Разработка формирователей сигналов для устройств связи

Содержание

Введение……………………………………………………………………….…2

1. Анализ генераторного оборудования…..……………………….…………..5

2. Описание структурной и принципиальной схемы устройства

2.1. Описание структурной схемы радиостанций РС-6……………......

2.2. Описание принципиальной схемы генератора………………..……

3. Конструкторско-технологическая часть          

3.1. Процесс изготовления печатной  платы……………………………..

3.2. Описание конструкции изделия……………………………………

3.3. Описание конструкции прибора……………………………………

4. Электрический расчет

4.1. Расчет блока питания………………

5. Экономическая часть

5.1. Расчет себестоимости изделия……………………………..

6. Охрана труда

6.1. Общие указания по эксплуатации…………………………………….

6.2. Указание мер безопасности……………………..……………………

6.3. Энергосбережение……………………………

Заключение……………………………………………………………………

список используемой литературы……………………

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

     Радиоэлектроника является областью науки и техники, решающей задачи информации посредством электромагнитных волн и ее хранения, преобразования и распределения.

     Современная радиоэлектроника тесно связана с физикой твердого тела, электроникой и радиотехникой.

     Электроника – наука о взаимодействий электронов с электромагнитными полями и методах создания электронных приборов и устройств, в которых используется движение заряженных частиц в вакууме, газе и твердом теле, и одновременно область техники, связанная с созданием приборов и устройств для преобразования электромагнитной энергии. В результате дифференциации электроники выделись самостоятельные направления: полупроводниковая электроника, микроэлектроника, оптоэлектроника, квантовая электроника, криоэлектроника и тд.

     Радиотехника – наука об электромагнитных колебаниях и волнах радиодиапазона, метода их генерации, усиления, излучения, преобразования, приема, а также отрасль техники, реализующая применение электромагнитных колебании и волн в радиосвязи, телевидении, радиолокации, радионавигации и тд.

     Стремительное развитие радиоэлектроники в ХХ в. было подготовлено трудами нескольких поколений великих ученых – физиков и математиков, работающих во второй половине XVIII в. и на протяжений XIX в.           Основоположниками радиоэлектроники с полным правом можно считать Ш.О. Кулона (1736-1806), М. Фарадея (1791-1867), Д.К. Максвела (1831-1879), Г. Герца (1857-1894) и А.С. Попова (1859-1906).

    Так, первые радиотехнические эксперименты, выполненные Г. Герцем в 1886 г. полностью согласовывались с теоретическими выводами Д.К. Максвела о том, что распространение электромагнитной энергии проходит со скоростью света в виде электромагнитных волн. В 1897 г. А.С. Попов, осуществив радиосвязь между двумя кораблями, практически подтвердил теорию и эксперимент. При этом пользуемая А.С. Поповым радиоаппаратура имела антенны, элементы настройки приемника на частоту передатчика и выходной прибор.

    В 1904 г. для детектирования электрических сигналов был применен незадолго до этого изобретенный электровакуумный диод, а в 1906 г. в результате введения в диод сетки был создан триод – электронная лампа, способная усиливать электрические сигналы.

     В 1924 был разработан и изготовлен тетрод – электронная лампа с двумя сетками, обладающая более широким частотным диапазоном и лучшими параметрами, чем триод. В 1931 г. был создан еще более совершенный электровакуумный прибор – пентод, имеющий три сетки. В эти же годы были сконструированы многосеточные и комбинированные лампы, что позволило значительно усовершенствовать и упростить радиоприемники.

     По современной классификации радиоэлектронную аппаратуру (РЭА), выполненную на электронных лампах, относят к первому поколению.

В 1914 г. под руководством Н.Д. Папалекси были созданы электронные лампы для усиления и генерирования электрических колебаний, а в 1921 г. М.А. Бонч-Бруевич впервые в мире разработал и поставил на производство мощные генераторные лампы с медными анодами, охлаждаемые водой. Одновременно разрабатывалась теория мощных электронных генераторов и радиопередатчиков, не утратившая своего значения и сегодня. Особые заслуги в этих работах принадлежат М.В. Шулейкину и А.И. Бергу.

     В 1948 американские ученые Д. Барвин и В. Браттейн открыли транзисторный эффект и получили первый точечный транзистор, а в 1949-1950 г. американский физик В. Шокли разработал и изготовил плоскостной биполярный транзистор, а в 1952 – полевой (униполярный) транзистор.

     Радиоэлектронную аппаратуру, выполненную на транзисторах, относят ко второму поколению.

     В 50-е годы были разработаны интегральные микросхемы (ИМС), представляющие собой функционально законченные изделия – усилители, генераторы, логические элементы и др.

     Использование интегральных микросхем позволило резко сократить габариты и массу радиоэлектронной аппаратуры, повысить ее надежность и экономичность по сравнению с РЭА первого и второго поколений.

     Радиоэлектронную аппаратуру, выполненную на интегральных микросхемах, относят к третьему поколению.

     Разработка и производство больших и сверхбольших интегральных микросхем (БИС и СБИС) в значительной степени изменили, подход к созданию радиоэлектронной аппаратуры различного назначения, и относят к четвертому поколению.

     Дальнейшее развитие радиоэлектроники обусловлено совершенствованием элементной базы и разработкой на ее основе ЭВМ пятого поколения, ввод информации в такие ЭВМ на естественном языке значительно упростит общение человека с машиной, так как будет исключено программирование в том виде, в котором оно принято сегодня.

     Кроме того проектируется сверхвысокопроизводительные ЭВМ и их сети, что в значительной степени расширит возможности коллективного и международного пользования базами данных, хранящихся в национальных системах памяти, обмена этими данными и вычислительными мощностями.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Общие сведения о генераторах.

     Генератор сигналов — это устройство, позволяющее получать сигнал определённой природы (электрический, акустический или другой), имеющий заданные характеристики (форму, энергетические или статистические характеристики и т. д.). Генераторы широко используются для преобразования сигналов, для измерений и в других областях. Состоит из источника (устройства с самовозбуждением, например усилителя охваченного цепью положительной обратной связи) и формирователя (например, электрического фильтра).

     В радиотехнике и электронике генератор используется для получения сигнала с заданными параметрами статических и энергетических показателей, а также – применяется для преобразования сигналов различной природы и измерения их качественных характеристик.

     Стандартный генератор сигналов состоит из двух составных частей - источника и формирователя.

      Источник производит сигнал, тогда как формирователь изменяет его, с целью получения заданных параметров: усиливает, уменьшает, меняет частоту.

     Классификация генераторов позволяет разделить модели устройств на группы, в зависимости от технических особенностей устройства и его работы.             Если взять за основу частотный диапазон измерений, различают генератор низкочастотных сигналов и высокочастотный генератор, или

генератор ВЧ сигналов. Разнообразие форм выходного сигнала позволяет выделить в отдельные группы:

• генераторы синусоидальных и гармонических колебаний;
• генераторы прямоугольных импульсов;
• функциональные генераторы различных по форме импульсов;
• генераторы сложных сигналов;

     Генератор СВЧ сигналов используют в производстве измерительных приборов, устройств связи, бытовой техники и разнообразного медицинского диагностического оборудования.

         

Рисунок 1 - Генератор сигналов

     Генератор низкой частоты вырабатывает синусоидальный сигнал в диапазоне от 26 Гц до 400 кГц, который разделен на пять поддиапазонов (26...240, 200...1500 Гц: 1.3...10, 9...60, 56...400 кГц).

     Максимальная амплитуда выходного сигнала 2В. Измерительные генераторы сигналов низкой частоты предназначены для воспроизведения электромагнитного синусоидального сигнала низкой частоты. Измерительные генераторы сигналов низкой частоты применяются для проверки и настройки радиоэлектронных устройств: промежуточных и усилительных каналов радиоприемных и телевизионных устройств, каналов связи радиопередающих устройств, настройке и ремонте профессиональных и любительских усилителей.

      Генератор высокой частоты вырабатывает синусоидальный сигнал в диапазоне от 140 кГц до 12 МГц (поддиапазоны 140...340, 330...1000 кГц, 1...2,8,2,7...12МГц). Высокочастотный сигнал может быть промодулирован по амплитуде сигналом как с внутреннего генератора НЧ. так и с внешнего.

     Генератор СВЧ сигналов используют в производстве измерительных приборов, устройств связи, бытовой техники и разнообразного медицинского диагностического оборудования.

     Высокочастотные генераторы предназначены для получения электрических колебаний в диапазоне частот от десятков кГц до десятков и даже сотен МГц. Такие генераторы, как правило, выполняют с использованием LC-колебательных контуров или кварцевых резонаторов, являющихся частотозадающими элементами.

     Высокочастотные генераторы выполнены по традиционной и хорошо зарекомендовавшей себя на практике схеме «индуктивной трехточки». Они различаются наличием эмиттерной RC-цепочки, задающей режим работы транзистора по постоянному току. Для создания обратной связи в генераторе от катушки индуктивности делают отвод. Нестабильность работы генераторов высокой частоты на биполярных транзисторах обусловлена заметным шунтирующим влиянием самого транзистора на колебательный контур. При изменении температуры и/или напряжения питания свойства транзистора заметно изменяются, поэтому частота генерации «плавает». Для ослабления влияния транзистора на рабочую частоту генерации следует максимально ослабить связь колебательного контура с транзистором, до минимума уменьшив переходные емкости.

     Кроме того, на частоту генерации заметно влияет и изменение сопротивления нагрузки. Поэтому крайне необходимо между генератором и сопротивлением нагрузки исключить эмиттерный (истоковый) повторитель.

     Для питания генераторов следует использовать стабильные источники питания с малыми пульсациями напряжения.

Рисунок – 2 схема простейшего генератора

Генератор позволяет получать прямоугольный, треугольный и синусоидальный сигналы.

Частота - 1кГц.

Рисунок 3 Временные диаграммы

 

     Выходное напряжение генератора при питании 5В составляет: на выходе1 - 5В, на выходе2 - 1,5В, на выходе3 - 0,3В. При увеличении питания до 12 вольт амплитуда сигналов, соответственно возрастает - выход1 - до 12 вольт, выход2 - до 3 вольт, выход 3 - до 1 вольта. Настройка генератора сводится к установке на выходах максимальной неискаженной амплитуды сигналов.

     Прямоугольный сигнал настраивается резистором R4, треугольный - R5, синус - R6. Резистором R1 подстраивается частота генератора.

     Измерительные генераторы сигналов специальной формы предназначены для воспроизведения электромагнитного сигнала специальной формы.          Измерительные генераторы сигналов специальной формы применяются для проверки и настройки радиоэлектронных устройств, каналов связи, при поверке и калибровке средств измерений и других целей. Генератор сигналов специальной и произвольной формы с диапазоном частот 10 МГц генерирует стабильные, точные сигналы с низким уровнем нелинейных искажений, при этом в прибор уже встроено 10 стандартных форм сигналов.

Рисунок – 4 Измерительный генератор сигналов специальной формы и его временные диаграммы

LC-генераторы 
На рисунке 5 показана схема LC-генератора c трансформаторной связью, которая представляет собой усилительный каскад, выполненный по схеме с общим эмиттером. В качестве коллекторной нагрузки используется резонансный LC-контур с высокой добротностью.

 
 
Рисунок 5 - Схема генератора с трансформаторной связью

 
Сигнал обратной связи снимается со вторичной обмотки резонансного контура и через разделительный конденсатор Ср подается на базу транзистора обеспечивая суммарный фазовый сдвиг равный (баланс фаз). Если принять индуктивную связь между первичной (w1) и вторичной (w2) обмотками идеальной, для обеспечения баланса амплитуд необходимо выполнить условие: 

 

           (1)

 
где   - коэффициент усиления по току транзистора, число витков первичной и вторичной обмоток, соответственно. Частота генерируемых колебаний близка к резонансной частоте колебательного контура: