Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Радиоприемное устройство состоит из приемной антенны, радиоприемника и оконечного устройства, предназначенного для воспроизведения сигналов. Принимаемые сигналы служат для передачи сообщений или измерения положения и параметров относительного движения объектов. [1]

Радиовещательные приемники (монофонические) принимают одноканальные непрерывные сигналы с AM на длинных, средних и коротких волнах и с ЧМ на ультракоротких волнах. [1]

Радиовещательные приемники предназначены для приема программ звукового вещания и их акустического воспроизведения. В зависимости от основных характеристик, состава диапазонов, а также эксплуатационных удобств радиовещательные приемники делятся на несколько классов. [1]

Различают три основных вида радиовещательных приемников - стационарные, переносные и автомобильные. [1]

Подавляющее большинство радиовещательных приемников - супергетеродинные радиоприёмники, в которых для усиления сигналов, преобразования их по частоте и детектирования используются полупроводниковые приборы (в т. ч. интегральные микросхемы), реже электронные лампы. [1]

Основное усиление полезного сигнала в радиовещательном приемнике осуществляется усилителем промежуточной частоты. Усиление напряжения и затем мощности детектированных колебаний выполняется каскадами усилителя низкой (звуковой) частоты. [1]



1. ВЫБОР И РАСЧЕТ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ ПРИЕМНИКА

1.1 Выбор и построение структурной схемы приемника

В диапазонах гектометровых и более коротких волн транзисторные и ламповые приемники с необходимой селективностью и чувствительностью могут выполняться только по супергетеродинной схеме (рис. 1). Все современные радиовещательные приемники, выпускаемые отечественной и зарубежной промышленностью, являются супергетеродинными. Поэтому будем рассматривать особенности построения и расчета структурной схемы супергетеродинного приемника. Определить оптимальное число каскадов в различных трактах приемника можно только на основании расчета структурной схемы. [1]

Рис.1. Структурная схема супергетеродинного приемника

В супергетеродинном приемнике несущая частота принимаемого сигнала с помощью преобразователя частоты (ПЧ) преобразуется без изменения закона модуляции. Полученный сигнал усиливается усилителем напряжения промежуточной частоты (УНПЧ) и подводится к детектору (Д). Сравнительно простыми техническими средствами промежуточную частоту супергетеродинного приемника можно сделать одинаковой (постоянной) для принимаемых сигналов в достаточно широком диапазоне рабочих частот. Благодаря этому в каскадах УНПЧ оказывается возможным применять сложные избирательные системы, обеспечивающие гораздо лучшую избирательность, чем одиночные контуры. [1]

транзистор селективный каскад радиосигнал



1.2 Расчет структурной схемы приемника АМС

1.2.1 Расчет полосы пропускания приемника

Полоса пропускания супергетеродинного приемника определяется шириной спектра принимаемого сигнала Fcn и нестабильностью частоты несущей сигнала fc, а также частоты гетеродина fг [1]

где bc и bг -- коэффициенты относительной нестабильности частоты сигнала и гетеродина соответственно. Значения (долговременные) для различных схем и режимов работы гетеродинов приведены в табл. 2-4 [1]. Так как в моем случае bc=0, то формула для нахождения полосы пропускания примет следующий вид:

Ширина спектра основных сигналов, применяющихся в радиовещании и радиолюбительской связи Fcn=9кГц [1]. В диапазонном приемнике в качестве частоты гетеродина надо брать верхнюю, т. е максимальную частоту заданного диапазона, плюс промежуточную частоту

fг = fг макс = fc + fпрАМ

Число преобразований частоты в приемнике и значение промежуточной частоты fПЧ выбирается, в первую очередь, из условий обеспечения требований по ослаблению зеркального и соседнего каналов, а также с учетом других факторов. В проектируемых приемниках эти требования обычно могут быть обеспечены при использовании одного преобразования частоты и стандартного значения fпч. В бытовой аппаратуре приняты следующие значения fпч [1]:

- 465 кГц в радиовещательных приемниках АМ сигналов (диапазоны ДВ, СВ, КВ) [1];

Таким образом, найду частоту гетеродина [1]:

Теперь найду полосу пропускания:

При решении вопроса о выборе структурной схемы приемника удобно пользоваться коэффициентом расширения полосы пропускания приемника для учета нестабильности частоты сигнала и гетеродина [1]

Если он меньше 1,1 -- 1,3, то за счет повышения стабильности частот сигнала и гетеродина нельзя достигнуть существенного сужения полосы пропускания, а значит, и ослабления действия помех и повышения чувствительности приемника. При значениях kp > 1,3 - 1.5 путем повышения стабильности частот сигнале и гетеродина можно обеспечить сужение полосы пропускания и соответственно повысить чувствительность и селективность приемника. Когда при наилучшей достижимой стабильности частот сигнала и гетеродина коэффициент расширения полосы пропускания оказывается больше 1,5--2, то может оказаться целесообразным применение системы автоматической подстройки частоты гетеродина (АПЧГ). При прочих равных условиях kp увеличивается с ростом частоты сигнала.

Поэтому для сигналов с узким спектром в конце декаметрового и более коротковолновых диапазонах волн целесообразно применение системы АПЧГ; на более длинноволновых диапазонах применение АПЧГ не эффективно [1].

1.2.2 Выбор типа транзисторов, селективных систем и схем каскадов тракта радиосигнала

Чувствительность радиоприемников различного назначения определяется соответствующими ГОСТ или нормалями. Рассмотрим решение поставленной задачи на примере радиовещательного переносного приемника с параметрами, данными в ТЗ. При выборе транзистора следует учитывать, что в схеме с ОЭ достаточно большой коэффициент устойчивого усиления получается, если максимальная рабочая частота приемника менее 0,15 fгр[1].

Для первых 11 поддиапазонов (ДВ, СВ и KB) радиовещательных приемников всех классов промежуточная частота определена ГОСТ 5651--76 равной 465 кГц[1]. Поэтому для всех этих поддиапазонов радиотракт строится по одинаковой схеме с использованием одних и тех же транзисторов. На основании этого выбор схемы и транзисторов радиотракта выполняют для самого высокочастотного, т. е. 11-го поддиапазона 25,6--26,1 МГц[1]. На остальных поддиапазонах характеристики радиотракта по чувствительности и селективности, естественно, будут лучше. Относительная ширина поддиапазона II 2(26,1-25,6)/(26,1+25,6)=0,02 весьма мала[1]. Поэтому изменениями параметров транзистора в пределах поддиапазона можно пренебречь и считать их по стоянными и соответствующими средней частоте поддиапазона fср = 0,5 (26,1+25,6)= 25,85 МГц.

Проверим возможность использования транзисторе П403 в усилителе радиосигнала поддиапазона 11 [1].

Из табл. П-1-1 [1] находим параметры транзисторана средней частоте поддиапазона: h21б=0,98; fгр =100 МГц; rб=50 Ом; С12 =7,5 пФ; С22 = 10 пФ;

Iко=10 мкА; g11=11,3 мСм; g22 = 190 мкСм; Y21=23 мСм; С11 = 81 пФ.

Вычисляем устойчивый коэффициент усиления транзистора для схемы с ОЭ при kу=0,9:

В преобразователе частоты обычно используют те же транзисторы, что и в усилителе радиосигнала. Входные параметры транзистора преобразователя частоты определяются приближенными равенствами [1]:

Согласно этим равенствам в режиме преобразования g11пр=0,75*0,0113=0,0085 См. При заданном эквивалентном затухании контура наибольшее усиление каскада определяется выражением[1]:

где и - параметры транзистора рассматриваемого каскада, а - активная входная проводимость следующего каскада. Для нашего случая, приняв собственное затухание контура равным 0,01, получим:

.

Следовательно, расчет каскада необходимо производить на устойчивый коэффициент усиления.

При заданном эквивалентном затухании контура наибольший коэффициент передачи одноконтурной входной цепи определяется [1]:

в котором и - параметры антенной цепи с учетом элемента связи антенны с входным контуром, а - входная проводимость первого каскада.

В декаметровом диапазоне волн наиболее целесообразно применять входную цепь с индуктивной связью с антенной, когда собственная частота антенной цепи ниже минимальной частоты поддиапазона [1]:

В этом случае выходная проводимость антенной цепи [1]:

Сопротивление антенной цепи в рассматриваемой схеме входной цепи:

Используя условие

можно записать

Отсюда



Подставляя полученное выражение в получаем

.

Так как средняя частота поддиапазона мало отличается от минимальной частоты (всего на 1%), то с небольшой погрешностью можно записать[1]:

С учетом выше стоящих уравнений, имеем[1]:

Катушку связи обычно наматывают тонкой проволокой, поэтому ее собственное затухание получается равным 0,025-0,035. Принимая :

По уравнению [1] вычисляем общий коэффициент передачи радио-тракта по напряжению .

Коэффициент устойчивого усиления каскада при включении транзистора по схеме с ОБ определяется выражением [1]:

а входная проводимость каскада приближенным равенством [1]

См.

Выходная проводимость транзистора практически будет такой же, как в схеме с ОЭ. Поэтому будет таким же, т.е. равным 4,5, и расчет каскада следует вести на устойчивый коэффициент усиления. Подставляя в ниже приведенную формулу вместо , получаем максимально возможное значение коэффициента передачи входной цепи [1]:

По уравнению [1] вычисляем . При одинаковой селективности усилитель с ОБ обеспечивает на 12% меньший коэффициент передачи сигнала в радио-тракте.

Для условий, обеспечивающих наибольший коэффициент передачи входной цепи при заданном эквивалентном затухании контура, коэффициент шума определяется уравнением[1]:

Вычислим по формулам

Ом и

См.



что в 84 раз меньше допустимого.

Используя данные табл. 2-8 [1], по формуле вычисляем напряжение сигнала на входе преобразователя частоты, соответствующее чувствительности приемника; при применении в радио-тракте транзистора П403 по схеме с ОЭ получим:

В.

1.2.3 Выбор избирательной системы тракта ПЧ

Основную роль в формировании резонансной характеристики приемника (П) и обеспечении требований ТЗ по ослаблению соседнего канала (СК) играет тракт ПЧ. Полоса пропускания П приблизительно равна полосе пропускания тракта ПЧ. Исключение составляют П ДВ и СВ диапазонов, где полоса пропускания П оказывается более узкой [2].

В современных П избирательность тракта ПЧ обеспечивается ФСИ. Выбор ФСИ производят исходя из требований ТЗ по ослаблению СК и выбранного значения полосы пропускания П. Для выбранного ФСИ по указанному затуханию определяют его коэффициент передачи напряжения на центральной частоте K0Ф [2].

Если в качестве ФСИ выбирается пьезокерамический фильтр (ПКФ), то следует иметь в виду, что за границами полосы пропускания он обеспечивает сравнительно малое (40...50 дБ) ослабление, не возрастающее с увеличением отстройки. Этого может оказаться недостаточно для ослабления колебаний с частотой гетеродина, поэтому между преобразователем частоты и ФСИ всегда ставят согласующий контур с полосой пропускания DFСК = (2...3) DFФ, который помимо согласования выходной проводимости преобразователя с входной проводимостью фильтра обеспечивает необходимое ослабление при больших отстройках.

1.2.4 Определение числа и типа избирательных систем преселектора

Число избирательных систем преселектора в каждом диапазоне определяют исходя из заданного ослабления зеркального канала ЗК, которое должно обеспечиваться на максимальной частоте диапазона (f0 = fmax), т.е. в “худшей точке” [2].

Задаемся значением максимальной реализуемой на данной частоте добротности контура преселектора Qк. Ориентировочные значения Qк в КВ диапазоне следующие: - от 80 до 180 [2]. Выберем ориентировочно 130.

Оцениваем значения добротности эквивалентного контура:

Qкэ = (0.6...0.8)Qк =0.7·130=91

и его полосы пропускания:

Пкэ = f0 / Qкэ=4·106 /91·106 =0,044 МГц

Рассчитываем крутизну характеристики избирательности преселектора (в децибелах на декаду), при которой будет обеспечено выполнение требований ТЗ по ослаблению зеркального канала:

где 3 дБ - ослабление на границах полосы пропускания.

Рассчитываем число колебательных контуров преселектора



где round означает округление аргумента до ближайшего целого, превышающего аргумент; 20 дБ/дек - крутизна характеристики избирательности одного колебательного контура за пределами полосы пропускания.

При mпрес = 1 в преселекторе целесообразно использовать одноконтурное входное устройство и резонансный УРЧ, который помимо дополнительного ослабления помех обеспечивает снижение коэффициента шума приемника [2].

Приняв решение о числе колебательных контуров преселектора и значении их добротности, проверяем выполнение требования ТЗ по ослаблению помехи с частотой, равной промежуточной (), на частоте диапазона (f0), ближайшей к fпч [2]:

, [2]

где [2]

[2]

1.2.5 Выбор и расчет параметров блока детектора АМС

Благодаря малым нелинейным искажениям, простоте схемы и отсутствию потребления мощности от источника питания в современных приемниках используются, как правило, диодные (полупроводниковые) детекторы. Поэтому остановимся на расчете именно такого детектора [1].



Рис.2. Для определения входного сопротивления детектора и коэффициента передачи

Так как для детектора в моем задании нет жестких требований, то принимаю следующие параметры для расчета детектора [1]:

Входное сопротивление детектора: 4кОм; Амплитуда входа первого каскада УНЧ: 0,005 В, при m=0,3; Входное сопротивление первого каскада НЧ тракта: 700 Ом; Максимальный коэффициент модуляции: 0,8; Промежуточная частота приёмника: 465кГц.

Из таблицы П-1-6 [1] выбираю диод Д1Е, как удовлетворяющий требованиям, с характеристиками:

Его внутреннее сопротивление Rвн=100 Ом, а емкость . Согласно кривой 1 рис. 2 требующемуся отношению



соответствует отношение .

Следовательно, . С учетом данных таблицы П-3-1 [1], принимаю R1=1,8 кОм, R2=5,6 кОм. Сопротивление добавочного резистора Rдоб вычисляю по следующему неравенству [1]:

Выбираю Rдоб =15кОм. Коэффициент передачи детектора нахожу по кривой 2. Он равен .

Коэффициент передачи детектора в моей схеме [1]:

Тогда амплитуда минимального выходного напряжения тракта ПЧ [1]:

Линейный режим детектора с полупроводниковым диодом достигается при амплитуде входного сигнала более 0,5--0,7 В. Поэтому возьмем амплитуду входного напряжения детектора равной 0,6 В. При этом входной сигнал первого каскада низкочастотного тракта окажется в 1,1 раза больше требуемого, но он может быть уменьшен до нужного значения ручным регулятором громкости [1].



2. РАСЧЕТ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО БЛОКА УПЧ

В качестве селективной системы выбираю два связных контура при критической связи. Методика расчета приведена в [1].

Рис.3. УПЧ с двумя связанными контурами

Требуется полоса пропускания каждого УПЧ 9кГц, при промежуточной частоте 465кГц. Нагрузкой служат два детектора с сопротивлением переменному сигналу 4кОм каждый. Так же необходимо ослабление соседнего канала более 6дБ при расстройке 9кГц.

Рабочая точка транзисторов и их параметры в рабочей точке:

; ; ; ; ;; ; ; ;

По таблице 2-12 [1] для двух связных контуров:

Эквивалентное затухание контуров [1]:



Полагая с некоторым запасом и разброс параметров транзисторов [1]:

Минимальная допустимая эквивалентная ёмкость должна быть [1]:

Индуктивность контурных катушек [1]:

Полагая собственное затухание контуров 0,012 нахожу [1]:

Устойчивый коэффициент передачи одного каскада УПЧ [1]:



Расчет веду на устойчивый коэффициент передачи.

Коэффициенты включения [1]:

Т.к. 1,404 недопустимо, то принимаю .

Усиление каскада при полученных коэффициентах включения [1]:

- больше устойчивого коэффициента усиления на 30 процентов, поэтому выбираю [1]:

Чтобы обеспечить эквивалентное затухание контура следует иметь проводимость на выходе транзистора [1]:

Проводимость шунтирующего резистора для этого должна быть [1]:



Выбираю

.

Ёмкость контурных конденсаторов:

Считаю ёмкость монтажа для конденсаторов См1 и См2 одинаковой и равной 5пФ, а собственную ёмкость катушек Ск1 и Ск2 равной 10пФ [1]:

Выбираю

С1= С2=1300пФ [1].

Для подгонки емкостей С1 и С2, согласно таблицам П-3-2 и П-4-2 [1], можно поставить параллельным соединением конденсаторов с постоянной емкостью 820 пФ и полупеременного типа КПК-2 с изменением емкости от 6пФ до 60пФ.

Емкость связи [1]:

Выбираю Сф=0,027мкФ.

Выбираю Сэ=0,018мкФ.

Выбираю R1=2,4 кОм, тогда

Ёмкость конденсатора фильтра:

Выбираю Сф=0,027мкФ.

Ток делителя

.

Выбираю =4,3кОм.

Выбираю =0,01мкФ.

Выбираю =6,8кОм.

Выбираю =9,1кОм.

Коэффициент нестабильности тока коллектора [1]:

Коэффициент нестабильности не больше 5.

Коэффициент усиления всего усилителя [1]:

Затухание по соседнему каналу для расстройки 9кГц [1]:

Ослабление соседнего канала для двух каскадов УПЧ [1]:

Затухание по соседнему каналу удовлетворяет условиям.

Входное сопротивление одного детектора 4 кОм, а двух 2 кОм (), т.к. они включены параллельно по переменному току. Следовательно для УПЧ2 коэффициент включения в нагрузку [1]:

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной расчетно-графической работе мною был рассчитан согласно условиям задания радиовещательный приемник АМ - сигналов.

Само проектирование состояло из двух этапов:

- расчет структурной схемы приемника;

- расчет УПЧ приемника;

В результате был получен расчет приемника АМ - сигналов, работающего в диапазоне волн 1,5-4 МГц и чувствительностью, не хуже 0,1 мВ/м.



ЛИТЕРАТУРА

1. Бобров Н.В. Расчет радиоприемников. - М.:Радио и связь, 1981 - 240с., ил.- (Массовая радиобиблиотека.).

2. Кузнецов М.А., Сенина Р.С. «Радиоприёмники АМ, ОМ, ЧМ - методические указания по проектированию» СПбГУТ им. Бонч-Бруевича.

Размещено на Allbest.ur