Описание структурной схемы - Разработка радиопередающего устройства

структурная схема рпу

Рис. 1. Структурная схема РПУ.

Проектирование любого устройства начинается с составления структурной схемы. Структурных схем частотной манипуляции много, выберем простую для реализации схему состоящую из синтезатора частот, модулятора, усилителя мощности и двух фильтров.

В синтезаторе частот формируются частоты, необходимые для дальнейшей работы устройства. Поднесущие частоты нужны для переноса сформированного в модуляторе сигнала в область рабочих частот нашего устройства. Для обеспечения высокой стабильности частоты используется кварцевый генератор.

В модуляторе в соответствии с заданной кодовой последовательностью формируется частотно-манипулированный сигнал со средней частотой раВной fм. Частоты f1, f2 и Fм необходимые для работы манипулятора, формируются высокостабильной частоты кварцевого генератора путем вычитания, деления и умножения.

В системе происходит вычитание поднесущих частот из fм, что переносит сигнал в область рабочих частот устройства.

При вычитании сигналов появляется множество комбинационных составляющих в спектре сигнала. Для избавления от них после смесителя ставим полосовой фильтр настроенный на fм.

Для усиления полученного сигнала по мощности до величины заданной в задании, после фильтра ставыим усилитель мощности, выполненный на биполярном транзисторе по схеме с ОЭ. БТ выбран из соображений получения более высокого КПД.

Для оптимальной передачи мощности от усилителя в антенну необходимо их согласовать. Для этого между усилителем и антенной ставим двойной П - образный фильтр, обеспечивающий заданное подавление внеполосных излучений и настроечную цепь.

Исходя из требований технического задания (ТЗ), для обеспечения заданного вида модуляции, структурную схему проектируемого РПУ можно составить из следующих блоков (рис. 1):

Возбудителем (В) является устройство, в котором формируются гармонические сигналы с заданными частотами и требуемым видом модуляции, подлежащие дальнейшему усилению. Основными компонентами возбудителя являются: опорный генератор, синтезатор частот, модулятор, преобразователь частоты.

Опорный кварцевый генератор (ОКГ) представляет собой автогенератор (АГ) с кварцевой стабилизацией частоты, малой мощности. АГ выполняется на биполярном транзисторе, подключенным в схему с общим эмиттером. Большая крутизна проходной характеристики такого транзистора, позволяет уменьшать его связь с колебательным контуром, а значит, и увеличивать стабильность частоты. На частотах меньше 20 МГц АГ выполняется на биполярном кремниевом маломощном транзисторе, включенным с общим эмиттером по схеме Клаппа.

В данном курсовом проекте применяется синтезатор частот с кольцом цифровой фазовой автоподстройкой частоты (ФАПЧ), преимуществами которой является низкий уровень побочных спектральных составляющих и реализация основных узлов на цифровых микросхемах.

Синтезатор частот (СЧ) - устройство для формирования когерентных колебаний, с требуемой точностью и стабильностью частоты, из опорного сигнала, вырабатываемого кварцевым генератором. Причем один из вырабатываемых сигналов дискретно перестраивается по частоте (с требуемыми шагом и скоростью).

Модулятор (М) предназначен для формирования сигнала частотной манипуляции. Информация, которую необходимо передать, представлена в двоичном коде (0 или 1), подается на вход "Код" модулятора. При этом уровень логической единицы соответствует сигналу с одной частотой, а уровень логического ноля - с другой. На второй вход поступает сигнал с частотой манипуляции Fм. Сигналы с частотами f1 и f2 формируют диапазон полезного сигнала в низкочастотной области. Далее этот диапазон частот переноситься на среднюю частоту fм. Таким образом, комбинация этих сигналов позволяет получить на выходе модулятора сигнал с частотой fм, из которой в тракте преобразования частоты будет сформирована диапазон частот полезного сигнала.

Тракт преобразования частоты (ПЧ), позволяет перенести модулированное колебание в диапазон рабочих частот возбудителя. В простейшем случае ПЧ состоит из смесителя и полосового фильтра.

Смеситель - устройство для сложения, вычитания частот, поданных на его входы. В ПЧ он обеспечивает сдвиг (преобразование) полезного сигнала из области частот модулятора в область частот, в которой необходимо передавать сообщение, на постоянное значение без изменения спектрального состава этого колебания.

Полосовой фильтр (ПФ) обладает полосой пропускания, которая совпадает с полосой пропускания полезного сигнала. Фильтр служит для выделения гармонических составляющих полезного сигнала в заданной области частот и для подавления всех побочных сигналов.

Усилитель мощности (УМ) служит для усиления колебаний, которые формируются на выходе ПЧ, так как амплитуда их мала и ее недостаточно для передачи полезного сообщения.

Цепь согласования (ЦС) на выходе передатчика предназначена для согласования генератора с нагрузкой (антенной), то есть для трансформации эквивалентного сопротивления нагрузки усилителя (генератора) в сопротивление антенны (оконечный каскад усилителя имеет сопротивление отличное от сопротивления антенны); а также служит для обеспечения заданных частотных характеристик усилителя (см. ПФ в ПЧ).

Расчет выходного усилительного каскада передатчика

УМ строим по схеме с ОЭ на биполярном транзисторе, т. к. БТ позволяет получить более высоки КПД чем полевой.

Расчет коллекторной цепи транзистора

Выбираем транзистор исходя из того что УМ должен выдать Pmax в нагрузку.

Выбираем рекомендуемое значение КПД цепи согласования из таблицы приложения 4 (стр.37 [1]) в соответствии с заданными параметрами: .

Мощность, которую отдает транзистор равна

Ориентировочное количество каскадов усилителя находят по формуле

- примерный коэффициент усиления по мощности одного каскада для транзисторов в области не очень высоких частот.

- мощность сигнала на выходе возбудителя

Получаем, найденное значение округляем до целого, то есть до. Таким образом, усилитель состоит из 4-х каскадов (рис. 3).

Рассчитываем рассеиваемую мощность и выбираем по ней транзистор:

Выбираем транзистор КТ927А, имеющий параметры:

Для кремниевых транзисторов Uотс=0,6

При усилении модулированных колебаний необходимо обеспечить угол отсечки = 900.

Тогда коэффициенты разложения синусоидального импульса равны

Еп выберем из условия: Еп?Uкэ доп /2 = 70/2=35.

Возьмем стандартное значение Еп=24 В.

Амплитуда первой гармоники напряжения на коллекторе.

Максимальное напряжение на коллекторе не должно превышать допустимого

Амплитуда первой гармоники коллекторного тока

Максимальный коллекторный ток

Постоянная составляющая коллекторного тока

Максимальная мощность, потребляемая от источника коллекторного питания

Мощность рассеиваемая на коллекторе транзистора

Коэффициент полезного действия коллекторной цепи при номинальной нагрузке

Номинальное сопротивление коллекторной нагрузки

Расчет входной цепи

При расчете входной цепи транзистора с ОЭ предполагается, что между базовым и эмиттерным выводами транзистора по ВЧ включен резистор с сопротивлением равным

Амплитуда тока базы

Для определения тока необходимо рассчитать величину

Напряжение смещения на эмиттерном переходе

Постоянные составляющие базового и эмиттерного токов

Похожие статьи




Описание структурной схемы - Разработка радиопередающего устройства

Предыдущая | Следующая