Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Разработка РПУ

Федеральное агентство по образованию

Ижевский государственный технический университет

Приборостроительный факультет

Кафедра «Радиотехника»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по дисциплине

«Устройства генерирования и формирования сигналов»

Тема «Разработка РПУ»

Вариант 83

Выполнил: студент гр. 7-76-2

Тартынских П.В.

Проверил: Осипов Н.И.

Ижевск, 2010 г.

Содержание.

Введение-------------------------------------------------------------------------------------3

Техническое задание-------------------------------------------------------------4
Анализ технического задания-------------------------------------------------5
Расчет усилителя мощности---------------------------------------------------7

Расчет выходного каскада-------------------------------------------------7

Расчет предоконечного каскада----------------------------------------14
Расчет входного каскада--------------------------------------------------20

Расчет генератора управляемого напряжением-----------------------26
Проектирование усилителя низкой частоты----------------------------38
Расчет кварцевого автогенератора----------------------------------------39
Проектирование делителя частоты кварцевого автогенератора-42
Проектирование устройства установки коэффициента деления-44
Проектирование делителя с переменным коэффициентом деления-----------------------------------------------------------------------------45
Проектирование фазового детектора и фильтра низких частот--46
Проектирование схемы индикации---------------------------------------49
Проектирование схемы запуска и делителя напряжения ----------51

Заключение--------------------------------------------------------------------------------53

Список литературы----------------------------------------------------------------------54

Введение.

В данном курсовом проекте по дисциплине «Устройства генерации и формирования сигналов» разработана модель радиопередающего устройства, включающего в себя как дискретные элементы, так и микросхемы. Проектирование заключалось в синтезе структурной схемы радиопередающего устройства, затем функциональной схемы, а потом, на основе пройденных этапов и теоретического материала синтезирована схема электрическая принципиальная. В передатчике, для упрощения его схемы, используются стандартные микросхемы, которые позволяют выполнить целый ряд необходимых функций в интегральном исполнении, не прибегая к дискретным элементам, что сокращает как массогабаритные параметры, так и увеличивает надежность и простоту радиопередатчика.

Техническое задание.

Целью курсового проектирования является электрический и конструктивный расчет радиопередающего устройства. Исходные данные к проекту:

Напряжение питания 12 В;

Сопротивление антенны 50 Ом;

Амплитуда входного сигнала 0,2 В;

Входное сопротивление 600 Ом;

Спектр входного сигнала 300 ¸ 3000 Гц

Шаг перестройки 10 кГц;

Диапазон перестройки по частоте 149¸ 155 МГц;

Выходная мощность 4 Вт;

Диапозон рабочих температур +30 -30⁰С

Модуляция ЧМ

Анализ технического задания.

Главная задача проектирования РПУ состоит в выборе наиболее эффективных, с технической точки зрения, путей реализации технических условий на проектируемое устройство. Обычно все содержат указания о назначении и условиях эксплуатации проектируемого передатчика, его мощности, диапазона рабочих частот, видах модуляции и т.д.

Обобщенная структурная схема передатчика представлена на рис. 2.1.

Рис. 2.1 Обобщенная структурная схема РПУ.

ГУН - генератор управляемый напряжением

ДПКД - делитель с переменным коэффициентом деления

ФД - фазовый детектор

ФНЧ - фильтр нижних частот

КАГ - кварцевый автогенератор

УМ - усилитель мощности

ЧМ - частотный модулятор

УНЧ – усилитель низкой частоты

Сигнал с выхода делителя частоты поступает на ФД, на который одновременно подается сигнал кварцевого генератора с частотой f₀. Выходное напряжение ФД через ФНЧ воздействует на ГУН, который изменяет частоту. В установившемся режиме f₀=f_гун/N, где N-коэффициент деления частоты ДПКД. Изменяя коэффициент деления частоты N, можно изменять частоту колебаний на выходе ГУНа: f_гун=f₀*N

Если коэффициент дeлeния N может принимать только значения целых чисел, то шаг частоты будет равен f₀. Дальше сигнал подается на УМ.

Расчет усилителя мощности

Расчет выходного каскада.

Исходными данными для проектирования усилителя являются мощность Р , развиваемая в нагрузочной цепи, схема включения прибора, напряжение питания. Они определены при разработке структурной схемы.

Для выходного каскада возьмем транзистор 2Т920В – предназначен для работы в схемах усиления мощности, генерирования, умножения частоты. Схема усилителя мощности представлена на рисунке 3.1.

Рис. 3.1 Схема усилителя мощности.

Параметры транзистора:

r_нас=0,25 Ом

r_б=1 Ом

r_э=0 Ом

β=25

f_т=400 МГц

Ск=60 пФ

Сэ=350 пФ

Lэ=1 нГн

Lб=2,4 нГн

Lк=2,4 нГн

P’_k=20 Вт

Расчет коллекторной цепи.

Амплитуда первой гармоники коллекторного напряжения:

, где

Р₁ – выходная мощность с учетом потерь в цепях согласования 4,8 Вт,

r_нас=0,25 Ом,

Е_k=12В – напряжение питания.

Усилитель мощности работает в режиме «В» с углом отсечки .

Определим коэффициенты Берга:

; α₁=0,5; γ₁=0,5; α₀=0.318; γ₀=0.318;

Тогда:

Максимальное напряжение на коллекторе U_kmax:

U_kmax=E_k+U_k1=12В + 11,586В = 23,586 В < U_КЭдоп=36В

Амплитуда первой гармоники коллекторного тока I_k1:

Постоянная составляющая коллекторного тока I_k0 :

< I_k0доп=3 A

Постоянные составляющие базового и эмиттерного токов:

Максимальная величина коллекторного тока I_kmax:

Мощность потребляемая от источника питания Е_k:

КПД коллекторной цепи:

Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора:

Сопротивление коллекторной нагрузки:

Расчет входной цепи транзистора.

Предполагается, что между базовым и эмиттерным выводами по РЧ включают резистор Rд, сопротивление которого определяется:

Сопротивление резистора Rд согласно ряду Е24 выберем равным 27 Ом.

R_Д=27 Ом

Амплитуда входного тока:

где:

Максимальное обратное напряжение на эмиттерном переходе:

<U_БЭmax=4 B.

Определим напряжение смещения на эмиттерном переходе:

Расчет эквивалентной схемы транзистора.

Рассмотрим эквивалентную схему входного сопротивления транзистора

Рис. 3.2 Эквивалентная схема входного сопротивления.

Мощность возбуждения:

Коэффициент усиления по мощности:

Расчет блокировочных элементов.

Выбираем стандартные значения блокировочных элементов из ряда Е24.:

R₁ = 51 Ом

C₁ = 1 нФ

L₁ = 0,15мкГн

Расчет цепи согласовании между выходным каскадом УМ и антенной.

Рис. 3.3 П-образная цепь согласования.

R₁ = R_эквном = 13,982 Ом

R₂ = 50 Ом

Из ряда: L₃ = 24нГн; C₁ = 75 пФ; C₂ = 51 пФ; C₃ =15 пФ.

Расчет предоконечного каскада.

Для выходного каскада возьмем транзистор 2Т922А – предназначен для работы в схемах усиления мощности, генерирования, умножения частоты. Схема усилителя мощности представлена на рисунке 3.4.

Рис. 3.4 Схема усилителя мощности.

Параметры транзистора:

r_нас=3 Ом

r_б=2 Ом

r_э=0,01 Ом

β=10...50

f_т=700 МГц

Ск=8 пФ

Сэ=70 пФ

Lэ=1,7 нГн

Lб=2,9 нГн

Lк=2,4 нГн

P’_k=5 Вт

Расчет коллекторной цепи.

Амплитуда первой гармоники коллекторного напряжения:

, где

Р₁ – выходная мощность с учетом потерь в цепях согласования 1,414 Вт,

r_нас=3 Ом,

Е_k=12В – напряжение питания.

Усилитель мощности работает в режиме «В» с углом отсечки .

Определим коэффициенты Берга:

; α₁=0,5; γ₁=0,5; α₀=0.318; γ₀=0.318;

Тогда:

Максимальное напряжение на коллекторе U_kmax:

U_kmax=E_k+U_k1=12В + 11,203В = 23,203 В < U_КЭдоп=65В

Амплитуда первой гармоники коллекторного тока I_k1:

Постоянная составляющая коллекторного тока I_k0 :

< I_k0доп=0,8 A

Постоянные составляющие базового и эмиттерного токов:

Максимальная величина коллекторного тока I_kmax:

Мощность потребляемая от источника питания Е_k:

КПД коллекторной цепи:

Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора:

Сопротивление коллекторной нагрузки:

Расчет входной цепи транзистора.

Сопротивление резистора Rд согласно ряду Е24 выберем равным 110 Ом.

R_Д=110 Ом

Амплитуда входного тока:

где:

Максимальное обратное напряжение на эмиттерном переходе:

<U_БЭmax=4 B.

Определим напряжение смещения на эмиттерном переходе:

Расчет эквивалентной схемы транзистора.

Рассмотрим эквивалентную схему входного сопротивления транзистор

Рис. 3.5 Эквивалентная схема входного сопротивления.

Мощность возбуждения:

Коэффициент усиления по мощности:

Расчет блокировочных элементов.

Выбираем стандартные значения блокировочных элементов из ряда Е24.:

R₁ = 150 Ом

C₁ = 1,1 нФ

L₁ = 0,39 мкГн

Расчет цепи согласовании между предоконечным каскадом УМ и выходным каскадом.

Рис. 3.6 П-образная цепь согласования.

R₁ = R_эквном = 37,986 Ом

R₂ = 1,392 Ом

Из ряда: L₃ = 6,2 нГн; C₁ = 0,2 нФ; C₂ = 0,75 нФ; C₃ =12 пФ.

Расчет входного каскада.

Для выходного каскада возьмем транзистор 2Т610А – предназначен для работы в схемах усиления мощности, генерирования, умножения частоты. Схема усилителя мощности представлена на рисунке 3.7.

Рис. 3.7 Схема усилителя мощности.

Параметры транзистора:

r_нас=8 Ом

r_б=28 Ом

r_э=0 Ом

β=50...250

f_т=1000 МГц

Ск=3,2 пФ

Сэ=18 пФ

Lэ=0,6 нГн

Lб=2,4 нГн

Lк=2,38 нГн

P’_k=0,8 Вт

Расчет коллекторной цепи.

Амплитуда первой гармоники коллекторного напряжения:

, где

Р₁ – выходная мощность с учетом потерь в цепях согласования 0,109 Вт,

r_нас=8 Ом,

Е_k=12В – напряжение питания.

Усилитель мощности работает в режиме «В» с углом отсечки .

Определим коэффициенты Берга:

; α₁=0,5; γ₁=0,5; α₀=0.318; γ₀=0.318;

Тогда:

Максимальное напряжение на коллекторе U_kmax:

U_kmax=E_k+U_k1=12В + 11,701В = 23,701 В < U_КЭдоп=26В

Амплитуда первой гармоники коллекторного тока I_k1:

Постоянная составляющая коллекторного тока I_k0 :

< I_k0доп=0,3 A

Постоянные составляющие базового и эмиттерного токов:

Максимальная величина коллекторного тока I_kmax:

Мощность потребляемая от источника питания Е_k:

КПД коллекторной цепи:

Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора:

Сопротивление коллекторной нагрузки:

Расчет входной цепи транзистора.

_{Возьмем
из Rд из ряда Е24 равным 910
Ом.}

Амплитуда входного тока:

где:

Максимальное обратное напряжение на эмиттерном переходе:

<U_БЭmax=4 B.

Определим напряжение смещения на эмиттерном переходе:

Расчет эквивалентной схемы транзистора.

Рассмотрим эквивалентную схему входного сопротивления транзистора .

Рис. 3.8 Эквивалентная схема входного сопротивления.

Мощность возбуждения:

Коэффициент усиления по мощности:

Расчет блокировочных элементов.

Выбираем стандартные значения блокировочных элементов из ряда Е24.:

R₁ = 3,9 КОм

C₁ = 1 нФ

L₁ = 6,8 мкГн

Расчет цепи согласовании между выходным и входным каскадами усилителя мощности.

Рис. 3.9 П-образная цепь согласования.

R₁ = R_эквном = 626,932 Ом

R₂ = 4,58 Ом

Из ряда: L₃ = 0,043 мкГн; C₁ = 27 пФ; C₂ = 220 пФ; C₃ =10 пФ.

Расчет генератора управляемого напряжением.

Генераторы, управляемые напряжением, строят по обычным трехточечным схемам. Перестройку частоты в рабочем диапазоне осуществляют подачей на варикап VD1 управляющего напряжения, снимаемого с выхода УНЧ. С помощью варикапа VD2, включенного в контур автогенератора, осуществляют частотную модуляцию.

Рис. 4.1 Генератор управляемый напряжением с ЧМ.

Исходные данные для проектирования ГУНа:

f_min = 149 Мгц;

f_max = 155 МГц;

Частота в режиме молчания: f_мт = 152 МГц;

Девиация частоты: Δf_ном = 100 кГц;

Допустимое отклонение напряжения смещения на варикапе: ξЕ_вт =10^-4;

Относительная девиация: Δf’_ном = Δf_ном/ f_мт = 6,579·10^-4 Гц;

Амплитуда модулированного сигнала: X_ном = ξЕ_вт·10^0,5·60 = 0,1;

Коэффициент управления частотой: р_у = 4· f’_ном/ X_ном = 0,026;

Коэффициент гармоник: К_2Ω = 3·X_ном/16 = 0,019;

Паразитная емкость катушки контура: С₀ = 0 пФ;

Коэффициент включения контура: р_к = 0,15;

Характеристическое сопротивление контура: ρ = 75 Ом;

Емкость контура в режиме молчания:

С_кт = 1/(2·π· f_мт · ρ)= 1/(2·π· 152МГц · 75)= 13,96 пФ;

Емкость варикапа: С_{в max} = (4…20) · р_у · С_кт = (1,47…7,348) пФ;

Исходя из начальных условий для проектирования ГУНа, выбираем варикап КВ109В для осуществления ЧМ. Его параметры следующие:

С_в0 = (8..16) пФ;

Е₀ = 4В;

Е_ϕ = 0,7 В;

n = 0,5 (показатель «резких» переходов);

Е_доп = 25 В;

Q_в = 160.

Задаем управляющее напряжение на варикапе:

Е_вmin = 4 В; Е_вmax = 10 В;

Напряжение варикапа в режиме молчания:

Е_вт=( Е_вmin + Е_вmax)/2=(4+10)/2=7В;

Предположим, что напряжение на варикапе: Е_в = 4В;