![]() |
РУБРИКИ |
Проектирование передатчика |
РЕКЛАМА |
|
Проектирование передатчикаПроектирование передатчикаМинистерство образования Российской Федерации Нижегородский Государственный Технический Университет Кафедра "Техники радиосвязи и телевидения" Проектирование передатчика Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «Устройства формирования сигналов» КП-НГТУ-2008-(04-Р)-10-07 Выполнил студент Тупиков Павел Руководитель Ермилов Э.А Нижний Новгород 2008 Введение Целью данной работы является проектирование авиационного радиопередающего устройства дальней связи для самолёта АН-2, для сигналов с однополосной амплитудной модуляцией, удовлетворяющего заданным требованиям. Мировое сообщество давно обосновало отказ от амплитудной модуляции в классической форме и приняло конкретные меры для постепенного отказа от АМ и перехода к однополосной модуляции. Кроме выигрыша в мощности излучаемых сигналов основное преимущество однополосной модуляции в том, что для передачи одного и того же сигнала требуется вдвое меньшая полоса частот, так, расстояние между станциями при ОП передаче по ГОСТ составляет всего 5 кГц. Также современные тенденции в электронике обусловили необходимость постепенного перехода к цифровой генерации, обработке и передаче сигналов, использовании интегральных схем. В данной работе мы так же постараемся по возможности максимально использовать многофункциональные компоненты в интегральном исполнении, это позволить снизить стоимость, габариты и энергопотребление проектируемого устройства при достижении указанных в задании параметров по сравнению со схемами на дискретных элементах. 1. Задание на проектВ рамках данного проекта требуется сконструировать радиопередатчик для авиационной связи. Устройство должно передавать радиосигналы с однополосной амплитудной модуляцией.
Рисунок 3.1 Зависимость тока коллектора от напряжения база-эмиттер При полученном выходном токе в 0,3А и напряжении питания 50В, расчётная выходная мощность одного плеча усилительного каскада При этом выходная расчётная мощность двух каскадов в двухтактном режиме равна: Оценим коэффициент усиления выходного каскада. Коэффициент усиления по напряжению равен отношению напряжения питания выходного каскада к входному напряжению. Коэффициент усиления по току зависит в первую очередь от выбранного рабочего режима транзистора, температуры. так при Uвх=0,8В, температуре 25 градусов, и напряжении питания Еп = 50В, KI=hFE=?=37 Результирующий коэффициент усиления Kвых=КI =?=2312 При данном выборе параметров и рабочей точки уровень интермодуляционных искажений третьего и пятого порядков будут соответственно: -33 и -37дБ. Рисунок 3.2 Уровень интермодуляционных искажений третьего и пятого порядка соответственно для усилителя класса АВ в зависимости от выходной мощности 3.1.2. Расчёт предоконечного усилительного каскадаТипичное значение выходного сопротивления микросхемы модулятора при напряжении питания Vcc = 6В, Rвых = 800Ом.Входное и выходное сопротивления электромеханических фильтров в зависимости от исполнения имеют сопротивления от 600 до 4000 Ом, поэтому изготовить партию фильтров на заказ с сопротивлением 800Ом не составляет трудностей. Фильтр вносит среднее затухание в полосе пропускания около 1,5 дБ, что соответствует изменению выходного напряжения в Кфпч = 1/1,4 = 0,71 раза.Отсюда вытекает первое условие, входное сопротивление предоконечного каскада должно иметь сопротивление не менее 600Ом.Из всего вышесказанного вытекает необходимость в преобразовании сопротивления выхода фильтра в сопротивление входа транзисторного каскада.Оптимальный уровень выходного сигнала предоконечного каскада должен быть в пределах 0,8В, минимальный ток - 8 мА, при этом входная мощность Pвх.ус = 6,4мВт. Мощность, передаваемая с выхода фильтра Необходимый коэффициент усиления предоконечного каскада должен составлять.Для этого наилучшим образом подойдёт схема с общим коллектором в режиме A, однако из за того, что эмиттерный повторитель не усиливает напряжение, к его выходу подключим трансформатор, с коэффициентом передачи K = 8, основное предназначение которого - увеличение выходного напряжения до необходимого уровня, а так же создание противофазных напряжений для двух плеч оконечного усилителя. Смешение для рабочей точки будет подаваться только во время активной передачи. Для работы в данном диапазоне частот подойдёт практически любой транзистор, например BC547 (по параметрам аналог КТ315). Напряжение смещения на вход будет подаваться через резистивный делитель. При этом величина входного сопротивления очень велика и составляет десятки кОм, а выходного сопротивления - очень мала, что способствует лучшему согласованию выхода формирователя сигнала и основного усилителя.Рисунок 3.3 Зависимость входного сопротивления транзистора BLW50F от частоты 3.2. Расчёт выходного согласующего устройстваПри данном подходе на выходе усилительного каскада необходимо поставить лишь согласующую цепь, относительно широкополосную, чтобы без перестройки согласующей цепи можно было покрывать весь диапазон рабочих частот.Нелинейность частотной характеристики согласующей цепи будет оказывать меньшее влияние на искажения СП АМ сигнала, так как полоса ОП АМ в несколько раз уже чем полоса пропускания согласующей цепи.Для согласования выхода оконечного усилителя с нагрузкой будем использовать колебательный контур. Основное предназначение выходного ФНЧ - фильтрация высших гармоник, при этом критерии оптимальности для ФНЧ будут следующие:1) Максимальная равномерность в полосе f = 6525…6685 кГц.2) Общий уровень побочных гармоник не более 40дБ.Входное активное сопротивление антенны 15 (Ом), индуктивное 60(Ом), выходное активное сопротивление транзистора - 50Ом, реактивным сопротивлением выхода в рабочем диапазоне частот можно пренебречь. (> 3,5 кОм)В качестве элемента согласования выберем полосовой фильтр в виде П-образного звена.Параметры звена:Где R0<R1, и R0<R2Сопротивление источника сигнала R1 = 50Ом.Сопротивление нагрузки R2 = 15Ом.Рисунок 3.4 Зависимость КПД цепи согласования от сопротивления R0 Реактивное сопротивление входной ветви согласующего устройства должно быть равно 12,06 Ом. Встаёт задача распределения реактивного сопротивления между трансформатором и ёмкостью П-образного звена. В результате расчётов в рабочем диапазоне частот получим следующую зависимость индуктивности трансформатора от емкости. Рисунок 3.1 Зависимость индуктивности связующего трансформатора от входной ёмкости контура В результате анализа реализуемости подобного звена были выбраны следующие параметры: Индуктивность согласующего трансформатора L5 = 150нГн. С14 = 2 нФ С15 = 3,4 нФ L6 = 415 нГн При этих параметрах максимальный КПД цепи согласования может быть порядка 98%, в реальности он будет на 4-7% ниже. 3.3. Расчёт входного каскада передатчикаОсновная задача данного каскада - формирование из входного сигнала модулирующего напряжения.При этом стоит учесть следующее:1. амплитуда входного сигнала и динамический диапазон может изменяться очень сильно.2. На входе может действовать сигнал с шумом в очень широкой полосе частот.3. На вход балансного смесителя необходимо подавать сигнал с амплитудой 70мВ.4. Источником сигнала служит внешний подключаемый микрофон.5. На входе - сигнал с малой амплитудой, важно хорошее отношение сигнал/шум для этого каскада.Для этой цели наиболее оптимальным решением является усилитель с автоматической регулировкой усиления.Например, специализированная микросхема MAX9814 - микрофонный усилитель с АРУ и малошумящим смещением микрофона.Отличительные особенности: · Автоматическая регулировка усиления (АРУ) · Три коэффициента усиления (40дБ, 50дБ, 60дБ) · Программируемое время нарастания сигнала · Программируемое соотношение нарастания и спада · Диапазон напряжения питания 2.7В…6В · Малая плотность шума по отношению ко входу 30нВ/Гц · Отношение сигнал/шум - 61дБ.· Малые общие гармонические искажения: 0.04% (тип.) · Маломощный режим отключения · Встроенный малошумящий источник смещения микрофона напряжением 2В · Расширенный температурный диапазон -40°C…+85°C· В диапазоне частот 300 - 3400Гц АЧХ усилителя практически линейна.Для того, чтобы выбрать коэффициент усиления равный 50дБ, необходимо вход выбора Кус (Gain Control Input) подключить к земле.На выходе данной микросхемы мы имеем стабильный сигнал с уровнем 0,7 В, не зависимо от подключаемого ко входу источника. Для преобразования этого стабильного напряжения в 70мВ, требуемые для балансного смесителя, между смесителем и усилителем включим резистивный делитель.Вход переключения между активным режимом и режимом ожидания подключим к общему выключателю «Передача» так же через делитель для согласования уровня напряжения питания (6В) и уровня логической единицы на входе SHDN - 1,3В.3.4. Расчёт тракта формирования однополосного сигналаБалансные модуляторы выберем в интегральном исполнении на микросхемах SL1640C производства Plessey Semiconductors.Основные характеристики модулятора:
Рисунок 3.6 Зависимость индуктивности фильтра основной селекции от ёмкости ФОС. Выберем для определённости С10 = 10нФ Тогда L3 = 11,8 мкГн. Определим необходимые требования для высокочастотного полосового фильтра. В данном диапазоне частот наиболее эффективны электромеханические кварцевые или лангаситовые фильтры, а так же фильтры на ПАВ. Основные физически реализуемые характеристики: 1. центральная частота - 6600кГц. 2. Относительная полоса пропускания полоса - 3% (200МГц) 3. Порядок фильтра - 12 Физически достижимые параметры: 1. Затухание в полосе заграждения - 80дБ 2. Неравномерность в полосе пропускания - 0,5 дБ 3. Диапазон температур -60 - +85 градусов Цельсия. Существует большое множество фильтров, удовлетворяющих заявленным требованиям, среди них пьезокерамические фильтры, фильтры на ПАВ, пьезоэлектрические. Все требуемые в работе кварцевые генераторы и электромеханические фильтры могут быть произведены на заказ группой компаний «Пьезо» (Россия, г. Москва и МО) 3.6. Расчёт тракта формирования несущей частотыПереноса сигнала с промежуточной частоты в 465кГц на радиочастоту из рабочего диапазона f = 6525… 6685 кГц в конкретном передатчике будет осуществляться гетеродинированием сигнала ПЧ с гармоническим сигналом с изменяющейся частотой, полученного с использованием синтезатора частот.В качестве смесителя будем использовать те же микросхемы, что и в модуляторе, SL1640C производства Plessey Semiconductors, их краткое описание и основные параметры были приведены в п. 3.4.Генерацию опорных частот для второго гетеродина в данном передатчике будем производить с помощью интегрального синтезатора частот NJ8820, производства Plessey Semiconductors (Великобритания)Основные характеристики и достоинства данного синтезатора:1. Генерируются частоты до 10МГц.2. Вход для внешнего высокостабильного кварцевого генератора.3. Диапазон питающих напряжений 5 - 7 (В)4. Диапазон рабочих температур -40 - +85 ?С5. Встроенный генератор управляющих сигналов для работы с ПЗУ.Требования к ПЗУ:1. организация ячейками по 4 бита.2. время доступа не менее 25мкс при тактировании ИМС синтезатора на частоте 10МГц.3. для программирования всех 32 каналов необходимо 32*8x4 = 1024 бита ПЗУ.Из списка микросхем, рекомендованных производителем, наиболее оптимальны по всем параметрам и стоимости ПЗУ 74S287, производства FarChild Semiconductors.Данные в синтезатор загружаются из ПЗУ, причём для настройки синтезатора на каждую частоту требуется 28 бит информации, организованной в 8 4-х разрядных словах.Алгоритм загрузки прост: С помощью старших 5 разрядов адреса микросхемы памяти выбирается частота, далее синтезатор, подключенный к трём младшим разрядам последовательно считывает 8 ячеек памяти. Это очень выгодная возможность синтезатора, так как для его настройки не требуется включать в схему процессор. ПЗУ программируется перед запайкой, в последующем изменении информации в ПЗУ надобности нет.На вход тактирования подключим внешний тактовый генератор с частотой 10МГц. Строгие требования к стабильности тактового генератора не предъявляются.На вход внешнего осциллятора подключим высокостабильный кварцевый генератор с частотой 6МГц.Загрузка частоты, а так же включение генератора будут включаться при подаче на разрешающий вход ИМС синтезатора логического сигнала высокого уровня (около 6В), для этого подключим разрешающий вход к выключателю «передача».3.7. Расчёт источника питанияРадиопередатчик питается от бортовой сети самолёта с напряжением переменного тока 115В и частотой 400Гц.Для питания отдельных узлов нужно получить следующий ряд напряжений
|
|
© 2007 |
|