Федеральное агентство связи

Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Сибирский Государственный Университет

Телекоммуникаций и Информатики»

Кафедра ТЭЦ

Курсовая работа:

Расчёт элементов и узлов аппаратуры связи

Выполнил: студент группы М-63

Проверил: Рясный Ю.В.

Новосибирск 2008г.

Содержание

Содержание 2

Введение 3

Расчет автогенератора 5

Расчет спектра сигнала на выходе нелинейного преобразователя 14

Расчет электрических фильтров 18

Расчет электрического фильтра для второй гармоники 20

Расчет электрического фильтра для четвертой гармоники 25

Расчет выходного масштабирующего усилителя 32

Для усиления на первом выходе: 32

Для усиления на втором выходе 33

Список используемой литературы 38

Введение

Цель курсовой работы - проверить знания, навыки и умения студента по фундаментальной и общетехнической подготовке. В задание на работу включены вопросы, изучаемые в курсе "Теория электрических цепей". Однако, для успешного выполнения работы нужно хорошо знать материалы дисциплин «Высшая математика», «Цифровая и вычислительная техника», «Техническая электроника».

В процессе самостоятельной работы студент должен спроектировать широко распространенное в аппаратуре связи устройство, вырабатывающее так называемую "сетку частот", т.е. несколько гармонических колебаний. Подобное устройство содержит автогенератор, вырабатывающий исходное (задающее) колебание; нелинейный преобразователь, искажающий форму сигнала; набор активных фильтров, выделяющих требуемые гармоники, и масштабирующие усилители для согласования входных и выходных сопротивлений устройств, а также уровней сигналов.

Техническое задание на устройство

Спроектировать устройство, вырабатывающее «сетку частот», т.е. набор гармонических колебаний заданных частот, и удовлетворяющее условиям, указанным в таблице 1:

Таблица 1 – Технические требования к устройству

Заданные параметры	Обозначения
Требования к автогенератору
Тип автогенератора Тип транзистора Частота генерации Напряжение питания автогенератора Сопротивление коллекторной цепи	Схема рис. 3.2, б VTавт КТ301B n-p-n fг = 5 кГц Uпит авт = 10 В Rк = 2,5 кОм
Требования к нелинейному элементу
Тип нелинейного преобразователя Тип нелинейного элемента Напряжение смещения Напряжение на входе	Схема рис. 3.2, а VTнел KT203А U0 = -2,8 В Umax = 3,6 В
Требования к электрическим фильтрам
Набор выделяемых частот Выходное напряжение Ослабление полезных гармоник Степень подавления мешающих гармоник	f2, f4 Um вых = 7 В А = 0,5 дБ Amin = 26 дБ

Расчет автогенератора

Рассчитать RC-генератор, выполненный по схеме «б» (см. рисунок 1) на биполярном транзисторе КТ301B.

Рисунок 1. Схема автогенератора электрическая принципиальная

Частота генерации f_г =5 кГц

Напряжение питания U_{пит авт} = 10 В

Сопротивление нагрузки на коллекторной цепи R_к= 2,5 кОм

В стационарном режиме работы автогенератора на частоте генерации ω_г=2π f_г должны выполняться условия баланса амплитуд и баланса фаз:

,

где - модули передаточных функций и ;

- аргументы этих передаточных функций.

Для заданной схемы транзистор был заменен упрощенной эквивалентной схемой, т.е. активный элемент был представлен ИТУНом (рисунок 2). Так как R_j>>R_к, то

Из формулы видно, что =π, значит для выполнения условия баланса фаз необходимо, чтобы цепь обратной связи вносила сдвиг фаз, равный π. Это будет выполняться при равенстве нулю мнимой части знаменателя выражения H_ос(jω). Получаем выражение для частоты генерации:

.

Коэффициент обратной связи на частоте генерации:

.

Найдем значения сопротивлений R_н и R, входящих в формулы для расчета ω_г и H_ос(ω_г).

Входное сопротивление R_н составного транзистора

,

где β – коэффициент усиления по току для VT1.

– входное сопротивление транзистора VT2.

Для определения β и нужно выбрать рабочую точку транзистора.

Для этого необходимо построить проходную характеристику транзистора I_к=F(U_бэ) – зависимость действующего значения тока в выходной цепи от входного напряжения U_бэ. В свою очередь исходными для построения проходной характеристики являются:

- входная характеристика транзистора I_б=F(U_бэ) (рисунок 3);

- выходные характеристики транзистора I_к=F(U_кэ) (рисунок 4).

На семействе выходных характеристик транзистора КТ301Б (рисунок 3) проводится нагрузочная прямая через точки с координатами (0, U_пит) и (U_пит /R,0).

По точкам пересечения нагрузочной прямой с выходными характеристиками строится промежуточная характеристика I_к=F(I_б) (рисунок 5). Для этих целее удобно составить таблицу:

Таблица 1 – Данные для построения промежуточной характеристики

IбмкА	25	50	75	100	125
Iк, мА	1,1	2,2	3,2	4,3	5,4

Затем, используя полученную зависимость (рисунок 4) и входную характеристику I_б=F(U_бэ) (рисунок 3) , определяем требуемую зависимость I_к=F(U_бэ) (рисунок 6).

Все даны необходимые для построения характеристики, сведены в таблицу:

Таблица 2 – Данные для построения зависимости Iк=F(Uбэ)

Uбэ, В	0,0	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8
Iб, мА	0,0	0,025	0,05	0,08	0,175	0,5
Iк, мА	0,0	1,1	2,2	3,8	5,6	5,6

По проходной характеристике определяют положение рабочей точки. Лучше всего задаться значением U_{бэ 0}=0,6 В – это середина линейного участка проходной ВАХ.

Тогда по входной характеристике транзистора определяют в рабочей точке:

выбираем номинальное значение 330 Ом.

Рисунок 2. упрощенная эквивалентная схема замещения активного элемента

Рисунок 3. Входная характеристика биполярного транзистора КТ301Б

Рисунок 4. Выходная характеристика биполярного транзистора КТ301Б

Рисунок 5. промежуточная характеристика Iк=F(Iб) транзистора 2Т658А

Рисунок 6. Проходная характеристика транзистора 2Т658А

Коэффициент усиления транзистора по току:

Зная и β, можно рассчитать сопротивление R_н составного транзистора:

R_н = β• =6,33*3,33=21,07 кОм

R_н выбираем равным 21,07 кОм. Из условия R>>R_к нужно было бы выбрать величину 10 кОм, но эту величину еще нужно уточнить при дальнейших расчетах.

Определяем амплитуду стационарных колебаний на выходе генератора. Для этого построим колебательную характеристику S_ср=F(U_бэ).

Значения средней крутизны для различных значений U_бэ можно определить по методу трёх ординат по формуле:

.

Все расчеты приведены ниже в таблице:

Таблица 3 – Расчет крутизны

Ui(бэ),В	0,05	0,1	0,15	0,2	0,25	0,3
Iк max, мА	4,8	5,7	5,9	5,9	5,9	5,9
Iк min, мА	2,9	2,2	1,5	1,1	0,7	0,6
Sср, мА/В	19	17,5	14,66	12	10,4	8,83

Относительно этой таблицы строится колебательная характеристика S_ср=F(U_бэ). Она приведена на рисунке 7.

Для того чтобы по стационарной характеристике определить стационарное действующее значение U_бэ необходимо предварительно рассчитать значение средней крутизны в стационарном режиме S^*_ср.

Известно, что , с другой стороны из баланса амплитуд . Отсюда

.

Определяем значения для рассчитанных значений R_н и R.

Рисунок 7 Колебательная характеристика контура

mA/B

Используя колебательную характеристику и зная значение средней крутизны в стационарном режиме S_ср^* = 16,33 мА/В, легко найти стационарное действующее значение напряжения U_бэ^*. Оно равно U_бэ^* = U_вх = 0,11 В. Тогда напряжение на выходе генератора в стационарном режиме можно найти из соотношения:

U_вых = U_вх· H_ус(ω_г) = 0,11·16,33 = 1,79 B

Определяем теперь значение емкости в цепи обратной связи. Из выражения для частоты ω_г найдем



Емкость Cp разделительного конденсатора выбирается из условия Cp>>C или 1/ω_гCp 0.01R. Возьмем Ср=0,5 мкФ.

Осталось определить только значение сопротивления Rб, задающего рабочую точку U_бэ0, I_бэ0. Рассчитаем его по формуле:

733,3 кОм