МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО РАСЧЕТУ И ПРОЕКТИРОВАНИЮ СТРУКТУРНЫХ СХЕМ
ВВЕДЕНИЕ
Данное пособие содержит методические материалы по проектированию и расчету основных структурных и принципиальных схем радиопередатчиков с амплитудной, частотной, однополосной и импульсной модуляцией. Эти материалы призваны помочь студентам в выполнении курсового проекта по устройствам формирования и передачи сигналов. Основные требования, предъявляемые к курсовому проекту, изложены в разделе - 1. Задания на курсовой проект студентам дневного отделения выдаются индивидуально. В целом тематика курсовых проектов охватывает следующие виды радиопередающих устройств:
- передатчики связные, УКВ - диапазона с АМ;
- передатчики связные, СВ и МВ - диапазона с ОМ;
- передатчики навигационных систем с АМ;
- передатчики связные, УКВ - диапазона с ЧМ;
- передатчики СВЧ навигационных систем с ЧМ;
- передатчики СВЧ радиолокационные с ИМ;
- передатчики СВЧ навигационные с ИМ.
При составлении данного издания не ставилась задача описать в целом содержание курсового проекта (далее КП), тем более любого из типов передатчиков, учитывая их многообразие. Основным содержанием издания является следующее:
- изложение требований к содержанию и оформлению КП;
- изложение методики внешнего проектирования передатчика;
- изложение методик проектирования и расчетов структурных схем передатчиков различных типов;
- изложение методик проектирования принципиальных схем, расчетов их с учетом специфического характера этих схем в передатчиках различных типов;
- рекомендации по выбору элементарной базы проектируемых схем и сведения по основным данным активных элементов, приводимых в приложениях.
Следует иметь в виду, что реализация отдельно взятого передатчика может быть различной и предлагаемый в пособии вариант является не единственным. Это же относится к расчету каскадов передатчика, так как могут быть использованы различные методики расчетов однотипных каскадов, приводимые в литературе. Выполнение курсового проекта является творческой задачей и приводимые здесь рекомендации и методики являются определенным ориентиром, а не правилом для выполнения курсового проекта. В издании приводится перечень литературных источников по его тематике.
Следует иметь в виду, что материалы расчетов могут быть успешно
использованы для выполнения контрольных работ. В конце пособия приведены Приложения со сведениями по элементной базе, по параметрам электронного режима ГВВ, а также исходные данные вариантов курсовых проектов для студентов заочного обучения (Приложение 14).
ТРЕБОВАНИЯ К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ
Характеристика исходных данных на проектирование.
Для связных передатчиков задается:
диапазон рабочих частот [МГц];
выходная мощность в нагрузке [Вт];
вид и параметры модуляции: АМ, ЧМ, ОМ;
диапазон частот модулирующего сигнала [кГц];
рекомендуемая элементная база: транзисторы, лампы, интегральные схемы;
место установки: борт ВС, наземная;
могут быть указаны требования к стабильности частоты.
Для навигационных передатчиков с непрерывным излучением (с АМ, ЧМ) задается тот же перечень исходных данных.
Для радиолокационных и радионавигационных передатчиков с ИМ задаются:
рабочая длина волны [см] (или частота [МГц]);
мощность импульсная в нагрузке [кВт];
длительность импульса [мкс];
частота следования импульсов [Гц];
рекомендуемый тип генератора СВЧ (магнетрон, клистрон, МКЛ, твердотельные элементы);
место установки.
Требования к содержанию курсового проекта.
Курсовой проект должен содержать следующие материалы:
пояснительная записка;
графическая часть — чертеж на ватмане (а1) карандашом,
содержащий полную принципиальную схему передатчика.
Пояснительная записка.
Пояснительную записку следует выполнить, согласно ГОСТ 2.106-79 и 2.106-68. Образец титульного листа приведен в Приложении 1.
. После титульного листа: техническое задание, содержание, введение, главы и разделы, заключение, литература, перечень элементов, приложение. В тексте обязательно приводятся все схемы каскадов, которые рассчитываются с указанием всех элементов; обозначения всех элементов должны соответствовать их обозначениям в тексте расчетов. Примерная последовательность разделов в пояснительной записке:
- введение;
- внешнее проектирование устройства;
- разработка и расчет структурной схемы;
- разработка схем и расчет каскадов принципиальной схемы;
- выбор типа и параметров синтезатора частоты (для диапазонных передатчиков);
- требования к номиналам источников питания передатчика
(напряжения, токи, мощности) и расчет промышленного КПД;
- заключение;
- литература;
- перечень элементов;
- приложения.
Перечень элементов составляется для всех элементов в рассчитанных схемах. Ссылки на литературу в тексте пояснительной записки обязательны. Следует при оформлении документации соблюдать требования ГОСТ 2.105-79 и применительно к учебному процессу стандарта МГВАК.
Примерное содержание разделов пояснительной записки:
Во введении отмечаются особенности проектируемого передатчика, область его применения, требования к техническому уровню подобных передатчиков.
Внешнее проектирование должно содержать анализ характеристик и параметров входных и выходных сигналов: математическую модель этих сигналов, величины параметров этих сигналов: уровни напряжений (мощностей), ширину спектра, параметры модуляции, стабильности частот, их диапазоны и дискретность, параметры допустимых искажений. Здесь же следует произвести расчет числа и границ поддиапазонов (для диапазонных передатчиков).
Задачей разработки и расчета структурной схемы передатчика является определения количества и назначения каскадов, их мощностных, частотных
параметров и выбор активных элементов каскадов.
Содержанием раздела по разработке и расчету каскадов принципиальной схемы является проектирование полных схем и полный электрический расчет электронных режимов и всех элементов схем с учетом схем согласования. Общее число различных рассчитываемых каскадов должно быть не менее трех, а именно:
В передатчиках с амплитудной модуляцией рассчитываются: выходной каскад в режимах максимальной мощности и несущей, предоконечный каскад в тех же режимах, выходной каскад модулятора или автогенератор возбудителя.
В передатчиках с однополосной модуляцией рассчитываются: выходной каскад, балансный модулятор, автогенератор или промежуточный каскад.
В передатчиках с частотной модуляцией рассчитываются: выходной каскад, автогенератор с частотным модулятором, промежуточный каскад в режиме умножения частоты.
В импульсных передатчиках рассчитываются все каскады: задающий генератор (подмодулятор), модулятор, генератор СВЧ.
Указанные рекомендации не являются императивными и могут быть уточнены индивидуально в процессе проектирования по согласованию с руководителем.
При разработке диапазонных передатчиков необходимо выбрать тип синтезатора частот и его параметры: рабочий диапазон, дискретность, стабильность частот с учетом содержания каскадов структурной схемы (умножителей частот).
Для расчета промышленного КПД передатчика необходимо знать параметры всех источников питания, которые определяются как результатами расчетов электронных режимов каскадов, так и определения типовых режимов, не рассчитываемых каскадов схемы. В записке надо описать, каким образом заданные напряжения бортовых или наземных источников питания преобразуются в требуемые для каскадов напряжения, полученные в расчетах.
В заключение рассматриваются достоинства и преимущества спроектированного передатчика, даются рекомендации по его применению.
Выполнение списка литературы и ссылки на него в тексте должны соответствовать ГОСТ 2.1 - 84.
В приложениях приводятся: перечень элементов к принципиальной схеме, выполненный по требованиям ЕСКД, распечатки программ расчетов и другие материалы, использованные при расчетах.
Изложение материала в пояснительной записке должно быть кратким, но достаточно полным, не следует излагать общеизвестные сведения. Сокращение слов, как правило, не допускается. Условные обозначения физических, математических и других величин, а также условные графические обозначения должны соответствовать стандартам. Расчеты по формулам следует про-
изводить в порядке: буквенное написание, подстановка числовых значений, результат с указанием размерности. Графические способы расчетов необходимо иллюстрировать. После расчета величины элементов схем необходимо производить выбор их номиналов в соответствии с рядом номиналов сопротивлений и конденсаторов.
Графическая часть.
Содержанием графической части является выполнение чертежа полной электрической принципиальной схемы передатчика, включающей как рассчитанные, так и выбранные без расчета каскады, состав которых должен соответствовать структурной схеме. Чертежи выполняются по ГОСТ 2.109 - 73, 2.104 - 68, а также ГОСТ 2.729 -74, 2.730 - 73, 2.731 - 81 и т. д. Цепи от внешних блоков (питания, синтезатора частот, синхронизатора и т. д.) следует ввести через разъемы, выход к фидеру или антенне следует оформлять отдельным разъемом, в том числе высокочастотным. Основная надпись имеет тот же вид, что и в пояснительной записке, последняя позиция в шифре должна иметь вид —ЭЗ. Все элементы схемы должны иметь сквозную нумерацию, на чертеже можно размещать и перечень элементов.
МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО РАСЧЕТУ И ПРОЕКТИРОВАНИЮ СТРУКТУРНЫХ СХЕМ.
Разбивка на поддиапазоны.
В любом передатчике с непрерывным излучением сигналов первой операцией должно быть определение числа и границ поддиапазонов. Это производится следующим образом.
Коэффициент перекрытия диапазона рабочих частот передатчика
Если 
>1.7...2, то следует определить количество поддиапазонов, если <1.7...2, то можно ограничится одним диапазоном. Необходимое количество
поддиапазонов равно 
, где 
—коэффициент перекрытия одного поддиапазона. Число n выбирается целым, как правило, большим. При этом фактический коэффициент перекрытия одного поддиапазона, определяемый n,
.
- 8 -
Границы поддиапазонов определяются так:
I поддиапазон 
II поддиапазон 
……………………………………………………………
n поддиапазон 
С учетом 5% перекрытия поддиапазонов окончательно получаем:
