Министерство образования Российской Федерации
УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА "РАДИОПЕРЕДАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА"
КУРСОВАЯ РАБОТА
"РАСЧЕТ СВЯЗНОГО ПЕРЕДАТЧИКА 27,2 МГц"
Екатеринбург 2003

Задание
Дано:
Передатчик с частотной модуляцией.
1.                 Мощность P₁ = 2,5 Вт.
2.                 Частота f = 27,2 МГц.
3.                 E_П = 12 В.
4.                 Антенна - штырь 1,5 м.
5.                 Ф₂ = 25 дБ.
-                      составить структурную схему передатчика;
-                      рассчитать режим оконечной ступени;
-                      рассчитать согласующее устройство оконечной ступени с антенной;
-                      пояснить назначение всех элементов схемы.

1.                 Структурная схема передатчика

УНЧ

УЧ

кварцевый АГ

27,2 МГц 13,6 МГц

Усилитель

ОУ

СЦ

Умножитель
Рис. 1 структурная схема передатчика
УНЧ - усилитель низкой частоты;
УЧ - управитель частоты;
АГ - автогенератор (кварцевый);
У - усилитель;
Умножитель частоты на 2;
ОУ - оконечный усилитель;
СЦ - согласующая цепь.

2. Расчет режима оконечной ступени

2.1 Расчет коллекторной цепи

Паспортные данные:
r_нас = 1,73 Ом;
Е'_б = 0,7 В;
I_{к о доп} = 0,8 А.
Определим коэффициент использования выходного напряжения (U_вых)


Возьмем угол отсечки (q) равным 90⁰, тогда a₁(q) = 0,5.
Определим амплитуду напряжения коллектора в граничном режиме:
U_кгр = Е_к*x_гр;
U_кгр = 12*0,86 = 10,32 (В).
Найдем первую гармонику тока коллектора:

Определим постоянную составляющую коллекторного тока:

Определим подводимую мощность P₀.
P₀ = E_к*I_к0,
P₀ = 12*0,306 = 3,672 »3,7 (Вт)
Определим мощность, рассеиваемую в виде тепла:
P_к1 = P₀ - P₁,
P_к1 = 3,7 - 2,5 = 1,2(Вт) < P_доп = 1/2U_кэдоп *I_к0доп = 26 (Вт)
Определим коэффициент полезного действия (h)

Определим сопротивление коллектора (R_к)

2.2 Расчет базовой цепи

Определим сопротивление резистора R_д, включенного по РЧ между базой и эмиттером, которое определяется по следующей формуле:
R_д » b₀/2pf_ТC_Э
R_д » 24/2*3,14*350*10⁶*124*10^-12 » 88(Ом)
Значение сопротивления R_бк резистора, включенного по РЧ между коллектором и базой:
R_бк = b₀/2pf_ТC_к
R_бк = 24/2*3,14*350*10⁶*12*10^-12 » 909,46 (Ом)
Рассчитаем амплитуду тока базы:

где c = 1 + g₁(q)2pf_ТC_кR_к
c = 1 + 0,5*2*3,14*350*10⁶*12*10^-12*21,5 » 1,28



Максимальное обратное напряжение на эмиттерном переходе:


Постоянные составляющие базового и эмиттерного токов:
I_б0 = I _к0/b ₀
I_б0 = 0,306/24 = 0,013(А);
I_э0 = I_к0 + I_б0
I_э0 = 0,306 + 0,013 = 0,319 (А).
Напряжение смещения на эмиттерном переходе:


Рассчитаем элементы схемы:

L_вхОЭ = 4*10^-9 + 4*10^-9/1,28 » 9,12 (нГн);

Входное сопротивление транзистора (Z_вх = r_вх + jX_вх):

Входная мощность:

Коэффициент усиления по мощности транзистора:
k_p = P₁/P_вх
k_p = 2,5/0,09=27,78.

3. Расчет штырьевой антенны

3.1 Из конструктивных соображений выбираем радиус штыря:
r = 5*10^-3 (м)
3.2 Находим волновое сопротивление антенны:

3.3 Входное сопротивление:

4. Расчет согласующего устройства оконечной ступени с антенной

4.1 Расчет трансформатора сопротивления

Емкость С₂₂ предназначена для разделения по постоянной составляющей тока I_к0, реактивное сопротивление Х_С22 должно удовлетворять соотношению:
Х_C22 << R_ое = 4R_к, (Х_С22 = R_ое/[50…100])
X_C22 = (wC₂₂₎^-1= 4R_к/100 Þ
С₂₂ = 100/(4*21,5*2*3,14*27,2*10^-6) = 6,8 (нФ);
X_L2 >> R_ое = 4R_к, (Х_L2 = R_ое*[50…100])
X_L2 = wL₂ = 4R_к*100 Þ
L₂ = 4*21,5*100/(2*3,14*27,2*10^-6) = 50,3 (мкГн).
Волновое сопротивление:
Z_С = 2*21,5 = 43 (Ом).
Ток в линии:

Требуемая индуктивность линии:

где a₁, и сходя из допустимой неравномерности АЧХ трансформатора на f =27,2 МГц, равен 0,1.
U_пр = U_к = 10,32 (В).

Исходя из волнового сопротивления линии выбираем кабель КВФ-37:
Z_C = 37 Ом;
С_{погонная} = 120 пФ/м;
b = 2,56 мм (внешний диаметр кабеля);
с = 0,78 мм (внутренний диаметр).
Геометрическая длина линии:

где q < 18…54 при Z_C = Z_Cтреб (берем q = 30),
e - диэлектрическая проницаемость диэлектрика (фторопласт e = 2,1).

Для данного уровня мощности, из условия обеспечения добротности Q не ниже 10 на частоте f, выбираем феррит марки 1000 НМ:
m_н = 1000;
Q = 20 при B = 0,01 Тл.
Выбираем многовитковую конструкцию на кольцевом ферритовом сердечнике с типоразмерами:
D = 45 мм;
d = 28 мм;
h = 12 мм.
Средний диаметр феррита:
D_ср = 0,5(D + d),
D_ср = 3,65 (мм).
Максимальная магнитная индукция на рабочей частоте:

где P'_ф - допустимые удельные тепловые потери в феррите (P'_ф £ 0,3…1,5 Вт/см²).
 
Выберем B_f = 15*10^-3 Тл.
V = pD_срS,
V =3,14*3,65*(0,5*1,2*1,7)=11,7 (см³).

V > V_min
Число витков:

Уточняем L_{пр.расч}:

pd = 3,14*2,8 = 8,8 (см),
wb = 10*0,256 = 2,56 (см),
следовательно, все витки помещаются на феррит.

Удельные тепловые потери в феррите:

Мощность потерь в феррите:


4.2 Расчет колебательного контура
Для определения номиналов элементов (С₂₃, L₃) колебательного контура пересчитаем сопротивление антенны в контур следующим образом:
 SHAPE  \* MERGEFORMAT

С23

С24

С'a

L3

r'a

Рис. 2 Пересчёт сопротивления антенны в контур
Сопротивление на зажимах контура равно 4R_к, добротность контура из конструктивных соображений примем равной 100.

Общая емкость контура равна:

Коэффициент включения равен:

Характеристическое сопротивление контура в резонансе:


Далее находим индуктивность контура:

Приведем конструктивный расчет индуктивности L₃:
- диаметр провода катушки:

- число витков:
 
- электрическая прочность катушки:
а) напряжение между соседними витками:
Uв = 2Uк/N
Uв = 2*10,32/3 » 6,9 (В).
b) напряженность поля между витками:
E = Uв/(g - d),
E = 6,9/(1,5*2,26- 2,26) » 6,1 (В/мм) < Eдоп = 250 - 300 (В/мм).

Библиографический список

1.     ГЕНЕРИРОВАНИЕ И ФОРМИРОВАНИЕ РАДИОСИГНАЛОВ: Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине “Устройства генерирования и формирования радиосигналов” /Л.И. Булатов, Б.В. Гусев. Екатеринбург: Изд-во УГТУ, 1998.
2.     "Проектирование радиопередатчиков": Учеб. пособие для вузов/В.В. Шахгильдян, М.С. Шумилин, В.Б. Козырев и др.; Под ред. В.В. Шахгильдяна. - 4 -е изд., перераб. И доп. - М.: Радио и связь, 2000. -656 с.: ил.
3.     РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАДИОПЕРЕДАЮЩИХ УСТРОЙСТВ: Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине “Устройства формирования сигналов” /Л.И. Булатов, Б.В. Гусев. Екатеринбург: Изд-во УГТУ, 1997. 31 с.
4.     М.С. Шумилин, В.Б. Козырев, В.А. Власов Проектирование транзисторных каскадов передатчиков. Учеб. пособие для техникумов. М.: Радио и связь, 1987. - 320 с.: ил.