Разработка радио-передатчика

а

б

 

в

Рисунок 18 - Схемы возбудителей с частотными модуляторами на варикапах.

 

3.5. Колебательные системы передатчика

Колебательные цепи применяются в передатчиках в выходных каскадах и в межкаскадных цепях. Колебательная система, включенная в выходную цепь активного элемента усилителя, должна удовлетворять следующим требованиям:

1. Настраиваться в резонанс в заданном диапазоне частот.

2. Обеспечивать необходимое эквивалентное сопротивление 
нагрузки.

3. Пропускать заданную полосу частот.

4. Обеспечивать необходимую фильтрацию высших гармонических 
составляющих тока.

5. Иметь высокий КПД.

Выходные  колебательные цепи передатчиков малой  мощности.

Выходные колебательные цепи передатчиков малой мощности показаны на рис.19.

Передатчики работающие в пределах одного диапазона, имеют узкополосные усилители мощности, полоса пропускания в которых  менее 10%. Коллекторную нагрузку в таких каскадах выполняют резонансной. Перекрытие нескольких диапазонов достигается переключением контуров.

Узкополосные  выходные каскады усиления мощности в передатчиках выполняются чаще всего по однотактной схеме, так  как двухтактная схема сложнее, требует симметрии плеч и подбора  одинаковых транзисторов. Подавление гармоник в однотактных каскадах обеспечивается высокой добротностью резонансных цепей.

Резонансная нагрузка обеспечивается включением параллельно выводам транзистора емкости  и индуктивности. Если сопротивление нагрузки отличается от требуемого сопротивления для получения критического режима, применяют цепи согласования (рис. 19, а).

а б

Рисунок 19 – Схема выходной цепи

 

Расчет  выходных колебательных цепей передатчиков малой мощности выполняется в  порядке указанным в учебном пособии [1].

 

 

4. Постановка задачи

По техническому заданию на курсовой проект должно быть спроектировано Носимый, малогабаритный  радиопередатчик радиопередающее устройство с ЧМ сигналом, настроенное на одну рабочую частоту.

Технические параметры радиопередатчика приведены в (табл. 1).

 

Таблица 1. Параметры передатчика

№	Название показателя	Обозначение, размерность	Величина
1	Мощность передатчика  в антенне в режиме молчания	, мВт	80
2	Сопротивление  эквивалента антенны	, Ом	36
3	КПД фидера		0,98
4	Рабочая частота	, МГц	68
5	Диапазон модулирующих частот	, Гц	100/4000
6	Индекс частотной модуляции		0,8
7	Напряжение сигнала модуляции	, мВ	25
8	Допустимый уровень нелинейных искажений	, %	6
9	Напряжение питания	, В	6

 

 

5 Выбор структурной схемы

При выборе блок-схемы останавливаемся на схеме  прямого усиления

 

 

 

Рисунок 20 – структурная схема передатчика с прямой частотной модуляцией

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 Выбор принципиальной схемы

6.1. Выбор схемы выходного каскада

В качестве выходного каскада применяем  однотактный усилитель по схеме  с ОЭ (рисунок 21). Каскад на транзисторе, включенном по схеме с ОЭ, имеет по сравнению с схемой с ОБ ряд преимуществ: большой коэффициент усиления, что сокращает необходимое число каскадов усиления; высокое входное сопротивление, что обеспечивает согласование с источником сигнала. Выходное сопротивление транзистора имеет активный характер, что уменьшает чувствительность каскада к рассогласованию с нагрузкой. Поэтому схему с ОЭ удобно использовать в выходном каскаде при работе на антенну, параметры работы которой отличаются на различных диапазонах или изменяются во время работы.

 

 

Рисунок 21 – Однотактный усилитель по схеме с ОЭ

В настоящее  время при выборе способа включения  транзистора руководствуются правилом: на частотах ниже примерно 1ГГц основное применение имеет включение транзистора  с ОЭ; на частотах выше 1ГГц – с  ОБ.

 

6.2. Выбор схемы задающего автогенератора

В современных передатчиков малой и средней мощностей применяют следующие виды схем задающих автогенераторов: одноконтурные схемы с индуктивной, автотрансформаторной и емкостной обратной связью, двухконтурные схемы с электронной связью, схемы с кварцевой стабилизацией частоты.

В одноконтурных  схемах применяется как последовательное, так и параллельное питание коллекторной цепи, при автотрансформаторной обратной связи рациональна схема с параллельным питанием и общим выходным электродом. В схеме с емкостной связью применяется параллельное питание, что конструктивно значительно выгоднее. С точки зрения стабильности частоты все три схемы примерно равноценны. Одноконтурные схемы задающих генераторов широко используются в многокаскадных диапазонных передатчиках.

Двухконтурные схемы с электронной связью используются в качестве задающих генераторов  многокаскадных передатчиков, так и  при работе на антенну, без промежуточных  каскадов. Преимуществом этих схем является ослабление влияния нестабильности нагрузки на генерируемую частоту. Это объясняется тем, что нагрузка связана с контуром, не входящим в состав колебательной системы автогенератора. Хорошие результаты дает применение двухконтурных автогенераторов при умножении частоты в контуре, включенном в цепь коллектора и настроенном на вторую, либо третью гармонику.

Схемы кварцевых автогенераторов используются в тех случаях, когда повышенные требования к стабильности частоты  не могут быть выполнены обычными мерами снижения влияния дестабилизирующих  воздействий, в том числе применением  параметрической стабилизации и  термокомпенсации.

Для дальнейшего  проектирования выбираем схему задающего автогенератора с емкостной обратной связью, показанную на рисунке 22.

 

 

Рисунок 22 – Схема задающего автогенератора с емкостной обратной связью

6.3. Выбор метода и схемы модуляции

При ЧМ уменьшается  воздействие внешних помех на работу линий связи, уменьшаются  помехи радиовещанию, не создаются  помехи усилителям различной аппаратуры.

Для дальнейшего  проектирования выбираем схему с емкостной обратной связью (рисунок 23), она имеет практические преимущества перед схемой с индуктивной обратной связью. Эти преимущества заключаются в отсутствии выводов от части катушки, упрощении конструкции катушки и упрощении

монтажа. Кроме того схемы автогенераторов  с емкостной связью устойчивее работают в диапазоне СВЧ. Управление резонансной частотой осуществляется изменением емкости контура с помощью варикапа [4, п.3.1]. Модулирующее напряжение подается на варикап через блокировочный дроссель, препятствующий проникновению высокочастотных колебаний в цепи управления (например, усилитель звуковой частоты).

 

Рисунок 23 - Автогенератор с частотным модулятором по схеме

“емкостная  трехточка”.

 

        7. Выбор элементной базы

1. Выбор транзисторов

Выбирается  транзистор для выходного каскада  по следующим показателям.

K_ПЗ = 1,2 … 1,3 – коэффициент производственного запаса[1],

         η_ф – КПД фидера,

         η_к = 0,8 … 0,95 – КПД контура выходного каскада[1],

        P_А – требуемая мощность в антенне.

По расчету  изложенному в учебном пособии [1] расчитываются: величина напряжения первой гармоники на коллекторе, максимальная мощность рассеяния на коллекторе, максимальный ток коллектора, необходимая величина граничной частоты транзистора:

Для работы в выходном каскаде выбираем из справочника [8]  транзистор КТ368БМ с параметрами: (В),  (мА), (мА), (В), (мВт),  (С/Вт), (А/В), (С), (С), , (МГц), , (пФ), (пФ), (МГц)

Выбранный транзистор удовлетворяет установленным  требованиям.

 

Выбирается  транзистор для автогенератора.

Рассчитывается  колебательная мощность возбудителя-автогенератора [1]. Для работы в схеме автогенератора выбирается тот же транзистор, что и для выходного каскада – КТ368БМ.

2. Выбор варикапа

По справочнику [9] выбирается варикап КВ121А, у которого

С _{Д min} = 4.3 пФ, С _{Д max} = 6 пФ при U_обр = 25 В; I_обр = 0.5 мкА; U_{обр max} = 30 В.

 

3. Выбор резисторов

При выборе постоянных резисторов учитывается  то, что в некоторых цепях будут  протекать ВЧ токи. Для них будут  применены непроволочные высокочастотные  резисторы типа МУН, С2-10,С2-17. Конструкция  таких резисторов обеспечивает практически  полное отсутствие индуктивности и  очень малую собственную емкость, что позволяет стабильно работать в ВЧ  устройствах на частотах до 1 ГГц. Для схемы УЗЧ подойдут непроволочные резисторы общего применения типа МЛТ, т.к. эта схема  работает на частотах ниже 1 МГц и  не требует повышенных требований к  стабильности, точности электрической  прочности, теплостойкости. Могут быть выбраны резисторы типа УЛМ отличающиеся от резисторов МЛТ меньшими размерами, меньшей мощностью и более  низкими предельными напряжениями [6]. Непроволочные резисторы отличаются малой массой, низкой стоимостью, возможностью их применения на высоких (до 10 ГГц) частотах.

Шкала номинальных  значений резисторов постоянного сопротивления  с допустимым отклонением ± 5% определяется рядом Е24.

4. Выбор емкостей

Для проектируемого радиопередающего устройства используются керамические конденсаторы (К10), изготовленные  из радиотехнической керамики типа А, которая обеспечивают малые потери, высокую стабильность параметров, малую  собственную индуктивность.

При выборе элементной базы не учитываются предельно-допустимые параметры, т.к. в устройстве будут  протекать малые токи, и оно  будет эксплуатироваться в нормальных условиях. Так же следует стремиться к уменьшению габаритов устройства и экономических затрат.

 

Специальные элементы

Катушки индуктивности

Катушки индуктивности выполнены однослойной намоткой на каркас 10 мм, проводом с диаметром 0.3 мм, подгонку индуктивности в пределах ±2 – 5% производят перемещением отвода. Этот способ часто применяется в катушках, используемых для передатчиков.

Катушки связи. К ним относятся катушки связи с антенной, усилительным прибором н т. д. Во многих случаях к таким катушкам в отношении точности, стабильности и добротности предъявляются менее жесткие требования чем к контурным, поэтому они намотаны из значительно более тонкого провода.

 

8. Способы защиты РЭА от влияния внешних факторов

Основные  понятия

В процессе эксплуатации и транспортировки  РЭА подвергается воздействию следующих  механических сил:

Вибрация - периодические колебания элементов  или конструкции в целом;

Удар - кратковременное  воздействие внешней силы;

Центробежные  и линейные ускорения;

Акустические  воздействия.

 

В связи  с наличием данных воздействий, к  РЭА предъявляются следующие  требования:

Вибропрочность - способность противостоять разрушительному  действию вибраций в заданном диапазоне  частот и ускорений и сохранять  свои параметры в пределах нормы  после окончания длительного  действия вибрации.

Виброустойчивость - способность РЭА сохранять свои параметры в пределах нормы во время действия вибрации в заданном диапазоне частот и ускорений.

Ударопрочность - способность сохранять свои параметры  в пределах нормы после воздействия  ударов.

Удароустойчивость - способность сохранять свои параметры  в пределах нормы во время воздействия  ударов.