Курсовая работа: Проектирование связного радиопередатчика с частотной модуляцией

В данном курсовом проекте проведен анализ диапазонного передатчика ЧМ. В пояснительной записке представлены электрические расчеты оконечного каскада, цепи связи с фидером, автогенератора и частотного модулятора, приведены конструктивные расчеты оконечного каскада и цепи связи с фидером. К пояснительной записке прилагаются чертежи с изображениями полной электрической схемы и конструкцией оконечного каскада передатчика.

Основная часть

1. Выбор и обоснование структурной схемы передатчика

Исходя из технического задания, нужно спроектировать схему связного передатчика с ЧМ, работающего в некотором диапазоне частот. При этом данный передатчик должен обеспечивать выполнение всех характеристик, которые от него требуются по ТЗ, а так же быть как можно более простым, малогабаритным и дешевым.

? ???????? ????? ??????????? ????? ??????? ????? ? ?????? ?????????? ?? ? ? ???????????? ???????.

Рис.4. Структурная схема ЧМ передатчика

Модулирующий сигнал от микрофона усиливается в УНЧ. Далее осуществляется ограничение амплитуды, которое предотвращает увеличение девиации частоты за заданные пределы при ЧМ. ФНЧ, выполненный на интегрирующей RC-цепочке, ограничивает спектр сигнала до 3,5 кГц. Модулирующий сигнал, усиленный и прошедший цепи коррекции поступает на варикап ГУНа, где производится частотная модуляция несущего колебания.

ГУН выполним по схеме Клаппа, его центральная частота управляется с помощью второго варикапа, на который управляющий сигнал подается с цифрового синтезатора частоты, реализованного на микросхеме КФ1015ПЛ3А [8], описание которой приведено в конце данной пояснительной записки.

Работа ГУНа происходит по сигналу опорной частоты – МГц, задаваемой кварцевым генератором. Для шага сетки частот 6,25 кГц (до умножителя частоты) коэффициент деления опорной частоты составляет, при этом пределы коэффициента деления тракта программируемого делителя частоты составляют от до Эти коэффициенты задаются посредством контроллера.

Промодулированный сигнал после ГУНа поступает на умножитель частоты (умножение в два раза), который переводит его в рабочий диапазон и, кроме этого, производит усиление. Далее сигнал усиливается в предварительных и предоконечном усилителях до уровня, необходимого для работы оконечного каскада. Оконечный каскад реализован в виде четырех идентичных модулей, выполненных по двухтактной схеме, причем схемы деления и сложения мощности от отдельных блоков, а также трансформации сопротивлений выполнены на отрезках длинных линий.

На выходе передатчика стоит ФНЧ, который подавляет уровень внеполосного излучения до заданного. Согласно ГОСТу этот уровень составляет -60 дБ для данной рабочей полосы и излучаемой мощности. Сигнал с ФНЧ поступает на фидерную 50-омную линию и далее в антенну.

Начнем расчет оконечного каскада с выбора рабочего транзистора.

2. Расчет оконечного каскада

2.1 Выбор транзистора

Оконечный каскад построен по модульному принципу со сложением мощностей от отдельных модулей. Каждый модуль представляет собой двухтактную схему. Количество модулей выбрано исходя из того, что, во-первых, оно должно быть четным – для удобства реализации схемы сложения и деления мощностей; во-вторых, должны существовать транзисторы, реализующие мощность отдельного модуля. Количество модулей должно быть минимальным.

Как правило, для генерации заданной мощности в нагрузке в определенном диапазоне частот можно подобрать целый ряд транзисторов. Из группы транзисторов нужно выбрать тот, который обеспечивает наилучшие электрические характеристики усилителя мощности.

Коэффициент полезного действия каскада связан с величиной сопротивления насыщения транзистора - r_насВЧ. Чем меньше его величина, тем меньше остаточное напряжение в граничном режиме и выше КПД генератора.

Коэффициент усиления по мощности К_Р зависит от ряда параметров транзистора: коэффициента передачи тока базы – b₀ , частоты единичного усиления f _т и величины индуктивности эмиттерного вывода L_Э . При прочих равных условиях К_Р будет тем больше, чем выше значение b₀ , f _T и меньше L_Э .

Исходя из этих условий, выбираем транзистор 2Т971А, имеющий следующие параметры:

Параметры идеализированных статических характеристик

Сопротивление насыщения транзистора на высокой частоте r_{нас ВЧ} =0,15 Ом

Коэффициент усиления по току в схеме с ОЭ на низкой частоте (f →0) β_о =8

Сопротивление материала базы 0,1 Ом

Высокочастотные параметры

Граничная частота усиления по току в схеме с ОЭ f _т =570 МГц

Барьерная емкость коллекторного перехода С_к = 200 пФ

Индуктивность вывода эмиттера 0,18 нГн

Индуктивность вывода базы 0,56 нГн

Индуктивность вывода коллектора 0,1 нГн

Допустимые параметры

Предельное напряжение на коллекторе U_{кэ доп} = 50 В

Обратное напряжение на эмиттерном переходе U_{бэ доп} = 4 В

Постоянная составляющая коллекторного тока I_{ко. доп} = 17А

Максимально допустимое значение коллекторного тока I_{к. макс. доп} =30А