Особенности проектирование радиоприемника

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Внедрение во многие отрасли науки и техники цифровой электроники вызывает особый интерес возможности использования микропроцессора для фильтрации сигнала, т.е. выделения его из множества мешающих сигналов и шумов эфира. Цифровые фильтры могут иметь характеристики, намного превосходящие характеристики обычных аналоговых фильтров. Возможно, например, получение практически идеально прямоугольной АЧХ. Такой фильтр пропустит только спектр полезного сигнала, а все другие сигналы почти полностью пода- вит. В цифровом фильтре входной аналоговый сигнал сначала преобразуется в цифровую форму, затем обрабатывается микропроцессором, а далее снова преобразуется в аналоговую форму. В некоторых приемниках специального назначения, в частности радиолокационных, цифровые устройства обработки сигналов уже используются. Время внедрения цифровых фильтров в радиовещательные приемники пока, видимо, еще не наступило.

Более того, сами передаваемые сигналы в радиовещании по-прежнему остаются аналоговыми. Как цифровые способы передачи позволили повысить качество телефонной связи, нельзя ли тоже самое сделать и в радиовещании: преобразовать передаваемую программу в поток цифровых сигналов и так излучать её в эфир? Накопить в памяти больших ЭВМ, восстановить (регенерировать), если она искажена помехами? Разумеется, можно! И инженеры сейчас уже работают в области цифрового радиовещания. Переход к цифре сулит необыкновенное улучшение качества звуковоспроизведения: нелинейные искажения менее одной тысячной процента и отношение сигнал-шум более 90 дБ становятся реальностью. На практике это означает , что человек, закрыв глаза, не сможет отличить звук, передаваемый по радио, от звука, непосредственно приходящего со сцены. Но проблем предстоит решить ещё очень много. Для цифровой передачи необходимо очень широкая полоса частот, и вещания возможно лишь в диапазонах метровых, дециметровых и сантиметровых волн. Техника цифрового радиовещания разрабатывается в нашей стране с 1982 года. Предполагается, что один передатчик, используя технику цифрового уплотнения каналов, будет передавать 5 стереопрограмм или 10 монофонических программ на одной несущей. Сигнал будет приниматься коллективной антенной, оснащенной коллективным приемником. Оконечные устройства приемника, установленные в каждой квартире, позволят радиослушателям выбрать из пяти программ любую желаемую.Благодаря использованию интегральной техники оконечные устройства получаются сравнительно недорогими, но, несмотря на это, обеспечивают радиослушателям дополнительные сервисные удобства. Техника развивается быстро, и вполне возможно, что через несколько лет цифровое стереофоническое радиовещание станет обыденным явлением.

1 Основные параметры приёмника

Приемник предназначен для приема вещательных стереопрограмм в ОВЧ диапазоне и имеет следующие параметры:

- принимаемые частоты (f), МГц от 100 до 108

- чувствительность (Е _А ),мкВ 2

- диапазон звуковых частот (F), Гц от 40 до 15000

- промежуточная частота (f_ПЧ), МГц 10,7

- расстройка частоты соседнего канала (f _СК), кГц + 350

- селективность по зеркальному каналу (Se _ЗК), дБ 60

- селективность по соседнему каналу (Se _СК), дБ 70

- выходная номинальная мощность (P_H), Вт 3

- напряжение питания (Е _К0), В 15

- коэффициент гармоник (k_Г), % не более 2

- автоподстройка частоты есть

- регулировка громкости есть

- регулировка тембра есть

2. Предварительный расчет приемника

2.1 Выбор полосы линейного тракта

Полоса пропускания линейного тракта приемника должна обеспечить прохождение всего спектра радиосигнала с допустимыми линейными и нелинейными искажениями. В состав линейного тракта входят: входная цепь, усилитель радиочастоты, преобразователь частоты и усилители промежуточной частоты. При расчете полосы пропускания учитывают ширину спектра принимаемого сигнала, а также возможное расхождение частоты передатчика и приемника из-за нестабильности несущей частоты передатчика и частоты гетеродина приемника. Расчет проводим по методике, изложенной в I1I.

Рассчитаем индекс частотной модуляции:

(2.1)

где - девиация частоты , = 50 кГц.

Рассчитываем ширину спектра принимаемого сигнала

(2.2)

.

Т.к. в приемнике применяется синтезатор частот, полосу линейного тракта определим соотношением

. (2.3)

2.2 Разделение диапазона принимаемых частот на поддиапазоны

Рассчитаем коэффициент перекрытия по заданным значениям максимальной и минимальной принимаемых частот.

(2.4)

Определим максимальный коэффициент перекрытия, который может обеспечить контур входной цепи, перестраиваемый варикапом I2I.

Если , диапазон не следует разбивать на поддиапазоны

2.3 Распределение неравномерности АЧХ по каскадам приемника

Для вещательных приемников величина неравномерности АЧХ каскадов устанавливается стандартом. Выбираем следующие значения неравномерности АЧХ по каскадам I2I:

- акустическая система (), дБ 6

- входная цепь (), дБ 2

- усилитель радиочастоты (), дБ 2

- тракт промежуточной частоты (), дБ 2

- детектор (), дБ 0,5

- тракт звуковой частоты (), дБ 4

2.4 Выбор селективной системы приемника

2.4.1 Рассчитываем селективную систему преселектора. На этапе предварительного расчета полагаем, что эквивалентные затухания всех контуров преселектора равны. Определим эквивалентное затухание нагруженных контуров входной цепи и УРЧ

(2.5)

где q - коэффициент шунтирования контура полевым транзистором I2I, q = 1,2;

- минимальное затухание ненагруженного контура I2I, = 0,008.

На первом этапе расчета выбираем двухконтурную не перестраиваемую входную цепь и резонансный усилитель радиочастоты. Рассчитаем коэффициент частотных искажений для входной цепи (переведем определенную в децибелах неравномерность АЧХ входной цепи в относительные единицы)

(2.6)

По графику обобщенных кривых селективности определим обобщенную расстройку х для двухконтурного полосового фильтра I2I.

Х=1,3.

Рассчитаем эквивалентное затухание контура входной цепи

(2.7)

Сравним и ; выберем большее из них

(2.8)

Рассчитаем обобщенную расстройку зеркального канала

(2.9)

По графику обобщенных кривых селективности I2I для кривой «2» и обобщенной расстройки определим селективность зеркального канала, которую может обеспечить выбранный контур входной цепи.



Рассчитаем коэффициент частотных искажений для УРЧ (переведем определенную в децибелах неравномерность АЧХ УРЧ в относительные единицы)

(2.10)

Рассчитаем эквивалентное затухание контура входной цепи

(2.11)

Сравним и ; выберем большее из них

(2.12)

Рассчитаем обобщенную расстройку зеркального канала

(2.13)

По графику обобщенных кривых селективности I2I для кривой «1» и обобщенной расстройки определим селективность зеркального канала, которую может обеспечить выбранный контур УРЧ.

Сравним полученное значение селективности с требованиями задания.

Так как , следует оставить этот контур входной цепи и резонансный УРЧ.

Итак, избирательность по зеркальному каналу, которую может обеспечить преселектор, равна

Рассчитаем селективность по соседнему каналу, которую обеспечивает выбранная входная цепь. Определим обобщенную расстройку соседнего канала.

(2.14)

По графику I2I найдем минимальное ослабление соседнего канала по значению и кривой «2»,вносимое входной цепью.

Рассчитаем селективность по соседнему каналу, которую обеспечивает выбранный контур УРЧ. Определим обобщенную расстройку соседнего канала.

(2.15)

По графику I2I найдем минимальное ослабление соседнего канала по значению и кривой «1», вносимое УРЧ.

Избирательность по соседнему каналу, которую может обеспечить преселектор, равна

Итак, преселектор включает в себя двухконтурный неперестраиваемый контур входной цепи и резонансный УРЧ, и обеспечивает:

2.4.2 Рассчитаем селективную систему тракта промежуточной частоты. Определим избирательность по соседнему каналу, которую должен обеспечить тракт промежуточной частоты

(2.16)

где -избирательность по соседнему каналу, по заданию на курсовой проект;

Рассчитаем коэффициент прямоугольности требуемой селективной системы тракта промежуточной частоты

(2.17)

Выбираем тракт промежуточной частоты с промышленным ФСС I2I.По заданным значениям промежуточной частоты 10,7 МГц, полосы пропускания 203 кГц и ослабления соседнего канала (коэффициенту прямоугольности) 3,4 выбираем два фильтра типа ПФ1П-0496 с параметрами:

- средняя частота, кГц 10700+ 100

- полоса пропускания, кГц 200…280

- уровень подавления, дБ 26

- коэффициент прямоугольности 2

- коэффициент передачи 0,31

- сопротивление на входе, кОм 0,33

- сопротивление на выходе, кОм 0,33

Итак, селективная система тракта промежуточной частоты состоит из двух ФСС и обеспечивает избирательность по соседнему каналу 52 дБ, что соответствует требованиям задания на курсовой проект с учетом подавления, внесенного преселектором.

2.5 Выбор преобразователя частоты, детектора, стередекодера и активных элементов

Выбираем преобразователь частоты на биполярном транзисторе с отдельным гетеродином, с подачей напряжения радиосигнала на базу, а напряжения гетеродина на эмиттер. Преобразователь на биполярном транзисторе имеет высокую чувствительность и больший коэффициент передачи, чем на полевом транзисторе.

Для обработки ЧМ сигнала выбираем ИМС К174ХА6 , которая включает в себя усилитель-ограничитель, детектор уровня, частотный детектор, стабилизатор напряжения, триггер, усилитель напряжения АПЧ и имеет следующие параметры I3I:

- напряжение питания, В 12

- напряжение входного сигнала, мВ от 0,06 до 25

- напряжение выходного сигнала, мВ 160

- коэффициент гармоник, % не более 1

Применение ИМС повышает надежность, сокращает время регулировочных работ и уменьшает габариты приемника.

Для преобразования комплексного стереосигнала в низкочастотное напряжение двух каналов выбираем ИМС К174ХА35,которая включает в себя : электронный ключ, делитель частоты на два, ГУН, стабилизатор напряжения , УПТ, фазовый детектор системы ФАПЧ, эмиттерный повторитель, переключатель опорного напряжения, триггер Шмитта, квадратор, синхронизирующий детектор, эмиттерный повторитель и т.д. и имеет следующие параметры I4I:

- напряжение питания, В 6

- напряжение входного сигнала, мВ от 160 до 300

- напряжение выходного сигнала, мВ 160

- коэффициент гармоник, % не более 0,5

Для преобразования комплексного стереосигнала с пилот-тоном в низкочастотное напряжение двух каналов выбираем ИМС A4510D.

Для УРЧ, смесителя и гетеродина выбираем транзистор КТ382А с граничной частотой 1800 МГц I4I из условия = 1,08…2,16 ГГц. Для усилителей промежуточной частоты выбираем транзистор КТ373В с граничной частотой 300 МГц I4I из условия = 107…214 МГц . Для первого каскада УРЧ выбираем МШУ на полевом транзисторе КП310А I4I

2.6 Выбор количества каскадов усиления линейного тракта

2.6.1 Рассчитываем коэффициент усиления линейного тракта. Определим реальную чувствительность приемника с учетом запаса по усилению

(2.18)

где - чувствительность приемника,

- коэффициент запаса по усилению,

Коэффициент усиления линейного тракта определяем соотношением

(2.19)

где - напряжение промежуточной частоты на входе детектора I2I, .

2.6.2 Рассчитаем число каскадов усиления преселектора. Максимально допустимый коэффициент передачи преселектора определяют соотношением

(2.20)

где - напряжение радиосигнала на входе смесителя ,

Рассчитаем коэффициент усиления преселектора

(2.21)

где коэффициент передачи входной цепи I2I , .

Определим число каскадов УРЧ

(2.22)

где коэффициент усиления УРЧ I2I

Итак, преселектор включает в себя один каскад резонансного УРЧ, один резистивного и МШУ на полевом транзисторе .

2.6.3 Рассчитаем число каскадов усиления в тракте промежуточной частоты. Коэффициент усиления тракта промежуточной частоты определяют по известным значениям коэффициента передачи преселектора и коэффициента усиления линейного тракта

(2.23)

Рассчитаем число каскадов УПЧ

(2.24)

где коэффициент передачи смесителя I2I,

коэффициент усиления УПЧ I2I,

2.7 Расчет тракта звуковой частоты

Для оконечного усилителя звуковой частоты по выходной мощности 3Вт, напряжения питания 15В и коэффициенту гармоник не более 2 % выбираем ИМС К174УН15 с параметрами I3I:

- выходная мощность, Вт 3

- входное напряжение, мВ 500

- напряжение питания, В 11

- коэффициент гармоник, % 0,5

Напряжение на выходе стереодекодера следует принять равным напряжению на выходе частотного детектора, так как обычно коэффициент передачи стереодекодера равен 1.

Для регулировки громкости и баланса применяем схемы пассивных ручных регулировок.

Применяем активную регулировку тембра на ИМС BA 3822L с параметрами I6I:

- напряжение питания, В 14

- коэффициент гармоник, % 0,2

- выходное напряжение, В 0,6

- диапазон звуковых частот (F), Гц от 20 до 20000

Рассчитаем коэффициент усиления предварительного УЗЧ с учетом потерь в регулировках, а также влияния разброса параметров и обратных связей

(2.25)

где напряжение на входе ИМС ,

коэффициент запаса по усилению,

так как , то предварительный УЗЧ ставить не надо.

Итак, тракт звуковой частоты включает в себя усилитель мощности на ИМС К174УН15, а также регулировки громкости ,баланса и тембра.

3 Электрический расчет резистивного УРЧ

Схема резистивного УРЧ приведена на рисунке 1.Расчет выполнен на ПК по методике, изложенной в I7I.Результаты расчета на листе 20. Расчет Y-параметров для транзистора КТ382А в приложении А.

Рисунок 1

Выбираем рассчитанные элементы схемы в соответствии с рядом стандартных значений.

Конденсаторы типа К73-5 ГОСТ 5.1400-72

С1(C23) К73-5-М1500-1500пФ+10%

С2(C31) К73-5-М1500-1500пФ+10%

С3(C29) К73-5-М1500-1500пФ+10%

Резисторы типа С2-23-0,062 ОЖО 467.081 ТУ

R1(R21) С2-23-0,062-54,9 кОм +1%

R2(R22) С2-23-0,062-14,7 кОм +1%

R3(R24) С2-23-0,062-1500 Ом +1%

R4(R25) С2-23-0,062-499 Ом +1%

Обозначения в скобках соответствуют позиционным обозначениям схемы электрической принципиальной приёмника на листе 1 графической части пояснительной записки.

4. Описание структурной схемы приемника

Схема структурная приемника приведена на рисунке 2.

Рисунок 2

Сигнал, наведенный в антенне, поступает во ВЦ (C1, C2, C3, L1, L2, C7, C11). ВЦ выделяет напряжение радиосигнала с максимальным подавлением зеркального, прямого и частично соседнего каналов приёма. Так как значение коэффициента перекрытия по диапазону в ОВЧ-диапазоне мало, входная цепь спроектирована как неперестраиваемый контур. УРЧ(VT1, VT2, VT3) предназначен для усиления напряжения радиосигнала и дополнительного подавления тех же каналов приёма, что и ВЦ . ВЦ и УРЧ образуют преселектор. В приёмнике применяется гетеродин (VT11) - синтезатор частоты, выполненный по схеме Клаппа, позволяющий реализовать автоматическую настройку на частоты нужных станций путём подачи кодов с клавиатуры блока управления на ИМС АК9301(DA1). Смеситель СМ(VT6) под воздействием напряжения гетеродина преобразует частотно - модулированный радиосигнал с радиочастоты на промежуточную (10,7 МГц) с сохранением закона модуляции. ФСС(ZQ2,ZQ3) выделяет напряжение промежуточной частоты, максимально подавляя соседний канал приема и нерабочие комбинационные частоты на выходе смесителя. Напряжение промежуточной частоты усиливается в УПЧ(VT7,VT9), а затем преобразуется частотным детектором(ЧД) на ИМС К174ХА6(DA6) в напряжение звуковой частоты, которое затем поступает на устройство выбора систем модуляции, состоящее из:

-эмиттерных повторителей(VT13,VT14)

-полосно-пропускающего фильтра(С107,С111,С114,R93,R101)

-компаратора(DA8)

-элемента НЕ(DD1)

-асинхронного RS-триггера(DD2)

которое позволяет автоматически распознавать системы модуляции (полярная модуляция(ПМК) или пилот-тон и подавать НЧ сигнал с выхода ЧД на нужный стереодекодер(СД): ПМ на ИМС К174ХА35(DA2) , пилот-тон на ИМС A4510D(DA1). Регулировки громкости баланса и тембра на ИМС BA3822L(DA5) позволяют установить качество звукового сигнала по желанию слушателя. Эмиттерные повторители (VT4,VT5) исключают влияние входного сопротивления регуляторов громкости на выходное сопротивление СД , что предотвращает шунтирование последнего. Усилитель мощности на ИМС К174УН15(DA7) обеспечивает номинальную выходную мощность звукового сигнала, которая воспроизводится динамическими головками BA1 и BA2.

Заключение

Радиовещательный приемник соответствует техническим характеристикам, определенным в задании на курсовой проект. К достоинствам приёмника следует отнести современные технические решения, а именно:

1) применение синтезатора частот, обеспечивающее:

- память на 31 канал

- индикацию номера канала

- сканирование диапазона вверх и вниз нажатием одной кнопкой, с авто-

матической фиксацией

- абсолютную точность настройки на канал

- возможность перепрограммирования синтезатора частот на другие частотные диапазоны .

2) использование двух стереодекодеров для приёма стереосигнала при любом способе формирования сигнала.

3) применение активной регулировки тембра-эквалайзера.

4)применение индикаторов: - питания , - настройки , - стерео пилот-тон , - стерео ПМ , которые существенно повышают комплекс эксплутационных удобств.

5)применение современной элементной базы (ФСС и ИМС) ,с которыми уменьшаются габариты, повышается надёжность приёмника в целом , сокращается время регулировочных работ .

Список литературы

приемник вещательный диапазон схема

1. Справочник по учебному проектированию приемо-усилительных устройств. Под ред. М.К. Белкина - К.:Высшая школа,1988

2. Предварительный расчет вещательных и связных приемников. Методическое пособие - Ростов-на-Дону: РКРП, 2001

3. Микросхемы для бытовой радиоаппаратуры: Справочник И.В.Новаченко, В.М. Петухов, И.П. Блудов, А.В.Юровский.-М.: Радио и связь. 1989-384с.: ил.

4. Диоды, тиристоры, транзисторы и микросхемы широкого применения. Справочник . / Б.Ф.Беccарабов, В.Д.Федюк, Д.В. Федюк-Воронеж: ИПФ «Воронеж», 1994г.

5. Интегральные схемы для бытовой радиоаппаратуры. Дополнение четвертое : Справочник / И.В.Новаченко, В.А.Телец, Ю.А.Краснодубец .- М.: Радио и связь ,1995г.- 320с.: ил.

6. Предварительные усилители низкой частоты: П-65 Справочник.-М.: Пaтриот,1997.-188с.

7. Проектирование радиоприемных устройств. Ефимов В.В. Учебное пособие. М : Высшая школа.1982

8. А.И. Аксенов. Элементы схем бытовой радиоаппаратуры. Конденсаторы. Резисторы. Справочник.- М.: Радио и связь, 1995г.

Размещено на Allbest