(дороботать)Радиотелефонный передатчик с сеточной модуляцией

Высокая стабильность частоты передатчика улучшает помехозащищенность радиолинии (поскольку позволяет сузить полосу пропускания приемного устройства), увеличивает число станций, которые могут работать в заданном диапазоне без взаимных помех.
Важным параметром передатчика является его коэффициент полезного действия (КПД). Коэффициент полезного действия маломощных передатчиков определяет во многом его габаритные размеры и массу, а КПД мощных и сверхмощных передатчиков — стоимость их сооружения и эксплуатации. Не менее важны электроакустические показатели радиопередатчика, такие, как требования к коэффициенту модуляции (для передатчиков с AM), индексу модуляции (для передатчиков с ЧМ), коэффициенту нелинейных искажений, амплитудно-частотной характеристике, уровню фона и шума и т. д.
В связи с ростом числа радиостанций и повышением требований к качеству передачи информации электроакустические и технические показатели радиопередатчиков постоянно совершенствуются.
Передатчики с амплитудной модуляцией находят очень широкое применение в радиовещании, радиотелефонной связи и телевидении для передачи сигналов изображения.
Модулирующий сигнал в общем виде является случайной функцией. Однако многие виды модулирующих сигналов можно приближенно представить как сумму большого числа синусоидальных колебаний со случайными амплитудами и фазами.
Передатчик с амплитудной модуляцией состоит из трактов высокой и звуковой частот. В тракте звуковой частоты напряжение доводится до уровня, необходимого для осуществления модуляции (на соответствующем электроде) в тракте высокой частоты. Условимся называть выходной каскад тракта звуковой частоты (модуляционного устройства) мощным усилителем низкой частоты (МУНЧ). Соответственно каскад ВЧ, в котором производится модуляция (модулируемый каскад), назовем модулятором.


4 5 6 7

1 2 3
Рис.7. Блок-Схема передатчика, где
1- микрофонный усилитель;
2- МУНЧ;
3- модулятор;
4- задающий генеротор;
5- предоконечный каскад;
6- оконечный каскад;
7- выходная цепь (цепь согласования)


Выбор лампы выходного каскада и его расчет

Для определения генераторной лампы найдем:
- значение максимальной мощности модулируемых колебаний через значение мощности в режиме несущей частоты (m=0)
Pmax = Рнес.· (1+m)2 = 250·(1+0) = 250 (Вт)
- значение максимальной мощности модулируемых колебаний через значение мощности в режиме несущей частоты (m=1):
Pmax = Рнес.· (1+m)2 = 250·(1+1)2 = 1000 (Вт)
По максимальному значению мощности выбираем лампу с запасом по мощности: ГУ – 43А
Спектр выходного сигнала при возбуждении каскада идеальной синусоидой показан на рисунке 1.

Рисунок 8
При возбуждении каскада драйвером, выполненным на такой же лампе, с оптимизированными параметрами получим следующий спектр (Рисунок 9).Возбуждающее напряжение на выходе драйвера имеет спектр -HD=4.59% HD2=4.59% HD3=0.11% HD4=0.054% HD5=0.041%.

Рисунок 9

Применение других типов ламп дает схожие результаты при условии оптимизации режима их работы. На рисунке 10 показан спектр выходного сигнала оконечного каскада при использовании в драйвере лампы 6Н8С, а на рисунке 11 для драйвера на лампе 6П3С.

Рисунок 10


Рисунок 11
 Лучшей парой для ГУ – 43А оказалась лампа 6П3C в триодном включении. Это не абсолютная истина. Просто из исследованных ламп она показалась мне наиболее подходящей.
Из выше изложенного можно сделать следующий вывод. Изменяя режим работы драйверного каскада, можно регулировать спектр выходного сигнала и достигнуть желаемого звучания. Следовательно, в большинстве случаев существует резерв для улучшения качества звучания, и им не следует пренебрегать.
Исходными данными для расчета являются полезная мощность и частота. По этим данным выбираются тип лампы и анодное напряжение.
Еam= Еa ном· Pmax/Рспр=3000·250/1600=468,75 (В)
Еam= Еa ном· Pmax/Рспр=3000·1000/1600=1875 (В)
Принимаем Еa=1875 (В)
Из анодных характеристик выбранной лампы ГУ – 43А находим:
Ri=Δea/Δia=2000/0,192≈10(кОм)
Ea0=385(B)
S= Δia/ Δec1=0,225/5=0,045(A/B)
Sкр= Δia кр/ Δea=2500/115=21,7(mA/B)
Выбираем напряжение на второй сетке: Ес2=350(В)
Находим напряжение на нагрузке:
Ua=Ea- Ес2=1800-350=1450 (В)
Определяем амплитуду тока анода:
Ia1=2P1/ Ua= 2·250/1450=0,345 (A)
Задаемся углом отсечки θ=85 0 по [2,прил.1, стр.703] находим :
α0 =0,3 α1 =0,486
5. Определяем Iam= Ia1/ α1= 0,345/0,486=0,71 (A)
Проверяем допустимость этой величины:
Iam< Iе , где Iе=1(А)-ток катода
0,71 < 1 – допустимо.
6. Определяем Ia0= Iam · α0=0,71·0,3=0,213(А)
7. Находим подводимую мощность
Р0=Еа· Ia0=1800·0,213=383,4(Вт)
8. Определяем Pа = Р0 –Р1= 383,4 - 250= 133,4(Вт)
Проверяем допустимость этой величины: Pа < Pа доп.
133,4<1000(Вт)
9. Находим Rэ=Ua/Ia1=1450/0,345=4203(Ом)
10. Вычисляем η= Р1/ Р0=250/383,4=0,65 или η=65%
11. Определяем напряжение возбуждения
Uc= Iam/S·(1-cosθ)=0,71/45·10-3·0,913=17,3(В)
Определяем напряжение смещения:
Ес=- Uccosθ+Е`c=-17,3·0,0872+(-50)=-51,5(B)
Вычисляем максимальное отрицательное напряжение на сетке:
ес max= Ес- Uc=-51,5-17,3=-68,8(B)
проверяем допустимость этой величины ес max< ес доп., где ес доп=-200(В)
-68,8<-200(В) допустимо.
14. Находим наибольшее положительное напряжение на сетке:
ес = Ес+ Uc=-51,5=17,3=-34,2(В)
Определяем по характеристикам лампы максимальное значение тока второй сетки Ic2m=0,08(A)
Находим постоянную составляющую тока второй сетки: kc0=0,6
Ic20=kc0 · α0· Ic2m=0,6·0,3·0,08=0,014(A)
Определяем мощность, рассеиваемую на второй сетке: Pc20= Ес2· Ic20=
= 350·0,014=4,9(Bт)
Проверяем допустимость этой величины: Pc20< Pc2доп, где Pc2доп=28(Вт)
4,9<28(Вт) допустимо.
18. Находим амплитуду тока первой сетки: Ic1m=S(Ес- Е`c + Uc)=
= 0,045·(-51,5+50 + 17,3)=0,7(A)
Определяем постоянную составляющую тока первой сетки:
cosθc=- Ес/ Uc=0,336 отсюда θc=70о и α0=0,253
Ic0= α0· Icm=0,7·0,253=0,177(А)
Вычисляем мощность возбуждения:Pc1≈ Uc Ic0=17,3·0,177=3,06(Вт)

Расчет выходной цепи.

В ламповых передатчиках очень распространенным видом выходной цепи является П-образный контур, который содержит всего одну индуктивность.




Согласно исходных данных: С1=С2=Cэ= 7·10-10(Ф)

XC=XL , где XC=1/2·π·Cэ ·f=1/2·3,14·7·10-10 ·1,4·106=162,4

L= XC/2·π ·f=162,4/2·3,14·1,4·106=18,5(мкГн)



Расчет предоконечного каскада

Предоконечный каскад выполнен на триоде 6С3П.
Строим линию нагрузки для постоянного тока (Ia=20ma, Emax=150в). Её наклон равен -1/( Ra+Rк), т.е. Ia= Emax/( Ra+Rк). Эта линия представляет собой геометрическое место всех возможных рабочих точек для данной схемы. Она не должна заходит за Ра мах.


Ra+Rк=150/0,02=7500 (Ом)
Есо=-1,0(В), тогда Iaо=0.0076(А) и Еао=92(В) – режим покоя
Rк=1,5/0,0076=132 (Ом) (нужен для автоматического смещения)
Rа=7500-132=7370 (Ом)
Колебания на аноде Ua=17,3 (В).
Еаm=92+17,3=109,3(В).
Еаmin=92-17,3=74,7(В).
Мощность рассеяния на аноде: Ра= Iaо* Еао=0,7 (Вт)
На Prа= Iaо* Iaо*Ra=0.43 (Вт)

Строим линию анодной нагрузки для переменного тока.
Для переменного тока Ra=7370 (Ом) и Rc=1 (MОм) соединены параллельно, т.е. R’=7310 (Ом),
Определяем величину Iaо* R’+Еао=147(В) – это напряжение определяет собой точку пересечения линии нагрузки для переменного тока с осью абсцисс. Линия проведенная из этой точки через точку покоя – есть линия анодной нагрузки для переменного тока.
По этой линии определяем все необходимые нам параметры при Ua=34,6 (В).
Еа изменяется от 74(В) до 109(В), т.е. амплитуда Ia=5 (мА) и Uc=1,1(В).
На сетку предоконечного каскада надо подать сигнал амплитудой 1,1(В).

Рвх=Iвх*Uвх=(1,1)2/106=1,1·10-6 (Вт)


ЗАДАЮЩИЙ ГЕНЕРАТОР

Для возбуждения передатчика применим схему кварцевого генератора с емкостной трехточкой. Для обеспечения режима работы вблизи последовательного резонанса кварцевого резонатора и коррекции частоты последовательно с кварцевым резонатором включена индуктивность L Сопротивления R1,R2,R3 определяют величину напряжения смещения на базе транзистора, R4-блокирующее сопротивление. С1 и С9 -емкости связи транзистора с кварцевым резонатором,С5 и С4 - разделительные конденсаторы. Сопротивление Rp служит для уменьшения склонности генератора к паразитным колебаниям.

Типовая схема:

Ориентировочные значения элементов схемы при напряжении питания 12,6 в и применение транзистора П416 приведены ниже.
R3= 1.8 кОм
R1 = 15 кОм
R2= 15 кОм
С1 = 510 пФ
С9= 1500 пФ
Эквивалентное сопротивление генератора Rраб. при котором обеспечивается выходное напряжение = 150 мВ,равно 100 Ом.
Нестабильность частоты такого генератора 1*10-6
На выходе ЗГ мощность импульса равна:
P=U2/ Rраб=(0,15)2/100=225·10-6 (Вт)
Выбор микрофонного усилителя.
В качестве микрофонного усилителя выбираем усилитель с регулируемым коэффициентом усиления на микросхеме К538УН3А.
Он должен обеспечить усиление сигнала от 2мВ до 0,15в (сигнал от микрофона).
Коэффициент усиления тогда равен: Кус=150/2=75
Коэффициент усиления микросхемы равен: Кус м=200.




Выбор усилителя низкой частоты.
В качестве усилителя НЧ выбираем усилитель на микросхеме К174УН11.
Параметры: - выходная мощность 15(Вт);
- номинальное напряжение питания (двухполярное) ± 17(В);
- входное напряжение, не более 250(мВ).



Проверка модулятора по мощности.
Мощность, требуемая для возбуждения модулятора составляет:
Рмод=Ес2/2Rдоп=51,52/400=6,63 (Вт)
МУНЧ развивает мощность до 15(Вт).


Принципиальная схема передатчика.





Мощность

x1 = 100+210+330+453+596+748=2437

x2 = 95+208+335+467+602+760 = 2467

Средняяощность




Среднее квадратичное отклонение.





Коэффициент вариации.




Коэффициент равномерности.





















Заключение

В результате работы разработан передатчик с сеточной модуляцией, имеющий заданные параметры, источник сигнала является микрофон.











































ЛИТЕРАТУРА

«Проектирование радиопередающих устройств» В.В.Шахгильдян, М.С.Шумилин и др. издательство «Радио и связь» 1984г.

«Радиопередающие устройства» С.А.Дробов, С.И.Бычков «Советское радио» 1969г.

«Радиопередающие устройства» В.В.Шахгильдян и др., «Радио и связь» 1990г.

«Основы радиотехники и радиолокации»А.М.Калашников, В.З.Слуцкий, военное издательство министерства обороны СССР 1965г.


«Радиоприемные устройства» В.Ф.Баркан, В.К.Жданов «Советское радио» 1978 г.

«Триоды» Ф.И.Тарасов, «Энергия» 1965г.

«Справочник радиоинженера» Р.Лэнди, Государственное энергетическое издательство, 1960г.


«Справочник по электронным приборам» Д.С.Гурлев, «Техника» 1974г.

«Транзисторы. Справочник» Григорьев О.П. «Радио и связь» 1989г.













3