Переходим к определению параметров варикапа

1) Определим приведенную величину сопротивления варикапа:

где:

- приведенная амплитуда модулирующего напряжения

Е_н - начальное смещение на варикапе,

jк = 0,7 - контактная разность потенциалов,

- приведенная девиация.

Зададимся тогда:

.

Задаем начальное смещение на варикапе Ен = 6,5 В.

2) Амплитуда модулирующего напряжения:

В.

3) Начальная ёмкость варикапа:

пФ.

4) Выбираем варикап, имеющий Свн =96 пФ. Обычно в справочниках указана ёмкость при U=4В. Поэтому произведем расчет для Св [8] при U=6,5В.

пФ.

Выбираем варикап КВ 104Г. Его данные следующие [5].

Св = 95 ¸ 143 пФ,

Q(10 МГц) = 100,

Uобр доп = 80 В.

5) Допустимая амплитуда переменного напряжения на варикапе:

U_f В < Uмб = 0.35 В.

6) Определяем сопротивления делителя для смещения на варикапе:

Принимаем R₂ = 100 кОм, тогда:

кОм.

Принимаем R1 = 39 кОм.

В качестве стабячейки для автогенератора используем стабилитрон КС814А. Тогда ограничительное сопротивление R₀ равно:
Ом,

где Iст1 = 10 мА - ток стабилизации КС 814А.

7) Ёмкость конденсатора фильтра в стабячейке выбираем не менее 47 мкФ. Принимаем Сф = 47 мкФ х 16 В, типа К-56.

КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Введение

По дисциплине "Устройства формирования сигналов" (УФС) студенты выполняют курсовой проект. При выполнении курсового проекта по радиопередающим устройствам (РПУ) студенты часто сталкиваются с трудностями, связанными с многообразием задач проектирования. Отчасти это связано с широким применением в радиопередатчиках, особенно в последние годы, транзисторов, микросхем, варикапов и других полупроводниковых приборов.

Сложность и неоднозначность расчётов транзисторных передатчиков, имеющихся в учебной литературе по РПУ, вызвала необходимость создания настоящего учебно-методического пособия по курсовому проектированию радиопередатчиков на транзисторах.

Общие вопросы проектирования радиопередатчиков

Разнообразие областей практического применения передатчиков и условий их эксплуатации, а также быстрое совершенствование полупроводниковой технологии является причиной больших различий типов современных передатчиков.

Передатчики чаще всего классифицируются по двум признакам: диапазону волн и назначению.

В соответствии с рабочим диапазоном передатчики делятся на длинноволновые (λ=3000 м), средневолновые (λ=200‑300 м), промежуточных волн (λ=50‑200 м), коротковолновые (λ=10‑50 м) и ультракоротковолновые (λ≤10 м) [5]. Методика расчёта СВЧ передатчиков в данном пособии не рассматривается.

По назначению все передатчики могут быть разбиты на группы: радиовещательные, связные, радиолокационные, навигационные, телевизионные и другие.

При постановке задачи на проектирование учитывается не только его назначение и диапазон волн, а также учитываются следующие основные технические характеристики:

1) мощность передатчика в антенне в режиме несущей;

2) стабильность частоты передатчика;

3) фильтрация побочных частот (особенно важна для передатчиков средней и большой мощности Вт);

4) коэффициент модуляции (при амплитудной модуляции) или индекс модуляции (при частотной модуляции);

5) полоса пропускания модулятора.

Порядок проектирования передатчиков. На первом этапе изучаются технические требования к передатчику. Пример задания на курсовое проектирование выдает преподаватель.

На втором этапе переходят к расчету и составлению структурной схемы передатчика. Задачи, которые решаются на данном этапе, состоят в определении необходимого количества каскадов, выборе схем каждого из них, выборе транзисторов, способе стабилизации частоты, виде модуляции, системы питания и т. д. Следующим этапом проектирования является энергетический расчет:

1) расчет выходного каскада на заданную мощность, включая расчет фильтра;

2) расчет промежуточных каскадов;

3) расчет возбудителя;

4) расчет низкочастотного тракта.

После энергетического расчета проводят электрический расчет перечисленных каскадов.

На заключительном этапе проектирования производится конструктивный расчет контура выходного каскада. Конструктивный расчёт деталей состоит в определении их геометрических размеров, числа и формы пластин конденсаторов переменной емкости, числа витков, диаметра обмотки и каркаса катушек и вариометров и др.

Расчетные материалы, принципиальная схема по стандартам со спецификацией, чертежи конструкции отдельных деталей и составляют проект по РПУ. Объем пояснительной записки составляет 25‑30 страниц. Форма титульного листа согласно стандарту.

Типовая структурная схема передатчика на транзисторах. Задача составления структурной схемы состоит в том, чтобы определить необходимое число k каскадов высокой частоты между возбудителем (автогенератором) и выходом передатчика, обеспечивающее выполнение заданных технических требований к передатчику при минимальных затратах средств на изготовление и при достаточно высоком КПД. В процессе составления структурной схемы определяют минимально необходимое число питающих напряжений.

Для обеспечения высокой стабильности частоты передатчика его обычно строят по многокаскадной схеме (рисунок 6.1).

АГ – автогенератор; ПУ – предварительный усилитель;

БК – буферный каскад; УМ – усилитель мощности;

УМН – умножитель; М – модулятор.

Рисунок 6.1

Колебания маломощного возбудителя с частотой f_аг последовательно усиливаются несколькими каскадами умножения и усиления и доводятся до заданной мощности Р₁ и частотой f. В мощных оконечных транзисторных каскадах приходится объединять для совместной работы несколько транзисторов с помощью схем сложения мощностей.

Расчет структурной схемы транзисторного передатчика начинают с определения необходимого числа транзисторов для получения заданной мощности в антенне.

КПД выходной колебательной системы η_к и фидера η_ф на первом этапе расчета можно брать следующими [5]:

η_к≈0,8–0,95, η_ф≈0,85–0,95.

Кроме того, необходимо учитывать зависимость коэффициента усиления по мощности К_р транзистора от частоты. В каскадах усиления мощности радиочастоты транзисторы часто используются на пределе их возможностей по мощности и частоте. Чаще всего они работают в области частот f>3 f_β, поэтому К_р мал и приближенно зависит от частоты следующим образом [5]:

где значения K'_p, f', Е'_к, P₁, соответствуют типовому режиму, f, P₁, f_b – величины, характеризующие использование транзистора в проектируемом передатчике.

Для повышения КПД используют режим с углом отсечки коллекторного тока . При работе с отсечкой для обеспечения, примерно, гармонической формы колебания на выходе используют двухтактные схемы. Число транзисторов в плече двухтактного усилителя не превосходит двух из-за большого разброса параметров; чаще используют по одному. На практике используют различные схемы сложения мощностей [5].

Ориентировочное значение номинальной мощности, требуемой от транзистора предыдущего каскада, можно определить из соотношения:

,

где индекс k–1 относится к предыдущему каскаду.

Зная общий коэффициент усиления по мощности всех ступеней, можно определить мощность, требуемую от автогенератора

,

где i=k–l число каскадов усиления.

Для повышения стабильности частоты передатчика на транзисторах мощность автогенератора не должна превышать десятков мВт, а частота кварцевого резонатора для получения относительной нестабильности частоты δ≤10^-5 не должна превышать 10 МГц.

Отношение частот выходного каскада и задающего генератора определяет коэффициент умножения частоты в промежуточных каскадах.

В передатчиках с частотной модуляцией умножители применяют для повышения девиации частоты.

Поскольку энергетические показатели умножителей частоты хуже, чем усилителей мощности, в режиме умножения частоты обычно ставят первые маломощные каскады. Как правило, применяют умножение на два или на три.

На этом заканчивается составление ориентировочной структурной схемы передатчика.

Структурная схема должна быть утверждена руководителем проектирования.