Радиопередатчик

                               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.

 

 А.М.   У.М.  П.У.     G                                                                                       

      

   

В состав Р.П. входят:

1. Автогенератор с кварцевой стабилизацией.

2. Предварительный усилитель высокой (радио) частоты.

3. Усилитель мощности

4. Амплитудный модулятор.

5. Антенна.

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.

  Цепь питания Входная согласующая цепь Выходная согласующая  цепь   Цепь смещения                                        

            

     

         

 

 

 

 

  

  

  

  

  

  

 

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

                        C2                                           R2                       C4           С6 

        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  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  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.

Согласующая цепь Кварцевый резонатор

 

                                                    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.   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

, 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

Цепь   питания

                                                                                                                                                Вход НЧ

Цепь   смещения

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 

К174УН9                                      +             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.