Задание на проектирование

Введение

В данной работе необходимо спроектировать передатчик телевизионной радиостанции с раздельным усилением сигналов звука и изображения. Согласно заданию рассчитан тракт сигнала звукового сопровождения. В ходе выполнения курсового проекта необходимо выполнить следующее:

• осуществить и обосновать выбор структуры радиостанции;
• рассчитать количество усилительных каскадов для ВЧ тракта;
• выполнить расчет усилителя;
• привести проектное решение модулятора;
• выполнить расчет промышленного КПД.

В курсовом проекте также приведены чертежи схем структуры радиостанции и принципиальная схема усилителя оконечного каскада и модулятора в соответствии с ГОСТ 2.102-68.

Выбор структурной схемы и его обоснование

Телевизионная радиостанция (ТВРС) состоит из радиопередатчиков сигналов изображения и сигналов звукового сопровождения, устройства сложения этих сигналов в общей нагрузке, устройства питания, охлаждения, контрольно-измерительной аппаратуры и т.д.

В начале проектирования составляется структурная схема всего тракта радиочастоты передатчика. В основе проектируемой структуры лежит раздельный способ усиления сигналов каналов изображения и звука (Рис.1.)

Модуляция в каналах звука и изображения выполняется на промежуточных частотах 38 МГц (канал изображения) и 31,5 (канал звука). Достоинством модуляции на промежуточных частотах является унификация трактов формирования модулированных колебаний для радиостанций, работающих на всех пяти ТВ диапазонах частот. Практика показала высокую эффективность устройств предкоррекции на ПЧ частотных и амплитудных характеристик канала усиления модулированных по амплитуде колебаний, что также является достоинством данного решения.

В канале звука применяют прямой метод модуляции. Необходимую стабильность несущей частоты получают использованием высокостабильной частоты гетеродина и импульсно-фазовой автоподстройки средней частоты (ИФАПЧ) модулятора по эталонной частоте. Структура синтезатора включает в себя ГУН и ОГ (Рис. 2.) Непрерывные колебания ОГ и ГУН преобразуют в импульсные последовательности. С помощью делителя частоты с фиксированным коэффициентом деления (ДФКД) период следования импульсов ОГ увеличивают до величины, позволяющей сравнивать на импульсно-фазовом детекторе частоты данного колебания с теми, что получают посредством деления частоты колебаний ГУН. Преобразование частоты ГУН выполняют в делителе с переключаемым коэффициентом деления (ДПКД). Колебания ГУН стабилизируют на сетке частот изменением коэффициента деления ДПКД с шагом, равным выходной частоте ДФКД.

Составление структурной схемы передатчика начинается с выходного каскада, поскольку задается выходная мощность передатчика P_А. Поскольку P_А=2 кВт, целесообразно осуществить построение передатчика на транзисторах (замена ламп транзисторами приводит к уменьшению габаритов и массы устройства).

Безусловным достоинством транзисторов является устойчивость к механическим воздействиям и большой срок службы (при условии защиты от превышения предельно допустимых напряжений и токов). В условиях правильной эксплуатации их не приходится менять на протяжении всего срока службы аппаратуры. Отсутствие цепей накала у транзисторов обуславливает их немедленную готовность к работе. Низкие питающие напряжения транзисторов при относительно большой мощности определяют малые нагрузочные сопротивления в цепи коллектора (десятки, единицы, доли Ом). По этой причине действие паразитных емкостей, шунтирующих нагрузку, существенно меньше, чем в лампах.

К существенным недостаткам транзисторов относят высокую чувствительность к изменению температуры, малую электрическую прочность на пробой, невысокий уровень мощности, достаточно сильную зависимость коэффициента усиления от частоты колебания. Все эти недостатки устраняют применением конструктивных решений. Так, температурную стабильность обеспечивают при помощи внедрения в схему усилителя регуляторов. Электрическую прочность на пробой обеспечивают соответствующими схемами защиты. А, если включить в тракт усилителя цепи коррекции или схемы стабилизации, то можно добиться и постоянства коэффициента усиления в диапазоне рабочих частот.

Основными электрическими характеристиками передатчика, определяющими его конструкцию, являются мощность, диапазон несущих частот, вид и требуемое качество модуляции, требования обеспечения ЭМС – допустимые нестабильность частоты и уровни внеполосных и побочных излучений. Очень важным является требование повышения промышленного КПД передатчика и его отдельных каскадов, естественно, не в ущерб другим требованиям.

Задача составления структурной схемы состоит в том, чтобы определить рациональное число каскадов высокой частоты между возбудителем и выходом передатчика, обеспечивающее выполнение заданных технических требований к передатчику при минимальных затратах средств на изготовление и при достаточно высоком коэффициенте полезного действия.

В целях достижения высокой стабильности частоты при выполнении других требований современные передатчики чаще всего строят, как многокаскадные: нормы на допустимую нестабильность частоты можно выполнить только при использовании генераторов эталонных частот с кварцевыми резонаторами (такие генераторы работают на малых уровнях мощности – от десятков до сотен мВт).

Колебания маломощного возбудителя последовательно усиливаются несколькими каскадами усиления и доводятся до заданной мощности. В мощных оконечных транзисторных каскадах приходится объединять для совместной работы несколько транзисторов с помощью схем сложения мощностей. Сложение мощностей используют также для повышения надежности передатчиков.

Надежность ТВРС как основного средства массовой информации должна быть весьма высокой. Поэтому кроме обычных мер, направленных на повышение надежности приборов, каскадов и устройств в целом, при построении и эксплуатации ТВРС используются системы резервирования передатчиков.

Многие разработчики и эксплуатационные службы, особенно зарубежные, идут по пути 100%-ного пассивного резервирования, т.е. устанавливают на ТВРС рядом с работающими передатчиками (сигнала изображения и звукового сопровождения) резервные, в которых включена система автоматики. Переключение на резервный передатчик происходит автоматически при снижении у работающего выходной мощности ниже некоторого заранее установленного уровня или ухудшении определенных качественных показателей. Такой способ резервирования наиболее оправдан при эксплуатации относительно маломощных, а значит, относительно дешевых и занимающих мало места передатчиков.

В случае резервирования замещением для каждого резервируемого элемента, находящегося в работе, имеется запасной, неработающий, но входящий в состав ТВРС. При отказе неисправные элемент оборудования замещают запасным. Достоинством данного варианта резервирования является практически бесперебойная работа радиостанции при сохранении неизменными всех ее параметров. Перерыв в работе непродолжителен и определен временем переключения с действовавшего на вводимое оборудование. Такое резервирование рекомендуют для маломощного тракта, имеющего небольшие габариты, массу и стоимость. Особенно это эффективно для для трактов, выполненных на твердотельных элементах – транзисторах и интегральных схемах. Они находятся в постоянной готовности к работе.

Аппаратура маломощных трактов, к которым относятся возбудители и предварительные усилительные каскады передатчиков изображения и звукового сопровождения имеет 100%-ный пассивный резерв. Выходные каскады обоих передатчиков выполняются из двух одинаковых в схемном и конструктивном отношении полукомплектов (Рис. 3.) При аварии в одном из полукомплектов все оборудование полукомплекта отключается полностью.

В данном варианте построения после возбудителей и предварительных усилителей следуют два полукомплекта, в состав каждого из которых входят тракты усиления мощности (УМ) каналов изображения и звука. Выходные сигналы объединяются с помощью разделительных фильтров (РФ) и далее поступают на выходную колебательную систему, которую принято называть фильтром гармоник (ФГ).

Полная структурная схема ТВРС представлена в приложении 1.