Разработка РПУ

Расчет усилителя мощности, выходной цепи согласования, предусилительного каскада. Преобразователь синусоидального сигнала в импульсы прямоугольной формы. Кварцевый генератор и делитель частоты. Методика и принципы проектирования схемы индикации, питания.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

Пояснительная записка

к курсовому проекту

Разработка РПУ



Введение

усилитель генератор индикация

Исходными данными для проектирования усилителя являются мощность Р, развиваемая в нагрузочной цепи, схема включения прибора, напряжение питания. Они определены при разработке структурной схемы.

Для выходного каскада возьмем транзистор 2Т920Б - предназначен для работы в схемах усиления мощности, умножения частоты и в автогенераторах на частотах в диапазоне 50-450 МГц при напряжении питания 15 В.

При проектировании РПУ необходимо учитывать, что выходной каскад должен отдавать максимум мощности на рабочей частоте. В силу того, что АЭ усилителя мощности имеет широкий спектральный состав, необходимо ослабить побочные спектральные составляющие. По ТЗ необходимо ослабление второй гармоники не хуже -40 дБ. Для этого необходимо применить согласующие цепи, которые трансформирую выходное сопротивление усилителя мощности и сопротивление антенны. Я использовал простейшие согласующие П-образные цепи, которые подключал последовательно.

Задачи проекта:

· Разработать РПУ мощностью в нагрузке 5 Вт для диапазона частот 44-45 МГц с шагом перестройки 1 кГц.

· Сопротивление нагрузки - 50 Ом

· подавление второй гармоники выходного сигнала не хуже -40 дБ,

· напряжение питания 15 В,

· модуляция - частотная,

· модулирующий сигнал с частотой 300 - 3000 Гц,

· напряжение модулирующего сигнала 0,2 В на нагрузке 600 Ом.



1. Анализ технического задания

Главная задача проектирования РПУ состоит в выборе наиболее эффективных, с технической точки зрения, путей реализации технического задания на проектируемое устройство. Обычно оно содержит указания о назначении и условиях эксплуатации проектируемого передатчика, его мощности, диапазона рабочих частот, видах модуляции и т.д.

Сигнал с выхода ДКПД поступает на ФД, на который одновременно подается сигнал кварцевого генератора с частотой f₀. Выходное напряжение ФД через ФНЧ воздействует на ГУН, который изменяет частоту. В установившемся режиме f₀=f_гун/N, где N - коэффициент деления частоты ДПКД. Изменяя коэффициент деления частоты N, можно изменять частоту колебаний на выходе ГУНа: f_гун=f₀*N. Если коэффициент дeлeния N может принимать только значения целых чисел, то шаг частоты будет равен f₀. Дальше сигнал подается на УМ.

2. Расчет усилителя мощности

Исходными данными для проектирования усилителя являются мощность Р, развиваемая в нагрузочной цепи, схема включения прибора, напряжение питания. Они определены при разработке структурной схемы.

Для выходного каскада возьмем транзистор 2Т920Б - предназначен для работы в схемах усиления мощности, умножения частоты и в автогенераторах на частотах в диапазоне 50-450 МГц при напряжении питания 15 В.

Далее расчеты приведены в программе Mathcad 15:



3. Расчет выходной цепи согласования

При проектировании РПУ необходимо учитывать, что выходной каскад должен отдавать максимум мощности на рабочей частоте. В силу того, что АЭ усилителя мощности имеет широкий спектральный состав, необходимо ослабить побочные спектральные составляющие. По ТЗ необходимо ослабление второй гармоники не хуже -40 дБ. Для этого необходимо применить согласующие цепи, которые трансформирую выходное сопротивление усилителя мощности и сопротивление антенны. Я использовал простейшие согласующие П-образные цепи, которые подключал последовательно.

Рассчитаем номиналы элементов первой П-образной цепи:



Вторая П-образная цепь:

Как видно из АЧХ схема обеспечивает подавление второй гармоники - 40 дБ. В согласующие цепи будет поставлен подстрочный конденсатор параллельно одной из емкостей, для достижения более точно результата.

4. Расчет предусилительного каскада

Исходными данными для проектирования усилителя являются мощность Р, развиваемая в нагрузочной цепи, схема включения прибора, напряжение питания. Они определены при разработке структурной схемы.

В результате расчетов получилось, что для получения мощности 5 Вт в нагрузке, мощность на входе конечно каскада должна составлять 160 мВт. Так как ГУН не может обеспечить такую выходную мощность, необходимо наличие предусилительного каскада.

Для выходного каскада возьмем транзистор КТ345АМ. Произведем его расчет по той же методике, что и выходной усилитель мощности:





5. Расчет цепи согласования с выходным каскадом

С целью передачи максимальной мощности от предусилителя в выходной каскад передатчика, нужно рассчитать межкаскадную цепь согласования. В качестве цепи согласования я выбрал П-образную цепь.

Определения величин номиналов элементов я использовал САПР Smith Chart, которой можно согласовывать импендансы по средством Диаграммы Смита.

Подберем номиналы конденсаторов и катушки индуктивности

6. Расчет генератора управляемого напряжением



Выберем из ряда Е24 номинальные значения элементов:

L₃=270 нГн, L_др1=36 мкГн, L_др2=10 мкГн, L_др3=12 мкГн, L_др4=10 мкГн

С₁=820 пФ, С₂=6800 пФ, С₃=56 пФ, С_св1= 13пФ, С_св2= 100 пФ, С_бл3= 3,6 нФ, С_бл= 3,6 нФ

С_{разколл}= 620 пФ, С_разМОД=2 мкФ, С_кор=47 пФ

R₁= 3,9 кОм, R₂= 10 кОм, R₃= 27 кОм, R₄= 12 кОм

Напряжение питания ГУН составляет 9В. Мы получаем его с помощью стабилитрона КС190Б, Uстном = 9В, Rогр = (15 - 9)/25мА = 240 Ом.

7. Буферные усилители

В передатчике потребуется несколько буферных усилителей: между ГУН и предусилительным каскадом, между выходом фазового детектора и ГУН, Я построил их на основе операционного усилителя LM358. Основным критерием выбора стала его низкая цена и возможность работы от одного источника питания, например 5 вольт

Используется для исключения влияния низкоомной нагрузки на источник с высоким выходным сопротивлением (на практике - входное сопротивление операционного усилителя: от 1 MОм до 10 TОм) Малое выходное сопротивление и большой выходной ток обеспечивает работу БУ на низкоомные нагрузки, что позволяет использовать LM 358 в НЧ и ВЧ усилителях.

8. Усилитель низкой частоты

Данный усилитель предназначен для усиления напряжения со значения входного (по ТЗ) до значения, необходимое для модуляции (подаваемое на варикап).

U_BX=0,2 B, R_BX= 600 Ом - по техническому заданию;

U_Щ= 0.65 В-из расчета ГУН с ЧМ;

Следовательно, нам необходимо усиление по напряжению в 0.65/0.2 = 3,25 раза.

Построим усилитель на LM358.

Коэффициент усиления определяется: К = (1+ R2/R1),

R2/R1= 2,25

Напряжение питания составляет 5В

Выберем R₁ = 27 кОм, R₂ = 12 кОм и R₃ = R₄ = 1,2 кОм.

Емкости конденсаторов выбираем с учетом диапазона частот входного сигнала (300 - 3000 Гц)

X_C1 = R₃/100 = 1200/100 = 12 Ом;

X_C2 = R₁/100 = 27000/100 = 270 Ом;

X_C3 = R_{1_ГУН}/100 = 3900/100 = 39 Ом;

9. Преобразователь синусоидального сигнала в импульсы прямоугольной формы

Для того, чтобы сигнал с ГУНа подать на ДПКД нам необходимо сигнал синусоидальной формы преобразовать в последовательность прямоугольных импульсов. Для этого будем использовать микросхему КР155ТЛ3 на котором будет построен триггер Шмитта. Описание этой микросхемы можно найти в приложении. Триггер Шмитта демонстрирует такое свойство систем, как гистерезис.

10. Кварцевый генератор и делитель частоты

Частота кварцевого генератора 10 МГц. Частота на фазовом детекторе, идущая от ДПКД равна шагу перестройки 1 кГц. Значит необходимо разделить частоту кварцевого генератора, чтобы получить 1 кГц.

Коэффициент деления

Ставим последовательно 4 счетчика К1533ИЕ2, и правильно соединив входы и выходы, для обеспечения нужного коэффициента деления.

Микросхема К1533ИЕ2 представляет собой четырехразрядный двоично-десятичный счетчик и содержит 4 триггера, срабатыв...