Разработка транзисторного радиоприемника

n_н = Д - В, (37)

где Д - заданное изменение сигнала на входе приёмника, дБ;

В - заданное изменение сигнала на выходе приёмника, дБ.

Согласно ГОСТ 5651-76, для стационарных радиовещательных приёмников 2-го класса Д = 30 дБ, В = 10 дБ.

Рассчитываем необходимые пределы изменения коэффициента усиления регулируемых каскадов

n_н = 30 - 10 = 20 дБ.

Считая, что регулируемые каскады идентичны, определяют необходимое количество регулируемых каскадов:

N_ару = n_н/20lgn. (38)

Задаёмся изменением коэффициента усиления одного регулируемого каскада n = 10 и определяем количество регулируемых каскадов

N_ару = 20/20lg10 = 1.

В результате предварительного расчета приемника получилось:

5 звеньев фильтра сосредоточенной избирательности, каскад усилителя радиочастоты по расчету отсутствует, в качестве регулируемого каскада используем УПЧ, каскад будет резонансный.

Выбор и обоснование структурной схемы усилителя низкой частоты.

Схему выходного каскада выбираю из следующих данных:

Так как выходная мощность 0,25 Вт, берем схему класса А-В на мощном транзисторе. Выбираем транзистор из справочника КТ 818Б.

Определим максимальную мощность рассеивания на коллекторе транзистора одного плеча усиления.

Рк = 0,6Рвых/тр (39)

Рк = 0,60,25/0,70,8 = 0,26 Вт

где тр коэффициент трансформации равное (0,70,8);

коэффициент использования напряжения источника питания равное (0,80,9).

Выбираем тр = 0,7; = 0,8

Рвых. = Рвых./2 (40)

Рвых. = 0,25/2 =0,125 Вт

Определяем коэффициент усиления мощности УНЧ.

Крунч = Рвых/Рвх (41)

Крунч = 0,125/1010^-6= 12500

где Рвх = мощность сигнала низкой частоты потребляемой входной цепью УНЧ.

Для промышленных приемников не превышает 1020 мВ. При входном сопротивлении транзисторного каскада порядка 500 Ом.

Выбираем Рвх = 1мкВт.

Рассчитать коэффициент усиления мощности и число каскадов предварительного усиления.

Крпред = Крунч/Крвых (42)

Крпред = 12510³/100 = 125

Определяем число каскадов

n = Крпред/Кр (43)

n = 150/100 = 1,25

Таким образом, выбираем два каскада усилителя низкой частоты.

1.5 Электрический расчет амплитудного детектора

Искажения в детекторе.

Не всегда осознают, что низкочастотный ток, проходящий через резистор нагрузки, протекает также и через нелинейный элемент - диод! Это может явиться причиной искажений продетектированного сигнала.

Как и для любой схемы, где есть элемент с односторонней проводимостью, нежелательное закрывание диода на пиках огибающей будет возникать, если нарушается известное условие:

I > i,

где I - постоянная составляющая тока через диод,

i - амплитуда низкочастотного тока.

В детекторе на диоде оба эти тока создаются только входным высокочастотным сигналом. Посмотрите на схему наверху. Пусть на нагрузке детектора R1 имеется постоянная составляющая продетектированного напряжения U_H и переменная mU_H, тогда очевидно:

Если регулятор громкости R1 выведен до предела (движок - в крайнем нижнем по схеме положении), то:

Условие отсутствия искажений

I > i

выполняется автоматически: ведь всегда m < 1.

Если теперь движок потенциометра перемещен в положение, соответствующее максимуму громкости, то нагрузка детектора для напряжения низкой частоты будет состоять уже из параллельно соединенных R1 и R2 , и:

Получается, что при

m > R2/(R1 + R2)

(в рассматриваемой схеме - при m>0,5) нарушается условие неискаженного детектирования.

Чтобы уравнять в этом случае нагрузки для постоянного и переменного напряжений, можно увеличить R2: так при R2 = 1 МОм искажения будут отсутствовать даже при 80-процентной модуляции.

Другой способ пояснен на нижней схеме: сопротивления нагрузки детектора для постоянного и переменного напряжений различаются здесь (когда регулятор установлен на максимум) всего на 16%, т.е. до m<0,84 искажения отсутствуют. Правда, и выходной сигнал снижен вдвое, но с этим можно примириться.

Полоса модулирующих частот.

Дополнительные искажения в детекторе могут возникать для наивысших частот модулирующего напряжения, когда заметная доля тока выделенного сигнала будет протекать через емкость нагрузки C_H. Амплитуда общего тока составит, с учетом этой емкости:

Оказывается, при m, близком к единице, условие

I > i

опять нарушается - с ростом частоты F. В то же время слишком уменьшить C_H нельзя (во всяком случае, она должна быть на порядок больше емкости диода).

Путаница с "входным сопротивлением".

Для схемы "последовательного" детектора в книгах обычно дается формула: R_BX = 0,5 R.

С входным сопротивлением нелинейных схем дело обстоит непросто. При гармоническом напряжении входной ток детектора является резко несинусоидальным. В этих условиях, если уж вести речь о входном сопротивлении, следует прежде ясно оговорить, какой смысл будет придаваться этому понятию.

Допустим, источник сигнала имеет внутреннее сопротивление R_И. Следует ожидать, что выпрямленное напряжение U_H будет (даже при "идеальном" диоде) теперь заметно меньше амплитуды ЭДС сигнала e_BX, и тем меньше, чем больше R_И. Этот факт можно приписать влиянию "входного сопротивления" детектора R_BX, снижающему напряжение пропорционально R_BX /(R_И + R_BX).

Даже не решая сложное уравнение, можно будет сделать вывод: искомая величина входного сопротивления не является постоянной; с увеличением R_И эффект детектирования снижается медленнее, чем можно было бы ожидать. Заметим, однако, что здесь R_BX получается принципиально во много раз меньше, чем 0,5 R (особенно при малых сопротивлениях источника сигнала).

В итоге, при низкоомном источнике расчет "входного сопротивления" детектора вообще теряет смысл, так как в большинстве случаев оказывается верным простое соотношение:

U_H = (0,8...0,9)u_BX.

Другое дело, если детектор подключен к колебательному контуру, как чаще всего и бывает в ламповых схемах. Главное, что при этом интересует - снижение добротности, связанное с отбором энергии. Здесь потребуется по-иному определить входное сопротивление детектора:

,

где Р - мощность, отбираемая детектором из контура. Из условия баланса мощностей, учитывая, что:

P = U²_H/R,

и принимая

U_H = u_BX,

получаем знакомое:

R_BX = 0,5 R.

Чувствительность детектора.

Для того, чтобы существовал эффект детектирования, требуется выполнение условия, противоположного условию отсутствия отсечки (для линейных схем):

I << i'

Здесь: I - постоянная составляющая тока через диод (примерно равная u_BX/R);

i' - переменная составляющая, условно принимая диод линейным (равна u_BX/R_i, R_i - дифференциальное сопротивление диода при токе I). Вводя крутизну характеристики диода S = 1/R_i, получаем условие линейного детектирования:

Su_BX >> I

Располагая характеристикой диода, мы смогли бы теперь получить какие-то количественные оценки.

В связи со специфической характеристикой лампового диода (полином степени 3/2), его чувствительность в принципе растет со снижением уровня детектируемых сигналов (S уменьшается намного медленнее, чем I). Однако этот ток никак не может быть сделан меньше начального тока диода, составляющего несколько микроампер.

Понятно, что увеличение нагрузки детектора R повышает чувствительность, так как снижается ток диода.

Уровень пульсаций.

В промежутке между соседними пиками напряжения конденсатор разряжается на нагрузку. Считая процесс разряда линейным, а его длительность равной половине периода частоты сети (это для двухполупериодного выпрямителя, а для однополупериодного - целому периоду), получаем спад напряжения на емкости:

,

где, например, для частоты сети 50 Гц t=0,01 c/

Принятые допущения приведут к тому, что размах пульсаций по приведенной формуле получится слегка завышенным, но это обеспечит полезный запас расчета.

1.6 Обоснование выбора схемы приёмника

По результатам предварительного расчёта была составлена электрическая принципиальная схема приёмника ДВ диапазона. В этой схеме входная цепь с внутренней магнитной антенной содержит один диапазон километровых волн.

Рисунок 3 Входная цепь с внутренней магнитной антенной

Настройка на заданные частоты осуществляется двухсекционным блоком конденсаторов переменной ёмкости с воздушным диэлектриком. Связь контура входной цепи с антенной индуктивная. Связь входной цепи с преобразователем частоты емкостная. Выбрал именно эту схему, потому что плюсом этой входной цепи с внутренней магнитной антенной является высокая чувствительность.

Преобразователь частоты

Преобразователь частоты выполнен на транзисторе VT1 типа КТ357А по схеме с совмещённым гетеродином.

Выбрал такое схемное решение т.к. он работает в диапазоне километровых волн более устойчиво, содержит меньше деталей и более прост в налаживании, так как при обеспечении режима самовозбуждения автоматически устанавливается в режим, близкий к оптимальному для преобразования частоты.

Рисунок 4. Преобразователь частоты с совмещенным гетеродином

Усилитель промежуточной частоты

В данном приёмнике используются два каскада УПЧ. Рисунок 5 Первый каскад УПЧ выполнен по апериодической схеме на транзисторе КТ357А, работающий как простой усилительный каскад не имеющий частотной избирательности.

Рисунок 5. Двухкаскадный усилитель промежуточной частоты

Связь первого каскада УПЧ со вторым - емкостная. Второй каскад резонансный, выполнен на транзисторе КТ357А. Связь последнего каскада УПЧ с детектором индуктивная, обеспечивающая согласование между ними. Такое схемное решение обеспечивает равномерное и стабильное усиление частоты.

Фильтр сосредоточенной избирательности

Нагрузкой УПЧ является пятизвенный фильтр сосредоточенной избирательности (ФСИ). Связь транзисторов УПЧ с ФСИ индуктивная.

Детектор

Диодный детектор на точечном диоде VD1 типа Д9Б выполнен по последовательной схеме с разделенной нагрузкой. Связь детектора с УПЧ индуктивная. Так как в приёмнике АМ для простоты схемы выбираем диодный детектор.

Рисунок 6. Детектор

Усилитель низкой частоты

Рисунок 7. Усилитель низкой частоты

Каскад УНЧ выполнен по схеме с трансформаторным выходом. УНЧ представляет собой предоконечный каскад на VT4 (работает в режиме класса В) и оконечный однотактный - на VT5 (работает в режиме класса АВ).

Связь между каскадами емкостная. Выбор такого вида связи заключается в том, что она создаёт меньшие частотные и нелинейные искажения, а так же имеет меньший вес и габариты конструкции в отличие от трансформаторной связи.

Рисунок 8. Оконечный УНЧ

2 Заключение

В ходе курсового проектирования были проанализированы исходные данные на основании которых был проведен предварительный расчет приемника, составлены структурные и принципиальные схемы приемника по расчету. Приведено обоснование выбор принципиальных схем. Была рассмотрена сущность транзисторного приема и её современные схемотехнические решения.

Так же был произведен электрический расчет преобразователя частоты. По предварительному расчету приёмника была составлена структурная схема, а также электрическая принципиальная. В этой схеме входная цепь с внутренней магнитной антенной содержит один диапазон километровый волн.

Настройка на заданные частоты осуществляется двухсекционным блоком конденсаторов переменной ёмкости с воздушным диэлектриком.. Связь входной цепи с преобразователем частоты емкостная. Выбрал эту схему, потому что плюсом этой входной цепи с внутренней магнитной антенной является высокая чувствительность.

Преобразователь частоты выполнен на транзисторе VT1 типа КТ357А по схеме с совмещённым гетеродином. Выбрал так как. содержит меньше деталей и более прост в налаживании.

В данном приёмнике используются два каскада УПЧ. Первый каскад УПЧ выполнен по апериодической схеме на транзисторе типа КТ357А, работающий как простой усилительный каскад не имеющий частотной избирательности. Связь первого каскада УПЧ со вторым - емкостная. Второй каскад выполнен на транзисторе КТ315А. Связь последнего каскада УПЧ с детектором индуктивная, обеспечивающая согласование между ними. Такое схемное решение обеспечивает равномерное и стабильное усиление частоты. Нагрузкой УПЧ является пятизвенный фильтр сосредоточенной избирательности (ФСИ). Связь транзисторов УПЧ с ФСИ индуктивная.

Диодный детектор на точечном диоде VD1 типа Д9Б выполнен по последовательной схеме. Связь детектора с УПЧ индуктивная. Так как в приёмнике АМ для простоты схемы выбираем диодный детектор.

Каскад УНЧ выполнен по схеме с трансформаторным выходом. УНЧ представляет собой предоконечный каскад на VT5 (работает в режиме класса В) и оконечный однотактный - на VT6 (работает в режиме класса АВ). Связь между каскадами емкостная. Выбор заключается в том, что она создаёт меньшие частотные и нелинейные искажения, а так же имеет меньший вес и габариты конструкции.

3 Список использованной литературы

1 Ю.А. Буланов, С.Н. Усов «Усилители и радиоприемные устройства». М. Высшая школа.

2 Г.В. Куликов «Бытовая аудиоаппаратура». М. 2006, ДМК-пресс

3 В.Ф. Баркан, В.К. Жданов. «Радиоприемные устройства». Москва. «Совецкое Радио» 1978 г.

4 Бобров Н.В., Максимов Г.В., Мичурин В.И., Николаев Д.П. «Расчёт радиоприемников». Москва 1971 г

5 И.Ф. Белов. Справочник по переносным и автомобильным радиоприемникам и магнитолам. М. Радио и связь, 2000 г.

6 Ю.А. Буланов, С.Н. Усов. Усилители и радиоприемные устройства. Москва. Высшая школа, 2005 г.

7 О.В. Головин. Радиоприемные устройства. Москва. Горячая линия - Телеком, 2002 г.

8 В.Д. Екимов, К.М. Павлов. Проектирование радиоприемных устройств. Москва. « Связь », 1970 г.

9 А.П. Жуковский. Радиоприемные устройства. Москва. «Высшая школа» 2002 г.

10 В. Иоффе, М. Лизунков. Бытовые акустические системы. М. Радио и связь, 2002 г.

11 Г.В. Куликов. Бытовая аудиоаппаратура. Москва. ДМК - пресс, 2006 г.

12 А.Л. Кульский КВ-приемник мирового уровня. М. наука и техника, 2000 г.

13 Е.М. Купряков Сто лет радио. Москва. «Высшая школа 2001 г.

14 Р.М. Малинин. Справочник радиолюбителя-конструктора. Москва. Массовая радиобиблиотека, 2004 г.

15 А.А. Петров Звуковая схемотехника для радиолюбителей. Наука и техника, Санкт-Петербург 2003 г.

16 Г. Фрумкин. Расчет и конструирование радиоаппаратуры. Москва. Высшая школа, 2000 г.

17 Справочник «Прапор» 1999 г.

Приложение 1

Схема электрическая принципиальная

Приложение 2

Схема электрическая функциональная