Структура та принцип дії генератора амплітудно-маніпульованого сигналу

В процесі виконання курсової роботи необхідно розробити генератор періодичного АМн сигналу, структурна схема якого представлена на рис. 2. До його складу входять наступні структурні вузли: генератор несучої частоти (ГН), генератор частоти маніпуляції (ГМ), маніпулятор (М), каскад узгодження (УК), смуговий фільтр (СФ), підсилювач потужності (ПП) та схема індикації (Інд). Генератор несучої частоти виробляє високочастотні прямокутні імпульси, які надходять на один із входів маніпулятора. На другий керуючий вхід маніпулятора надходять прямокутні імпульси від генератора ГМ, частота яких набагато нижча, ніж несуча частота. Під дією керуючих імпульсів маніпулятор періодично замикається і пропускає на вихід послідовність імпульсів несучої частоти. Причому тривалість такої послідовності дорівнює тривалості керуючих імпульсів. Таким чином формується амплітудно-маніпульований сигнал (див. рис. 1, в), який через каскад узгодження надходить до смугового фільтру.

Каскад УК виконує узгодження вихідного опору генератора несучої частоти та вхідного опору фільтра, а також забезпечує необхідний вихідний струм для роботи смугового фільтра. За допомогою фільтру СФ виконується згладжування прямокутних імпульсів несучої частоти. Завдяки цьому форма несучого сигналу наближається до синусоїдальної. Підсилювач ПП виконує передачу необхідної потужності АМн сигналу до навантаження.

Рис. 2. Структурна схема генератора амплітудно-маніпульованого сигналу

Схема індикації забезпечує відображення значень частоти маніпуляції та несучої частоти. Завдяки зв’язку схеми індикації з генератором ГМ, останні дві цифри індикатора блимають з частотою маніпуляції або з частотою в ціле число раз меншою, ніж частота маніпуляції, що дозволяє перевірити працездатність генератора.

Розглянемо більш детально принцип дії та методику розрахунку структурних вузлів генератора АМн сигналу.

Підсилювач потужності

Принципова електрична схема підсилювача потужності зображена на рис. 3. Підсилювач містить операційний підсилювач DA 1, який включений за інвертуючою схемою, та двотактний вихідний каскад на комплементарних транзисторах VT 1, VT 2. Транзистори працюють у режимі В без кола базового зміщення. При цьому нелінійні спотворення, які вносяться вихідними транзисторами, компенсуються за рахунок використання загального глибокого негативного зворотного зв'язку через резистори R 3, R 2. Резистор R 5 необхідний для захисту вихідних каскадів операційного підсилювача від перевантаження. Завдяки включенню невеликих опорів R 6, R 7 в емітерні кола транзисторів забезпечується захист вихідного каскаду від короткого замикання. Опір резистора R 4 вибирається рівним еквівалентному опору резисторів R 2, R 3. Це дозволяє зменшити вплив температурних коливань вхідних струмів операційного підсилювача. За допомогою змінного резистора R 1 забезпечується можливість регулювання рівня вихідної напруги. Завдяки симетрії вихідного каскаду, а також завдяки використанню двополярного джерела живлення ± Е, у вихідному колі підсилювача відсутній розділяючий конденсатор.

Рис. 3. Підсилювач потужності

Розглянемо методику розрахунку підсилювача потужності. Вихідні дані для розрахунку: – амплітуда вихідної напруги, – опір навантаження, – несуча частота АМн сигналу, – частота маніпуляції.

1. Визначаємо напругу джерела живлення вихідного каскаду

.

Напруга живлення обирається зі стандартного ряду: 5 В, 6 В, 9 В, 12 В, 15 В, 18 В, 24 В.

2. Визначаємо верхню граничну частоту спектру АМн сигналу (враховуємо перші три гармоніки сигналу)

.

3. Розрахуємо амплітуду вихідного струму та вихідну потужність

,

.

При визначенні вихідної потужності вважаємо, що тривалість імпульсу АМн сигналу дорівнює тривалості паузи, тобто шпаруватість дорівнює двом.

4. Обираємо комплементарну пару транзисторів. Необхідно, щоб параметри обраних транзисторів задовольняли наступним вимогам

,

,

,

,

де – допустима напруга між колектором та емітером транзистора, – допустимий колекторний струм, – допустима потужність розсіювання на колекторі, – гранична частота транзистора.

Параметри транзисторів наведені у довідниковій літературі [4, 5]. Параметри деяких транзисторів наведені також у Додатку А.

Приклади комплементарних транзисторів:

КТ814 – p-n-p транзистор, КТ815 – n-p-n транзистор;

КТ816 – p-n-p транзистор, КТ817 – n-p-n транзистор;

КТ818 – p-n-p транзистор, КТ819 – n-p-n транзистор.

5. Обираємо опір обмежуючих резисторів R 6, R 7 в діапазоні від 4 до 10 Ом. Бажано, щоб обране значення не перевищувало опір навантаження. Крім цього, значення всіх опорів обираються у відповідності до стандартних рядів, які наведені у табл. 2 [6].

Визначаємо потужність розсіювання для резисторів R 6, R 7

.

Номінальна потужність резисторів обирається зі стандартного ряду: 0,125 Вт; 0,25 Вт; 0,5 Вт; 1 Вт; 2 Вт; 5 Вт; 10 Вт.

Таблиця 2