Разработка передатчика низовой радиосвязи

 

Проверим, можно ли пренебречь инерционностью этого транзистора в данных условиях. Для этого необходимо выполнение условия:

 

, (6.1)

 

где f – частота генерируемых колебаний, f_S – граничная частота транзистора по крутизне.

Граничная частота транзистора по крутизне определяется выражением:

 

 (6.2)

 

где распределённое сопротивление базы r_Б,

а крутизна статической проходной характеристики S₀:

 

 (6.3)

 

Подставляя  рассчитанные величины в начальную  формулу, получим:

 

 

. (6.4)

 

Таким образом, транзистор в данном случае можно считать безинерционным устройством.

 

6.2 Расчет автогенератора

 

Согласно методике [1], выбираем напряжение U_ко = 0,5 U_{кэ max} =12∙0.5 = 6 B.

Задаемся  углом отсечки который в автогенераторах  обычно равен q = 60..90⁰ Берем q=70⁰, для этого угла g₁ = 0.288. g₁ = 1,73 cos q= 0,342. По графикам рисунок 15 определим значения функций F_i, F_u, F_p;

 

Рисунок 15. – Графики функций F_i, F_u, F_p которые зависят только от

угла  отсечки

 

Найдем  значения коэффициентов обратной связи k_i – по току, k_u – по напряжению, k_p – по мощности рассеяния по формулам:

 

 (6.5)

 

 (6.6)

 (6.7)

 

Таким образом, в данном случае наиболее жесткое ограничение по k определяется допустимым током I_Кmax.

Выбираем k =0.025 < k_i = 0,027

Определяем  первую гармонику тока коллектора:

 

 (6.8)

 

Напряжение  на коллекторной нагрузке автогенератора:

 

 (6.9)

 

Сопротивление коллекторной нагрузки:

 

 (6.10)

 

Проводимость:

 

 (6.11)

 

Мощность  отдаваемая цепью коллектора:

 

 (6.12)

 

 

Чтобы обеспечить режим работы автогенератора, найдем величину коэффициента использования напряжения питания:

 

 (6.13)

 

Напряжение  питания:

 

 (6.14)

 

выберем стандартное Е_К=12 В;

Напряжение  возбуждения найдем как:

 

 (6.15)

 

Входное сопротивление автогенератора:

 

 (6.16)

 

Постоянная  составляющая тока базы:

 

 (6.17)

 

Смещение  на базе:

 

 (6.18)

 

 

6.3 Расчет элементов колебательного контура

 

Задаемся  величинами и КПД контура , тогда – добротность нагруженного контура;

Коэффициент включения контура в коллекторную цепь:

 

 (6.19)

 

Реактивное  сопротивление между коллектором  и эмиттером:

 

 (6.20)

 

отсюда:

 

 (6.21)

 

Из стандартного ряда выбираем С₄ = 2,2 нФ

Реактивное  сопротивление между базой и  эмиттером:

 

 (6.22)

 (6.23)

 

Из стандартного ряда выбираем С₅ = 91 нФ

Реактивное  сопротивление между базой и  коллектором:

 

 (6.24)

 

 (6.25)

 (6.26)

 (6.27)

 

Для обеспечения возможности настройки  контура автогенератора в качестве емкости С₆ используем подстроечный конденсатор, L₁ примем равной 10 мкГн.

Сопротивление R₃ входит в контур и поэтому шунтирует его, чтобы этого не происходило нужно взять его величину значительно большей, чем сопротивление коллекторной нагрузки, т.е. выбираем R₃ = 2,7 кОм.

Значения  сопротивлений R₅, R₄ выберем исходя из следующего соображения:

 

 

Из стандартного ряда выбираем R₅ = R₄ =56 кОм

 

6.4 Расчет цепи автосмещения

 

Цепь  автоматического смещения транзистора  предназначена для поддержания транзистора в открытом состоянии при отсутствии колебаний. После самовозбуждения автогенератора напряжение смещения автоматически должно принять значение, которое соответствует режиму с рассчитанным ранее углом отсечки.

Величина  сопротивления R1 определяется соотношением:

 

 

 (6.28)

 (6.29)

 

Выбираем  из ряда номинальных значений R₁ = 5,6 кОм, R₂ = 200 Ом.

Проверим  невозможность прерывистой генерации. Для этого необходимо выполнение следующего условия:

 

 (6.30)

 

Подставляя  в (6.30) числовые значения, делаем вывод, что прерывистая генерация отсутствует: 1,76∙10^-5 < 4,02∙10^-4.

 

6.5 Выбор значений блокировочных  элементов

 

Величины  блокировочных ёмкостей С₃ выбираются из условия:

 

 (6.31)

 

Выберем величину С₃ такой, что Х₃ = 0,01 X_L. Получаем:

 

 (6.32)

 

Из ряда номинальных значений выбираем С₃ = 24 нФ.

Индуктивность L_БЛ предназначена для того, чтобы источник питания не шунтировал контур автогенератора. Её величина выбирается из условия:

 

 (6.33)

 

Пусть Х_{L БЛ} = 100 X_L. Вычисляя величину индуктивности L_БЛ, получаем:

 

 (6.34)

 

Емкость С₈ включена для блокировки постоянной составляющей, имеющейся на выходе усилителя сигнала передаваемого сообщения. Ее величина выбирается из условия:

 

 (6.35)

 

где Х_С8 – сопротивление ёмкости С₈ на нижней частоте модулирующего напряжения f_н, что для речевого сообщения составляет 250 Гц (по условию).

 

 (6.36)

 

Из номинального ряда выбираем С₈ = 2,4 нФ.

 

6.6 Расчет частотного модулятора

 

Параметры сообщения:

 

 (6.37)

 

где m – индекс модуляции,

Df – девиация частоты на выходе передатчика, тогда

Ширина спектра радиочастот передаваемого сигнала:

 

 (6.38)

 

Расчет  частотного модулятора по сигналу  ведем исходя из следующих величин:

– добротность нагруженного контура;

– напряжение питания;

– емкость контура автогенератора;

– амплитуда высокочастотного колебательного напряжения на контуре;

– коэффициент гармоник;

 – показатель степени для  “резкого” перехода.

Выбираем  варикап 2В125Б, который имеет следующие  параметры:

Относительная девиация частоты:

 

 (6.39)

 

Напряжение  смещения на варикапе , при этом емкость варикапа , а его добротность:

 

; (6.40)

 

Нормированная амплитуда модулирующего сигнала:

 

; (6.41)

 

Амплитуда модулирующего напряжения:

 

 (6.42)

 

Коэффициент управления емкостью контура:

 

; (6.43)

 

Необходимое изменение емкости контура:

 

 (6.44)

 

Выберем коэффициент схемы , тогда коэффициент включения варикапа в контур:

 

 (6.45)

 

Емкость конденсатора связи:

 

; (6.46)

 

 

Из стандартного ряда выбираем С₇ = 1,5 пФ

Сопротивление делителя напряжения при токе :

 

 (6.47)

 

Выбираем  значения сопротивлений из расчета  R₆ = 2R₇ тогда с учетом стандартного ряда : R₆ = 8,2 кОм, R₇ = 3,9 кОм

Необходимое изменение емкости варикапа в  процессе модуляции:

 

 (6.48)

 

Амплитуда высокочастотного напряжения на варикапе:

 

; (6.49)

 

Проверка  режима работы варикапа:

 

; (6.50)

 

Для подстройки ГУНа системой ФАПЧ необходимо изменять емкость контура, для этого параллельно к емкости С₆ (главная составляющая общей емкости контура) через емкость связи С₂ подключен варикап VD2 (рисунок 14), элементы С₂ и VD2 рассчитываются вместе с системой ФАПЧ.

 

7. Расчет кварцевого автогенератора

 

7.1 Схема автогенератора

 

Схема автогенератора изображена на рисунке 16, рабочая частота автогенератора 3,375 МГц. В качестве активного элемента в схеме автогенератора будет  применен биполярный транзистор ГТ311, т.к. он обеспечивает требуемую выходную мощность и может работать на рассчитываемой частоте. (Параметры транзистора приведены в П5):

 

Рисунок 16. – Кварцевый автогенератор

 

Автогенератор [1] представляет собой емкостную трехточку, которая образована кварцевым резонатором ZQ, выполняющим роль индуктивности, и конденсаторами С₁ и С₂. Резисторы R₁, R₂, R₃, R₄ обеспечивают внешнее и автоматическое смещение для транзистора. Конденсатор С₃ служит для блокировки резистора R₃ на рабочей частоте, что исключает отрицательную обратную связь. Дроссель L₁ включен для того, чтобы не зашунтировать трехточку через источник питания E_к.

Задаемся  следующими параметрами:

• Мощность в нагрузке Р_н =0,1 мВт,
• частота резонанса f = 3,375 МГц,
• ток i_км = 10 мА,
• коэффициент а = 0,1 – оценивает степень связи колебательной системы с нагрузкой,

Найдем  мощность рассеиваемую на кварце:

 

 (7.1)

 

Мощность  отдаваемая транзистором:

 

 (7.2)

 

Найдем  значения аппроксимированных параметров:

 

 (7.3)

 (7.4)

 (7.5)

 (7.6)

 

Нормированная частота колебаний:

 

 (7.7)

 

7.2 Расчет параметров колебательной системы

 

Для кварцевого резонатора:

Примем  отношение емкостей:

 

 (7.8)

 

Крутизна  коллекторного тока, усредненная  за период колебаний:

 

 (7.9)

 

Найдем  номинал емкости С_1Э – коллекторной нагрузки транзистора:

 

 (7.10)

=1.74 нФ

 

тогда С₂ найдем из соотношения (7.8):

 

 (7.11)

 

из стандартного ряда выбираем С₂ = 6,2 нФ

Найдем  значения комплексных сопротивлений:

 

 (7.12)

 (7.13)

 

Для расчета емкости С₁ при известном значении С_1Э требуется выбрать индуктивность L₁ из условия:

 

 (7.14)

тогда, (7.15)

 

теперь  из формулы (7.14) найдем индуктивность  L₁

 

 (7.16)

 

Из стандартного ряда выбираем С₁= С₃ =С₄ = 3,6 нФ, индуктивность L₁= 1,3 мкГн.

 

7.3 Режимные  параметры активного элемента

 

Гармонические составляющие тока коллектора:

 

 (7.17)

 (7.18)

 

Амплитуда напряжения на базе:

 

 (7.19)

 

 

Амплитуда напряжения на коллекторе:

 

 (7.20)

где: (7.21)

 

Найдем  мощность подводимую к коллекторной цепи:

 

 (7.22)

 

Мощность  рассеиваемая на коллекторе:

 

 (7.23)

 

Постоянная  составляющая тока базы:

 

 (7.24)

 

Смещение  на базе:

 

 (7.25)

 

7.4 Расчет  по постоянному току

 

С ростом сопротивления автосмещения R₃ его стабилизирующее действие увеличивается, а энергетические показатели ухудшаются. В качестве компромиссного решения рекомендуется выбирать R₃=100…500 Ом.

Выбираем R₃ = 300 Ом.

Сопротивление R₄ определим из соотношения:

 

 (7.26)

 

Напряжения  источников питания цепи коллектора и базы найдем по формулам (7.27), и (7.28):

 

 (7.27)

(7.28)

 

Принимаем ток через делитель I_д = 5I_Б = 0,22 мА

Сопротивления делителя в цепи питания:

 

 (7.29)

 (7.30)

 

Из  стандартного ряда выбираем R₁ = 27 кОм, R₂ = 4,7 кОм.

 

 

Вывод

 

На  сегодняшний день все вопросы, касающиеся радиосвязи и средств ее непосредственного  обеспечения очень актуальны, тем  боле, что радиосвязь с каждым днём всё глубже проникает во все сферы деятельность человека, и позволяет оперативно передавать информацию от абонента к абоненту, практически мгновенно, минуя огромные расстояния.