Методичні вказівки до виконання практичних занять з дисципліни Радіопередавальні пристрої, НТУУ КПІ

Міністерство освіти і науки України

Національний технічний університет України

"Київський політехнічний інститут"

Радіотехнічний факультет

Кафедра радіотехнічних пристроїв та систем

Методичні вказівки до виконання практичних занять з дисципліни Радіопередавальні пристрої

Рекомендовано вченою радою радіотехнічного факультету

Київ

НТУУ «КПІ»

2014

Радіопередавальні пристрої : методичні вказівки до виконання практичних занять з дисципліни «Радіопередавальні пристрої» для студентів радіотехнічного факультету / Укладачі: О.М. Антонець, В.О. Дмитрук - Київ: НТУУ "КПІ", 2014.-30с.

Гриф надано вченою радою радіотехнічного факультету НТУУ "КПІ" (Протокол №                   від                         )

Рекомендовано навчально-методичною комісією радіотехнічного факультету

(Протокол №                              від           )

Навчальне видання 

Радіопередавальні пристрої 

Радіотехнічний факультет

03056, Київ, вул..Політехнічна, 12, корп. 17

Тел./факс (044) 454-92-93 

Практичне заняття №1 

Розробка структурної схеми радіопередавального пристрою (РПП) з орієнтовним вибором активних елементів всіх каскадів 

Структурна схема передавача розраховується[1,3,6] від вихідного каскаду до збуджувача [6]. Основними параметрами, які необхідно враховувати при розробці структурної схеми є потужність в навантаженні  Pн, параметри навантаження, діапазон робочих частот та рід роботи передавача.

Радіопередавач може бути навантажений або безпосередньо на антену (з заданими параметрами R_A, X_A), або на вхідний опір АФП (антенно-фідерний пристрій) із стандартним значенням  . На практиці більшість передавачів під’єднуються до антени через АФП.

Рід роботи передавача визначається типом модуляції ВЧ коливань і зумовлює смугу частот радіосигналу одного каналу, міжканальну різницю частот (крок сітки частот синтезатора частоти (СЧ), кількість каналів у відведеній смузі частот) та режим підсилення коливань, що виробляє збуджувач, у каскадах передавача.

Таким чином збуджувач виробляє ВЧ коливання робочих частот із заданою стабільністю і в більшості випадків формує радіосигнал із заданим у ТЗ типом модуляції. Типові значення потужності коливань на виході збуджувача становлять 5…10 мВт.

Підсилення потужності цих коливань до заданого рівня у    відбувається у наступних каскадах передавача (включно з вихідним каскадом, що працює на ), якіназиваються генераторами із зовнішнім збудженням (ГЗЗ).

Основною схемою ГЗЗ є однотактна схема, до складу якої входить активний елемент (АЕ), джерело живлення (ДЖ), вихідне та вхідне кола узгодження (КУ), які здійснюють необхідну трансформацію відповідних опорів з метою забезпечення оптимального режиму роботи АЕ. Вхідне КУ доцільно відносити до попереднього каскаду підсилення, для якого це коло є вихідним. Енергетичним показником КУ є коефіцієнт корисної дії:

значення якого залежить від типу КУ і лежить у межах 0,6…0,85. Більші значення характерні для каскадів більшої потужності.

Таким чином АЕ має забезпечити коливальну потужність   при потужності на виході ГЗЗ.

Така потужність має назву установча потужність АЕ і є одним із основних параметрів для вибору АЕ конкретного ГЗЗ. Другим параметром для вибору АЕ є значення робочих частот. Третім критерієм для вибору АЕ є передбачуваний режим роботи АЕ –  лінійний або нелінійний.

Лінійний режим необхідно використовувати для підсилення радіосигналів із змінною  обвідною  (наприклад сигнали з АМ, ОМ, АФМ, КАМ), щоб уникнути спотворень сигналу, що передається. Недоліком цього режиму є низьке значення .

Нелінійний режим – режим з відсіканням струму вихідного електроду АЕ- забезпечує значно кращі енергетичні показники особливо при роботі АЕ у граничному режимі,але він може бути застосований для сигналів із сталою амплітудою несучого коливання - сигналів з КМ (ЧМ або ФМ).

Лінійний режим у однотактному ГЗЗ забезпечується підсиленням класу А, або двотактним ГЗЗ, кожне плече якого може працювати у граничному режимі, тобто з високою енергетикою.

АЕ(транзистор) для кожного ГЗЗ передавача вибирається за довідниковими експериментальними даними (,  -  табл.1додаток 2), заданими робочими частотами (ТЗ) та установчою потужністю ГЗЗ . Недоцільно вибирати АЕ із значним перевищення над  та f’>>f_роб. Такі умови сприяють уникненню можливого самозбудження ГЗЗ.

Як правило у довідниках можна знайти декілька типів АЕ, які задовольняють цій умові. В такому випадку необхідно оптимізувати свій вибір  використовуючи інші експериментальні (рекомендовані) параметри – К’_р , ,    .

Критерієм оптимізації вибору АЕ для вихідного каскаду є порівняння К’_р транзисторів, але К’_р не може бути більше 20.

Для проміжних каскадів доцільно вибрати АЕ з однаковою напругою живлення (), що може спростити схему джерела живлення.

Враховуючи, що між навантаженням та вихідним каскадом знаходиться схема узгодження з коефіцієнтом передачі  = 0,6 … 0,85,  потужність, яку повинен віддати вихідний каскад дорівнює.

Вихідні каскади сучасних передавачів будуються за схемами додавання потужностей кількох окремих генераторів із зовнішнім збудженням. Тому вихідна потужність окремого ГЗЗ у вихідному каскаді розраховується за формулою 

де N – кількість ГЗЗ, потужності яких додаються,

= 0,9- ККД суматора потужностей. 

Визначивши вихідну потужність окремого ГЗЗ у вихідному каскаді вибирається активний елемент – транзистор – за довідковими експериментальними даними, приведеними в табл. 1. При цьому визначається напруга джерела живлення Е_к активних елементів вихідного каскаду та струм споживання окремого ГЗЗ та вихідного каскаду в цілому

де  – ККД каскаду, який на етапі розробки структурної схеми доцільно приймати 0,5.

За експериментальними даними, приведеними в таблицях, визначається коефіцієнт передачі потужності транзистора К_р і розраховується необхідна вхідна потужність окремого ГЗЗ за формулою. 

Враховуючи коефіцієнт передачі вхідної схеми узгодження  = 0,6 … 0,8 та ККД подільникапотужності визначається потужність, яку необхідно подати на вхід вихідного каскаду.

Потім аналогічно з врахуванням коефіцієнтів передачі міжкаскадних схем узгодження вибираються транзистори попередніх каскадів, визначаються напруги живлення, струми споживання та вхідні потужності до значення Р_вх=5 … 10 мВт, яку може забезпечити збуджувач. 

При виборі транзисторів для каскадів з рівнями вихідної потужності

Р_вих ≤ 0,1 … 0,2 Вт[8] необхідно враховувати, що активні елементи працюють в режимі А і ККД при цьому становить  = 0,2.Приклад структурної схеми приведено на Рис.1.1.

Для  малопотужних транзисторів в довідниках приводяться значення  максимально допустимої потужності розсіювання на колекторі Р_кд. Встановимо зв’язок між Р_кд та потужністю високочастотного коливання на виході транзистора Р_вих.

З останнього виразу можна зробити висновок, що для транзистора, який працює в режимі А, потужність розсіювання на колекторі в чотири рази більша за потужність високочастотного коливання на виході транзистора.

Використовуються транзистори при знижених значеннях колекторної напруги Е_к. Необхідно перевірити, яку потужність можна забезпечити на виході каскаду. Для цього використовуються максимально допустимі значення параметрів транзистора.

Приведемо приклад визначення Р_вих, якщо транзистор працює в режимі А  і відомі:

Максимально допустиме значення колекторної напруги Е_кд

Максимально допустиме значення імпульсного струму колектора І_кmд

Максимально допустима потужність розсіювання на колекторі Р_кд

Розрахунок коефіцієнта передачі потужності Кр малопотужних транзисторів покажемо на прикладі каскаду підсилення на транзисторі КТ312, вхідні характеристики, якого приведені на рис. 1.2. 

 – крутизна прохідної характеристики, яку можна розрахувати за вхідними  характеристиками та параметрами транзистора. 

 – модуль коефіцієнта передачі струму колектора на високій частоті.

Тому 

 – вхідний опір наступного каскаду підсилення.

Представивши графічно роботу транзистора в режимі А можна визначити потужність Р_вих. 

При цьому потрібно забезпечити режим роботи, при якому два параметри не можуть набувати максимально допустимих значень. Перевіряємо потужність розсіювання на колекторі.

З повагою ІЦ "KURSOVIKS"!