощного усилителя высокой частоты воспользуемся методикой, представленной в (1)
Расчёт коллекторной цепи
1.Напряженность граничного режима
Рвых1 = 0,453 Вт
αо = 0,379
Sгр = 0,11 См
Uko = 12,6 В
= 0,836
2.Амплитуда первой гармоники коллекторного напряжения и тока
Uk1 = Uk0 * ξгр
Uk1 = 10,5 В
Ik1 = (2* Рвых1)/ Uk1
Ik1 = 85 мА
3. Постоянные составляющие коллекторного, базового и эммитерного токов:
h21 = 130
g1 = 1,40
Iko = Ik1 / g1
Iko = 61,4 мА
IБ0 = Iko / h21
IБ0 = 472 мкА
IЭ0 = Iko + IБ0
IЭ0 = 61,872 мА
4. Максимальная величина коллекторного тока
αо = 0,379
IK МАКС = Iko / αо
IK МАКС = 162 мА < 300 мА
5. Мощности, потребляемая от источника питания и рассеиваемая на коллекторе транзистора соответственно
PO = Iko * Uko
PO = 773,7 мВт
PP = PO - Рвых1
PP = 320,8 мВт
6. КПД коллекторной цепи
ηЭ = Рвых1 / PO
ηЭ = 0,58
7. Эквивалентное сопротивление коллекторной нагрузки
RK1 = Uk1 2 / 2*Рвых1
RK1 = 122,5 Ом
Расчёт базовой цепи
1. Дополнительное сопротивление между базой и эмиттером.
Fгр = 800 МГц
СЭМ = 15 пФ
RД = h21 / 2*π*Fгр*СЭМ
RД = 1,724 кОм
2. Амплитуда базового тока
γ1 = 0,713
χ = 1+2*π*Fгр*СЭМ*RK1*γ1
χ = 7.589
IБ1 = 206 мА
3. Максимальное обратное напряжение на эмиттерном переходе
U' = 0,7 В
UБЭМАКС = 7.3 В > UБДОП (UБДОП = 4 В)
Следовательно необходимо уменьшить RД
RД ≤* ( |UБДОП |+|U'| ) / (1+cos(θ))*IБ1
RД =910 Ом ≤ 1015 Ом
При это необходимо включить параллельно RД дополнительную ёмкость СД
СД = h21Э/ 2*π*Fгр*RД -СЭМ
СД = 13.4 пФ
4. Напряжение смещения на эмиттерном переходе
γо = 0,509
Rб = 6 Ом
RЭ = 2 Ом
UБ0 = - 2.434 В
5. Активная и реактивная составляющая входного сопротивления транзистора
ZВХ1 = rВХ1 + j*xВХ1
LВХ = 2,592 нГн
rВХ = 1,836 Ом
RВХ = 334,2 Ом
rВХ1 = 2,226 Ом
xВХ1 = - 8,46 Ом
6. Мощность возбуждения
PВ1 = 229 мВт
7. Коэффициент по мощности
КР = 1,957
Расчет цепи питания и смещения
Рассчитаем сопротивление автосмещения, определяющее смещение на базе транзистора. Значение Uбо и Iбо из режима расчета работы транзистора. Значения Rа найдем из соотношения:
Ra = 5.152 кОм
Рассчитаем блокировочные элементы на цепи смещения:
ω∙Lбл>>rвх1
Lбл = 18,7 нГн
Примем Lбл = 22 нГн
Блокировочную емкость выберем из соотношения:
Сбл = 1.986 нФ
Примем Сбл = 2,2 нФ
Рассчитаем блокировочные элементы на цепи питания:
Lбл1 = 1,084 мкГн
Примем Lбл1 = 1,2 мкГн
Блокировочная емкость:
Сбл1 = 36,071 пФ
Примем Сбл1 = 39 пФ
Разделительная емкость должна удовлетворять условию:
1/(ω∙Ср)<к1
СР = 71,141 пФ
Примем СР = 82 пФ
Расчет согласующей цепи
Исходные данные для расчета:
Rк1=122,56 Ом, rвх1=2,22 Ом =Rн
В качестве межкаскадной цепи согласования применим Г-образную цепь (рис.3)
Значения Rк1 и Rн связаны со значениями реактивной сопротивлений Г-образной цепи соотношениями:
QH = 7,352
X1 = 16.6
X2 = 16.36
C1 = 53.03 пФ
L = 14.5 нГн
Расчет кварцевого автогенератора
Автогенератор – это источник электромагнитных колебаний, в котором колебания возбуждаются самостоятельно без внешнего возбуждения. В РПУ АГ применяют в основном в качестве каскадов, задающих несущую частоту колебаний. Основное требование, предъявляемое к ним – высокая стабильность частоты. АГ проектируется таким образом, чтобы в нем возбуждались гармонические колебания. Основным элементом АГ является резонатор, главное свойство которого – колебательный характер переходного процесса.
В соответствие с требованиями к частоте и выходной мощности выбираем АГ
на микросхеме POS-200
Назначение выводов:
1 – питание
2 – выход
3 – вывод кварца
4,5,6,7 – корпус
8 - вход
Список используемой литературы
(1) Р.А. Грановская «Расчет каскадов радиопередающих устройств» Москва изд. МАИ 1993 год
(2) Н.С. Давыдова «Методические указания к курсовому проектированию радиопередающих устройств» Москва изд. МАИ 1991 год
(3) Под общей редакцией Н. Н. Горюнова
«Полупроводниковые приборы: Транзисторы. Справочник» Москва Энергоиздат 1982 год
(4) Конспект лекций по курсу «Устройства генерирования и формирования сигнала»
Достарыңызбен бөлісу: |