Расчет кварцевого автогенератора.

Электротехнический Университет «ЛЭТИ»

 

кафедра РЭС

 

 

Курсовая работа

 

Проектирование устройства генерирования и формирования радиосигналов

 

Выполнил: Шанин Е. Г.

Группа: 8182

Проверил: Соловьев А. А.

 

Санкт-Петербург 2011 г.

Содержание:

1.	Техническое задание
2.	Функциональная схема радиопередатчика
3.	Синтезатор сетки частот
4.	Расчет автогенератора с кварцевым резонатором
	4.1	Требования к ОКГ
	4.2	Расчет автогенератора
5.	Расчет оконечного каскада
	5.1	Оконечный каскад и выбор транзистора для него
	5.2	Расчет выходной цепи усилителя
	5.3	Расчет входной цепи усилителя
6.	Расчет блока коммутируемых фильтров
7.	Ввод информационного сигнала
8.	Заключение
9.	Список литературы

 

 

1. Техническое задание.

 

Pн, Вт	fн–fв, МГц	Тип транзистора	Тип ОКГ	fокг, МГц	Тип ССЧ	fш, кГц	Вид модуляции	№ Фильтра	Подавление гармоник, дБ
	2–27	БП					А3H

 

 

В данном курсовом проекте требуется произвести проектирование и расчет следующих основных каскадов:

 

– опорный кварцевый генератор (необходимо произвести расчет принципиальной схемы автогенератора с кварцевым резонатором в цепи обратной связи)

– синтезатор сетки частот (необходимо разработать функциональную схему синтезатора сетки частот с кольцом ФАПЧ)

– оконечный каскад (необходимо рассчитать принципиальную схему двухтактного усилителя, выполненного на биполярных транзисторах)

– устройство связи, согласования и фильтрации

 

К расчетам должна быть приложена следующая конструкторская документация:

 

– схема опорного кварцевого автогенератора

– принципиальная схема двухтактного усилителя

– перечень используемых в проектируемых схемах радиоэлементов

– функциональная схема синтезатора сетки частот

2. Функциональная схема радиопередатчика.

 

 

 

Рис. 1

 

 

ОКГ -опорный кварцевый генератор.

Вырабатывает сигнал с заданной частотой, стабильность которой очень высока.

 

ССЧ - синтезатор сетки частот.

Обеспечивает получение набора гармонических сигналов с определенными частотами из сигнала задающего генератора

 

УВИС - устройство ввода информационного сигнала.

Осуществляет модуляцию.

 

ТУМ - тракт усиления мощности.

 

ОК - оконечный каскад.

Усиливает мощность модулированного сигнала до требуемого значения ее на выходе

 

УССФ – устройство связи, согласования и фильтрации

 

БКФ - блок коммутируемых фильтров.

Фильтрует высшие гармоники, начиная со второй.

 

СУ - согласующее устройство

 

 

Опорный кварцевый генератор (ОКГ), синтезатор сетки частот (ССЧ) и устройство ввода информационного сигнала составляют устройство, называемое возбудителем. Таким образом возбудитель формирует радиосигнал на любой частоте в пределах, указанных в задании. Однако он является маломощным и не обеспечивает необходимой мощности на выходе, поэтому после возбудителя ставиться тракт усиления мощности (ТУМ). В данном курсовом проекте он не рассчитывается. ССЧ и УВИС будут рассчитаны на уровне функциональной схемы, а ОКГ и оконечный каскад (ОК) на уровне функциональной и принципиальной схемы. В блоке коммутируемых фильтров (БКФ), будет рассчитан только заданный фильтр (№ 1) также на уровне принципиальной схемы.

 

 

3. Синтезатор сетки частот.

 

ССЧ по техническому заданию будет строиться по схеме синтезатора с кольцом ФАПЧ, структурная схема которого выглядит следующим образом:

 

Рис. 2

 

Из частоты ОКГ в датчике опорных частот после ряда преобразований формируются частоты 1 кГц, 10 кГц, 100 кГц, 1 МГц, 10 МГц, а также f_доп=64 МГц.

 

Минимальные частоты на выходах умножителей:

 

 

Коэффициенты умножения умножителей являются целыми и принимают следующие значения:

 

Структурная схема ДОЧ выглядит следующим образом:

 

Рис. 3

 

4. Расчет автогенератора с кварцевым резонатором.

 

Требования к ОКГ.

 

Опорный кварцевый генератор необходимо рассчитать, используя схему автогенератора с кварцевым резонатором в цепи обратной связи. За основу берётся емкостная трехточечная схема, позволяющая получить наибольшую стабильность частоты. В такой схеме принципиально возможно возбуждение колебаний нестабилизированных кварцевым резонатором за счет шунтирующего действия емкости кварцедержателя C₀. Для подавления таких колебаний резонатор шунтируется индуктивностью L₀.

Учитывая, что максимальная стабильность частоты автогенератора может быть получена только в том случае, когда частота генерации совпадает с частотой последовательного резонанса кварцевого резонатора, выберем кварцевый резонатор с частотой f_кв = f _г = f_ОКГ = 2 МГц.

 

Принципиальная схема ОКГ:

Рис. 4

 

В ниже приведенном расчете определяются режим работы транзистора и номиналы элементов, включенных в схему. Для схемы были выбраны кварцевый резонатор и транзистор со следующими параметрами:

 

Транзистор КТ 306:

Тип проводимости	Основные параметры	Предельные параметры
fт,МГц	Sгр,А/В	β0	Ебо, В	Ск, пФ	rб, Ом	Uк.доп, В	Uэ-б доп, В	Iк.доп, А	Pк.доп, Вт
n-p-n		0,03		0,6					0,03	0,2

 

Кварцевый резонатор:

f, МГц	Rкв, Ом	Qкв	Co, пФ
		50 000	3,5

 

Заключение

В данной работе были описаны и рассчитаны принципиальные схемы некоторых ключевых элементов устройства формирования радиосигналов – усилительного оконечного каскада и кварцевого автогенератора. Кроме того, на структурном уровне был сформирован синтезатор сетки частот в требуемом рабочем диапазоне. Также рассчитаны номиналы элементов принципиальных схем и приведены к стандартному ряду.

Список использованной литературы

 

1. Митрофанов А.В., Полевой В.В., Соловьев А.А. «Устройства генерирования и формирования сигналов»: Учеб. пособие/ СПбГЭТУ ”ЛЭТИ”. СПб, 1999. 64 с.
2. Алексеев О.В., Головков А.А., Митрофанов А.В., Полевой В.В., Соловьев А.А. «Генераторы высоких и сверхвысоких частот»: Учеб. Пособие – М.: Высш.шк., 2003. – 326 с.

3. Белов Л.А., Богачев В.М., Благовещенский М.В. и др. «Устройства генерирования и формирования радиосигналов»: Учебник для вузов – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Радио и связь, 1994. – 416 с.

 

Электротехнический Университет «ЛЭТИ»

 

кафедра РЭС

 

 

Курсовая работа

 

Проектирование устройства генерирования и формирования радиосигналов

 

Выполнил: Шанин Е. Г.

Группа: 8182

Проверил: Соловьев А. А.

 

Санкт-Петербург 2011 г.

Содержание:

1.	Техническое задание
2.	Функциональная схема радиопередатчика
3.	Синтезатор сетки частот
4.	Расчет автогенератора с кварцевым резонатором
	4.1	Требования к ОКГ
	4.2	Расчет автогенератора
5.	Расчет оконечного каскада
	5.1	Оконечный каскад и выбор транзистора для него
	5.2	Расчет выходной цепи усилителя
	5.3	Расчет входной цепи усилителя
6.	Расчет блока коммутируемых фильтров
7.	Ввод информационного сигнала
8.	Заключение
9.	Список литературы

 

 

1. Техническое задание.

 

Pн, Вт	fн–fв, МГц	Тип транзистора	Тип ОКГ	fокг, МГц	Тип ССЧ	fш, кГц	Вид модуляции	№ Фильтра	Подавление гармоник, дБ
	2–27	БП					А3H

 

 

В данном курсовом проекте требуется произвести проектирование и расчет следующих основных каскадов:

 

– опорный кварцевый генератор (необходимо произвести расчет принципиальной схемы автогенератора с кварцевым резонатором в цепи обратной связи)

– синтезатор сетки частот (необходимо разработать функциональную схему синтезатора сетки частот с кольцом ФАПЧ)

– оконечный каскад (необходимо рассчитать принципиальную схему двухтактного усилителя, выполненного на биполярных транзисторах)

– устройство связи, согласования и фильтрации

 

К расчетам должна быть приложена следующая конструкторская документация:

 

– схема опорного кварцевого автогенератора

– принципиальная схема двухтактного усилителя

– перечень используемых в проектируемых схемах радиоэлементов

– функциональная схема синтезатора сетки частот

2. Функциональная схема радиопередатчика.

 

 

 

Рис. 1

 

 

ОКГ -опорный кварцевый генератор.

Вырабатывает сигнал с заданной частотой, стабильность которой очень высока.

 

ССЧ - синтезатор сетки частот.

Обеспечивает получение набора гармонических сигналов с определенными частотами из сигнала задающего генератора

 

УВИС - устройство ввода информационного сигнала.

Осуществляет модуляцию.

 

ТУМ - тракт усиления мощности.

 

ОК - оконечный каскад.

Усиливает мощность модулированного сигнала до требуемого значения ее на выходе

 

УССФ – устройство связи, согласования и фильтрации

 

БКФ - блок коммутируемых фильтров.

Фильтрует высшие гармоники, начиная со второй.

 

СУ - согласующее устройство

 

 

Опорный кварцевый генератор (ОКГ), синтезатор сетки частот (ССЧ) и устройство ввода информационного сигнала составляют устройство, называемое возбудителем. Таким образом возбудитель формирует радиосигнал на любой частоте в пределах, указанных в задании. Однако он является маломощным и не обеспечивает необходимой мощности на выходе, поэтому после возбудителя ставиться тракт усиления мощности (ТУМ). В данном курсовом проекте он не рассчитывается. ССЧ и УВИС будут рассчитаны на уровне функциональной схемы, а ОКГ и оконечный каскад (ОК) на уровне функциональной и принципиальной схемы. В блоке коммутируемых фильтров (БКФ), будет рассчитан только заданный фильтр (№ 1) также на уровне принципиальной схемы.

 

 

3. Синтезатор сетки частот.

 

ССЧ по техническому заданию будет строиться по схеме синтезатора с кольцом ФАПЧ, структурная схема которого выглядит следующим образом:

 

Рис. 2

 

Из частоты ОКГ в датчике опорных частот после ряда преобразований формируются частоты 1 кГц, 10 кГц, 100 кГц, 1 МГц, 10 МГц, а также f_доп=64 МГц.

 

Минимальные частоты на выходах умножителей:

 

 

Коэффициенты умножения умножителей являются целыми и принимают следующие значения:

 

Структурная схема ДОЧ выглядит следующим образом:

 

Рис. 3

 

4. Расчет автогенератора с кварцевым резонатором.

 

Требования к ОКГ.

 

Опорный кварцевый генератор необходимо рассчитать, используя схему автогенератора с кварцевым резонатором в цепи обратной связи. За основу берётся емкостная трехточечная схема, позволяющая получить наибольшую стабильность частоты. В такой схеме принципиально возможно возбуждение колебаний нестабилизированных кварцевым резонатором за счет шунтирующего действия емкости кварцедержателя C₀. Для подавления таких колебаний резонатор шунтируется индуктивностью L₀.

Учитывая, что максимальная стабильность частоты автогенератора может быть получена только в том случае, когда частота генерации совпадает с частотой последовательного резонанса кварцевого резонатора, выберем кварцевый резонатор с частотой f_кв = f _г = f_ОКГ = 2 МГц.

 

Принципиальная схема ОКГ:

Рис. 4

 

В ниже приведенном расчете определяются режим работы транзистора и номиналы элементов, включенных в схему. Для схемы были выбраны кварцевый резонатор и транзистор со следующими параметрами:

 

Транзистор КТ 306:

Тип проводимости	Основные параметры	Предельные параметры
fт,МГц	Sгр,А/В	β0	Ебо, В	Ск, пФ	rб, Ом	Uк.доп, В	Uэ-б доп, В	Iк.доп, А	Pк.доп, Вт
n-p-n		0,03		0,6					0,03	0,2

 

Кварцевый резонатор:

f, МГц	Rкв, Ом	Qкв	Co, пФ
		50 000	3,5

 

Расчет кварцевого автогенератора.

4.2.1. Расчет параметров транзистора.

 

Определим максимально возможную амплитуду импульса коллекторного тока транзистора:

А

 

Задаемся значением i_km = 2.5 мА и определяем S₀, S_1.0 и S₁:

Первая гармоника коллекторного тока:

Амплитуда первой гармоники напряжения на базе транзистора: