5. Проектирование кварцевых генераторов с непосредственной частотной модуляцией

.1 Особенности построения генераторов, управляемых напряжением

При разработке управляемого по частоте КГ необходимо правильно выбрать частоту генератора, резонатора и элементы управления частотой, чтобы наиболее простыми схемными решениями обеспечить необходимые пределы перестройки при высокой стабильности частоты. Кроме обеспечения определённой девиации частоты к КГ при формировании ЧМ колебаний прямым методом предъявляется требование минимальных нелинейных искажений модулирующего канала, которые обусловлены нелинейностью характеристик варикапа и резонатора. Наиболее эффективным способом их уменьшения является включение катушки индуктивности параллельно резонатору.

По ряду объективных причин, наиболее широкое распространение управляемые по частоте КГ получили в диапазоне 5..20 МГц. В этом диапазоне кварцевые резонаторы работают как правило, на основной частоте, сами пьезоэлементы представляют собой плоские пластины, а значения m и Со позволяют получить перестройку по частоте порядка ±1000∙10-6 при сравнительно высокой стабильности частоты. На более низких частотах пьезоэлементы резонаторов среза Т имеют форму двояковыпуклой линзы, что уменьшает m и затрудняет получение больших пределов перестройки по частоте.

Для управления частотой КГ удобно использовать варикап, как наиболее экономичные и надежные из всех известных элементов, реактивное сопротивление которых зависит от приложенного напряжения. Одновременно с варикапом дня обеспечения работы вблизи частоты fk последовательного резонанса необходимо включить дополнительное реактивное сопротивление того же значения, но противоположенное по знаку, т.е. катушку индуктивности. Это важная особенность построения КГ, так как только использование режима работы вблизи частоты fk резонатора, резко снижает возможность паразитного возбуждения генератора на частотах, не контролируемых резонатором.

5.2 Проектирование кг, управляемого напряжением при частотной модуляции

Составление и расчёт структурной схемы в соответствии со 2ой главой настоящих указаний должно было вестись с учётом реальных возможностей построения задающего кварцевого генератора. Воспользовавшись результатами этого расчёта, уточняем необходимые исходные данные.

Определяем частоту генерируемых КГ колебаний:

где : N - общий коэффициент умножения умножителей;

- рабочая частота РПДУ.

Исходя из заданной в техническом задании девиации и планируемого значения N, вычисляем требуемый диапазон управления частотой КГ:

Таким образом для расчета управляемого напряжения КГ имеем следующие параметры:

- частота колебаний КГ, ;

диапазон управления частот (девиация), ;

амплитуда модулирующего напряжения, ;

коэффициент нелинейных искажений, Кf ;

напряжение питания, Еn (10 … 20 ) % ;

Для примера расчета принята схема частотномодулированного КГ, изображенного на рис 6. Ниже приведен порядок расчета.

Рис.6. Частотномодулированный кварцевый генератор.

. На основе справочных данных выбираем резонатор АТ - среда, работающий на основной частоте. Выписываем параметры резонатора: Rкв , m , C0 .

. Выбираем активный элемент. Например, транзистор КТ324, крутизна статической характеристики которого при токе коллектора 1…2 мА составляет 35…50 мА/В. (Естественно с учетом специфики конкретного задания должен выбираться транзистор с соответствующими параметрами).

. Определяем управляющее сопротивление автогенератора:

,

Отметим, что следует рассчитывать для минимального значения крутизны S и =0,2 (коэффициент запаса по возбуждению Кз= 5).

. Найдем значения емкостей обратной связи (С3 и С4) генератора.

;

,

где: К0 = 0,2 … 0,8 - коэффициент обратной связи;

- частота, генерируемых автогенератором колебаний.

Rкв=40 Ом, m=4∙10-3, С0=5,5 пФ.

В соответствии с рядом Е24 выбираем ближайшие стандартные значения емкостей конденсаторов С3 и С4.

. В связи с тем, что напряжение питания может изменяться в известных пределах, то необходимо предусмотреть его стабилизацию. По нижнему уровню напряжения питания выбираем тип стабилитрона и по известным формулам рассчитываем элементы цепи стабилизации.

. Находим приведенные значения модулирующего напряжения:

где: ЕН - напряжение смещения на варикапе, которое должно быть на 1 … 1,5 В больше чем , что необходимо для предотвращения открывания варикапа модулирующим напряжением и напряжением высокой частоты;

амплитудное значение модулирующего напряжения.

. Определяем приведенное значение Xрн по формуле:

8. Рассчитываем емкость варикап при напряжении смещения Евн - 4 В:

где: 1/2 - коэффициент для резких переходов.

Из серийно выпускаемых варикапов выбираем такой, чтобы последовательные соединения двух варикапов дало емкость приблизительно равную Св. Примем варикап КВ110Б.

. Для обеспечения возможности работы в близи частоты последовательного резонанса кварцевого резонатора последовательно с ним включена катушка индуктивности L2.

Определяем для двух граничных значений емкости выбранных варикапов значение подстроечной индуктивности :

,

где СВН - емкость варикапа при построении смещения 4В. Причем внизу разброса параметров полупроводниковых приборов в формулу для определения пределов изменение индуктивности вместо СВН подставлять нижнее и верхнее значение емкости.

После определения верхнего и нижнего значения L2, находим среднее значение индуктивности Lср.

. Определяем коэффициент нелинейных искажений:

11.Так как коэффициент нелинейных искажений в исходных данных (Кf=5%), то для его уменьшения подключаем катушку индуктивности L1 параллельно резонатору. Значение данной индуктивности определяем по формуле:

где - приведенное сопротивление индуктивности.

. Вычисляем коэффициент нелинейных искажений с учетом включения параллельно резонатору катушки индуктивности L1:

Заключение

В соответствии с техническим заданием произведен расчет радиопередающего устройства. Благодаря хорошо изложенной в литературе подобных устройств и современной элементарной базе, стала возможной простая реализация радиопередатчика. Рассмотрен вариант его конструктивного исполнения.

Был произведён расчёт усилителя мощности, умножителя частоты и кварцевого автогенератора радиопередатчика, вещающего в диапазоне УКВ на частоте 103 МГц, обеспечивающего выходную мощность 90 Вт. Для питания устройства необходим источник =27В.

Примечание: окончательная настройка и подбор элементов схемы, производится при изготовлении макета радиопередающего устройства.

Литература

1. Проектирование радиопередатчиков: Учебн. пособие для вузов / Под редакцией В.В. Шахгильдяна. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 2000 - 656с.

2. Проектирование радиопередающих устройств: Учебное пособие для вузов/ Под ред. В. В. Шахгильдяна. - М.: Радио и связь, 1993. -512 с.

. Проектирование радиопередатчиков: Учебное пособие для вузов/ Под ред. В.В.Шахгильдяна. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 2000. - 656 с.

. Проектирование радиопередающих устройств СВЧ / Под ред. Г. М. Уткина.-М.: Сов. радио, 1979.-320с.

. Проектирование радиопередающих устройств на транзисторах. Методические указания к курсовому проектированию. - Ротоприт ТИАСУРа. - Томск, 1987. - 79 с.

. Обеспечение тепловых режимов изделий электронной техники./ А. А. Чернышев, В. И. Иванов, А. И. Аксенов, Д. Н. Глушкова. - М.: Энергия, 1980 - 216 с.

. ГОСТ 21128-83. Системы электроснабжения, сети, источники, преобразователи и приемники электрической энергии. Номинальные напряжения до 1000 В. - М.: Изд-во стандартов, 1983.

. ГОСТ 22579-86. Радиостанции с однополостной модуляцией сухопутной подвижной службы. - М.: Изд-во стандартов, 1986

. ГОСТ 12252-86. УКВ радиостанции сухопутной подвижной службы. - М.: Изд-во стандартов, 1986

. Курсовое и дипломное проектирование. Методические указания для студентов специальностей 190200 и 200700. Омск. - Изд-во ОмГТУ, 1997. - 44 с.

. Радиопередающие устройства. Методические указания по курсовому проектированию. - ОмПИ. - Омск, 1985. - 27 с.

. Альтшуллер Г. Б., Елфимов Н. Н., Шакулин В. Г. Кварцевые генераторы: Справ. пособие. М.: Радио и связь, 1984. - 232 с.

. Пьезокварцевые резонаторы: Справочник / Под ред. П.Е. Кандыбы и Г.П. Позднякова. - М.: Радио и связь, 1992 - 392с.

. Полупроводниковые приборы. Транзисторы средней и большой мощности: Справочник / Под ред. А.В. Голомедова. - М.: Радио и связь, 1989 - 640с.

17. Электронный справочник по полупроводниковым приборам. Шульгин О.А. v.1.02