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 1.210
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.
Выходная согласующая цепь
|
|
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:
Гн. Ф. Ф.
3.1.1Порядок
расчёта режима работы БПТ.
3.1.2 Расчёт принципиальной схемы УМ.
Eп.
R1
C3 L2
L3 C5
Выход
C1
L1
Вход
Схема №1. Принципиальная электрическая схема УМ.
Выходная
согласующая цепь:
Входная
согласующая цепь:
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:
По
формулам п.3.1.1 и п.3.1.2 рассчитаем режим работы и принципиальную схему.
Расчёт
цепи согласования
L2C3:
Таблица №2
Элемент
|
Номинал
|
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 автогенераторов, выполняемых на резонаторах в
виде -контуров, менее . Однако к современным
радиопередатчикам предъявляют более высокие требования по стабильности частоты.
Как правило, долговременная относительная нестабильность частоты должна быть не
менее чем , 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.
Расчёт
кварцевого резонатора.
Элемент
|
Номинал
|
Ед.
Измерения
|
R1
|
4.66
|
кОм.
|
R2
|
1
|
кОм.
|
Rсм
|
873
|
Ом.
|
Rбл
|
4.2
|
кОм.
|
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
, где -
амплитуда, - частота, - начальная фаза,- мгновенная фаза
колебания.
Изменяя с помощью управляющего НЧ сигнала
амплитуду ,
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.)
напряжение питания в режиме несущих колебаний
(напряжение источника питания); амплитуда НЧ колебаний.
Вход ВЧ
Вход НЧ
Рис.3. Функциональная структурная
схема АМ – модулятора при модуляции напряжением
питания.
6.2
Расчёт электрического
режима.
Колебательная
мощность в максимальном режиме
Где
максимальная глубина модуляции , а выходная мощность в режиме молчания
Выбираем транзистор, способный
рассеивать мощность того же порядка, например КТ970А, для которого
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.
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
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.