Структурные схемы приемников различаются построением тракта радиочастоты ТРЧ, в котором может осуществляться прямое усиление входных сигналов и усиление их с преобразованием частоты.

В приемниках прямого усиления (рис.2.1) ТРЧ содержит входную цепь ВЦ и усилитель поступающего из антенны радиосигнала - так называемый указатель радиочастоты УРЧ. В этом случае все резонансные цепи настроены на частоту принимаемого радиосигнала (радиочастоту), на которой и осуществляется усиление. Входная цепь обеспечивает предварительную частотную селекцию до первого каскада УРЧ, а сам УРЧ - основную частотную селекцию и додетекторное усиление сигналов. Резонансные контуры ВЦ и УРЧ перестраиваются в пределах нужного диапазона рабочих частот. Так как обычно необходимы высокие селективность и усиление (коэффициент усиления по напряжению УРЧ может быть порядка (10⁶.10⁷), то может потребоваться несколько усилительных каскадов и резонансных контуров. Из-за конструктивной сложности реализации перестройки число контуров редко превышает 3.4 При этом усиление на радиочастоте f_с может оказаться неустойчивым, а селективность недостаточной, так как полоса пропускания П колебательного контура с добротностью Q связана с его резонансной частотой f0=fс соотношением П = f₀/Q. При переменной настройке селективность и коэффициент усиления изменяются (с увеличением f_с полоса П расширяется и, следовательно, селективность уменьшается).

Рисунок 2.1 - Схема приемника прямого усиления.

Для уменьшения числа усилительных каскадов и упрощения конструкции в ТРЧ приемников прямого усиления в прошлом широко использовали регенеративные и суперрегенеративные усилители. В приемнике с регенеративным усилителем за счет положительной обратной связи в резонансный контур вносится отрицательное сопротивление, частично компенсирующее потери в нем, что увеличивает коэффициент усиления. Однако такие приемники обладают невысокой устойчивостью, так как работают в режиме, близком к самовозбуждению. При этом возможно проникновение генерируемых колебаний в антенну, а их излучение ведет к усилению помех другим приемникам, что крайне нежелательно с точки зрения ЭМС.

В суперрегенеративном приемнике положительная обратная связь с УРЧ периодически изменяется с некоторой вспомогательной частотой, значительно превышающей частоту модуляции сигнала. При этом в течение части периода вносимое сопротивление становится отрицательным и в колебательном контуре самовозбуждаются колебания. Амплитуды этих колебаний превышают амплитуду принимаемых сигналов в 10⁴ раз и более. Интенсивность их пропорциональна действующим на колебательный контур принимаемым сигналам, т.е. генерируемые колебания, в сущности, являются усиленными сигналами. Суперрегенеративному приемнику, как и регенеративному, свойственны искажения сигналов и интенсивные паразитные излучения, что не отвечает требованиям ЭМС.

Наибольшее распространение получили супергетеродинные приемники (рис.2.2). В них с помощью дополнительного местного гетеродина в преобразователе происходит смещение спектра сигнала в диапазон новых промежуточных частот.

Рисунок 2.2 - Схема супергетеродинного приемника.

Это преобразование должно быть линейным, т.е. не должно сопровождаться искажениями огибающей высокочастотного сигнала. При этом условии результат детектирования усиленного в УПЧ сигнала будет таким же, как и результат детектирования напряжения с выхода усилителя высокой частоты в приемнике прямого усиления. Супергетеродин обладает высокой чувствительностью и селективностью, поскольку усиление осуществляется еще и на промежуточной частоте.

Сигналы частоты f_с преобразуются в преобразователе частоты ПЧ, состоящем из местного автогенератора-гетеродина Г и смесителя частот См, в колебания фиксированной промежуточной частоты f_пр, на которой и осуществляются основное усиление и частотная селекция. Поэтому додетекторный тракт состоит из двух частей - ТРЧ, в составе которого ВЦ и УРЧ, и тракт промежуточной частоты (ТПЧ), включающий ПЧ и усилитель промежуточной частоты (УПЧ).

Из теории нелинейных электрических цепей известно, что преобразователь частоты основан на применении нелинейного элемента, но преобразователь изменяет только частоту сигнала, не влияя на форму модулирующей функции, т.е. действует в отношении принимаемого сигнала как линейная параметрическая цепь.

При подаче на входы преобразователя сигнала с частотой f_с и от гетеродина с частотой f_г на выходе его получают колебания с комбинационными частотами бf_с+в f_г, где б и в равны ±1, ±2,. Резонансная цепь на выходе преобразователя настроена на частоту f_пр, представляющую собой разность (разностное преобразование) или сумму (суммарное преобразование) частот f_с и f_{г (}в отдельных случаях 2f_г, 3f_г и т.д.). При разностном преобразовании f_пр= f_с - f_г или f_пр= f_г - f_с. При б=1, в =-1 имеет место "нижняя" настройка гетеродина, когда f_г<fс, а при б=-1, в = 1 - "верхняя" настройка, когда f_г > f_c. В обоих случаях частоту f_г можно выбрать так, чтобы f_пр была ниже границы диапазона рабочих частот (f_пр<f_{c min}). Иногда частоту преобразуют с переносом спектра сигнала вверх, когда f_пр>f_{c max}. Это возможно как при разностном, так и при суммарном преобразовании. Супергетеродинный приемник в этом случае называют инфрадином. Однако высокую промежуточную частоту обычно приходится затем понижать в другом преобразователе, т.е. в инфрадине применяется неоднократное преобразование частоты.

Если сигналы принимаются в некотором диапазоне частот f_с, для сохранения постоянства частоты f_пр должна соответственно изменяться частота f_г. Это достигается путем сопряжения настройки входной цепи, резонансной цепи усилителя радиочастоты и гетеродина с помощью единого органа управления.

Преобразование переменной частоты принимаемых сигналов f_c в постоянную промежуточную частоту f_пр обеспечивает супергетеродинным приемникам ряд преимуществ:

резонансные цепи тракта промежуточной частоты не нужно перестраивать, что упрощает их конструкцию; благодаря постоянству коэффициента усиления ослабляется зависимость общего коэффициента усиления приемника от частоты настройки;

при преобразовании частоты с переносом спектра сигнала вниз паразитные емкостные и индуктивные обратные связи проявляются слабее; это позволяет увеличить коэффициент усиления без ухудшения устойчивости;

использование пониженной частоты f_пр позволяет сузить полосу пропускания без усложнения конструкции резонансных цепей.

Из сказанного вытекают функциональные различия резонансных цепей радио - и промежуточной частоты:

цепи радиочастоты имеют в большинстве случаев относительно широкую полосу пропускания, в пределах которой помимо спектров радиосигнала могут оказаться помехи соседних каналов. Эти цепи осуществляют предварительную селекцию, поэтому часть приемника, содержащую ВЦ и УРЧ, называют преселектором;

цепи промежуточной частоты имеют полосу пропускания, соответствующую ширине спектра сигнала, и подавляют помехи за пределами этого спектра.

Ориентировочные значения некоторых характеристик РПрУ реализующие различные структурные схемы, приведены в таблице 2.1:

Таблица 2.1 - Ориентировочные значения некоторых характеристик РПрУ.

Приемники супергетеродинного типа позволяют обеспечить узкие полосы пропускания, высокую чувствительность и избирательность в широком диапазоне частот, имеют малый уровень искажений сигнала и хорошую стабильность работы. Однако это достигается значительным усложнением схемы, что с успехом компенсируется использованием специализированных интегральных схем. РПрУ супергетеродинного типа являются основным типом современного приемника.

2.2 Выбор промежуточной частоты

4. Предварительный расчет преселектора

6. Выбор ИМС

Каскады ВЧ тракта (ВхУ, УРЧ, ПрЧ, ФСИ, УПЧ) должны в совокупности обеспечить усиление не менее K_oтреб = 500, то есть необходимо иметь:

K_{o вx}·К_урч·K_{o пp}·K_{o ф}·K_{о упч} ?K_{o треб}.

Расчет сводиться к выбору интегральной микросхемы К174ХА2.

К174ХА2 представляет собой полупроводниковую интегральную микросхему 3-й степени интеграции. Она содержит 34 транзистора, 21 диод и 57 резисторов.

Эта ИС предназначена для работы в трактах АМ сигнала. Она отличается высокой степенью интеграции, и для создания на ее базе законченного функционального узла (тракта АМ сигнала) требуется минимальное количество внешних элементов. Благодаря внутренней стабилизации ИС изменение питающего напряжения в широком диапазоне (4,5-15 В) не оказывает существенного влияния на ее электрические параметры.

Электрические параметры ИМС приведены в таблице 2.2 Принципиальная схема приведена на рисунке 2.3.

Рисунок 6.1 - Принципиальная схема К174ХА2.

Таблица 6.1 - Электрические параметры ИМС К174ХА2.

Предельные эксплуатационные данные:

напряжение питания - 4,8.15В

максимальное входное напряжение - 2В

максимальная температура кристалла - +125° С

температура окружающей среды - 25. +55⁰ С

В ИМС К174ХА2 симметричный резисторный каскад УРЧ построен на транзисторах Т1 и Т2 (см. рисунок 2.2). Напряжение сигнала на эти транзисторы (выводы 1 и 2) подаётся симметрично с помощью катушки L2, связанной с контуром входной цепи. Напряжение питания подается на резисторы R6 и R7 эмиттера Т6, на базу которого подано напряжение, стабилизированное с помощи цепочки R6, Д16-Д21. Транзистор Т6 работают как буфер, уменьшающий нагрузку цепочки диодов. Напряжение питания на коллекторе Т1 и Т2 подается через резисторы R2 и R4 с эмиттера Т16, на базу которого тоже подается стабилизированное напряжение с цепочки R55, Д16-Д21, однако, несколько больше, чем на базу Т6 (приблизительно на 1,3-1,5 В). Подобно Т6, Т16 служит буфером. В проводе эмиттера Т1 и Т2 включены резисторы R10 и R11; они создают отрицательную обратную связь по постоянному току, стабилизирующую режим.

Диоды Д1 - Д4 служат для АРУ; при слабом сигнале Д1 и Д2 заперты и не шунтируют выход каскада, а диоды ДЗ и Д4 открыты, так что отрицательная обратная связь по переменному

току мала; при сильном сигнале Д1 и Д2 открываются и сильно шунтируют выход каскада, а диоды ДЗ и Д4 запираются, так что в каскаде появляется сильная отрицательная обратная связь по переменному току; в результате усиление каскада уменьшается.

На транзисторах ТЗ-Т5 построен УПТ, предназначенный для усиления положительного напряжения, поступающего с детектора системы АРУ на вывод 3.

С выхода УРЧ (с коллектора Т1 и Т2) усиленное напряжение сигнала подается на сигнальный вход смесителя (попарно соединенные друг с другом базы транзисторов Т8, Т9 и Т7-Т10). Гетеродинным выходам смесителя служат базы Т11 и Т 12. Постоянное напряжения на базе Т7-Т10, как и напряжения сигнала, подаются непосредственно с коллектора Т1 и Т2, питание же на базы Т11 и Т12 и на непосредственно соединенные с ними базы транзисторов гетеродина Т15 и Т14 подаётся через резисторы R17 и R18 с дополнительной стабилизацией цепочки R20, Д13-Д15. Дополнительная стабилизация напряжения нужна, конечно, не для смесителя, а для гетеродина.

Напряжения питания на коллекторе Т7 - Т10 подаются с выводов 15 и 16 через подключенные к этим выводам элементы нагрузки. Это два конура промежуточной частоты с катушками L6 и L8; с первого из них колебаний через ПКФ подаётся на вход УПЧ (вывод 12), а со второго на самостоятельный детектор АРУ УРЧ, выход которого соединён с выводом 3 ИМС.

Гетеродин, как уже упоминалось, сроится на транзисторах Т14 и Т15, На коллектор Т15 напряжения питания подается непосредственно с источника без предварительной стабилизации. На коллектор Т14 то же напряжение подается через катушку колебательного контура L3 (схема питания последовательная, включение контура автотрансформаторное). Напряжения обратной связи подается на базы транзисторов (вывод 4.5) с помощью катушки L4. Такая схема построения гетеродина позволяет при несимметричном включении колебательного контура реализовать преимущество двухтактной системы - подавления (существенное ослабление) четных гармоник.

УПЧ включает в себя три одинаковых регулируемых симметричных каскада и симметричный нерегулируемый выходной каскад. Каждый из первых трёх каскадов построен на четырех транзисторах: Т23-Т26, Т27-ТЗО и Т31-ТЗЗ. Два из четырёх транзисторов (Т24 и Т25 в первом каскаде) включены по схеме ОЭ, а за ними следует два (Т23 и Т26), включенных по схеме с ОК (эмиттерные повторители). Такая схема позволяет без помощи разделительных конденсаторов избежать постепенного повышения потенциалов от каскада к каскаду.

База Т25 (вывод 11) с помощью внешнего конденсатора соединяется с корпусом, что исключает обратную связь через R43, R56 по переменному току. Такая же связь через R22; R42 устраняется соединением с корпусом через внешний конденсатор средней точки между этими двумя резисторами. На базу Т24 (вывод 12) подаётся, как уже упоминалось, напряжение с выхода ПКФ. Сопротивление R22 практически равно характеристическому сопротивлению ПКФ; это устраняет надобность в согласующем трансформаторе или контуре.

На первый взгляд представляется не оправданным применение, двух резисторов R43 и R56 вместо одного с тем же сопротивлением. Однако при интегральной технологии изготовление двух резисторов вместо одного практически не увеличивает стоимости, а с точки зрения обеспечения идентичности рассматриваемой цепочки с R22, R42 такое решение, по-видимому, предпочтительно.

Диоды Д7-Д12, подобно диодам ДЗ и Д4 в каскаде УРЧ, служат для АРУ путём изменения глубины отрицательной обратной связи: с усилением сигнала зги диоды запираются и глубина обратной связи растёт. Управление этими диодами осуществляется через УПТ, построенный на транзисторах Т17 - Т19 на базу Т17 (вывод 9) подаётся постоянное напряжение с выхода детектора.

Транзистор Т34 служит для индикации настройки. В провод его эмиттера последовательно с R57 можно включить внешний микроамперметр. По мере усиления сигнала и вызываемого этим уменьшения эмиттерного тока Т17 и, соответственно, падения напряжения на R32, потенциал базы Т34 повышается и эмиттерный ток растет, что и регистрируется микроамперметром.

Выходной каскад УПЧ построен на Т20 и Т21. Резистор R52 стабилизирует режим. Резисторы R53 и R54 выравнивают распределение тока между транзисторами и создают отрицательную обратную связь, уменьшающую нелинейные искажение. Коллектор Т21 соединён с корпусом, а в провод коллектора Т20 (вывод 9) включается выходной контур промежуточной частоты с катушкой L5, с которым связан детектор.

Стабилизированное напряжения питания УПЧ снимается с эмиттера Т13, на базу которого, как и на базу T16, подается стабилизированное напряжение с цепочки R55, Д16 - Д21.

Тракт УВЧ - смеситель УПЧ, построенный на ИС типа К174ХА2, отличается высокой линейностью благодаря наличию отрицательных обратных связей во всех каскадах усиления.

7. Расчет диодного детектора АМ сигнала

Таблица 7.1 Основные параметры диода Д2В

Расчет детектора проводим для режима сильных сигналов. Выбираем сопротивление нагрузки детектора для постоянного тока R_ПТ = 10.20 кОм. Далее рассчитываем значения R₂ и R₁:

, (7.3)

₂=13,02 кОм, R₁ = R_ПТ - R₂. (7.4)

R₁=- Ом

Рассчитываем сопротивление нагрузки детектора для переменного тока с частотой модуляции

R_Н? = R₁ + R₂ R_{ВХ УЗЧ} / (R₂ + R_{ВХ УЗЧ}) (7.5), R_Н? =10,9 Ом

Определяем входное сопротивление детектора

R_{вх. д} = R_ПТ/ (2+3* R_ПТ/r_обр) (7.6)

R_{вх. д}=15000/2,375=6,32 Ом

Выбираем емкость нагрузки детектора из двух условий:

допустимых линейных искажений на максимальной частоте модуляции

, (7.7)

C_н=1,06Ф

малых нелинейных искажений, обусловленных избыточной постоянной времени нагрузки детектора

. (7.8)

C_н=1,62Ф

Из двух значений выбираем меньшее и подбираем стандартные конденсаторы с емкостями:

C₁ = C_Н / 2 (7.9), C₂ = C_Н - C₁ - C_{ВХ УЗЧ (}7.10)

С₁=0,53 Ф, С₂=0,52910^-9 Ф

Определяем емкость разделительного конденсатора, исходя из допустимых искажений в области нижних частот модуляции

. (7.11), С_р=60х10^-6 Ф

Определяем коэффициент фильтрации напряжения промежуточной частоты элементами схемы детектора:

фильтром, образованным R_{ВХ Д}, C₁

K^/_Ф = 6,28 f_ПЧ C₁ R_{ВХ Д} =9,64 (7.12)

фильтром, образованным R₁, C₂

K ^// _Ф = 2 p f_ПЧ (C₂ + C_{ВХ УЗЧ}) R₁ =1,51 (7.13)

общий коэффициент фильтрации

K_Ф = K^/_{Ф *} K ^// _Ф =11,15 (7.14)

Рассчитываем угол отсечки тока диода

(7.15)

sin

и коэффициент передачи детектора

. (7.16)

K_д?=0,398/0,442=0,9

Оцениваем напряжение на входе УЗЧ на средних частотах модуляции

U_{ВХ УЗЧ} = U_{ВХ Д} m_Н K_ДW (R_НW - R₁) / R_Н? =0,91 (7.17)

U_{ВХ УЗЧ}<U_д

8. Характеристика усилителя звуковых частот

Рис.8.1 Расположение и назначение выводов ИМС

Рис.8.2 Типовая схема включения ИМС К174УН9

В зависимости от коэффициента гармоник и полосы пропускания ИМС К174УН9 подразделяются на группы А, Б и В.

Допускается эксплуатация при напряжении питания менее 18 В. При понижении напряжения питания до 5,4 В соответственно снижается ток, потребляемый микросхемой, и выходная мощность

9. Расчет входной цепи

Расчет дополнительных емкостей согласований

(9.10)

(9.11)

(9.12)

где пФ

пФ

пФ

пФ

пФ

Отсюда найдем значения

и :

пФ

пФ

Проверим совместимость конденсаторов:

k_f = f_max/f_min ? (/ ) ^{2 (}9.13)

2,06 ? 2,3

10. Расчет контура гетеродина на ИМС типа К174ПС1

При построении преобразователя частоты с совмещенным гетеродином контур гетеродина к транзисторам ИМС может быть подключен в соответствии со схемой.

Задача расчета - определение коэффициентов включения р_э и р_б, индуктивностей катушек связи L_э и L_б или емкостей С₂, С₃, С₄, обеспечивающих режим автогенерации.

У транзисторов ИМС значение эмиттерного тока при отсутствии генерации ориентировочно I_Э = 0.5 мА.

Выбираем амплитуду первой гармоники эмиттерного тока транзисторов гетеродина, исходя из условия:

(10.1)

Выбираем амплитуду напряжения на контуре гетеродина из условия уменьшения наводок на другие каскады приемника и паразитного излучения:

В

Задаемся значением конструктивной добротности Q_КГ =50, резонансное сопротивление R_0в =2 кОм, частота гетеродина .

Рассчитываем индуктивности контура:

(10.2)

Определяем коэффициент включения контура гетеродина в цепь эмиттеров транзисторов ИМС с учетом шунтирующего действия резисторов R₄ =3,3 кОм, R₅= 3,3 кОм, R₆=1,6 кОм,R₇ =1,4кОм

(10.3)

Где R= ( (10.4)

Рассчитываем коэффициент включения контура между базами транзисторов из условия обеспечения устойчивой работы генератора:

(10.5)

При построении гетеродина по схеме рис.7.10 задаемся суммарной емкостью последовательно включенных конденсаторов C₂, C₃, C₄ приблизительно равной С = (0.07.0.15) C_КГ и рассчитываем

(10.6)

(10.7)

(10.8)

(10.9)

С учетом входных емкостей ИМС C^/₂ и C^/₄ (приблизительно 3.4 пФ) рассчитываем значения:

(10.10)

(10.11)

11. Расчет сопряжения ИС типа К174ХА2 с фильтром

Рассчитываем индуктивность катушки связи

(11.1)

Где L_{k -} индуктивность контура

Индуктивность контура

, (11.2)

где С_к=2200 пФ.

(11.3)

Вычисляем проводимости ненагруженного и нагруженного (эквивалентного) контура

·10^{-6 (}11.4)

(11.5)

=4 (11.6) =220 МГц

(11.7)

(11.8)

Подставляем полученные значения

=0,3

Вывод