Устройства генерирования и формирование сигналов

контрольная работа Устройства генерирования и формирование сигналов Исходные данные N=5.

Задача 1. Разработать структурную схему лампового радиопередатчика с выходной мощностью Р_А=2*NкВт, работающего в метровом диапазоне волн ЧМ.

Решение.

Р_А=2*N=2*5=10кВт.

Будем использовать последовательное включение усилителей мощности для разработки структурной схемы.

Необходимо определить число каскадов от возбудителя до антенны. Поскольку Р_А=10кВт, то мощность выходного каскада найдем как Р₁= Р_А /з_ВФС,.

где з_ВФС выберем из справочных данных. Тогда Р_1,n= Р_А /з_ВФС =10/0,8=12,5 кВт.

По справочным данным, в слабоперенапряженном режиме работы лампы, включенной по схеме с общим катодом усредненный коэффициент N_Р = 80.

Тогда мощность на выходе предоконечного каскада Р_1,(n-1) = Р_1,n / N_Р

Следовательно, Р_1,(n-1) = Р_1,n / N_Р=12 500/80 = 156,25 Вт.

Аналогично рассчитаем мощность предшествующего каскада Р_1,(n-2) = Р_1,(n-1) / N_Р=156,25/80 =1,95 Вт.

На вход которого необходимо подать сигнал с мощностью Р_1,(n-3) = Р_1,(n-2) / N_Р= 1,95/80 =24,41мВт.

Однако такую мощность позволяет выделить возбудитель (мощность которого, в общем случае, не превосходит 50мВт). Таким образом, структурная схема передатчика будет иметь вид:

Задача2. Определить амплитуду первой гармоники спектра выходного (коллекторного) тока, если максимальный ток i _к.max= N/2 A, а угол отсечки и=3N град.

Решение.

i _к.max= N/2=5/2=2,5А. и=3N=3*5=15град.

При анализе гармоник коллекторного тока необходимо использовать коэффициенты Берга б (и), которые табулированы и представлены на графиках.

Для первой гармоники из графика для угла отсечки и=15? находим коэффициент б₁(и)= 0,11.

Определяем значение коллекторного тока первой гармоники.

I_к1= i _{к.max *}б₁(и)= 2,5*0,11=0,275А.

Ответ: I_к1=0,275А.

Задача 3. Определить КПД коллекторной цепи при работе АЭ с отсечкой тока, если коэффициент использования коллекторного напряжения о=1/N, а угол отсечки и=3N град.

Решение.

о=1/N=1/5=0,2. и=3N=3*5=15град.

КПД коллекторной цепи при работе АЭ с отсечкой тока определяется с помощью функций Берга g (и) как:

з_Э =0,5* о*g (и).

Коэффициенты формы анодного тока по первой гармонике можно взять из графика или таблицы, или рассчитать по формуле:

g (и)= б₁(и)/б₀(и).

Для первой гармоники из графика для угла отсечки и=15? находим коэффициент.

g₁(и)= 1,95.

Тогда КПД коллекторной цепи составит:

з_Э =0,5* о*g (и) = 0,5*0,2*1,95=0,195.

Ответ: з_Э =0,195.

генератор радиопередатчик амплитуда спектр Задача 4. Определить выходную мощность мостового усилителя в аварийном режиме при отказе k=N генераторов из общего числа генераторов s=N^2, если выходная мощность одного генератора P₁=2N Вт.

Решение.

k=N=5. s=N² = 5² =25. P₁=2N= 2*5=10Вт.

В современных радиопередающих устройствах различных диапазонов волн широкое применение получил метод сложения мощности c помощью мостовых схем. В этом случае при суммировании мощностей двух и более генераторов обеспечивается их взаимная электрическая развязка. Каждый из генераторов работает независимо от других на оптимальную для него нагрузку, в то время как у остальных генераторов режим по ВЧ может меняться вплоть до короткого замыкания или холостого хода. Вследствие этого достигается высокая надежность передатчика. Даже в тех случаях, когда заданную мощность можно получить от одного ЭП, передатчик часто выполняют в виде нескольких менее мощных ВЧ генераторов или модулей с последующим суммированием их мощностей в мостовых схемах.

При этом выход из строя k генераторов (аварийный режим) не нарушает работу остальных s — k и только уменьшает мощность передатчика.

Мощность в аварийном режиме составит:

Рав= [(s — k)²/s]*P1 = [(25 — 5)²/25]*10= 160Вт.

Этот результат объясняется тем, что часть мощности оставшихся генераторов начинает выделятся в балластных сопротивлениях мостовой схемы.

Ответ: Рав=160Вт.

Задача 5.

Для данной схемы цепи согласования найти значения L₁, C₁, L_2, если.

R₁=N Ом, R₂=2N Ом, f=N•10⁶ Гц.

Решение.

R₁=N = 5 Ом, R₂=2N=2*5=10 Ом, f=N•10⁶ =5•10⁶ Гц.

Для цепи согласования, представляющей собой «Т-звено» расчетные формулы имеют вид:

причем R₀ > R₁, R₀> R₂ (обычно R₀ выбирают в 2… 5 раз больше R₁и R₂).

Примем R₀ = 3* R₁= 3*5=15 Ом, тогда:

Поскольку, a, то.

Ответ: L1=0,225 мкГн, L2=0,225мкГн, С=1,5 нФ.

Задача 6. Определить частоту свободных колебаний в автогенераторе щ_с, если сопротивление в колебательном контуре R_э=N Ом, коэффициент обратной связи K_ОС=1/N, емкости конденсатора C= •10^-9 Ф, крутизна характеристики прямой передачи S=7A/B, индуктивность колебательной катушки L= •10^-6 Гн.

Решение.

K_ОС=1/N=1/5=0,2. R_э=N=5 Ом. C= •10^-9 = •10^-9 =1,67 нФ.

L= •10^-6 = •10^-6 = 1,25•10^-6 Гн.

Частота свободных колебаний:

Где щ₀ = - частота собственных колебаний.

— затухание контура.

Колебания в автогенераторе могут возникнуть, когда б<0. Собственные потери в контуре, выражаются проводимостью Gэ=1/Rэ=1/5=0,2Cм. Эти потери должны быть скомпенсированы за счет положительной обратной связи и носят название вносимые потери Gвн=1/Rвн, проводимость (сопротивление) отрицательная. Затухание контура с учетом вносимых потерь от действия обратной связи будет выражаться следующей формулой:

б_э= (Rэ + R_BH)/2L.

Значение вносимой проводимости можно определить из уравнения баланса амплитуд для автогенератора с нелинейным элементом с крутизной характеристики прямой передачи S и коэффициентом обратной связи K_ОС по формуле:

R_BH=1/Кос*S.

На основании вышеизложенного определяем частоту свободных колебаний:

Ответ:щ_с=21,84 МГц.

Задача 7. Определить коэффициент нелинейных искажений усилителя при наличии в анодной цепи лампы трех составляющих гармоник с амплитудами:

I_m1 = N+1мА, I_m2 = N / 2мА, I_m3 = (N+2) / 6мА.

Решение.

I_m1 = N+1= 5+1= 6мА, I_m2 = N /2=5/2=2,5мА, I_m3 = (N+2) /6 =(5+2)/6=1,17мА.

Коэффициент нелинейных искажений находится как.

где .

Поскольку указано, что имеются только три гармоники в выходном спектре тока, то ограничимся двумя слагаемыми в подкоренном выражении. Найдем коэффициент нелинейных искажений:

Ответ: Кни=0,46.

Задача 8. Определить насколько необходимо изменить емкость колебательной системы автогенератора с варикапом по схеме Клаппа, чтобы частота колебаний изменилась на? щ=20N Гц. Начальная емкость колебательной системы С_ко=N² нФ, индуктивность L_k=N мкГн.

Решение.

?щ=20N=20*5=100 Гц. С_ко=N² = 5²=25нФ. L_k=N =5мкГн.

Схема генератора Клаппа на полевом транзисторе (цепи смещения постоянного тока не показаны):

Классическая ёмкостная трёхточечная схема (генератор Колпитца) малопригодна для технической реализации — расчёт показывает, что индуктивность катушки должна иметь порядок единиц нГн. Основная идея схемы Клаппа заключается в замене катушки с малой индуктивностью последовательным колебательным контуром, имеющим на рабочей частоте то же сопротивление, что и исходная катушка.

Частота колебаний в установившемся режиме:

Так как обычно С1 и С2 значительно больше Со, то ими в общей сумме емкостей можно пренебречь и на частоту генератора Клаппа в основном будет влиять емкость Со, которую реализуют на варикапе.

Определяем частоту.

.

Или щ₀=2р*f₀ = 2р*450 158,2=2,828 Мгц =2 828 527,1 Гц.

Измененная частота: щ= щ₀ +?щ= 2 828 527,1 + 100=2 828 100 Гц.

Емкость варикапа должна быть для этой частоты:

Следовательно, емкость следует изменить на:

ДС= С_К0 — С = 25 — 24,9 =0,1нФ.

Ответ: ДС=0,1 нФ.

• 1. Радиопередающие устройства: Учебник для вузов/В.В. Шахгильдян, В. Б. Козырев, А. А. Ляховкин и др.; Под ред. В. В. Шахгильдяна. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Радио и связь, 2003. 560 е.: ил.
• 2. Гоноровский И. С. Радиотехнические цепи и сигналы. Учебник для вузов. Изд. 3-е, лерераб. и доп. М., «.Сов. радио», 1977, 608 с.
• 3. Устройства генерирования и формирования сигналов: методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Устройства генерирования и формирования сигналов» для студентов дневной формы обучения специальности21 030 265 «Радиотехника» / сост. П. Г. Тамаров, О. А. Дулов. Ульяновск: УлГТУ, 2010. 83 с.