Радиопередатчик автомобильной охранной сигнализации

Почти любой объект, изготовленный из упругого материала, можно использовать как кристалл с соответствующими преобразователями, поскольку все объекты имеют естественные резонансные частоты колебаний. Например, сталь очень эластична и имеет высокую скорость звука. Он часто использовался в механических фильтрах до кварца. Резонансная частота зависит от размера, формы, упругости и скорости звука в материале. Высокочастотные кристаллы обычно вырезаются в форме простого прямоугольника или круглого диска. Низкочастотные кристаллы, такие как те, что используются в цифровых часах, обычно вырезаются в форме камертона. Для применений, не требующих очень точной синхронизации, вместо кварцевого кристалла часто используется недорогой керамический резонатор.Когда кристалл кварца правильно разрезан и смонтирован, его можно заставить деформироваться в электрическом поле путем приложения напряжения к электроду рядом с кристаллом или на нем. Это свойство известно как электрострикция или обратное пьезоэлектричество. Когда поле удалено, кварц генерирует электрическое поле, когда он возвращается к своей предыдущей форме, и это может генерировать напряжение. В результате кварцевый кристалл ведет себя как схема RLC, состоящая из индуктора, конденсатора и резистора, с точной резонансной частотой.Кварц имеет дополнительное преимущество в том, что его упругие постоянные и его размеры изменяются таким образом, что частотная зависимость от температуры может быть очень низкой. Конкретные характеристики зависят от режима вибрации и угла, под которым разрезается кварц (относительно его кристаллографических осей). Поэтому резонансная частота пластины, которая зависит от ее размера, не сильно меняется. Это означает, что кварцевые часы, фильтр или генератор остаются точными. Для критически важных применений кварцевый генератор устанавливается в контейнере с регулируемой температурой, называемом хрустальной печью, а также может быть установлен на амортизаторах для предотвращения возмущения внешними механическими колебаниямиКонтур кварцевого генератора поддерживает колебания, принимая сигнал напряжения от кварцевого резонатора, усиливая его и возвращая его обратно в резонатор. Скорость расширения и сжатия кварца является резонансной частотой и определяется сечением и размером кристалла. Когда энергия генерируемых выходных частот совпадает с потерями в цепи, колебание может поддерживаться.Кристалл генератора имеет две электропроводящие пластины, между которыми расположен срез или камертон кристалла кварца. Во время запуска схема управления переводит кристалл в неустойчивое равновесие, и благодаря положительной обратной связи в системе усиливается любая крошечная доля шума, что усиливает колебания. Кристаллический резонатор также может рассматриваться как высокочастотно-избирательный фильтр в этой системе: он пропускает только очень узкий поддиапазон частот вокруг резонансного, ослабляя все остальное. В конце концов, только резонансная частота активна. По мере того, как генератор усиливает сигналы, выходящие из кристалла, сигналы в полосе частот кристалла становятся сильнее, в конечном итоге доминируя на выходе генератора. Узкая резонансная полоса кварцевого кристалла отфильтровывает все нежелательные частоты.Выходная частота кварцевого генератора может быть частотой основного резонанса или кратной этому резонансу, называемой гармонической частотой. Гармоники являются точным целым кратным основной частоты. Но, как и многие другие механические резонаторы, кристаллы демонстрируют несколько мод колебаний, обычно с нечетным целым кратным основной частоты. Они называются "режимами обертонов", и схемы генератора могут быть разработаны, чтобы возбудить их. Обертонные моды имеют частоты, которые являются приблизительными, но не являются точными нечетными целыми числами, кратными частоте основной моды, и поэтому частоты обертонов не являются точными гармониками основной частоты.Высокочастотные кристаллы часто предназначены для работы на третьем, пятом или седьмом обертонах. Производители испытывают затруднения при изготовлении кристаллов, достаточно тонких, чтобы создавать основные частоты более 30 МГц Для получения более высоких частот производители изготавливают кристаллы-обертоны, настроенные для установки 3-го, 5-го или 7-го обертона на желаемой частоте, потому что они толще и, следовательно, их легче изготовить, чем основной кристалл, который будет производить ту же частоту, хотя и будет возбуждать нужный обертон Частота требует немного более сложной схемы генератора. Принципиальная схема кварцевого генератора более проста и эффективна и обладает большей управляемостью, чем схема третьего обертона. В зависимости от производителя, максимальная доступная основная частота может составлять от 25 МГц до 66 МГц. Основной причиной широкого использования кварцевых генераторов является их высокий добротность. Типичное значение Q для кварцевого генератора колеблется от 104 до 106, по сравнению с, возможно, 102 для LC-генератора. Максимум Q для кварцевого генератора высокой стабильности можно оценить как Q = 1.6 107 / f, где f - резонансная частота в мегагерцах. Одной из наиболее важных особенностей кварцевых кварцевых генераторов является то, что они могут демонстрировать очень низкий фазовый шум. Во многих генераторах любая спектральная энергия на резонансной частоте усиливается генератором, что приводит к набору тонов на разных фазах. В кварцевом генераторе кристалл в основном вибрирует по одной оси, поэтому доминирует только одна фаза. Это свойство низкого фазового шума делает их особенно полезными в телекоммуникациях, где необходимы стабильные сигналы, и в научном оборудовании, где необходимы очень точные временные привязки.Изменения температуры, влажности, давления и вибрации в окружающей среде могут изменить резонансную частоту кварцевого кристалла, но есть несколько конструкций, которые уменьшают эти воздействия на окружающую среду. К ним относятся TCXO, MCXO и OCXO, которые определены ниже. Эти конструкции, особенно OCXO, часто производят устройства с превосходной кратковременной стабильностью. Ограничения кратковременной стабильности обусловлены главным образом шумом от электронных компонентов в цепях генератора. Долгосрочная стабильность ограничена старением кристалла.Из-за старения и факторов окружающей среды (таких как температура и вибрация) трудно удерживать даже самые лучшие кварцевые генераторы в пределах одной детали на 1010 от их номинальной частоты без постоянной регулировки. По этой причине атомные генераторы используются для применений, требующих лучшей долгосрочной стабильности и точности.Произведем расчет кварцевого автогенератора согласно методике [4,6].Схема автогенератора на кварцевом резонаторе (КГ) приведена на рисунке 8.1. Расчет проведем для частоты 18.432 МГцсогласно структурной схеме на рисунке 4.1.Рисунок 8.1 – Схема кварцевого автогенератора на биполярном транзисторе.КГвключен между коллектором и базой транзистораРисунок 8.2 – Эквивалентная схема КАГабРисунок 8,3 – Эквивалентная схема кварцевого резонатора (а) (для области частот, близкой к резонансной частоте) и зависимость его сопротивления от частоты (б)Выберем кварцевый резонатор на рабочую частоту 18,432 МГц. Rq= 150Ом;С0= 10пФ;Lq=0,15 Гн;РКРдоп=2 мВт.Определим добротность кварцевого резонатора по формуле:на рабочей частоте автогенератора f=18,432·106 Гц.QKPОпределим постоянную времени кварцевого резонатора:=Зададимся коэффициентом запаса по мощности для кварцевого резонатораа = 0,45.Определим мощность, рассеиваемую на кварцевом резонаторе:,.S1=Sγ1(θ),S1=142·10-3·0,196=27,8·10-3 А/В.Определим нормированную частоту колебаний автогенератора:Ωs=f/fs,Ωs=18,432/65=0,28Вычислим вспомогательный коэффициент:,и емкость, которой эквивалентен контур L1C1:C1Э,C1ЭВычислим значение емкости конденсатора С2:,C2 пФПримем стандартное значение емкости С2=82 пФ.Определим реактивные сопротивления элементов С1Э и С2:,, Ом,89 Ом.Определим величины элементовL1 и С1 из условия:1+(2πf)2L1С1 >|X2|. Принимаем:R3 =(10…20)Х2,Возьмем стандартный номиналR3 = 1,2 кОм..Примем: τэ = 5мс; Rэ = 300Ом.,Cэ == 166,7 пФПримем стандартное значение емкости Сэ =160пФ.Определим значения сопротивлений базового делителя. Вычислим напряжение в точке соединения R1, R2 и R3:Ед =Еб0+(Iк0+Iб0)Rэ+Iб0R3,Ед =0,223 +(2,18·10-3+72,67·10-6)·300+72,67·10-6·1200=0,984В.Ток через делитель должен значительно превышать ток базы. Примем Iд=5Iб0=363,3·10-6А.Рассчитаем значения сопротивлений резисторов R1 и R2:; ;R1==3387 ОмR2== 13800Ом,Примем стандартные значения элементов R1=3,3кОм, R2=15кОм; резисторы выберем типа С2-23 мощностью 0,125 Вт.Расчет цепей питания высокочастотных каскадов передатчикаРасчет элементов цепей питания каскадов усилителя мощностиПитание каскадов усилителей производится через блокировочные элементы. Индуктивности блокируют высокочастотный сигнал, но пропускают постоянный ток. Емкости шунтируют переменную составляющую, но не пропускают постоянный ток. Наиболее простая схема питания одного каскада усилителя представлена на рисунке 9.1. Такая цепь питания, по сути, является фильтром для высокочастотного сигнала. Рисунок 9.1 – Схема цепи питания каскадов усилителя мощностиДля расчета Срполучаем следующую формулу:.Расчет величины блокировочной индуктивности Lбл будем производить из условия:(реально в 50…100 раз).Для расчета Lбл получаем следующую формулу:.Для расчета величины емкости блокировочного конденсатораСблвоспользуемся соотношением:Из этого неравенства находим Сбл:.Ср==19,69 нФ;Lбл==2,4 мкГн;Сбл==2,1 нФ.Ср==2,1 нФ;Lбл==36 мкГн;Сбл==190,4 пФ.Расчет цепи питания кварцевого автогенераторакак показано на рисунке 9.2.Рисунок 9.2 – Цепь питания автогенератораIн = 2,18 + 0,363 = 2,543мА;Iгас = 18 + 2,543 = 20,543 мА.Сопротивление гасящего резистора определим по формуле:,.Определим мощность,рассеиваемую на резисторе:,Ррасс== 0,127 ВтВыберем резистор Rг типа С2-23, со стандартным значением сопротивления 300 Ом и мощностью 0,25 Вт.Расчет промышленного коэффициента полезного действияР0вых = 3, 5Вт;Р0пред = 0,2Вт.Мощность, потребляемая кварцевым автогенератором:Р0КАГ = EпI0КАГ,где Eп = 6В; I0КАГ – ток, потребляемый всеми цепями КАГ. Он равен току, протекающему через резистор Rг в цепи стабилизации (рисунок 13):I0КАГ = Iгас = 20,543мА;Результаты расчета:Р0КАГ = 6 ·20,543·10-3= 0,123Вт;Р0сумм =3,5+0,3+0,123 =3,923Вт;Рдоп =0,1·3,923 =0,39Вт;Расчет надежности передатчикаТаблица 6 – Среднестатистические значения отказов отдельныхэлементов и их группЭлементыКоличество NλЭЛi·10-6 1/чN·λЭЛi ·10-6 1/чРезисторы110,161,76Конденсаторы керамические150,152,25Резонаторы кварцевые40,010,04Транзисторы маломощные10,90,9Транзисторы мощные212Дроссели и катушки индуктивности70,53,5Пайки690,053,45Среднестатистические значения отказов всех элементов λэл сумм, ·10-6 1/ч13,9Расчет средней наработки на отказ произведем [3] по формуле:То=1/λэл сумм,То=1/ 13,9·10-6= 71940 ч.ЗаключениеРезультатами выполнения настоящего курсового проекта являются:1. Выбрана структурная схема автосигнализации на частоте 27.14 МГц. В схеме проводится два частотных преобразования сигнала для обеспечения подавления несущей и зеркальных полос излучения. Для структурной схемы выбраны фильтры и частоты гетеродинов. 2 .Разработана щелевая антенна, монтированная в корпус автомобили, и определен ее входной импеданс.3. Для согласования антенны с выходным усилителем применен трансформатор с коэффициентом трансформации n=15.4. Для фильтрации сигнала на частоте 27.14 МГц применен двухконтурный фильтр с магнитной связью. Данный фильтр позволяет согласовать выход модуляторы со входом усилителя предварительного каскада.5. Для уменьшения коэффициента усиления усилителя применена отрицательная обратная связь в цепи эмиттера. Отрицательная обратная связь позволяет применять высокочастотные транзисторы в усилителях без самовозбуждения. Литература