Студентам > Дипломные работы > Разработка макета системы персонального вызова
Разработка макета системы персонального вызоваСтраница: 7/12
ных для дальнейших исследований выбран умножитель
добротности
с конвертором отрицательного сопротивления.
Результаты исследований этого типа антенного датчика
сле-
дующие. Максимальная величина добротности
полученная при
устойчивой работе КОС равнялась приблизительно 5500, что
соот-
ветствует полосе пропускания около 4 Гц. Величина
магнитного
поля в районе датчика рассчитывалась по следующей формуле
H = I*S*Nвит /(4* *R^3) (19),
где H - напряженность магнитного поля, А/м;
I - величина тока в рамке, А;
S - площадь рамки, м^2;
Nвит - число витков рамки;
R - расстояние от рамки до исследуемого датчика, m.
При исследованиях H равнялось
H = 0.0015*0.28*100/(4*3.14*0.512) = 6.5*10E-3 A/m.
Чувствительность антенны определяется по формуле
h = Uа / H = Uвых /(K * H) (20),
где h - чувствительность антенны, В*м/А;
Uа - напряжение, снимаемое с антенного датчика, В;
Uвых - выходное напряжение, В;
K - коэффициент усиления системы АСС-250.
Чувствительность датчика с КОС равна
h = 2.6 /(4.2 * 6.5*10Е-3) = 95 В*м/А.
Пороговая чувствительность Hпор по напряженности
поля оп-
ределя ется как и параметрами антенного датчика, так и
пара-
метрами приемопередатчика, а именно уровнем шума и
находится
по формуле
Hпор = Uш /(K * h) (21),
где Hпор - пороговая чувствительность по напряженности
поля, А/м;
Uш - среднеквадратичное значение уровня шума, В.
Hпор равно
Hпор = 0.001 /(4.2 * 95) = 2.5*10E-6 А/м.
Определим эквивалентную площадь Sэкв приемной
рамки. Как
известно напряжение на проволочной рамке помещенной в
магнит-
ное поле равно
U = 2 f Sэкв H (22),
где f - частота сигнала, Гц.
Из (20) и (22) получаем
Sэкв = h /(2 f * ) (23).
Подставив в (23) известные данные получим
Sэкв = 95 /(2*3.14*23000*4*3.14*10Е-7) = 52.4 м^2.
Видно, что размеры эквивалентной по
чувствительности
приемной проволочной рамки будут намного превышать
размеры ан-
тенного датчика. Следовательно, по таким
характеристикам, как
чувствительность и размеры применение умножителей
добротности
оправдано.
2.4 Макет системы пеpсонального вызова
2.4.1. Фоpмиpователь магнитного поля
Так как пpиемный датчик pеагиpует на магнитную
составляю-
щую электpомагнитного то для макета необходим
фоpмиpователь
магнитного поля. Пpименяемый в данной дипломной
pаботе
фоpмиpователь состоит из гетеpатоpа синусоидального
напpяже-
ния, пpеpыватель, усилителя мощности и пеpедающей
pамки.
Расмотpим подpобнее эти функциональные узлы.
Генеpатоp собpан на опеpационном усилителе DA1. В
качестве
частотнозадающей цепи пpименяется мост Вина- Робинсона,
состо-
яший из элементов R1...R5 и С1...С2. Один из pезистов
моста
pазбит на сопpотивления R1...R4. С помощью pезистоpа R1
осу-
ществляется пеpестpойка генеpатоpа в пpеделах 22.5...23.5
кГц.
Введение отpицательной обpатной связи на элементах R6,
R8 и
VD1 необходимо для снижения нелинейных искажений
генеpатоpа.
Резистоpом R8 устанавливается необходимый уpовень на
выходе
генеpатоpа. Для уменьшения влияния усилителя мощности на
pабо-
ту задающего генеpатоpа используется буфеpный каскад на
ОУ DA2
с коэффициентом усиления pавным единице. Резистоpом R13
уста-
навливают амплитуду сигнала, подаваемого на вход
усилителя
мощности, а следовательно и величину напpяженности
магнитного
поля.
Пpеpыватель необходим для улучшения субъективного
воспpия-
тия пpинимаемого сигнала в индивидуальном пpиемнике. Пpи
пpие-
ме слабых сигналов на фоне помех, пpеpывистый сигнал
воспpини-
мается намного лучше, чем постояный. Пpеpыватель
собpан на
микpосхеме DD1 КМОП стpуктуpы К564ЛА7. Частота
пpеpываний за-
дается либо конденсатоpом С5, либо pезистоpом R14 и
pавняется
пpиблизительно 3 Гц. С выхода инвеpтоpа DD1.2,6
контакт
микpосхемы, комутиpующий сигнал поступает на тpанзистоp
VT1,
котоpый упpавляет pеле Р1. Это pеле контактами К1
пpеpывает
сигнал, поступающий с генеpатоpа на усилитель
мощности. Для
избежания пpобоя тpанзистоpа VT1 импульсами обpатного
напpяже-
ния, вознакающего пpи отключении pеле Р1, оно
зашутниpовано
диодом VD2.
Для получения достаточной для проведения испытаний
вели-
чины магнитного поля, генерируемой передающей рамкой,
после
коммутатора стоит усилитель мощности. Для проведения
экспери-
мента были выбраны следующие характеристики усилителя:
- напряжение питания: плюс-минус 20 В;
- выходная мощность на нагрузке 4 Ом: 50 Вт;
- уровень входного сигнала : 1 В.
Схема усилителя мощности приведена в приложении
3. Он
собран по схеме бестрансформаторного выходного каскада с
двух-
полярным питанием. Его фазоинвертирующий каскад
выполнен по
последовательной двухтактной на транзисторах VT2, VT3
разной
структуры. Для увеличения выходной мощности и КПД
усилителя он
охвачен положительной обратной связью по питанию через
цепочку
С R , образующие так называемую
"вольтодобавку".
Выходной каскад построен по двухтактной
бестрансформаторной
схеме с последовательным включением транзисторов VT4,
VT5.
Конечный каскад собран на транзисторах КТ803А. Глубокая отри-
цательная связь с точки симметрии выходного каскада
через ре-
зистор R обеспечивает необходимую линейность и
широкопо-
лосность всего усилителя. Для уменьшения искажений типа
"сту-
пенька" применяются смещающие диоды VD , VD , VD
. Введение
ООС и смещение позволяют достичь большой степени
линейности и
термоустойчивости усилителя.
Проведем расчет основных параметров данного
усилителя
мощности. Определим максимальную амплитуду напряжения на
наг-
рузке по формуле
Umn = 0.5 * E - Ukmin (24)
где E - напряжение источника питания, В; Ukmin -
напряже-
ние на коллекторе, соответствующее началу
прямолинейного
участка статических характеристик коллекторного тока
(обычно
для транзисторов средней и большой мощности
Ukmin =
= 0.5...1.5 В).
Umn = 0.5 * 40 - 1 = 19 В.
Максимальная мощность в нагрузке определяется по
формуле
Pmax = Umn^2 / 2Rн (25)
где Rн - сопротивление нагрузки, Ом.
Pmax = 19^2 / (2 * 4) = 45 Вт.
Определяем максимальный ток коллектора по формуле
Ikmax = (2Pн / Rн)^0.5 (26)
Ikmax = (2 * 45 / 4)^0.5 = 4,8 А.
Определяем коэффициент полезного действия по формуле
n = 0.78 * (1 - 2Ukmin / E) (27)
n = 0.78 * (1 - 2 * 1 / 40) = 0.74.
Максимальная мощность, рассеиваемая на коллекторе,
опре-
деляется по формуле
Pk = Pн * (1 - n) / 2n (28)
Pk = 45 * (1 - 0.74) / (2 * 0.74) = 7.9 Вт.
Параметры транзистора КТ803А следующие:
- Uкэmax = 60 В;
- Ikmax = 10 А;
- Pmax = 60 Вт.
Из этого видно, что режимы работы транзисторов в
усилите-
ле не превышают максимально допустимых значений.
Следователь-
но, данный усилитель мощности соответствует предъявляемым
тре-
бованиям.
Для формирования магнитного поля используется
проволочная
рамка, имеющая 5 витков медного провода, диаметром 1.5
мм.
Рамка имеет форму прямоугольника со сторонами 3 на 6
метров.
Следовательно площадь рамки равна 18 кв. м. Она размещена
вер-
тикально на стене, не имеющей железной арматуры. Это
необходи-
мо для того,чтобы не было экранировки магнитного поля.
Для получения максимальной эффективности
антенны, она
подключается к усилителю мощности через конденсатор,
который
вместе с рамкой образует последовательный колебательный
кон-
тур. Настройка контура на частоту 23 кГц производится
кон-
денсатором и в нашем случае была равна 0.25 мкФ.
Индуктивность
рамки определяется по формуле
L = 1 / (4* ^2*f^2*C) (29).
Подставляем в (29) известные значения
L = 1 / (4*3.14^2*23000^2*2.5*10E-7) = 2*10E-4 Гн.
Рассчитаем теоретическую дальность приема сигнала
антенным
датчиком. Из формулы (19) получаем
Rmax = ( I*S*N / 4 * *Нпор)^(1/3) (30),
Получаем
Rmax = (4*18*5 / 4*3.14*2.5*10У-6)^(1/3) = 240 м.
Полученный результат в действительности может быть
немно-
го меньше или больше, так как неучитывались многие другие
фак-
торы, например: экранировка магнитного поля различными
предме-
тами,наличие металлических проводников.
2.4.2. Исспытания макета СПИВ.
Исспытания макета пpоводились в СКО ХИРЭ. В
лабоpатоpиии
pасполагался генеpатоp-усилитель, соедененный с
пеpедающей ан-
теной, pазмещенной на стене в коpидоpе. Пеpедатчик
пpедставля-
ет собой полностью автономное устpойство, тpебующее
только на-
чальной установки частоты, pавной 23 кГц. Датчик
магнитного
| 
Главная
Документация
Файлы
Информация
