Розробка радіопередавального пристрою для дослідження та передачі радіосигналів (система обробки сигналів)

Путiй, Iлля Дмитрович

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8223

Title:	Розробка радіопередавального пристрою для дослідження та передачі радіосигналів (система обробки сигналів)
Authors:	Палагін, Володимир Васильович Путiй, Iлля Дмитрович
Keywords:	радіопередавальний пристрій;обробка сигналів;телекомунікації;радіозв'язок
Issue Date:	2020
Abstract:	Робота присвячена розробці радіопередавального пристрою, орієнтованого на систему обробки сигналів для дослідницьких цілей у галузі телекомунікацій. У ході проєкту здійснено обґрунтування структурної схеми передавача, проведено розрахунок основних вузлів, зокрема задавального генератора та каскадів підсилення потужності, а також розроблено принципову схему з урахуванням вимог до стабільності частоти та якості модуляції. Результатом роботи є технічне рішення пристрою, який забезпечує ефективну обробку та передачу радіосигналів у заданому діапазоні частот, що має практичне значення для побудови сучасних систем радіозв’язку та вивчення їхніх характеристик.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8223
Appears in Collections:	172 Електронні комунікації та радіотехніка (Радіотехніка та робототехнічні системи)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
Б_172_Путій_Палагін.pdf Restricted Access		2.18 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show full item record

Extracted text

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ЕЛЕКТРОННИХ ТЕХНОЛОГІЙ І РОБОТОТЕХНІКИ
КАФЕДРА РАДІОТЕХНІКИ, ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНИХ І РОБОТОТЕХНІЧНИХ
СИСТЕМ

До захисту допущено
завідувач кафедри РТРС
д.т.н., професор
_______________ В.В. Палагін
"_____" _____________ 2020 року

Пояснювальна записка
до дипломного проекту (роботи)
бакалавра
(освітньо-кваліфікаційний рівень)
на тему «Розробка радіопередавального пристрою для дослідження та
передачі радіосигналів (система обробки сигналів)»

Виконав: студент 4 курсу, групи СКРТ-88
напряму підготовки (спеціальності)
172 – телекомунікації та радіотехніка
(шифр і назва напряму підготовки, спеціальності)
Путій І.Д.
(прізвище та ініціали)
Керівник Палагін В.В.
(прізвище та ініціали)
Рецензент Землянський О. М.
(прізвище та ініціали)

Черкаси – 2020 року
Форма № Н-9.01

ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Факультет електронних технологій і робототехніки
Кафедра радіотехніки,телекомунікаційних і робототехнічних систем
Освітньо-кваліфікаційний рівень бакалавр
Спеціальність 172 – телекомунікації та радіотехніка

ЗАТВЕРДЖУЮ
Завідувач кафедри В.В. Палагін
“_____” ___________________
2020 року

ЗАВДАННЯ
НА ВИПУСКНУ РОБОТУ СТУДЕНТУ

Путій Ілля Дмитрович
(прізвище, ім’я, по батькові)
1. Тема проекту (роботи) Розробка радіопередавального пристрою для дослідження та
передачі радіосигналів (блок керування сигналами)
керівник проекту (роботи) Палагін Володимир Васильйович
(прізвище, ім’я, по батькові,
науковий ступінь, вчене звання)
затверджені наказом вищого навчального закладу від «24» лютого 2020 року № 76/01

2. Термін здачі студентом закінченої роботи “ 25 ” травня 2020 року

3. Вихідні дані до роботи: 1) Напруга живлення: +12В; струм споживання: до 1,5 А; час
роботи - безперервний; робочий діапазон частот: 4 МГц; опір навантаження – 50 Ом
вихідна потужність до 2 Вт.; генерація частоти на трьох генераторах; режими модуляції-
АМ,ФМ,ЧМ; помножувач частоти;
4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, що їх належить
розробити)
Аналіз системи радіопередавання; розробка структурної схеми пристрою; розробка
схемотехнічних рішень пристрою; охорона праці

5. Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов’язкових креслень, плакатів)
1. Схема структурна пристрою; 2 Схема електрична принципова; 3. Плакат по охороні
праці.
.
6. Консультанти з проекту (роботи) із зазначенням розділів проекту, що їх стосуються
Прізвище, ініціали та посада Підпис, дата
Розділ
консультанта завдання завдання
видав прийняв
Охорона праці Кожем’якін О.С.
старший викладач кафедри
безпеки життєдіяльності

7. Дата видачі завдання 11 січня 2020 року

КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН

№ Назва етапів дипломного проекту Термін
з/п виконання етапів Примітка
(роботи) проекту (роботи)
1. Аналіз технічного завдання та
пошук літератури 11.01.20 – 18.02.20
2. Аналіз методів побудови
пристрою 19.02.20 – 04.03.20
3. Побудова та обґрунтування
схеми функціональної пристрою 05.03.20 – 24.03.20
4. Побудова та обґрунтування
схеми структурної пристрою 25.03.20 – 06.04.20
5. Побудова та обґрунтування
схеми електричної пристрою 07.04.20 – 30.04.20
7. Виконання розділу охорони праці 01.05.20 – 15.05.20
8. Оформлення пояснювальної записки 16.05.20 – 24.05.20
9. Оформлення плакатів 25.05.20– 05.06.20

Студент Путій І.Д.

( підпис ) (прізвище та ініціали)
Керівник проекту (роботи) Палагін В.В.

( підпис ) (прізвище та ініціали)

ЗМІСТ
ВСТУП ..................................................................................................................... 6
РОЗДІЛ 1. АНАЛІЗ ІСНУЮЧИХ РІШЕНЬ ТА ПРОТОТИПІВ
РАДІОПЕРЕДАВАЛЬНИХ ПРИЛАДІВ ТА ЇХ СКЛАДОВИХ ......................... 7
1.1. АНАЛІЗ РАДІОПЕРЕДАВАЛЬНИХ ПРИЛАДІВ ......................................................... 7
1.2. АНАЛІЗ АВТОГЕНЕРАТОРІВ (ГЕНЕРАТОРІВ КОЛИВАНЬ) ..................................... 11
1.3.Аналіз ПОМНОЖУВАЧА ЧАСТОТИ ..................................................................... 14
1.4. АНАЛІЗ ББУФЕРНИХ КАСКАДІВ ......................................................................... 21
1.4. АНАЛІЗ БЛОКУ МОДУЛЯЦІЇ ............................................................................... 23
1.5. ВИСНОВКИ РОЗДІЛУ 1 ....................................................................................... 30
РОЗДІЛ 2. ПРОЕКТУВАННЯ СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ ПРИСТРОЮ .......... 31
2.1 ОБГРУНТУВАННЯ СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ РАДІОПЕРЕДАВАЧА ............................. 31
2.2 ОБГРУНТУВАННЯ СТРУКТУРНИХ ЕЛЕМЕНТІВ БЛОКУ ГЕНЕРАТОРІВ ................... 32
2.3 ОБГРУНТУВАННЯ СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ ПОМНОЖУВАЧА ЧАСТОТИ .................. 33
2.4 ОБГРУНТУВАННЯ БЛОКУ МОДУЛЯЦІЇ(ЇЇ ВИДИ ТА СХЕМОТЕХНІЧНІ РІШЕННЯ) ... 38
2.4.1 АМПЛІТУДНА МОДУЛЯЦІЯ ......................................................................... 38
2.4.2 ЧАСТОТНА МОДУЛЯЦІЯ ............................................................................. 41
2.4.3 ФАЗОВА МОДУЛЯЦІЯ ................................................................................. 43
2.6. ВИСНОВКИ РОЗДІЛУ 2 ....................................................................................... 44
РОЗДІЛ 3. СХЕМОТЕХНІЧНЕ ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОЮ .................. 45
3.1 Розробка блоку АМПЛІТУДНОЇ модуляції ....................................................... 45
3.2 РОЗРОБКА ЧАСТОТНОГО МОДУЛЯТОРА НА ВАРИКАПАХ .................................... 51
3.3 РОЗРОБКА ФАЗОВОГО МОДУЛЯТОРА .................................................................. 52
3.4. Розробка помножувача частоти .................................................................... 53
СКРТ-88.02018063.248 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дат
Роз Путій І.Д.
Розробка радіопередавального Літ. Арк. Акрушів
Пер евір. Палагін В.В. пристрою для дослідження та 4 79
Реценз. Землянськ О.М. формування сигналів (система
Н. Контр. Палагін В.В. обробки сигналів) ЧДТУ
Затверд.

3.7. ВИСНОВКИ РОЗДІЛУ 3 ....................................................................................... 61
РОЗДІЛ 4. ОХОРОНА ПРАЦІ ............................................................................. 62
4.1. АНАЛІЗ ШКІДЛИВИХ ТА НЕБЕЗПЕЧНИХ ФАКТОРІВЩО ВИНИКАЮТЬ В
ПРИМІЩЕННІ ПРОЕКТНО-ЕКСПЕРЕМЕНТАЛЬНОГО ВІДДІЛУ ..................................... 62
4.2. МОДЕРНІЗАЦІЯ СИСТЕМИ ВОДЯНОГО ОПАЛЕННЯ ВІДДІЛУ ............................... 67
4.3. ВИСНОВКИ РОЗДІЛУ 4 ....................................................................................... 73
ВИСНОВОК .......................................................................................................... 74
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ ………………………………..…75
ДОДАТКИ………………………………………………………………………..76

Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 5

ВСТУП
Темою дипломного проекту є розробка навчального передавача на
частоту 4 МГц. Передавач призначений для забезпечення навчального
процесу з дисципліни «Генерування та формування сигналів».
Передавач надає змогу проводити лабораторні роботи по генеруванню
та формуванню сигналу з можливістю переключення типів генератора та
методів модуляції не змінюючи навчальний стенд. Це забезпечує високу
ефективність при навчанні, зменшує затрати часу на пере-обстановку
робочого місця, підвищує варіативність лабораторних робіт, зменшує ризик
неправильного підключення елементів. Так як стенд виконаний у виді
нерозбірного стенду з управлінням тумблерами для зміни генераторів та
форм модуляції, контакту з платами та елементами немає, що значно
підвищує надійність стенду.
Мета дипломного проекту: розробка радіопередавального пристрою
для дослідження та формування радіосигналів (система формування
сигналів) на частоті 4 МГц.
Завдання дипломного проекту:
• Проаналізувати принципи створення передавачів;
• Вибрати схеми для створення передавача;
• Виготовити макет передавача;
• Розробити охорону праці для лабораторії з налагодження
радіотехнічних пристроїв.
В даному стенді будуть реалізовано три генератори: Кварцовий
генератор Генератор по схемі Батлера, Генератор Колпітца (або як
відомий «ємнісна триточка»)
Також до складу модельного стенду входять такі функціональні блоки, як
помножувач частоти, підсилювачі та модулятори радіосигналів, що сприяє
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 6
вивченню особливостей формуванню сигналів на заданих гармоніках і
передачі інформаційного повідомлення по каналах зв’язку.
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 6
РОЗДІЛ 1
АНАЛІЗ РІШЕНЬ ТА ПРОТОТИПІВ РАДІОПЕРЕДАВАЛЬНИХ
ПРИЛАДІВ ТА АВТОГЕНЕРАТОРІВ
1.1 Аналіз радіопередавальних приладів
Радіо – це засіб для передачі сигналів на великі відстані за допомогою
електромагнітних сигналів (радіохвиль). За допомогою радіо здійснюється
радіозв’язок, ведуть трансляцію радіомовлення і телебачення, визначають
місцезнаходження рухомих і нерухомих об’єктів у просторі (називають
радіолокацією), різні типи сигналізації, ведуть контроль, управління і інше.
Система радіозв’язку складається з радіопередавача і радіоприймача, головну
роль виконує передавач, оскільки він формує інформаційний сигнал, який
потрібно передавати.

Рисунок 1.1 – Спрощена структурна схема радіопередавача
Спрощена структурна схема радіопередавача зображена на рисунку
1.1, в неї обов’язково входять блок з генератора високої частоти (ГВЧ) і
модулятора (М). Генератор формує високу частоту ω, яка подається на
антену. З теорії випромінювання сигналів відомо, що радіохвилі, які
підводяться до антени, їх потужність більша, чим більша їх частота
генерування. Виходячи з цієї теорії, потрібно у радіопередавачах
використовувати саме ГВЧ, які виробляють сигнали високої частоти
починаючи від сотень кГц до сотень МГц, такі сигнали називають несучою
частотою (тобто, цей сигнал несе інформацію, що передається), а з
допомогою модулятора М, на вхід якого подається низько частотний
інформаційний сигнал Ω, який здійснює модуляцію несучої частоти по
амплітуді, частоті чи фазі.
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 7
У розвитку радіоз’язку на сучасному етапі існує ряд тенденцій, якісно
змінюють поняття і зміст звичних нам послуг радіо та телебачення.
Впровадження цифрових сигналів. Перехід до цифрових сигналів
забезпечує високу стійкість передачі, підвищує її якість і надійність, істотно
скорочує вагу і
габарити обладнання. Оскільки уявлення цифрового сигналу однаково для
всіх видів трафіку, то це створює реальну платформу для їх об’єднання в
одному каналі передачі.
Глобалізація. Практично телекомунікаційні мережі набувають
всесвітній характер. Це стосується і телефонії, коли ми можемо зв’язатися з
абонентом в будь-якій країні, і передачі даних (мережа Інтернет).
Прикладами глобальних мереж також є: мережі стільникового зв'язку (GSM,
NMT і ін.), мережі супутникового зв’язку (InMarSat, Global Star і ін.).
Персоналізація. З появою стільникових телефонів, терміналів
супутникового зв’язку телекомунікації все більше прив’язуються не до місця
знаходження терміналу (телефоного апарату, телевізора і т.п.), а до персони,
людині, яка носить або возить термінал з собою.
Мобільність. Ця тенденція існувала і раніше, але зараз вона
розвивається в масових засобах зв’язку завдяки розвитку технологій
радіозв’язку, які є бездротовими, і тому забезпечують послугами абонентів,
що знаходяться в русі, як при переміщенні пішки, так і в автомобілі або
навіть літаку.
Проаналізувавши літературу було знайдено радіопередавач на частоті
27 МГц, який виконує функцію навчального передавача. На рисунку 1.2
зображено радіопередавач на частоті 27 МГц.
Схему даного передавача можна поділити на чотири вузли: роль
збудника грає автогенератор, роль частотного модулятора - мікрофонний
підсилювач, підсилювач потужності підключає попередній підсилювач для
посилення рівня модульованого сигналу, і безпосередньо підсилювач
потужності.
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 8

Рисунок 1.2 – Навчальний передавач на частоті 27 МГц
Мікрофонний підсилювач виконаний на транзисторах VТ1, VТ2.
Підсилювач виконаний за схемою підсилювача напруги. Транзистори
включені за схемою з загальним емітером. Підсилювач включає два каскади.
Кнопка S1 потрібна для подачі сигналу, при натисканні якої мікрофон від
входу підсилювача відключається, і підключається ланцюг позитивного
зворотного зв’язку С2-С5. Це перетворює підсилювач в генератор, що
генерує сигнал частотою в межах 1 кГц. У стенді цей режим не
застосовується.
Частотна модуляція забезпечує зміну робочої частоти задає згідно із
законом модулюваного коливання (вихідного сигналу мікрофонного
підсилювача). Звуковий сигнал з мікрофонного підсилювача подається на
варикап, він представляє керовану ємність, яка зрушує частоту контуру задає.
Генератор, що задає виконаний на транзисторі VТЗ, генератор
виконаний по звичайній схемі підсилювача, який охоплений позитивним
зворотним зв’язком. Частота генерації задається кварцовим резонатором Q1 і
ланцюгом VD1-DL1. В даному випадку частота обрана 27МГц, на дану
частоту налаштований контур С9-L1, включений в колекторної ланцюга VТ3.
Зворотній зв’язок відбувається за допомогою ємнісного дільника С7 - С8.
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 9
Попередній підсилювач виконаний на транзисторі VТ4, включеному
по схемі із загальним емітером. Зсув робочої точки забезпечує резистор R13.
Зв’язок з генератором, що задає місткість, через С10. Для стабілізації режиму
застосовується ланцюг негативного зворотного зв’язку R14-С11. У
колекторний ланцюг транзистора включений контур С12-L2, налаштований
на частоту 27 МГц.
Підсилений попереднім підсилювачем сигнал надходить на
підсилювач потужності, виконаний на транзисторі VТ5. Вхідний опір
підсилювача 100 Ом, зв’язок з попереднім підсилювачем також ємнісний. З
колектора VТ5 підсилення по потужності напруга високої частоти надходить
на двох-ланковий П-подібний фільтр, що пригнічує гармоніки і
узгоджувальний вихідний каскад з антеною. Котушка L5 подовжувальна,
застосовується для збільшення електричної довжини антени.

Рисунок 1.3 – Вигляд навчального передавача на частоті 27 МГц
На кришці корпусу виведені контрольні точки, підключаючи
осцилограф до яких, можна перевірити роботу пристрою. Для підключення
антени є спеціальний ВЧ роз’єм. Живлення стенду подається від
стандартного блоку живлення на 12 В.
Процес налаштування стенду складається з наступних операцій:
• На вхід передавача підключається низькочастотний генератор, видає
сигнал частотою близько 5 кГц.
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 10
• Осцилограф підключається до контрольної точки «вихід
мікрофонного підсилювача». На осцилографі перевіряється коефіцієнт
посилення мікрофонного підсилювача і форма вихідного сигналу.
Рівень потужності низькочастотного генератора повинен бути такої
величини, щоб вихідний сигнал не мав спотворень, але в той же час був
достатній для модуляції, що задає.
• Перевіряється робота автогенератора . Для цього мікрофонний

підсилювач вимикається, а осцилограф підключається до контрольної точці
«Автогенератора».
Генератор повинен видавати сигнал постійної амплітуди з частотою
27 МГц. Після цього включається мікрофонний підсилювач, і на екрані
осцилографа повинен з’явитися сигнал, частота якого нестабільна. Амплітуда
сигналу повинна бути постійною.
• Після цього приступаємо до налаштування контуру генератора,
підлаштовуючи котушку індуктивності L1 і домагаючись максимальної
амплітуди на виході генератора.
• Налаштовується попередній підсилювач, для чого осцилограф
підключають до контрольної точки «попередній підсилювач».
• Налаштовується вихідний каскад, налаштування зводиться до
налаштування вихідного узгоджувального ланцюга. При цьому
підключаються до контрольної точки «Вихід передавача».
1.2 Аналіз автогенераторів (генератори сигналів)
Автогенератором – називається пристрій в радіопередавальному
приладі, в якому електрична енергія постійного струму одного або декількох
джерел живлення перетворюється в енергію (сигнал) високочастотних
коливань.
Залежно від призначення генераторів, особливостей роботи приладів,
де вони застосовуються, різні види автогенераторів виробляють сигнали
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 11
коливань з частотами від одиниць герц до сотень мегагерц, також з
потужностю від часток міліват до одиниць кіловат. Генератори можуть
змінюватись плавно або дискретно в заданому діапазоні частоти або мати
постійне налаштування. Тому автогенератори різноманітні по своїй
класифікації.
Виділимо структурну класифікацію автогенераторів:
• За формою сигналу:
 Синусоїдальних коливань;
 Прямокутних імпульсів;

 Функціональний генератор, який поєднує в собі прямокутні,
синусоїдальні та трикутникові сигнали.

• За частотою діапазону:
 Низької частоти;
 Середньої частоти;
 Високої частоти;
 Надвисокої частоти.
• За принципом роботи генератори поділяться на:
 з зовнішнім ланцюгом позитивного зв’язку;
 з внутрішнім ланцюгом зв’язку.
• За видом підсилювального елемента:
 лампові;
 напівпровідникові (на транзисторах, діодах та інших
напівпровідникових елементах);
 з газорозрядними пристроями;
 на інтегральних мікросхемах і так далі.
• За типом коливального ланцюга:
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 12
 генератори з ланцюгом LC-типу – ця система побудована на
елементах ємності С і індуктивності L;
 генератори з ланцюгом RC-типу – ця коливна система не
буде мати елементи індуктивності L.

• За технологією виготовлення генератори поділяють:
 Побудовані на дискретних елементах;
 Побудовані на інтегральних елементах.
Але необхідно брати до уваги, те що класифікаційні межі умовні, інші
генератори захоплюють проміжне положення серед низькочастотних та
високочастотних генераторів, певні генератори трапляються з заданими
типами сигналів. Із сторони оптичних генераторів є подібна систематизація.
Крім

генераторів стандартизованих різновидів трапляються генератори галузевого
спрямування (у складі контрольно вимірювальної техніки).
Автогенератори широко використовуються в дослідницьких і
вимірювальних лабораторіях, телекомунікаційній сфері, промисловому
виробництві і в багатьох

інших галузях. Сучасні моделі високочастотних генераторів дозволяють
формувати чисті синусоїдальні сигнали.
Варіанти застосування генераторів сигналів:
• Формування стабільного опорного сигналу, наприклад, при
вимірюванні фазового шуму або в якості калібровочного
опорного сигналу
• Універсальний прилад для вимірювання коефіцієнта посилення,
лінійності, смуги частот і т.п.
• При розробці і тестуванні ВЧ і інших напівпровідникових
мікросхем, наприклад, аналогово-цифрових перетворювачів
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 13
• Для випробувань приймачів (двотональні випробування,
генерація перешкоджувальних сигналів і сигналів блокування)
• Для випробувань на електромагнітну сумісність
• У складі автоматичного випробувального устаткування на
виробництві
• У додатках авіаційної електроніки (таких як система ближньої
навігації, система інструментальної посадки літаків, і так далі)
• Для випробувань радіолокаційних систем
• Для військових цілей
1.3 Помножувач частоти
Для збільшення потужності випромінювання антени радіопередавача Ра
необхідно збільшувати частоту в каналі несучої. Тому в радіопередавачах
дуже часто використовується кратне помноження частоти автогенератора,
оскільки вимога стабільності його коливань не дозволяє мати високу частоту
генерації . Тому помножувачі частоти дозволяють збільшити частоту несучої
в кілька разів, причому, ступенів перемноження частоти може бути декілька.
Помножувачі частоти (ПЧ), як правило, в схемі радіопередавача

ставляться після буферного каскаду БК (рис. 2.33а).

Рис. 1.4. Помножувач частоти в структурній схемі радіопередавача і принцип
одержання вищих гармонік.
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 14
Принцип дії помножувача частоти полягає в тому, що активний
елемент ГЗЗ ставиться в нелінійний режим другого роду, в результаті чого
струм його вихідного кола являє собою послідовність косинусоїдальних
імпульсів, які, як відомо, можна розкласти на першу, другу, третю і т.д.
гармоніки (рис. 2.33б). Якщо у вихідне коло активного елементу ввімкнути
коливальну систему (наприклад, паралельний контур чи резонатор),
настроєний на вищу, помножену в n раз, гармоніку nω, то на його опорі буде
виділена напруга цієї гармоніки Unω = Inω · Rер, оскільки, наприклад, опір
паралельного контуру Rер найбільший на резонансній частоті (рис. 2.33в), а
на сусідніх частотах цей опір близький до нуля. Тому вихідна напруга
помножувача частоти фактично буде напругою з частотою, кратною
помноженiй, оскільки при наявності в струмі багатьох гармонік, їх падіння,
крім nω, фактично дорівнює нулю. Рівень вихідної напруги Unω визначається
також кутом відсічки вихідного струму, оскільки амплітуда кожної гармоніки
дорівнює:
І1m= α1 Іm, І2m = α2 Іm, І3m = α3 Іm, І4m = α4 Іm.
Коефіцієнти розкладання А. I. Берга α1, α2, α3, α4, … αn залежать від
кута відсічки струму Ө (рис. 2.14), і якщо уважно проаналізувати їх хід, то
виявляється, що α1 має максимальне значення 0,54 при Ө = 120°, α2 має
максимальне значення 0,28 при Ө = 60°, α3 має максимальне значення 0,18
при Ө = 40°, α4 має максимальне значення 0,17 при Ө = 30° і т.д.
Таким чином, оптимальний кут відсічки Өopt, при якому амплітуда
помноженої гармоніки найбільша, дорівнює:
Өopt = 120°/n,
де n – коефіцієнт помноження частоти. За принципом побудови
помножувачі частоти поділяються на два види: резонансні і параметричні.
Резонансні помножувачі частоти будуються на принципі резонансного
підсилювача з використанням біполярного чи польового транзистора, у
вихідне коло якого ввімкнений паралельний контур, настроєний на частоту
помноженої гармоніки nω. Транзистор помножувача повинен бути
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 15
поставлений в нелінійний режим (режим відсічки). Схеми таких
помножувачів частоти представлені на рис. 2.34.

Рис. 1.5. Резонансні помножувачі частоти.

Рис. 1.6. Частотні характеристики коливальних контурів помножувачів
частоти.
У вигляді помножувача частоти може бути використана двотактна
схема, в якій, як відомо, в навантаженні складаються перша і всі непарні
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 16
гармоніки, а в загальному проводі живлення складаються друга і всі парні
гармоніки. Якщо контур ввімкнути в провід живлення (рис. 1.6в) і настроїти
його, наприклад, на четверту гармоніку сигналу, то цю гармоніку легко
виділити без додаткових режекторних фільтрів, оскільки сусідні третя і п'ята
гармоніки відсутні (рис. 1.6в).
На рис. 1.7г зображена схема потроювача частоти (в практичних
схемах радіопередавачів таких схем помножувачів може бути декілька),
основна (третя) гармоніка вихідної напруги U3ω виділяється паралельним
контуром СвихL4C4. Режекторними фільтрами L2C2 і L3C3 подавляються перша
і друга гармоніки в вихідній напрузі. Вхідним контуром L1C1 (разом з Свих)
проводиться додаткове очищення вхідного сигналу, який подається з
попереднього ступеня помноження частоти.
Параметричні помножувачі частоти використовують нелінійність
параметру елементів, які входять в схему помножувача. Такі схеми
помножувачів застосовуються в діапазоні сотень мегагерц, оскільки
резонансні помножувачі із за високої частоти і значної ємності між виходом і
входом польового чи біполярного транзистора Спр створюють значне
проникнення вхідної напруги Uω на вихід помножувача (рис. 1.7а). Тому на
цих частотах використовують спеціальні нелінійні елементи, які мають Спр <
0,01 пФ. До них відносяться спеціальні діоди,

варикапи та варактори.
При виборі робочої точки А на вольт-амперній характеристиці
помножувального високочастотного діода при Ід ≈ 0 (рис. 1.7б) подача
синусоїдальної вхідної напруги приводить до появи спотвореного
косинусоїдального імпульсу струму, де є набір гармонік вищого порядку і
необхідно лише виконати завдання по виділенню необхідної гармоніки на
опорі навантаження. Вибір робочої точки А на вольт-фараднiй
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 17
характеристиці варикапа (рис. 1.7в) приводить до появи нелінійної
залежності його ємності при подачі синусоїдальної вхідної напруги,
нелінійної залежності його опору c xc ω 1 = і нелінійної залежності струму
через варикап. Тому в нелінійному імпульсі його струму створюється набір
гармонік вищого порядку, одну з яких потрібно виділити на опорі
навантаження.

Рис. 1.7. Характеристики нелінійних елементів параметричних
помножувачів частоти.
За принципом побудови параметричних помножувачів частоти їх
розділяють на схеми з паралельним і послідовним ввімкненням нелінійного
елементу. В паралельній схемі параметричного помножувача частоти діод чи
варикап ввімкнено паралельно вхідній напрузі Uω (рис. 1.8).

Рис. 1.8. Паралельна схема параметричних помножувачів частоти.
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 18
Контур L1C1 настроєний на частоту вхідного сигналу і необхідний для
додаткової фільтрації частоти вхідної напруги ω, якщо цей каскад є
наступним ступенем помноження частоти радіопередавача. Оскільки
попередній каскад помноження частоти може не повністю подавити
заважаючi гармоніки, то послідовний контур L1C1 подає вхідну напругу Uω
на нелінійний елемент тільки частоти ω, оскільки для всіх інших частот його
опір дуже великий. У схемі параметричного діодного помножувача (рис.
1.8а) вибір робочої точки на початку вольт-амперної характеристики
здійснюється за допомогою джерела живлення Е, де послідовно з діодом VD1
ввімкнений опір 10…100 кОм. Це дозволяє задати режим помножувального
діода і заблокувати резистором R закорочення змінної напруги на аноді VD1
через джерело живлення Е.
У схемі параметричного помножувача частоти на варикапі (рис. 1.8б)
вибір робочої точки здійснюється за допомогою джерела живлення Е.
Загороджуючий дросель Lдр призначений для подачі зворотньої напруги на
варикап і блокує закорочення змінної напруги на катоді варикапа.
Подача вхідної напруги Uω на нелінійний елемент через послідовний
контур L1C1 призводить до появи нелінійного струму, значного числа вищих
гармонік в його складі, появи падіння напруги цих вищих гармонік на
внутрішньому опорі діоду чи ємності варикапа. Для подачі необхідної
помноженої гармоніки nω на вхідні клеми потрібно послідовний контур L2C2
настроїти в резонанс на цю частоту,
і, оскільки він має незначний опір для цієї частоти, то вихідна напруга Unω
може бути подана без значного послаблення на вихід, а інші гармоніки на
вихід потрапити не можуть, оскільки послідовний контур для них має
значний опір. Перевагою послідовної схеми параметричного помножувача
частоти є те, що один з електродів нелінійного елементу в схемі заземлений,
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 19
що дозволяє в металевій конструкції помножувача надійно закріпити його на
корпусі і просто вирішити питання тепловідводу.
У послідовній схемі параметричного помножувача частоти нелінійний
елемент відносно до вхідної напруги Uω ввімкнено послідовно (рис. 1.9).
Вхідний паралельний контур L1C1 послідовної схеми параметричного
помножувача частоти призначений для додаткової фільтрації вхідної напруги
Uω і настроєний на частоту ω. Якщо схема є наступним ступенем
помноження частоти, то на виході попереднього каскаду помноження можуть
бути, крім основної частоти ω, заважаючi частоти. Так як на резонансній
частоті паралельний контур L1C1 має найбільший опір, то на вході
помножувача частоти відкладається лише напруга з частотою ω, оскільки для
інших частот опір контура близький до нуля.

Рис. 1.9. Послідовна схема параметричних помножувачів частоти.
Режим помножувального діода в схемі послідовного помножувача
частоти (рис. 1.9а) реалізується закороченням його аноду і катоду на корпус
через індуктивності L1 і L2. При необхідності зміни режиму схема повинна
мати джерело живлення. Режим варикапа в схемі помножувача частоти (рис.
1.9б) здійснюється за допомогою окремого джерела живлення Е, постійна
напруга якого на варикап

Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 20
подана через L1 та L2.
Подача вхідної напруги Uω призводить до появи нелінійного струму
через VD1 і контур L2C2, з якого знімається вихідна напруга Unω. Оскільки
контур L2C2 настроєний на частоту nω, то на ньому виділяється напруга саме
цієї частоти, для всіх інших частот паралельний контур має опір, близький до
нуля.
Перевагою послідовної схеми параметричного помножувача частоти є
те, що при використанні на високих частотах у вигляді паралельних контурів
резонаторів корпус вихідного резонатора може бути заземленим.
Недоліком параметричних помножувачів частоти є те, що такі схеми не
мають підсилення і коефіцієнт їх корисної дії менший одиниці.
1.4 Буферні каскади
Буферні каскади радіопередавача використовуються для усунення
впливу опору навантаження при настроєнні радіопередавача та інших
впливів на частоту автогенератора задаючої частоти. Оскільки основним
елементом автогенератора задаючої частоти є паралельний контур, то для
усунення впливу на контур буферний каскад повинен мати малу вхідну
ємність і високий вхідний опір (рис. 1.10а).
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 21

Рис. 1.10. Схеми буферних каскадів.
На рис. 1.10а зображено вихідний контур автогенератора LкCк,
паралельно якому ввімкнено вхідну ємність Cвх і вхідний опір Rвх буферного
каскаду. Видно, що в цьому випадку при значній Cвх частота автогенератора
зменшується, що неприпустимо з точки зору стабільності частоти. Крім того,
паралельне ввімкнення контуру вхідного опору буферного каскаду Rвх
впливає на амплітуду вихідної напруги автогенератора, оскільки зменшує
добротність контура LкCк. До схем буферних каскадів відносяться відомі
схеми підсилювачів, які мають малу вхідну ємність і високий вхідний опір.
Це схема витокового повторювача (рис. 1.10б), який, як відомо, має вхідний
опір вiд одиниць до десятків мегаом і ємність одиницi пікофарад. У вигляді
буферного каскаду можна застосувати схеми емітерних повторювачів,
побудованих по звичайній схемі (рис. 1.10в) або на складеному біполярному
транзисторі (рис.1.10г), які можуть мати вхідний опір вiд десяткiв до сотень
кілоом і вхідну ємність вiд одиниць до десяткiв пікофарад. Відомо, що схеми
повторювачів не мають підсилення по напрузі, тому для усунення цього
недоліку може бути використана звичайна схема резонансного підсилювача
на польовому транзисторі (рис. 1.10д), який має вхідний опір десятки кілоом
і вхідну ємність вiд одиниць до десяткiв пікофарад. В вигляді буферних
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 22
каскадів радіопередавачів можуть бути використані і інші схеми, які
відповідають цим вимогам.

1.4. Аналіз блоку модуляції
Радіочастотні коливання, які створюються радіопередавачами і
випромінюються його антеною у вигляді електромагнітних хвиль,
використовуються для передачі інформації тому, що вони легко
поширюються на велику відстань.
Повідомлення, якi потрібно передати, частіше всього представляють
собою низькочастотні коливання. Наприклад, механічні коливання
перетворені мікрофоном в електричні, представляють собою коливання
низької частоти. Такі коливання не можуть поширюватись на великі відстані.
Тому спектр низькочастотного сигналу необхідно перенести в область
радіочастот. Для цього необхідно здійснити управління ними.

Процес управління коливаннями радіочастоти з допомогою коливань
низької
частоти називається модуляцією.
У радіопередавачі модуляція здійснюється з допомогою спеціального
пристрою, який називається модулятором. На один вхід модулятора
подається напруга радіочастоти, на другий – низькочастотний сигнал
передачі інформації, а на виході модулятора одержується модульоване
коливання.
Радіочастотні коливання, які здійснюють перенос сигналу, зберігають
його властивості, вони називаються несучими.
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 23
Радіочастотні коливання характеризуються трьома параметрами:
амплітудою, частотою і фазою. Вони зв'язні співвідношенням:.
i = Iω cos(ωt+ϕ)
У залежності від того, який з параметрів радіочастотного коливання
(амплітуда ωI , частота ω чи фаза φ) змінюється, відрізняють амплітудну,
частотну і фазову модуляцію. Для здійснення однєї з таких видів модуляції
необхідно змі106 нювати один з вищеназваних параметрів несучого сигналу.
При роботі радіопередавача в імпульсному режимі для здійснення модуляції
змінюється один з параметрів імпульсів. Така модуляція називається
імпульсною.
Для передачі телеграфних сигналів змінюють один з параметрів
радіочастотних коливань у відповідності з телеграфним кодом.
Радіотелеграфну модуляцію називають маніпуляцією. Відрізняють
відповідно маніпуляцію амплітудну, частотну і фазову.
Амплітудна модуляція
При амплітудній модуляції амплітуда струму високої частоти ωI
змінюється пропорційно зміні амплітуди коливань низької частоти. (1.1.1_
Спектр, смуга і потужність амплітудно-модульованого коливання При
використанні радіочастотного коливання без початкового фазового зсуву iω=
Iω cosωt (рис. 1.11а) і коливань керуючого сигналу низької частоти iΩ = I0 +
IΩ cosΩt (рис. 1.11б), який
має постійну складову струму І0 та змінну складову з амплітудою IΩ ,
одержується
амплітудно-модульоване коливання (рис. 1.11в), в якого амплітуда
позитивного і негативного напівперіоду змінюється за законом зміни
амплітуди керуючого сигналу.
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 24

Рис. 1.11. Вид амплітудномодульованого коливання і його спектр.
При модуляції несучої частоти ω з амплітудою Іω одною частотою
керуючого сигналу Ω (одним тоном) спектр амплітудномодульованого
коливання (вираз наводиться без математичних викладок) буде мати вигляд:
iω = Iω cosωt 1
+ mIω cos(ω )t 1
+Ω + mIω cos(ω −Ω)t.
2 2
З виразу струму iω для амплітудно-модульованого коливання видно, що
його спектр складається з трьох складових:
– складова струму несучої частоти Iω cosωt з амплітудою Іω і частотою
ω;
– складова струму верхньої бокової частоти 1 mIω cos(ω +Ω)t з
2
амплітудою 1 mIω і частотою ω + Ω ;
2
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 25
– складова струму нижньої бокової частоти 1 mIω cos(ω −Ω)t з
2
амплітудою 1 mIω і частотою ω − Ω.
2
У виразі для ωi введена величина m I
= Ω носить назву глибини
Iω
модуляції (m = 0 … 1), яка також часто представляється у вiдсотках. При
аналізі амплітудно-модульованого коливання можна визначити:
- всі складові спектра АМ-коливання (ω, ω + Ω, ω – Ω) високочастотні,
тобто, при амплітудній модуляції високої частоти ω низькою частотою Ω
таке коливання не має низьких частот і може бути успішно підведено до
антени радіопередавача і випромінюватись у вигляді електромагнітних
хвиль;
- всі складові АМ-коливання синусоїдальні, верхня і нижня бокові
частоти розташовані на шкалі частот близько від несучої на частотній
відстані Ω, тому частотний спектр такого коливання представлений на
рис.6.1г;
- амплітуди складових спектра такі: амплітуда несучої частоти Іω,
амплітуди верхньої і нижньої бокових частот mIω 2 1 ;
- смуга, яку займає таке коливання на шкалі частот Δω визначається
різницею найбільшої і найменшої частоти, тобто, Δω = (ω + Ω) – (ω – Ω) =
2Ω;
- при модуляції несучої частоти ω спектром низьких частот Ωmin … Ωmax
складових з несучою дасть верхню та нижню бокову частоти, створюючи
нижню бокову смугу (НБС) та верхню бокову смугу (ВБС), що відображено
на рис.6.1д;
- смуга, яку займає таке коливання на шкалі частот: Δω = (ω + Ωmax) –
(ω – Ωmax) = 2 Ωmax.
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 26
Потужність АМ-коливання визначається сумою потужностей його
складових спектра і дорівнює: P 1 2
AM = Pω (1+ )m , де
2
Рω – потужність несучої частоти;
РАМ – потужність АМ-коливання;
m – глибина амплітудної модуляції.
Аналізуючи це рівняння, можна зробити висновок, що значну долю
потужності в складі РАМ займає потужність Рω, яка ніякої інформації не несе
(наприклад, при Рω=100 Вт та m=30% РАМ=100 (1+ 1/2·0,32 ) ≈ 105Вт), тому
в практичних схемах радіопередавачів використовують спеціальні методи
збільшення корисної частки потужності.
Частотна Модуляція
При частотній модуляції приріст частоти високочастотного коливання
(несучої частоти ω) пропорційний приросту амплітуди модулюючого сигналу
Ω. Графіки коливань при частотній модуляції наведені на рис.1.12а.

Рис. 1.12. Форми напруг при частотній модуляції і статична модуляційна
характеристика.
За наявності моделюючої напруги з постійною складовою U0 і
амплітудою змінної напруги UmΩ (UΩ =U0 +UmΩ cosΩt) частота також
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 27
змінюється пропорційно, маючи постійну її величину ω0 і амплітуду зміни
частоти ∆ωm (ω =ω0 + ∆m cosΩt) . Напруга частотно-модульованого коливання
Uω при збільшенні амплітуди UΩ має більшу частоту, при зменшенні UΩ –
меншу. Статична модуляційна характеристика при частотній модуляції (рис.
1.12б) повинна, згідно вище наведеному формулюванню, при зміні
модулюючої напруги UΩ мати пропорційну зміну несучої

частоти ω.
Метод здійснення частотної модуляції в схемах радіопередавачів
здійснюється, як правило, в автогенераторі. Зміна його частоти відбувається
методом ввімкнення паралельно його контуру керуючої iндуктивності чи
ємності, в результаті чого частота генерації автогенератора змінюється
пропорційно зміні керуючої напруги (рис.1.13).

Рис. 1.13. Метод здійснення частотної модуляції в автогенераторі.
Фазова модуляція
При фазовій модуляції приріст кута фазового зсуву високочастотного
коливання несучої частоти пропорційний приросту амплітуди керуючого
сигналу. Це і зображено на статичній модуляційній характеристиці
(рис.1.14б).
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 28

Рис. 1.14. Форми напруги при фазовій модуляції і статична
модуляційна характеристика.
Якщо керуючий низькочастотний сигнал UΩ має постійну складову
напругу U0 і змінну складову з амплітудою UmΩ(UΩ = U0 +UmΩcosΩt), то i кут
зсуву ϕ змінюється пропорційно цій напрузі ϕ =ϕ0 + ∆ϕ cosΩt , тобто, має
постійний фазовий зсув ϕ0 і амплітуду фазового зсуву (девіацію зсуву) ∆ϕ m
(рис.1.14а). Тому і високочастотна несуча частота з напругою Uω має
постійний фазовий зсув, позитивний фазовий зсув + ∆ϕm (коли напруга
випереджає по фазі початкову напругу, яка показана пунктиром), негативний
фазовий зсув – ∆ϕm (коли напруга відстає по фазі від початкової напруги).
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 29
Висновок до розділу 1
Для закріплення знань серед студентів було поставлено задачу на
дипломну роботу розробити радіопередавач для дослідження та формування
електромагнітних коливань (радіохвиль).
В даному розділі було проаналізовано літературу про
радіопередавальні прилади та його складову автогенератор. Було наведено
навчальний радіопередавач на частоті 27 МГц, розглянуто його складові та
наведено його налаштування.
Також було проаналізовано літературу про розробку автогенераторів,
наведено типові схеми генераторів гармонійних коливань.
Аналіз блоку керування сигналами(помножувач, буферний вихідний
каскад, блок модуляції) включає в себе чіткі відомості про всі каскади
радіопередавача а також наведені види модуляції сигналу які
використовуються в навчальному стенді.

Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 30
РОЗДІЛ 2. РОЗРОБКА СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ ПРИСТРОЮ
2.1 Обґрунтування структурної схеми радіопередавача
Для передачі інформаційного повідомлення параметри
високочастотного сигналу необхідно змінювати за законами електричних
коливань (сигналів). Ця зміна параметрів отримала назву модуляція в
радіопередавачах та виконується за допомогою – модуляторів. Отже,
високочастотний сигнал повинний відображати властивості інформаційного
повідомлення, яке буде передаватися, і за допомогою передавальної антени
далі будуть перетворюватися в електромагнітні хвилі, що передаються в
навколишнє середовище і в напрямі антени приймача.
В кожному передавачі, незалежно від виду повідомлень, які будуть
передаватись, обов’язково будуть виконуватися три фізичні процеси, які
складають основу роботу радіопередавача:
1. Перший процес – це створення або генерування сигналів
гармонійного характеру;
2. Другий процес – це модуляція сигналу для зміни його
характеристик за законом первинного електричного сигналу;
3. Третій процес – це перетворення одержаних високочастотних
сигналів в процесі модуляції в електромагнітні хвилі
(інформаційне повідомлення).
В даній структурній схемі буде все розбито на блоки, для подальшого
аналізу радіопередавача. Структурна схема зображена на рисунку 2.1, на ній
зображено чотири блоки:
1. Блок автогенераторів – які будуть генерувати високочастот–
ний сигнал з частотою 4 МГц.
2. Блок буферного та вихідного каскаду – в цьому блоці буде
оброблятися високочастотний сигнал, а також підсилюватися.
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 31
3. Блок модуляторів – в цей блок буде входити FM-модулятор, а
також формуватися через трансформатор амплітудна
модуляція.
4. Блок частотного помножувача – в цьому блоці буде
зніматися окремо від інших блоків сигнал, який буде
надходити з генераторів,

для його помноження частоти.

Рисунок 2.1 – Структурна схема радіопередавача
2.2 Обґрунтування структурних елементів блоку генераторів
Структурна схема радіопередавача визначається його призначенням і
вимогами до нього. В даному радіопередавачі була поставлена вимога до
передачі інформаційного повідомлення та дослідження сигналів, які в ньому
будуть оброблятися, і передаватися на приймач. Тому саме було обрано
розбити все на окремі блоки для дослідження всіх процесів, які виникають в
передавачі. В даній дипломній роботі буде розглядатися блок генераторів.
В блок генераторів буде входити три автогенератора, а саме:
• Кварцовий генератор;
• Генератор по схемі Батлера;
• Генератор Колпітца ( або так звана ємнісна триточка).
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 32
З кожного цього генератора можна зняти сигнал та дослідити його
характеристики, а також з цього блоку буде зніматися ЧМ-модуляція.
Далі сигнал буде потрапляти на блок буферного та вихідного каскаду, в
якому сигнал буде підсилюватися і узгоджуватися з вихідним опором
джерела сигналу з вхідним опором навантаження, і з вихідного каскаду
знімати показники сигналу. Також можна знімати показники сигналу після
буферного підсилювача.
В блоці модуляції сигнал буде модулюватися, або ФM-модулятором,
або за допомогою трансформатора буде виконуватися амплітудна модуляція,
з цього блоку

також можна знімати та досліджувати окремо сигнали.
Високочастотний сигнал с генераторів буде окремо надходити на блок
помножувача частоти. Цей блок дає нам можливість збільшити частоту
вхідного сигналу. Він буде налаштований на три гармоніки з можливістю їх
переключення.

2.3 Обгрунтування структурної схеми помножувача частоти

Множники частоти застосовуються в радіопередавачах головним чином
для переносу спектра стабілізованих кварцом низькочастотних коливань у
більш високочастотний діапазон, а також для поглиблення частотної і
фазової модуляції. Як правило, частота збільшується в ціле число раз .
Оскільки множення частоти — істотно нелінійний процес, до складу
множника включають нелінійний елемент (НЕ). Структурна схема множника
частоти представлена на рис.2.2.

Рис.2.2 – Структурна схема помножувача частоти.
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 33

Вхідне коло необхідне для найбільш повної передачі вхідної
потужності до НЕ, вихідне коло служить для трансформації опору
навантаження помножувача в деякий опір на електродах НЕ що забезпечує
оптимальний режим. Крім того, вхідне і вихідне коло мають виборчі
властивості: вхідне коло пропускає коливання частоти , вихідне —
частоти .
Як нелінійні елементи в помножувачах частоти застосовують біполярні
і польові транзистори, напівпровідникові діоди і використовують нелінійні
ділянки вольт-амперних, вольт-кулонних чи ампер-веберних характеристик.

Помножувачем частоти можуть бути підсилювач потужності на
біполярному чи польовому транзисторі, вихідне коло якого налаштовано
на . Якщо підсилювач
працює в режимах класів АВ, В чи С, то має
форму косинусоідальних імпульсів, у спектрі яких поряд з основною
частотою присутні вищі гармоніки. На виході узгоджую чого кола,
струм створює напругу . При досить високій добротності вихідного
кола напруга майже гармонійна з частотою . У результаті в
навантаження передається потужність n-ї гармоніки , де —
амплітуди n-ї гармоніки вихідного струму і напруги транзистора.

Звичайне множення частоти за допомогою транзисторів здійснюється
на малому рівні потужності, оскільки ККД множників значно меньше ККД
підсилювачів. Вихідні каскади транзисторних передавачів працюють, як
правило, у режимі посилення потужності, а не множення частоти. Форма
напруги на керуючому електроді гармонійна: , де —
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 34
постійна напруга зсуву; — амплітуда першої гармоніки керуючої
напруги .
Якщо в якості нелінійного елементу застосувати біполярний
транзистор, то для ослаблення залежності енергетичних характеристик від
частоти використовують коригувальні кола
(застосовують ємітерную корекцію). Амплітуда n-ї гармоніки вихідного
струму:
, (2.1)
або
(2.2)
де і — нормовані коефіцієнти ряду Фур'є для періодичної
послідовності косинусоідальних імпульсів.
Для збільшення вихідної потужності бажано кут відсічки вибрати
таким чином, щоб амплітуда була по можливості найбільшою. На рис.8.2,
представлені залежності і . Найбільша амплітуда струму відповідає
екстремумам функцій чи , число яких, дорівнює — 1. Якщо для
розрахунку використовують -коефіцієнти, то доцільно вибирати
перший экстремум залежності , що відповідає оптимальним кутам
відсічки .

Рис. 2.3 – Залежності - і -коефіцієнтів від кута відсічки
колекторного струму.

Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 35
При використанні -коефіцієнтів для розрахунку оптимальні кути
відсічки визначаються формулою: , де , — 1—
номер екстремума, причому модулі відповідні оптимальним кутам
відсічки і різним значеням , порівнянні.
Вибір - чи -коефіцієнтів для розрахунку обумовлений наступним.
Якщо потрібно одержати максимальну вихідну потужність, то доцільно
розраховувати по формулі (2.1). Якщо ж необхідний максимальний
коефіцієнт передачі, потрібно користатися формулою (2.2).
Розрахунки аналогічні розрахунку режиму роботи транзистора в
підсилювачі потужності. Відмінність складається лише в тім, що замість
величин , і розраховують відповідно величини , і . На
рис.2.4. приведені тимчасові залежності основних електричних величин, що
визначають режим роботи транзистора в множнику частоти при .
Множення частоти в транзисторних множниках здійснюється
завдяки нелінійності перехідної вольт-амперної характеристики транзистора.
Достоїнство транзисторних множників полягає в тому, що в них поряд із
множенням частоти підсилюється вхідна потужність. Недоліком є істотне
падіння вихідної потужності, ККД і коефіцієнта підсилення із ростом
частоти коливань і кратності множення. На практиці транзисторні множники
частоти застосовуються до частот

діапазону НВЧ і мають кратність множення .

Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 36

Рис. 2.4 – Залежності , , від часу.

Буферний вихідний каскад
Буферні каскади радіопередавача використовуються для усунення
впливу опору навантаження при настроєнні радіопередавача та інших
впливів на частоту автогенератора задаючої частоти. Оскільки основним
елементом автогенератора задаючої частоти є паралельний контур, то для
усунення впливу на контур буферний каскад повинен мати малу вхідну
ємність і високий вхідний опір (рис. 2.1а).

Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 37
2.4 Обгрунтування Блоку модуляції(її види та схемотехнічні рішення)

2.4.1 Амплітудна модуляція
При амплітудній модуляції амплітуда струму високої частоти ωI
змінюється пропорційно зміні амплітуди коливань низької частоти. 6.1.1
Спектр, смуга і потужність амплітудно-модульованого коливання При
використанні радіочастотного коливання без початкового фазового зсуву iω=
Iω cosωt (рис. 6.1а) і коливань керуючого сигналу низької частоти iΩ = I0 + IΩ
cosΩt (рис. 6.1б), який має постійну складову струму І0 та змінну складову з
амплітудою IΩ , одержується амплітудно-модульоване коливання (рис. 6.1в),
в якого амплітуда позитивного і
негативного напівперіоду змінюється за законом зміни амплітуди керуючого
сигналу.
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 38

Рис. 2.5. Вид амплітудномодульованого коливання і його спектр.
При модуляції несучої частоти ω з амплітудою Іω одною частотою
керуючого сигналу Ω (одним тоном) спектр амплітудномодульованого
коливання (вираз наводиться без математичних викладок) буде мати вигляд:
iω = Iω cosωt 1
+ mIω cos(ω )t 1
+Ω + mIω cos(ω −Ω)t.
2 2
З виразу струму iω для амплітудно-модульованого коливання видно, що
його спектр складається з трьох складових:
– складова струму несучої частоти Iω cosωt з амплітудою Іω і частотою
ω;
– складова струму верхньої бокової частоти 1 mIω cos(ω +Ω)t з
2
амплітудою 1 mIω і частотою ω + Ω ;
2
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 39
– складова струму нижньої бокової частоти 1 mIω cos(ω −Ω)t з
2
амплітудою 1 mIω і частотою ω − Ω.
2
У виразі для ωi введена величина m I
= Ω носить назву глибини
Iω
модуляції (m = 0 … 1), яка також часто представляється у вiдсотках. При
аналізі амплітудно-модульованого коливання можна визначити:
- всі складові спектра АМ-коливання (ω, ω + Ω, ω – Ω) високочастотні,
тобто, при амплітудній модуляції високої частоти ω низькою частотою Ω
таке коливання не має низьких частот і може бути успішно підведено до
антени радіопередавача і випромінюватись у вигляді електромагнітних
хвиль;
- всі складові АМ-коливання синусоїдальні, верхня і нижня бокові
частоти розташовані на шкалі частот близько від несучої на частотній
відстані Ω, тому частотний спектр такого коливання представлений на
рис.6.1г;
- амплітуди складових спектра такі: амплітуда несучої частоти Іω,
амплітуди верхньої і нижньої бокових частот mIω 2 1 ;
- смуга, яку займає таке коливання на шкалі частот Δω визначається
різницею найбільшої і найменшої частоти, тобто, Δω = (ω + Ω) – (ω – Ω) =
2Ω;
- при модуляції несучої частоти ω спектром низьких частот Ωmin … Ωmax
складових з несучою дасть верхню та нижню бокову частоти, створюючи
нижню бокову смугу (НБС) та верхню бокову смугу (ВБС), що відображено
на рис.2.5д;
- смуга, яку займає таке коливання на шкалі частот: Δω = (ω + Ωmax) –
(ω – Ωmax) = 2 Ωmax.
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 40
Потужність АМ-коливання визначається сумою потужностей його
складових спектра і дорівнює: PAM = Pω (1 1
+ )m2 , де
2
Рω – потужність несучої частоти;
РАМ – потужність АМ-коливання;
m – глибина амплітудної модуляції.
Аналізуючи це рівняння, можна зробити висновок, що значну долю
потужності в складі РАМ займає потужність Рω, яка ніякої інформації не несе
(наприклад, при Рω=100 Вт та m=30% РАМ=100 (1+ 1/2·0,32 ) ≈ 105Вт), тому
в практичних схемах радіопередавачів використовують спеціальні методи
збільшення корисної частки потужності.
2.4.2 Частотна Модуляція
При частотній модуляції приріст частоти високочастотного коливання
(несучої частоти ω) пропорційний приросту амплітуди модулюючого сигналу
Ω. Графіки коливань при частотній модуляції наведені на рис.6.27а.

Рис. 2.6. Форми напруг при частотній модуляції і статична модуляційна
характеристика.
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 41
За наявності моделюючої напруги з постійною складовою U0 і
амплітудою змінної напруги UmΩ (UΩ =U0 +UmΩ cosΩt) частота також
змінюється пропорційно, маючи постійну її величину ω0 і амплітуду зміни
частоти ∆ωm (ω =ω0 + ∆m cosΩt) . Напруга частотно-модульованого коливання
Uω при збільшенні амплітуди UΩ має більшу частоту, при зменшенні UΩ –
меншу. Статична модуляційна характеристика при частотній модуляції (рис.
2.6б) повинна, згідно вище наведеному формулюванню, при зміні
модулюючої напруги UΩ мати пропорційну зміну несучої частоти ω.
Метод здійснення частотної модуляції в схемах радіопередавачів
здійснюється, як правило, в автогенераторі. Зміна його частоти відбувається
методом ввімкнення паралельно його контуру керуючої iндуктивності чи
ємності, в результаті чого частота генерації автогенератора змінюється
пропорційно зміні керуючої напруги (рис.2.7).

Рис. 2.7. Метод здійснення частотної модуляції в автогенераторі.

Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 42

2.4.3 Фазова модуляція
При фазовій модуляції приріст кута фазового зсуву високочастотного
коливання несучої частоти пропорційний приросту амплітуди керуючого
сигналу. Це і зображено на статичній модуляційній характеристиці
(рис.6.34б).

Рис. 6.34. Форми напруги при фазовій модуляції і статична
модуляційна характеристика.
Якщо керуючий низькочастотний сигнал UΩ має постійну складову
напругу U0 і змінну складову з амплітудою UmΩ(UΩ = U0 +UmΩcosΩt), то i кут
зсуву ϕ змінюється пропорційно цій напрузі ϕ =ϕ0 + ∆ϕ cosΩt , тобто, має
постійний фазовий зсув ϕ0 і амплітуду фазового зсуву (девіацію зсуву) ∆ϕ m
(рис.6.34а). Тому і високочастотна несуча частота з напругою Uω має
постійний фазовий зсув, позитивний фазовий зсув + ∆ϕm (коли напруга
випереджає по фазі початкову напругу, яка показана пунктиром), негативний
фазовий зсув – ∆ϕm (коли напруга відстає по фазі від початкової напруги).
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 43

Висновок розділу 2
В даному розділі було проведено обгрунтування структурної схеми
радіопередавача. Коротко розглянуто блок генераторів, описано використані
види генераторів для досягнення кількох видів генерації сигналу.
Помножувач частоти був детально проаналізований та наведений
принцип його розрахунку.
Буферний каскад було розглянуто з боку усунення впливу опору
навантаження при настроєнні радіопередавача.
Була наведена Загальна схема блоку модуляції та проведений
детальний аналіз наявних модулів модуляції, їх розрахунок та принцип
роботи.

Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 44
РОЗДІЛ 3
Схемотехнічне проектування пристрою
3.1 Розробка блоку амплітудної модуляції
Для здійснення амплітудної модуляції модульована напруга вводиться
у коло живлення одного чи кількох електродів електронного приладу. У
залежності від того, на який електрод подається модулююча напруга,
відрізняють такі види амплітудної модуляції: базову (затворну),
колекторну (стокову), амплітудну модуляцію на другий затвор. Якщо
керуюча напруга вводиться на кілька електродів, то така амплітудна
модуляція називається комбінованою.
Як правило, амплітудна модуляція здійснюється в проміжних чи
кінцевих каскадах радіопередавача шляхом подачі модулюючої напруги
на відповідний електрод активного елемента ГЗЗ.
При базовій (затворній) амплітудній модуляції керуюча напруга
подається на базу чи перший затвор транзистора.
При амплітудній модуляції основною характеристикою є так звана
статична модуляційна характеристика (СМХ) – залежність вихідного
струму активного елемента від напруги електрода, на який подається
модулююча напруга. Для базової (затворної) амплітудної модуляції – це
залежність Ik =ϕ(Uбе ) , Ik =ϕ(U зв ) , тобто, це фактично перехідна
характеристика (рис.3.1).

Рис. 3.1. Статична модуляційна характеристика при базовій (затворній)
модуляції.
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 45
Для одержання амплітудної модуляції в транзисторі використовується та
ділянка статичної модуляційної характеристики, де вона лінійна. З СМХ
(рис.3.2) видно, що ця характеристика відповідає недонапруженому режиму
роботи транзистора в схемі ГЗЗ.
Крім СМХ, іноді наводяться і інші характеристики при амплітудній
модуляції. До них відносяться амплітудна характеристика (рис. 3.2а) –
залежність глибини модуляції від величини керуючої напруги і частотна
характеристика (рис.3.2б) – залежність глибини модуляції від частоти
модулюючого сигналу.

Рис. 3.2. Амплітудна і частотна характеристики при амплітудній
модуляції.

Амплітудна характеристика має лінійну ділянку, при якій повинна бути
використана відповідна амплітуда модулюючої напруги для уникнення
спотворень форми АМ-коливання. По частотній характеристиці
визначаються частотні спотворення, частіше всього обумовлені частотними
властивостями модулятора радіопередавача, тому ця характеристика
ідентична тій, яку має аперіодичний підсилювач.
Практична схема базової амплітудної модуляції наведена на рис.3.3а.
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 46

Рис. 3.3. Практична схема базової амплітудної модуляції і графіки, які
поясняють роботу схеми.
У цій схемі напруга модулюючого сигналу UΩ подається на базу
біполярного транзистора VT1 (на якому зібрана схема ГЗЗ) від схеми
модулятора на VT2, яка представляє трансформаторний каскад. Одночасно на
базу транзистора ГЗЗ подається сигнал несучої частоти Uω.
У схемі ГЗЗ використане збудження через індуктивно зв'язані котушки
і послідовне колекторне живлення. В коло колектора VТ1 частково
ввімкнений паралельний контур LкCк (нагадаємо, що при недонапруженому
режимі роботи транзистора його опір Rер повинен бути невеликим). Вiн
настроєний на несучу частоту ω і має смугу пропускання для неспотвореної
передачі АМ-сигналу (рис.3.3б).
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 47
Дуже важливим при амплітудній модуляції є вибір режиму роботи
транзистора. При

режимі коливань I-го роду (лінійний режим транзистора без відсічки струму)
амплітудну модуляцію, як буде показано нижче, одержати неможливо.
Наведені на рис.6.4в графіки напруг і струмів доводять це. Якщо визначити
напругу Uбе як графічну суму Езм, Uω і UΩ одержимо графік напруги Uбе, де
фактично напругою зміщення для Uω є сума напруг Езм і UΩ. Якщо
використаний режим коливань I-го роду, то струм ік буде без спотворень
повторювати напругу Uбе. Цей струм, протікаючи по контуру LkCK, який
настроєний на ωрез = ω1, буде виділяти лише струм з частотою ω, оскільки
частота модулюючого сигналу Ω розташована далеко за межами резонансної
характеристики, то падіння напруги Uконт = ік Rер по суті є напругою несучої
частоти.
Амплітудна модуляція можлива при використанні режимів коливань II-
го роду з відсічкою струму. Для цього в схемі потрібно лише зменшити Езм
(рис.3.4а).

Рис. 3.4. Одержання амплітудної модуляції в режимі коливань II-го роду
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 48

Подача напруги Uбе на вхід біполярного транзистора у цьому режимі
при відсічці базового (відповідно, і колекторного) струму призводить до
появи струму, який являє собою імпульси синусоїдального струму, амплітуди
яких змінюються по закону модулюючої напруги (рис.3.4б). Цей струм є
періодичною функцією, де є перша гармоніка, яка дорівнює І1 = α1 Im, тобто,
залежить від кута відсічки струму і коефіцієнта розкладання Берга по першій
гармоніці α1, а також від амплітуди імпульсу Im. Оскільки контур LKCК
настроєний на частоту першої гармоніки ω і на цій частоті має активний опір
Rер, то падіння напруги на ньому Uконт = І1 Rер по формі є амплітудно-
модульованим коливанням (рис.3.4в). Пояснюється це тим, що перша
гармоніка – це синусоїдальний сигнал, амплітуда якого (як позитивна, так і
негативна) змінюється пропорційно амплітуді імпульса Im.
З рис. 3.4а видно, що одночасно з амплітудою імпульса Im в широких
межах змінюється і кут відсічки струму θ. Лінійна залежність I1 від α1
вимагає, щоб α1 змінювався пропорційно. Для цього потрібно, щоб кут
відсічки θ при амплітудній модуляції не перевищував 120° (див. рис.2.8), де
практично лінійна залежність α1 від θ дотримується.
Цей метод одержання амплітудної модуляції називають іноді методом
зміни напруги зміщення транзистора, що відповідає дійсності, оскільки
зміною напруги зміщення досягається відсічка вихідного струму за законом
модулюючої напруги UΩ. Тому в схемі (рис.3.5а) використовується
блокуючий конденсатор СблΩ для закорочення джерела зміщення по
модулюючій частоті Ω і конденсатор Сблω для закорочення вторинної
обмотки модулюючого трансформатора по високій частоті ω. Несуча напруга
Uω подається через розділовий конденсатор, а подача модулюючої напруги
UΩ здійснюється так, як показано на рис.3.5а.
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 49

Рис. 3.5. Схема затворної амплітудної модуляції.
Напруга зміщення Езм через вторинну обмотку модулюючого
трансформатора Т1 та загороджуючий дросель Lдр подається на затвор
польового транзистора VT1 такої величини, щоб реалізувати коливання ІІ-го
роду (рис. 3.5б). Подача звукової частоти UΩ призводить до зміни напруги
зміщення ПТ, відсічки стокового струму, появи імпульсів, амплітуда яких
змінюється за законом зміни амплітуди модулюючої напруги UΩ.
Паралельний контур LKCК, настроєний на несучу частоту ω, виділяє першу
гармоніку струму, що й спричиняє появу на його виході АМ-коливання. У
схемі ГЗЗ може бути використана паралельна схема живлення стокового
кола. Перевагою базової (затворної) амплітудної модуляції є те, що керуюча
напруга UΩ подається на базу (затвор) і не потребує великої потужності РΩ,
оскільки електрод активного елемента чутливий і не споживає потужності.
Недоліком цього методу є низька ефективність використання активного
елемента при недонапруженому режимі і низький коефіцієнт корисної дії.

Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 50
3.2 Розробка частотного модулятора на варикапах
У цих схемах у вигляді керуючої ємності контура автогенератора
використовується варикап (рис.2.6).

Рис. 3.6. Характеристика варикапа і практична схема частотної модуляції з
використанням варикапа.
Ємність варикапа значно змінюється при зміні зворотньої напруги на ньому
(рис. 3.6а), тому пiд час вибору робочої точки А при напрузі U0 і подачі
змінної складової керуючої напруги UΩ ємність варикапа буде змінюватись за
законом керуючої напруги. Практична схема використання варикапа при
частотній модуляції зображена на рис. 3.6б. Тут використовується
автогенератор на біполярному транзисторі VТ1 з індуктивним зв'язком і
паралельним живленням. Варикап VD1 по змінній складовій струму через
блокуючий конденсатор Сбл ввімкнений паралельно ємності контура LкСк.
Послідовно з постійною напругою U0, яка реалізується дільником R1R2R3,
ввімкнена вторинна обмотка модулюючого трансформатора Т1, тому поява
на ньому UΩ змінює загальну ємність контура генератора. Оскільки генерація
можлива лише на резонансній частоті, то зміна ємності призводить до зміни
частоти автогенератора, тобто, реалізації частотної модуляції, напруга якої
UЧМ може бути знята з контура генератора. Така схема має незначну
девіацію частоти, оскільки зміна ємності варикапа невелика.
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 51
3.3 Розробка фазового модулятора
Як і при частотній модуляції, спектр фазомодульованого коливання
визначається тими ж критеріями, що визначають його спектральний склад і
амплітуди складових спектра (математичні викладки тут упускаються).
Фазомодульоване коливання теоретично також має нескінченний спектр
складових iз частотами:
Uω =Um [I0 cosωt + I1 cos(ω +Ω)t − I1 cos(ω −Ω)t + I2 cos(ω +Ω)t − I2 cos(ω −Ω)t + ....]
Амплітуди складових визначаються функціями Бесселя першого роду
І0, І1, І2, І3, як визначається графіками залежності цих функцій від індекса
фазової модуляції mϕ . Частотний спектр має несучу частоту ω, першу пару
бокових частот з частотами (ω + Ω) та (ω – Ω), другу пару бокових з
частотами (ω + 2Ω) та (ω – 2Ω), третю пару бокових з частотами (ω + 3Ω) та
(ω – 3Ω) і так далі. Смуга фазомодульованого коливання реально
обмежується тією парою бокових частот, яка має амплітуду менше 0,1Um.
При фазовій модуляції (як і при частотній) індекс фазової модуляції
m ∆ω
ϕ =
m , а оскільки при цьому змінюється не тільки фаза, а і частота, то ∆ω
Ω
m тут дорівнює добутку ∆ϕm і Ω, тобто, ∆ωm = ∆ϕm Ω, тому
m ∆ω
= m ∆ϕmΩ
ϕ = = ∆ϕm . Таким чином, тут індекс фазової модуляції ∆mϕ
Ω Ω
чисельно дорівнює девіації фази в радіанах. А це приводить до того, що
смуга пропускання ∆ = 2Ω(mϕ + 1), а при mϕ >>1 ∆ω = 2Ωmϕ . Видно, що
смуга пропускання пропорційно залежить від частоти модуляції Ω і є
стабільною величиною на відміну від спектра ЧМ-коливання, що є значним
його недоліком.
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 52
3.4 Розробка помножувача частоти
Відомо, що для збільшення потужності випромінювання антени
радіопередавача Ра необхідно збільшувати частоту в каналі несучої. Тому в
радіопередавачах дуже часто використовується кратне помноження частоти
автогенератора, оскільки вимога стабільності його коливань не дозволяє мати
високу частоту генерації (десятки мегагерц). Тому помножувачі частоти
дозволяють збільшити частоту несучої в кілька разів, причому, ступенів
перемноження частоти може бути декілька. Помножувачі частоти (ПЧ), як
правило, в схемі радіопередавача ставляться після буферного каскаду БК
(рис. 3.7а).

Рис. 3.7. Помножувач частоти в структурній схемі радіопередавача і принцип
одержання вищих гармонік.
Принцип дії помножувача частоти полягає в тому, що активний
елемент ГЗЗ ставиться в нелінійний режим другого роду, в результаті чого
струм його вихідного кола являє собою послідовність косинусоїдальних
імпульсів, які, як відомо, можна розкласти на першу, другу, третю і т.д.
гармоніки (рис. 3.7б). Якщо у вихідне коло активного елементу ввімкнути
коливальну систему (наприклад, паралельний контур чи резонатор),
настроєний на вищу, помножену в n раз, гармоніку nω, то на його опорі буде
виділена напруга цієї гармоніки Unω = Inω · Rер, оскільки, наприклад, опір
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 53
паралельного контуру Rер найбільший на резонансній частоті (рис. 3.7в), а на
сусідніх частотах цей опір близький до нуля. Тому вихідна напруга
помножувача частоти фактично буде напругою з частотою, кратною
помноженiй, оскільки при

наявності в струмі багатьох гармонік, їх падіння, крім nω, фактично
дорівнює нулю.
Рівень вихідної напруги Unω визначається також кутом відсічки вихідного
струму, оскільки амплітуда кожної гармоніки дорівнює: І1m= α1 Іm, І2m = α2
Іm, І3m = α3 Іm, І4m = α4 Іm.
Коефіцієнти розкладання А. I. Берга α1, α2, α3, α4, … αn залежать від
кута відсічки струму Ө, і якщо уважно проаналізувати їх хід, то виявляється,
що α1 має максимальне значення 0,54 при Ө = 120°, α2 має максимальне
значення 0,28 при Ө = 60°, α3 має максимальне значення 0,18 при Ө = 40°, α4
має максимальне значення 0,17 при Ө = 30° і т.д.
Таким чином, оптимальний кут відсічки Өopt, при якому амплітуда
помноженої гармоніки найбільша, дорівнює:
Өopt = 120°/n,
де n – коефіцієнт помноження частоти. За принципом побудови
помножувачі частоти поділяються на два види: резонансні і параметричні.
Резонансні помножувачі частоти будуються на принципі резонансного
підсилювача з використанням біполярного чи польового транзистора, у
вихідне коло якого ввімкнений паралельний контур, настроєний на частоту
помноженої гармоніки nω. Транзистор помножувача повинен бути
поставлений в нелінійний режим (режим відсічки).
Схеми таких помножувачів частоти представлені на рис. 3.8.
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 54

Рис. 3.8. Резонансні помножувачі частоти.

У схемі на біполярному транзисторі (рис. 3.8а) режим відсічки
реалізований за допомогою базового дільника R1R2, а також дільника емітера
R3Rе, які задають позитивний потенціал бази і емітера (при Ө < 90° потенціал
бази повинен бути меншим, ніж емітера). Подача на вхід Uω приводить до
появи в колекторному струмі гармонік, на одну з яких настроєний
паралельний контур LкCк. При значній добротності цього контура ним
виділяється напруга помноженої гармоніки Unω. Опір контура Rер на
частотах сусідніх гармонік практично дорівнює нулю (рис. 3.8а), тому
коливальним контуром LкCк легко виділяється помножена гармоніка nω,
вихідна напруга якої Unω = Іnω · Rер є практично синусоїдальною.
У схемі помножувача частоти на польовому транзисторі (рис. 3.8б)
режим відсічки реалізований за допомогою витокового дільника RRв.
Оскільки нульовий потенціал затвору ПТ реалізується опором затвору,
то подача позитивної напруги на виток ПТ і його зміна при зміні опору
дільника дає можливість змінювати кут відсічки стокового струму і
визначити його оптимальну величину. Якщо добротність контуру LкCк
незначна і його резонансна характеристика похила (рис. 3.8б), то при
настроєнні його, наприклад, на частоту 3ω високий рівень першої та другої
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 55
гармоніки (із-за великої величини α1 і α2) буде спотворювати форму
вихідного сигналу, оскільки не можуть бути подавлені контуром. Тому в
практичних схемах заважаючі гармоніки можуть бути закорочені на корпус
через послідовнi контури Lp1Cp1, Lp2Cp2, які мають дуже малий опір на своїх
власних резонансних частотах та ω і 2ω. Іноді їх називають режекторними
фільтрами. Вони не спотворюють вихідний сигнал, оскільки на частоті 3ω
мають великий опір.

Рис. 3.9. Частотні характеристики коливальних контурів помножувачів
частоти.
У вигляді помножувача частоти може бути використана двотактна
схема, в якій, як відомо, в навантаженні складаються перша і всі непарні
гармоніки, а в загальному проводі живлення складаються друга і всі парні
гармоніки. Якщо контур ввімкнути в провід живлення (рис. 3.8в) і настроїти
його, наприклад, на четверту гармоніку сигналу, то цю гармоніку легко
виділити без додаткових режекторних фільтрів, оскільки сусідні третя і п'ята
гармоніки відсутні (рис. 3.9в).
На рис. 3.8г зображена схема потроювача частоти (в практичних
схемах радіопередавачів таких схем помножувачів може бути декілька),
основна (третя) гармоніка вихідної напруги U3ω виділяється паралельним
контуром СвихL4C4. Режекторними фільтрами L2C2 і L3C3 подавляються перша
і друга гармоніки в вихідній напрузі. Вхідним контуром L1C1 (разом з Свих)
проводиться додаткове очищення вхідного сигналу, який подається з
попереднього ступеня помноження частоти.
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 56
Параметричні помножувачі частоти використовують нелінійність
параметру елементів, які входять в схему помножувача. Такі схеми
помножувачів застосовуються в діапазоні сотень мегагерц, оскільки
резонансні помножувачі ізза високої частоти і значної ємності між виходом і
входом польового чи біполярного транзистора Спр створюють значне
проникнення вхідної напруги Uω на вихід помножувача (рис. 3.10а). Тому на
цих частотах використовують спеціальні нелінійні елементи, які мають Спр <
0,01 пФ. До них відносяться спеціальні діоди, варикапи та варактори.
При виборі робочої точки А на вольт-амперній характеристиці
помножувального високочастотного діода при Ід ≈ 0 (рис. 3.10б) подача
синусоїдальної вхідної напруги приводить до появи спотвореного
косинусоїдального імпульсу струму, де є набір гармонік вищого порядку і
необхідно лише виконати завдання по виділенню необхідної гармоніки на
опорі навантаження. Вибір робочої точки А на вольт-фараднiй
характеристиці варикапа (рис. 3.10в) приводить до появи нелінійної
залежності його ємності при подачі синусоїдальної вхідної напруги,
нелінійної залежності його опору c xc ω 1 = і нелінійної залежності струму
через варикап. Тому в нелінійному імпульсі його струму створюється набір

гармонік вищого порядку, одну з яких потрібно виділити на опорі
навантаження.

Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 57

Рис. 3.10. Характеристики нелінійних елементів параметричних
помножувачів частоти.
За принципом побудови параметричних помножувачів частоти їх
розділяють на схеми з паралельним і послідовним ввімкненням нелінійного
елементу.
В паралельній схемі параметричного помножувача частоти діод чи
варикап ввімкнено паралельно вхідній напрузі Uω (рис. 3.11).

Рис. 3.11. Паралельна схема параметричних помножувачів частоти.
Контур L1C1 настроєний на частоту вхідного сигналу і необхідний для
додаткової фільтрації частоти вхідної напруги ω, якщо цей каскад є
наступним ступенем помноження частоти радіопередавача. Оскільки
попередній каскад помноження частоти може не повністю подавити
заважаючi гармоніки, то послідовний контур L1C1 подає вхідну напругу Uω на
нелінійний елемент тільки частоти ω, оскільки для всіх інших частот його
опір дуже великий.

Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 58

У схемі параметричного діодного помножувача (рис. 3.11а) вибір
робочої точки на початку вольт-амперної характеристики здійснюється за
допомогою

джерела живлення Е, де послідовно з діодом VD1 ввімкнений опір 10…100
кОм. Це дозволяє задати режим помножувального діода і заблокувати
резистором R закорочення змінної напруги на аноді VD1 через джерело
живлення Е. У схемі параметричного помножувача частоти на варикапі (рис.
3.11б) вибір робочої точки здійснюється за допомогою джерела живлення Е.
Загороджуючий дросель Lдр призначений для подачі зворотньої напруги на
варикап і блокує закорочення змінної напруги на катоді варикапа.
Подача вхідної напруги Uω на нелінійний елемент через послідовний
контур L1C1 призводить до появи нелінійного струму, значного числа вищих
гармонік в його складі, появи падіння напруги цих вищих гармонік на
внутрішньому опорі діоду чи ємності варикапа. Для подачі необхідної
помноженої гармоніки nω на вхідні клеми потрібно послідовний контур L2C2
настроїти в резонанс на цю частоту, і, оскільки він має незначний опір для
цієї частоти, то вихідна напруга Unω може бути подана без значного
послаблення на вихід, а інші гармоніки на вихід потрапити не можуть,
оскільки послідовний контур для них має значний опір. Перевагою
послідовної схеми параметричного помножувача частоти є те, що один з
електродів нелінійного елементу в схемі заземлений, що дозволяє в металевій
конструкції помножувача надійно закріпити його на корпусі і просто
вирішити питання тепловідводу.
У послідовній схемі параметричного помножувача частоти нелінійний
елемент відносно до вхідної напруги Uω ввімкнено послідовно (рис. 3.12).
Вхідний паралельний контур L1C1 послідовної схеми параметричного
помножувача частоти призначений для додаткової фільтрації вхідної напруги
Uω і настроєний на частоту ω. Якщо схема є наступним ступенем
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 59
помноження частоти, то на виході попереднього каскаду помноження можуть
бути, крім основної частоти ω, заважаючi частоти. Так як на резонансній
частоті паралельний контур L1C1 має найбільший опір, то на вході
помножувача частоти відкладається лише напруга з частотою ω, оскільки для
інших частот опір контура близький до нуля.

Рис. 3.12. Послідовна схема параметричних помножувачів частоти.
Режим помножувального діода в схемі послідовного помножувача
частоти (рис. 3.12а) реалізується закороченням його аноду і катоду на корпус
через індуктивності L1 і L2. При необхідності зміни режиму схема повинна
мати джерело живлення. Режим варикапа в схемі помножувача частоти (рис.
3.12б) здійснюється за допомогою окремого джерела живлення Е, постійна
напруга якого на варикап подана через L1 та L 2.
Подача вхідної напруги Uω призводить до появи нелінійного струму
через VD1 і контур L2C2, з якого знімається вихідна напруга Unω. Оскільки
контур L2C2 настроєний на частоту nω, то на ньому виділяється напруга саме
цієї частоти, для всіх інших частот паралельний контур має опір, близький до
нуля.
Перевагою послідовної схеми параметричного помножувача частоти є
те, що при використанні на високих частотах у вигляді паралельних контурів
резонаторів корпус вихідного резонатора може бути заземленим.
Недоліком параметричних помножувачів частоти є те, що такі схеми не
мають підсилення і коефіцієнт їх корисної дії менший одиниці.
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 60

Висновки розділу 3
В цьому розділі було виконану практичне проектування радіо-
пристрою.
Була спроектований базова (затворна) амплітудна модуляція, наведена
її практична схема та графіки її роботи. Описана її робота, елементна база.
Перевага цього методу є економність, оскільки електрод активного
елемента чутливий і не споживає потужності. Недоліком цього методу є
низька ефективність використання активного елемента при
недонапруженому режимі і низький коефіцієнт корисної дії.
Був спроектований частотний модулятор на варикапах, наведена її
практична схема та графіки її роботи. Описана її робота, елементна база.
Така схема має незначну девіацію частоти, оскільки зміна ємності варикапа.
невелика.
Був спроектований фазовий модулятор, наведена математична частина
її роботи.
Відмінно від частотної модуляції смуга пропускання пропорційно залежить
від частоти модуляції і є стабільною величиною на відміну від спектра ЧМ-
коливання, що є значним його недоліком.
Був спроектований помножувач частоти, наведено практичні схеми та
графіки їх роботи. Детальний опис роботи всіх схем також присутній.
Проведена робота надала змогу скомпонувати 3 види модуляції в
одному радіо-приладі.
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 61
РОЗДІЛ 4
ОХОРОНА ПРАЦІ

4.1 Аналіз шкідливих та небезпечних факторів, що виникають в
приміщенні проектно-експериментального відділу

В даному розділі бакалаврської роботи розглядаються можливі
шкідливі фактори, які можуть впливати на працівника, що працює в
приміщенні проектно-експериментального відділу при розробці радіо
передавального пристрою.
Для виконання поставлених задач опрацьовується значна кількість
теоретичного матеріалу, що звичайно, викликає потребу у використанні
сучасного персонального комп’ютера. Тому потрібно забезпечити безпечну
та продуктивну організацію праці працівника, що працює з комп’ютерною
технікою у відділу.
Для того щоб запобігти негативному впливу на працівника потрібно
звернути особливу увагу на фактори виробничого середовища, які
безпосередньо впливають на дослідника.
При виконанні досліджень персональний комп’ютер (ПК)
використовується для проведення розрахунків та формування відповідної
документації. За ПК працівник проводить не більше 4 годин на день з
перервою не менше 1 години. Виконання багатьох операцій в відділу
призводить до тривалої статичної напруженості м'язів спини, шиї, рук і ніг,
що приводить до швидкого розвитку стомлення. Основними причинами
такого стомлення є: нераціональна висота робочої поверхні столу і сидіння,
відсутність опорної спинки і підлокітників, незручні кути згинання в
плечовому і ліктьовому суглобах, кут нахилу голови, незручне розміщення
документів, монітора, клавіатури, неправильний кут нахилу екрана,
відсутність простору і підставки для ніг.
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 62
За рівнем фізичних навантажень робота за комп’ютером
класифікується як легка фізична робота (категорія І) – робота з витратою 120
– 150 ккал/год – категорія І а.
У відділу розташовано п’ять робочих місць обладнаних комп’ютерною
технікою. Для забезпечення комфортної роботи персоналу столи мають
довжину 140 см і ширину 70 см, що задовольняє санітарним нормам. Стільці,
що змінюються за висотою, з напівм'яким сидінням, дозволяють здійснювати
поворот сидіння і спинки стільця в межах 360°. Висота сидіння регулюється в
межах 42-55 см. Фактична відстань очей до монітора дорівнює 0,6-0,7 м.
Отже, робоче місце відповідає ДСТУ 8604:2015.
Розміри відділу становлять: довжина 7 м, ширина 4 м, висота від
підлоги до стелі 3 м, загальна площа аудиторії 28 м2, площа яка припадає на
одну людину становить 5,6 м2. Об’єм приміщення складає: 84 м3, об’єм, який
припадає на одну людину становить 16,8 м3, розміри приміщення за площею
не відповідають вимогам ДБН В.2.2-28-2010 «Будинки адміністративного та
побутового призначення».
Велике значення має система освітлення відділу. Під час роботи
дослідник працює з даними, які виводяться програмним забезпеченням на
екран монітору. Найменша розрізненість об’єкту (в даному випадку
об’єктом розрізнення і фоном є: текст на моніторі та власне фон монітора,
текст на аркуші паперу та аркуш, букви на клавіатурі і клавіатура) складає
від 0,15 до 0,3 мм, це відповідає високій точності зорової праці. Розряд
зорової праці – ІІ, підрозряд – Г. Контраст відмінності об’єкту з фоном -
великий.
При роботі з комп’ютером використовувалося приміщення з
однобічним природним освітленням. Розмір вікна приміщення становить
2×1,5 м. Робочі столи розміщені так, що природне світло потрапляє в
приміщення спереду. Вікно завішене шторами, які запобігають виникненню
відблисків, затемнених плям на моніторах при попаданні прямого світла.
Згідно з нормами освітлення ДБН В.2.5.28–2018 «Природне і штучне
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 63
освітлення» коефіцієнт природного освітлення (КПО) для даного типу
зорової праці дорівнює 1,5%. Робоче місце розташоване на відстані 0,3м
від вікна і в цій точці значення КПО становить 28-35 %. Отже, рівень
природного освітлення є достатнім.
Штучне освітлення створюється світильниками з люмінесцентними
лампами. Освітлювальні установки забезпечують рівномірне освітлення по
всій робочій зоні, відсутність глибокої і різкої тіні, постійність освітлення в
часі. Джерела світла по відношенню до робочих місць слідує розмістити
таким чином, щоб уникнути попадання в очі прямих світлових потоків.
Фактичне значення штучного загального освітлення складає 360 лк, а
нормативне значення – 300 лк. Отже, рівень штучного освітлення відповідає
нормативним значенням згідно ДБН В.2.5.28–2018 «Природне і штучне
освітлення».
Істотне значення мають параметри мікроклімату в приміщенні,
оскільки безпосередньо впливають на роботу та здоров’я працівника.
Фактичні значення основних параметрів мікроклімату наступні:
1) Температура повітря:
- в теплий період року 22 – 24 ˚С;
- в холодний період року 15 – 18 ˚С;
2) Вологість повітря:
- в теплий період року 45-60 %;
- в холодний період року 40-50 %;
3) Швидкість руху:
- в теплий період року – 0,1 м/с;
- в холодний період року – 0,1 м/с.
Згідно ДСН 3.3.6.042–99 «Санітарні норми мікроклімату виробничих
приміщень» нормативні значення основних факторів мікроклімату наступні:
1) Температура повітря:
- в теплий період року 22 – 28 ˚С допустима (оптимальна 23 – 25 ˚С);
- в холодний період року 21 – 25 ˚С допустима (оптимальна 22 – 24 ˚С);
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 64
2) Вологість повітря:
- в теплий період року 40-60 %;
- в холодний період року 40-60 %;
3) Швидкість руху:
- в теплий період року – 0,1 м/с (допустима – 0,1...0,2 м/с);
- в холодний період року – 0,1 м/с (допустима – менше 0,1 м/с).
З вище наведених даних мікроклімату видно, що лише показники
температури в холодний період року не задовольняють норму згідно ДСН
3.3.6.042 – 99.
Також важливе значення має параметр шуму. Персональні комп’ютери
створюють на робочих місцях працюючих шум, рівень якого досягає 45-48
дБА. Згідно ДСН 3.3.6.037–99 «Санітарні норми виробничого шуму,
ультразвуку та інфразвуку» цей рівень повністю відповідає нормативному
рівню, який становить 50 дБА. Тому, фактичне значення шуму не перевищує
допустиме, а отже негативно не впливає на працівника.
Основними джерелами електромагнітного поля на робочих місцях є
монітори комп’ютерів, а також системні блоки. Найбільше впливає
електромагнітне поле на органи зі слабкою терморегуляцією, що мають
недостатню кількість кровоносних судин або слабкий кровообіг. До таких
органів відносяться: головний мозок, око (кришталик), шлунок, сечовий
міхур і т.п. Функціональні зміни виявляються в передчасній стомленості,
млявості, головному болі. При систематичному опроміненні спостерігається
зміна кров'яного тиску (гіпертонія, гіпотонія), уповільнення пульсу, трофічні
явища (випадіння волосся, ламкість нігтів, лущення шкірного покриву).
Величина напруженості, що живить комп’ютерне обладнання 220В, і
споживана потужність менше ніж 3700 Вт, що не перевищує нормативне
значення, визначене в ДСН 198 «Державні санітарні норми і правила при
виконанні робіт в невимкнених електроустановках напругою до 750 кВ
включно» та ДСН 239-96 «Державні санітарні норми і правила захисту
населення від впливу електромагнітних випромінювань».
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 65
Електропроводка живлячої мережі в приміщенні відділу виконанна
мідним кабелем і прокладена під шаром штукатурки, що забезпечує захист
працюючих у відділу від доторкання до оголених проводів у випадку їхнього
пошкодження. Обладнання встановлене в приміщенні живиться напругою
220В і споживає потужність 3700 Вт. Деяке обладнання, зокрема
персональний комп’ютер, має металевий корпус, тому згідно з ДСТУ Б В.2.5-
82:2016 у відділу передбачена система захисного заземлення.
Інструктаж з техніки електробезпеки складений згідно НАОП 1.1.10-
4.09-87 «Програми навчання безпеки праці робітників, до професій яких
пред'являються підвищені вимоги з техніки безпеки». Вступний інструктаж
проводиться з усіма працівниками, які щойно прийняті на роботу (постійну
або тимчасову) незалежно від їх освіти, стажу роботи за цією професією або
посади. Первинний інструктаж проводиться на робочому місці до початку
роботи на робочому місці. Інструктаж проводить інженер по техніці безпеки,
відповідно до НАОП 0.00-4.12-05 «Типове положення про навчання з питань
охорони праці».
Відділ за вибухопожежонебезпекою відноситься до приміщень типу В,
згідно з ДСТУ Б В.1.1-36:2016. В даному відділу забезпечуються необхідні
заходи щодо протидії виникнення пожежно-небезпечних ситуацій згідно з
НАПБ А.01.001-2004 «Правила пожежної безпеки в Україні»:
- будівельні конструкції необхідного ступеня вогнестійкості. Стіни
виготовлені з цегли, оштукатурені та пофарбовані водоемульсійною фарбою.
Стеля виготовлена методом перекриття приміщення залізобетонними
плитами, а підлога з кахельної плитки. Всі матеріали застосовані для
будівництва та оздоблення відділу пройшли перевірку і були дозволенні
органами державного санітарно-епідеміологічного нагляду.
- приміщення обладнане порошковим вогнегасником ВП-5, який
знаходиться на стіні біля дверей з вільним доступом до нього, відповідно до
Правил експлуатації вогнегасників.
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 66
- план евакуації розміщений на стіні з вільним доступом до неї. Для
попередження пожежі у відділу використовується електрична пожежна
сигналізація POLON 4000 та теплові датчики типу (ИПД-1) у кількості 4 шт.
Інструкції на випадок пожежі складенні відповідно до НАПБ А.01.001-
2014 «Правила пожежної безпеки в Україні».
Після проведення аналізу відділу та умов праці за робочим місцем
можна зробити висновок, що всі фактори роботи в даному приміщенні
являються сприятливими окрім системи опалення. Тому пропонується
замінити систему опалення, щоб параметри мікроклімату відділу відповідали
нормам ДСН 3.3.6.042–99.

4.2 Модернізація системи водяного опалення відділу

Основний поділ опалювального обладнання ґрунтується на способах
передавання тепла нагрівальними приладами до опалюваних приміщень.
Опалювання поділяється на опалювання випромінюванням та
конвекційне. Цей поділ виникає з пропорції потоку тепла, яке віддається
через нагрівальні прилади до приміщення.
На рисунку 7.1 подані різні системи опалення, упорядковані згідно з
відсотковими пропорціями тепла, яке віддається випромінюванням (Р) і
конвекцією (К).
Типовими випромінюючими нагрівачами є:
- випромінювачі;
- випромінюючі смуги;
- площинні нагрівальні системи (стельові, стінні та підлогові).
Конвекційними нагрівачами є:
- нагрівальні прилади з чавунних та сталевих ланок,
- конвектори.
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 67

Рисунок 4.1 - Види опалення упорядковані згідно з часткою тепла,
відданого випромінюванням Р і конвекцією К.

Повітряне обігрівання, в тому числі вентиляторні конвектори, є майже
100-відсотковим конвекційним обігріванням.
Коментуючи цей графік, необхідно звернути увагу на лінію, позначену
«людина», яка визначає зміну пропорцій тепла, що віддає людина в
приміщенні, залежно від використаних нагрівальних приладів. Тому при
випромінюючих нагрівальних приладах в результаті підвищення середньої
температури у приміщенні, зменшується частка тепла, яку тратить людина,
шляхом випромінювання і навпаки.
Питання, який вид обігрівання приміщень є корисніший -
випромінюванням чи конвекцією, — постійно сприяє новим технологічним
розв’язкам. Наприклад, це стосується встановлення продуктивності (к.к.д.)
енергетичного випромінювання тепла визначеного типу нагрівального
приладу або радіусу теплової дії нагрівального приладу.
Ці два види постачання тепла дають різні результати, які практично
можуть викликати приємні відчуття або тепловий дискомфорт.
Наприклад, відчуття людиною втрати тепла внаслідок випромінювання
в напрямку холодних площин (з поверхні пічки) не може компенсуватися за
рахунок більш інтенсивного поглинання випромінювання інших частин тіла.
У такому випадку міняємо позицію нашого тіла відносно джерела
тепла. Крім того, інтенсивний рух повітря (навіть досить нагрітого по
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 68
відношенню до температури в приміщенні) при тепловому відчутті можна
відбирати як неприємний охолоджуючий потік.
Якщо в опалюваному приміщенні є умови для доброго самопочуття, то
температура повітря значно не відхиляється від середньої (можливо
рівномірної) температури повітря оточуючих поверхонь, а температура
нагрівальних поверхонь не надто перевищує температуру тіла людини.
Тому частіше надають перевагу площинному, низькотемпературному
опаленню.
Підвищення температури нагрівального приладу, тобто концентрація
джерела тепла в приміщенні, приводить до інтенсифікації та зонування
випромінювання тепла, збільшуючи або інтенсивність теплового
випромінювання, або швидкість руху повітря в приміщенні. Очевидно, що
при встановленні температури нагрівальних приладів не можна
перебільшувати, бо навіть температура поверхні нагрівальних приладів
порядку 80-90 °С, крім погіршення умов доброго самопочуття, не є
безпечною для здоров’я.
Обмеження температури поверхні нагрівальних приладів викликане
тим, що при температурах вищих від 60 °С розпочинаються процеси сухої
дистиляції органічних рідин та припікання їх на поверхні нагрівального
приладу. Продукти цих процесів подразнюють слизові оболонки верхніх
дихальних шляхів, викликаючи відчуття сухості, особливо неприємні при
заниженій відносній вологості повітря в приміщенні під час морозів.
В даний час використовуються декілька типів радіаторів: алюмінієві,
біметалічні, чавунні, сталеві конвектора.
Радіатори водяного опалення діляться на дві групи:
− секційні-чавунні, алюмінієві, біметалічні (з алюмінію і сталі);
− панельні-сталеві.
Чавунні секційні радіатори стійкі до корозії, володіють великою
тепловою потужністю на одиницю довжини приладу і можуть
застосовуватися в системах опалення з низькою якістю теплоносія.
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 69
Альтернативою чавуну є алюміній, з якого виробляються більш ефектні
на вигляд і менш металомісткі алюмінієві або біметалічні (сталь + алюміній)
радіатори. Гідність цих опалювальних приладів в тому, що вони прогрівають
приміщення швидше, ніж чавунні радіатори, і добре керуються
термостатичним вентилями.
Біметалічні радіатори зовні схожі на алюмінієві, але завдяки
застосуванню сталевих труб, всередині кожної секції, витримують
внутрішній тиск до 25 атм. і вище. Потужність кожної секції (при висоті 500
мм) 160 Вт. Застосовуються, як правило, для облаштування міських квартир.
Сталеві панельні радіатори середні за теплопровідністю між чавунними
і алюмінієвими радіаторами. Панельні радіатори виконуються з
штампованих, стійких до корозії сталевих листів, утворюють ряд
вертикальних паралельних каналів, які об'єднуються горизонтальним
колектором. Радіатори виконуються однорядні, дворядними, трьохрядний, з
ребрами і без нього. При цьому кожен радіатор покритий багатошарової
термостійкою емаллю.
Обчислення тепловитрат в приміщенні:

Q = S∙T/R, (7.1)

де Q - тепловтрати через перешкоду, Вт;
S - площа перешкоди, м2;
Т - різниця температур між внутрішнім та зовнішнім повітрям, 50°С;
R - значення теплоопору перешкоди, м2·°С/Вт.
Розраховуємо тепловтрати через стіни. Тепловтрати через зовнішню
стіну - R = 0,712 - опір теплопередачі стіни завтовшки в 2 цеглини (50 см).
Площа стіни Sстіни = 7 ⋅3−1,3 ⋅ 2 ⋅ 4 =18,4 м2

Q 18,4 ⋅50
1 = =1292
0,712 Вт
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 70

Тепловтрати через вікна: R = 0,37 - опір теплопередачі звичайного
вікна з подвійною рамою. Площа вікна Sвікна =1,3 ⋅ 2 = 2,6 м2.

Q 2,6 ⋅5 ⋅50
2 = =1757
0,37 Вт

З урахувань втрат на вентиляцію (25%):

Q = (1292 +1757) ⋅1.25 = 3811,25Вт

Для підтримання оптимальної температури повітря в приміщенні в
холодну пору року потрібна система опалення потужністю не менше 3811,25
Вт.
Згідно отриманих даних обираємо алюмінієвий радіатор ELSOTERM
JET - 500. Представлений алюмінієвий радіатор має високу тепловіддачу і
опалює будь-яке приміщення краще в порівнянні з чавунними радіаторами.
Має універсальний дизайн. Алюмінієві радіатори найчастіше випускаються у
вигляді секційної конструкції, яка чудово вписується в будь-який інтер'єр і
головне, допомагає зберегти чистоту приміщення завдяки простому і
зручному поверхневому очищенню. Пристосовані до українських умов
експлуатації, можуть працювати в системах опалення з високим тиском. З
характеристик можна відмітити легкість монтажу і підключення до будь
запірно-регулюючої арматури.
Основні технічні показники однієї секції радіатора:
- робочий тиск - 18 атм;
- обпресувальний тиск - 24 атм;
- тиск на розрив - понад 40 атм;
- максимальна температура теплоносія - 120 °С;
- ph-фактор - 7-8;
Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 71
- тепловіддача - 181 Вт;
- маса - 1,25 кг;
- обсяг води секції - 0,45 л;
- габаритні розміри: висота - 580 мм, довжина - 80 мм, глибина - 85 мм;
- міжосьова відстань - 500 мм.
Враховуючі потрібну потужність системи опалення 3811,25 Вт та
тепловіддачу однієї секції радіатора – 181 Вт, можна зрозуміти, що для
компенсації тепловтрат в приміщенні відділу необхідно встановити: 3811,25 :
181 = 22 секції. Найбільш оптимальним варіантом буде встановлення двох
радіаторів по 11 секцій.

Рисунок 4.2 - Алюмінієвий радіатор ELSOTERM JET - 500

Радіатор пофарбований електростатичним методом. При нагріванні він
не виділяє шкідливих речовин. Радіатор можна встановити на стіну, не
знімаючи при цьому захисної коробки. Це дозволить захистити його від
механічних пошкоджень, пилу і бруду при проведенні ремонтно-
оздоблювальних робіт.

Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 72
Висновок розділу 4

Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 73
ВИСНОВКИ
Проведена робота надала змогу виготовити діючий стенд який
забезпечує навчальний процес з дисципліни «Генерування та формування
сигналів». Передавач надає змогу проводити лабораторні роботи по
генеруванню та формуванню сигналу з можливістю переключення типів
генератора та методів модуляції не змінюючи навчальний стенд. Це
забезпечує високу ефективність при навчанні, зменшує затрати часу на пере-
обстановку робочого місця, підвищує варіативність лабораторних робіт,
зменшує ризик неправильного підключення елементів. Так як стенд
виконаний у виді нерозбірного стенду з управлінням тумблерами для зміни
генераторів та форм модуляції, контакту з платами та елементами немає, що
значно підвищує надійність стенду.

Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 74
Список використаної літератури
1. Радіопередавальні пристрої [Текст] : навч. посіб. / В. М. Ткачук, С. М.
Цирульник, Т. А. Петренко. - Вінниця : Т. П. Барановська, 2015. - 187 с
2. Вимоги безпеки до електричного устаткування для вимірювання,
керування та лабораторного застосуваня. Частина 1.Загальні вимоги
IEC 61010-1:2005 — К.: Держспоживстандарт України, 2008 — 96 с. :
табл. (Національний стандарт України).
3. Правила безпечної експлуатації електроустановок споживачів
ДНАОП0.00-121-98 —1С Основа,1998. — 380 с.
4. Зайцев А.А., Миркин А.І., Мокряк В.В .: під ред. Голомедова А.В.
«Напівпровідникові прилади. Транзистори малої потужності »М.:
Радио и связь, кубки-а 1995.- 384 с.
5. Радіоелектронна апаратура і прилади: Монтаж регулювання:
Підручник для поч. проф. Освіти / Галина Володимирівна Ярочкина. -
2-е изд., Стер. - М .: Видавничий центр «Академія», 2004. - 240 с.
6. Довідник трансформатори для побутової та офісної апаратури. Автор
А.В. Куневич, І.М. Сидоров, С.В. Скорняков.
7. Снєгірьов І.А. СВ-передавач. Радиоконструктор 01-2006.
8. Каганов В.І. Радіопередавальні пристрої: Підручник для середовищ.
проф. освіти - М .: ІРПО: Видавничий центр «Академія», 2002. - 288.
9. Карлащук В.І. Електронна лабораторія на 1ВМ РС. М .: Солон-Р,
2000.- 506 с.
10. Каганов В.І. Радіопередавальні пристрої: Підручник для СПО-М:
ІРПО: Видавничий центр «Академія», 2002 - 288 с.
11. Колонтаївський Ю.Ф. Радіотехніка: Навчальний посібник для СПТУ-
М: Вища. Шк., 1988-304 с.
12. Мікросхеми, діоди, транзистори: Довідник - М .: машинобудування,
1994 р.-368 с.

Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 75

ДОДАТКИ

Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 76

Помножувач

Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 77

Буферний каскад

Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 78

Фазовий модулятор

Лист
СКРТ88.02018063.248 ПЗ
Змін. Лист № докум. Підпис Дата 79

ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets