Расчет радиовещательного АМ приемника

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Радиоприемное устройство является частью системы передачи сообщений, использующей для этого энергию радиоволн. Оно предназначено для улавливания, преобразования и использования электромагнитной энергии, принятой от радиопередающей станции. Обычно радиоприемное устройство включает в себя: антенну, приемник и оконечное устройство воспроизведения сигналов. По назначению различают приемники связные, телевизионные, радиорелейных и телеметрических линий, радиовещательные, радионавигационные, радиолокационные и др. При проектировании и расчете радиоприемного устройства учитывается целый ряд требований, обуславливающих качество работы. Характер предъявляемых требований определяется в зависимости от назначения приемного устройства. Однако ряд качественных показателей и требований, обусловливающих нормальную работу приемника, являются основными:

Чувствительность

Устойчивость и надежность

Перекрытие заданного диапазона частот

Мощность на выходе

Избирательность

Стоимость и экономичность.

Темой курсового проекта является разработка РПУ на ИС. Преимуществами данного приёмника по сравнению с радиоприёмниками на дискретных элементах являются: улучшенные масса габаритные показатели, простота в использовании, более высокая точность настройки. Данный приёмник применяется для приёма сигналов в диапазонах ДВ и СВ, преобразования их в звуковой сигнал и воспроизведения.

Целью курсовой работы является разработка приёмника с заданными в задании к курсовому проекту характеристиками.

1. Выбор структуры РПУ

Радиоприемным устройством называют совокупность взаимосвязанных элементов, с помощью которых происходит улавливание радиосигналов, преобразование их формы с одновременным увеличением и извлечение заложенной в них информации.

Проектирование радиоприемных устройств представляет собой довольно сложную задачу. На первом этапе проектирования выбирается структурная схема радиоприемника исходя из требуемых параметров к радиоприемному устройству. Существует три основных структурных схемы радиоприемников: детекторная, прямого усиления и супергетеродинная.

Наиболее простым является принцип построения приемника прямого детектирования (детекторного), структурная схема которого представлена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 Структурная схема детекторного приемника

Входная цепь (ВЦ) в виде резонансной системы или фильтра обеспечивает частотную избирательность РПУ, настройка на частоту принимаемого сигнала осуществляется перестройкой или переключением ВЦ.

Принципиальным моментом является отсутствие усиления сигнала до детектора, ведущее к серьезному упрощению устройства приемника, но одновременно обуславливающее его низкую чувствительность и избирательность.

Вследствие этого РПУ прямого детектирования применяются крайне редко и лишь в миллиметровом, дециметровом и оптическом диапазонах волн.

Схема приемника прямого усиления представлена на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 Структурная схема приемника прямого усиления

От описанного выше этот приемник отличается наличием усилителя радиочастоты (УРЧ) и, как следствие, значительно большими чувствительностью и избирательностью. ВЦ и избирательные схемы УРЧ настроены на частоту принимаемого радиосигнала, на которой и осуществляется усиление, причем ВЦ обеспечивает предварительную, а УРЧ основную частотную избирательность и значительное (до 106…107 по напряжению) усиление сигнала. В диапазонах, в которых определяющую роль в чувствительности РПУ играют его собственные шумы, в качестве УРЧ используют малошумящий усилитель. Перестройка такого приемника по частоте требует согласованной перестройки всех резонансных систем ВЦ и УРЧ. При необходимости получения большого усиления УРЧ может содержать несколько каскадов, что сопряжено со снижением его устойчивости, затрудняет техническую реализацию перестройки по частоте. Трудности, связанные с многокаскадностью УРЧ, позволяет устранить использование регенеративных и сверхрегенеративных усилителей, обеспечивающих большое усиление на каскад. Однако, такие усилители обладают повышенными искажениями и относительно низкой устойчивостью. По этой причине они применяются редко, в частности в портативных приемниках СВЧ. Приемники, построенные по принципу прямого усиления с фиксированной настройкой, применяются практически лишь в микроволновом и оптическом диапазонах.

Существенное улучшение большинства показателей РПУ достигается на основе принципа преобразования частоты принимаемого сигнала, переноса его в частотную область, где он может быть обработан с наибольшей эффективностью. Самое широкое распространение во всех радиодиапазонах получила построенная на этом принципе схема супергетеродинного приемника (рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 Структурная схема супергетеродинного приемника:

ВЦ - входная цепь;

УРЧ - усилитель радиочастоты;

СМ - смеситель; Г- гетеродин;

ФОС - фильтр основной селекции;

УПЧ - усилитель промежуточной частоты;

ПФ - полосовой фильтр; Д - детектор.

В таком приемнике сигналы частоты fC преобразуются в преобразователе частоты (ПЧ), состоящем из смесителя (СМ) и генератора вспомогательных колебаний - гетеродина (Г) в колебания фиксированной, так называемой промежуточной частоты fПР, на которой и осуществляется основное усиление и частотная избирательность. Для того, чтобы fПР оставалась постоянной при перестройке приемника в некотором диапазоне частот fС, осуществляется сопряженная перестройка ВЦ, резонансных цепей УРЧ и гетеродина. Чем выше частота принимаемого сигнала, тем сложнее в принципе достигнуть устойчивого малошумящего усиления в УРЧ. Поэтому на коротких сантиметровых и особенно на миллиметровых и оптических волнах приемники чаще всего не имеют УРЧ, при этом функция предварительной избирательности ложится целиком на ВЦ, а к характеристикам преобразователя частоты, в частности шумовым, предъявляются повышенные требования. При высоких требованиях к избирательности по побочным каналам приема приходится применять двух- или трехкратное последовательное преобразование частоты, понижая ее до основной промежуточной, на которой и достигаются обычно необходимая избирательность по соседнему каналу и усиление. В данном курсовом проекте как раз приведен пример проектирования супергетеродинного приемника с тройным преобразованием частоты.

До расчета принципиальной схемы какого-либо функционального узла необходимо правильно выбрать структурную схему проектируемого приемника, распределить усиление по структуре и прикинуть возможные шумы в каждом конкретном функциональном узле.

радиоприемный детекторный частота

2. Определение поддиапазонов приёмника и промежуточных частот

Величина промежуточной частоты выбирается из следующих соображений:

Промежуточная частота (Fпр) не должна находиться в диапазоне частот приёмника или близко от границ этого диапазона.

Промежуточная частота не должна совпадать с частотой какого-либо мощного передатчика.

С увеличением промежуточной частоты:

увеличивается избирательность по зеркальному каналу;

уменьшается избирательность по соседнему каналу;

расширяется полоса пропускания;

уменьшается входное и выходное сопротивление электронных приборов, что приводит к увеличению шунтирования контуров;

уменьшается коэффициент усиления на каскад за счёт уменьшения резонансного сопротивления контура;

уменьшается вредное влияние шумов гетеродина на чувствительность приемника.

С уменьшением промежуточной частоты:

увеличивается избирательность по соседнему каналу;

уменьшается избирательность по зеркальному каналу;

сужается полоса пропускания;

улучшается устойчивость УПЧ;

понижается коэффициент шума.

Для получения хорошей фильтрации ПЧ на выходе детектора должно быть выполнено условие:

fПЧ 10?FВ;

Частота, выбранная в качестве промежуточной для РПУ с преобразованием частоты, для наших данных проекта: Fпр = 465 кГц. Т.к она является одной из рекомендуемых частот в качестве промежуточной (в частности, для радиовещательного АМ приемника), в качестве ФСС на этой частоте можно применить стандартный пьезокерамический фильтр с достаточно хорошими характеристиками по затуханию вне полосы пропускания.

3. Выбор и расчет антенн для поддиапазонов приёмника

В соответствием с техническим заданием, для диапазонов ДВ и СВ требуется, рассчитать магнитную антенну с заданной напряженностью поля Е = 400 мкВ/м. Антенну будем выполнять на одном сердечнике для двух диапазонов.

3.1 Расчёт магнитной антенны для ДВ диапазона

Контуры диапазонного приёмника обычно настраивают, изменяя ёмкость. В этом случае можно вычислить максимальную ёмкость переменного конденсатора для настройки контура из выражения:

, где

Перекрытие диапазона

;

С0-начальная ёмкость контура для ДВ и СВ диапазонов 10…20пФ;

Сmin=10пФ;

пФ;

Выбираем сердечник для антенны. Исходя из возможности расположения на антенне намоток для двух диапазонов выбираем сердечник из феррита 600НН с коэффициентом , стандартными размерами: мм, мм.

Находим значение действующей магнитной проницаемости по таблице при ;

Индуктивность контура магнитной антенны ДВ диапазона:

мкГн,

где -в пикофарадах, f- мегагерцах.

Диаметр намотки: мм;

Выбор коэффициентов по графикам Рисунок 3.1.1-3.1.3:

Коэффициенты пропорциональности: ; ; , где для данных диапазонов отношения: и .

Рисунок 3.1.1 Зависимость коэффициента пропорциональности от отношения длины сердечника к его диаметру

Рисунок 3.1.2 Зависимость коэффициента пропорциональности от относительной длины намотки катушки

Рисунок 3.1.3 Зависимость коэффициента пропорциональности от относительного смещения катушки

Рисунок 3.1.4 Конструкция магнитной антенны

Количество витков в катушке контура:

витков,

где

Индуктивность катушки связи:

мкГн,

где Rвх1000 Ом входное сопротивление УРЧ; dэр=0,04; d=0,01.

Коэффициент трансформации:

;

Число витков катушки связи:

витков;

Намотку контурной катушки осуществляем проводом ПЭВ-1 диаметром 0,1мм. Намотку катушки связи осуществляем проводом ПЭЛШО диаметром 0,12

Площадь одного витка намотки:

м2;

Действующая высота антенны:

м;

Напряжение на входе УРЧ:

мкВ;

Требуемая конструктивная добротность:

,

где ;

Характеристическое сопротивление контура:

Ом;

Активное сопротивление антенны:

Ом;

Ом.

3.2 Расчёт магнитной антенны для СВ диапазона

Для СВ диапазона производим аналогичный расчёт:

,

Перекрытие диапазона

;

С0-начальная ёмкость контура для ДВ и СВ диапазонов 10…20пФ;

Сmin=10пФ;

пФ;

Индуктивность контура магнитной антенны СВ диапазона:

мкГн;

Диаметр намотки: мм;

Количество витков в катушке контура:

витков;

Индуктивность катушки связи:

мкГн,

где Rвх1000 Ом входное сопротивление УРЧ; dэр=0,04; d=0,01.

Коэффициент трансформации:

;

Число витков катушки связи:

витков;

Намотку контурной катушки осуществляем проводом ЛЭ 6 Ч0,6. Намотку катушки связи осуществляем проводом ПЭЛШО диаметром 0,12

Площадь одного витка намотки:

м2;

Действующая высота антенны:

м;

Напряжение на входе УРЧ:

мкВ;

Требуемая конструктивная добротность:

,

где ;

Характеристическое сопротивление контура:

Ом;

Сопротивление потерь контура:

Ом;

.

4. Разработка линейного тракта радиоприёмника

В данном курсовом проекте РПУ имеет линейный тракт для АМ сигнала. Основная задача разработки - получить наиболее простую схему коммутации ДВ и СВ диапазона с наиболее низкими массо - габаритными показателями.

Большие массо - габаритные показатели обуславливаются высоким наличием деталей и электронных приборов, но применением микросхем этот недостаток можно устранить.

Кроме самого тракта приёмник должен содержать усилитель звуковой частоты. Для обеспечения наилучших показателей будем применять усилитель в интегральном исполнении

4.1 Расчёт основной полосы пропускания

В общем случае полосу пропускания определяют из выражения:

,

где ПC - полоса частот принимаемого сигнала; и - нестабильности частот передатчика и приемника.

Для АМ сигнала

;

Гц; Гц;

Ширина спектра радиосигнала при амплитудной модуляции составляет:

,

где - максимальная частота модулирующего сигнала.

кГц

Примем ширину полосы пропускания линейного тракта в диапазоне СВ и ДВ равной:

4.2 Расчёт коэффициентов усиления радиоприёмника

Необходимое усиление сигналов в линейном тракте следует обеспечить при достаточной устойчивости каскадов, используя экономичные электронные приборы. Коэффициент усиления линейного тракта K0 должен быть равен:

,

где - амплитуда сигнала на выходе УПЧ (т.е. перед детектором).

Выразив через напряжение на выходе приемника Uвых:

,

где K д - коэффициент передачи детектора.

В современных приемниках, построенных на БИС, детектор кроме детектирования еще и усиливает сигнал. Поэтому, приняв коэффициент передачи детектора равный 1 (наихудший случай) коэффициент усиления всего тракта:

В просмотренной документации на микросхемы, не имеющие в своем составе УНЧ, напряжение на выходе не превышало Uвых 100 мВ.

СВ диапазон: (76 дБ);

ДВ диапазон: (82 дБ);

4.3 Расчёт коэффициентов шума радиоприёмника

Коэффициент шума показывает во сколько раз отношение сигнал/шум на входе приемника больше отношения сигнал/шум на выходе линейной части приемника. Так как реальная чувствительность задана в виде величины ЭДС сигнала в антенне, при которой отношение значений напряжений сигнал/помеха на выходе приёмника больше минимально допустимого отношения сигнал/шум или равно ему, то следует вычислить допустимый коэффициент шума из условия:

,

где - шумовая полоса линейного тракта; - внутреннее сопротивление приемной антенны.

Шумовая полоса линейного тракта чуть шире полосы пропускания

кГц

Минимальное отношение сигнал/шум на входе приемника:

,

где - коэффициент формы АМ-сигнала; mа = 0,3 - максимальный коэффициент модуляции сигнала, принятый при измерении параметров приемника.

Для СВ и ДВ отношение сигнал/шум на выходе равно 20 дБ, тогда:

Допустимый коэффициент шума:

.

4.4 Расчёт побочных каналов приёма

ДВ

Определение эквивалентной добротности и числа резонансных контуров тракта радиочастоты производим по заданной избирательности по зеркальному каналу на максимальной частоте диапазона и по ослаблению на краях полосы пропускания приемника на минимальной частоте диапазона (т.е. рассматриваем наихудший случай).

Зададимся ориентировочным числом одиночных контуров входной цепи и каскадов УРЧ, которые настраиваются на частоту принимаемого сигнала, обеспечивают, главным образом, избирательность по зеркальному каналу и на промежуточной частоте.

При расчете двух одиночных контуров входной цепи ( nc=2.), мы получаем недостаточную избирательность по зеркальному каналу (54 дБ вместо требуемых 56 дБ), увеличиваем nc=3.

Рассчитаем необходимую добротность контуров, обеспечивающую избирательность по зеркальному каналу:

,

где fmax=283,5 кГц - максимальная частота принимаемого сигнала;

fЗmax=fmax+2fпр=283,5+930=1213,5 кГц;

fпр= 465 кГц - промежуточная частота;

з =56дБ (630 (раз)) - избирательность по зеркальному каналу;

Для обеспечения ПП при неравномерности АЧХ п = 10 дБ (ниже заданной 12 дБ):

;



Возможная эквивалентная конструктивная добротность контура с учетом шунтирующего действия входного (или выходного) сопротивления применяемого электронного прибора:

QЭК = ?QК = 0,660 = 36,

где = 0,6 - коэффициент шунтирования электронным прибором (для транзистора)

В результате получили следующее неравенство: QИ < QЭ. В этом случае QЭ должно быть не больше QП. Таким образом, принимаем число контуров nc=2 и эквивалентную добротность контура QЭmax = 21 (на максимальной частоте диапазона).

Вычислим эквивалентную добротность контура на нижней частоте диапазона:

;

где К - конструктивное затухание контура;

Эmax - эквивалентное затухание контура на верхней частоте диапазона;

Эmin - эквивалентное затухание контура на нижней частоте.

RВХmin , RВХmax - входное (выходное) сопротивление электронного прибора на максимальной и минимальной частотах диапазона (в нашем случае они равны).

Получили QЭmin < QП, следовательно расчет сделан правильно.

В результате расчета получаем: nc=3; QЭmax=21; QЭmin= 30.

Для найденных значений добротностей и количества контуров получаются следующие значения (расчет сделаем для верхней частоты из диапазона и, соответственно, для меньшего значения эквивалентного значения добротности колебательного контура):

Избирательность в данном тракте обеспечивается перестраиваемыми резонансными контурами, настроенными на частоту принимаемого сигнала. Число таких контуров и их добротность и обуславливает избирательность приемника по зеркальному каналу. В данном случае мы имеем 3 резонансных контура. Добротность контуров тракта РЧ необходимо выбрать так, чтобы одновременно удовлетворить двум условиям: обеспечить избирательность по зеркальному каналу Se зк и пропустить полосу не уже полосы передаваемого радио сигнала. Таким образом, значение добротности Qэ находят:

;

избирательность по зеркальному каналу на минимальной частоте f0=148,5 кГц

избирательность на f0 = 283,5 кГц:

б) избирательность по соседнему каналу:

,

где fск - расстройка при которой задана избирательность по соседнему каналу

При fск = 10 кГц избирательность по соседнему каналу:

на fmin=148,5 кГц:

на fmax=283,5 кГц:

в) избирательность на частоте, равной промежуточной:

,

где f0 - крайняя частота диапазона, наиболее близкая к промежуточной.

При fпр = 465 кГц : f0 =148,5 кГц, Qэ = 30.

Соответствующая избирательность:

;

при f0 =283,5 кГц

;

CВ

Для данного диапазона произведём расчёт аналогичный расчёту ДВ диапазона.

При расчете двух одиночных контуров входной цепи ( nc=2.),мы получаем недостаточную избирательность по зеркальному каналу (55 дБ вместо требуемых 56 дБ), увеличиваем nc=3.

Рассчитаем необходимую добротность контуров, обеспечивающую избирательность по зеркальному каналу:

,

где fmax=1606,5 кГц - максимальная частота принимаемого сигнала;

fЗmax=fmax-2fпр=1606,5-930=676,5 кГц;

fпр= 465 кГц - промежуточная частота;

з =56дБ = 630 (раз) - избирательность по зеркальному каналу;

.

Для обеспечения ПП при неравномерности АЧХ п = 10 дБ :

;

Возможная эквивалентная конструктивная добротность контура с учетом шунтирующего действия входного (или выходного) сопротивления применяемого электронного прибора:

QЭК = ?QК = 0,660 = 36,

где = 0,6 - коэффициент шунтирования электронным прибором (для транзистора)

В результате получили следующее неравенство: QИ < QЭК < QП. В этом случае QЭ должно быть не больше QП. Таким образом, принимаем число контуров nc=3 и эквивалентную добротность контура QЭmax = 30 (на максимальной частоте диапазона).

Вычислим эквивалентную добротность контура на нижней частоте диапазона:

;

,

где К - конструктивное затухание контура;

Эmax - эквивалентное затухание контура на верхней частоте диапазона;

Эmin - эквивалентное затухание контура на нижней частоте.

RВХmin , RВХmax - входное (выходное) сопротивление электронного прибора на максимальной и минимальной частотах диапазона (в нашем случае они равны).

Получили QЭmin < QП, следовательно расчет сделан правильно.

В результате расчета получаем: nc=3; QЭmax=30; QЭmin= 46.

При таких значениях добротностей и количества одиночных контуров получаются следующие характеристики:

а) избирательность по зеркальному каналу:

,

где f0 , Qэ - частота и добротность, на которой на которой измеряется избирательность:

на fmin =526,5 кГц:

;

на fmax =1606,5 кГц:

;

б) избирательность по соседнему каналу:

,

где fск - расстройка при которой задана избирательность по соседнему каналу.

При fск = 10 кГц избирательность по соседнему каналу:

на fmin = 526,5 кГц:

;

на fmax = 1606,5 кГц:

;

в) избирательность на частоте, равной промежуточной:

,

где f0 - крайняя частота диапазона, наиболее близкая к промежуточной.

При fпр =465 кГц : f0 =526,5 кГц, Qэ = 30. Соответствующая избирательность:

;

При fпр = 465 кГц: f0 =1606,5 кГц, Qэ=46. Соответствующая избирательность:

.

5. Предварительный расчёт АРУ

С помощью автоматической регулировки усиления (АРУ) обеспечивается необходимое для нормальной работы оконечных устройств системы постоянство выходных сигналов при значительных изменениях интенсивности принимаемых сигналов. АРУ предотвращает перегрузки приемного устройства мощными сигналами и тем самым устраняет нелинейные искажения в приемном канале, которые могут возникнуть при приеме амплитудно - модулированных сигналов.

В предварительном расчете системы автоматической регулировки усиления (АРУ) определяется количество регулируемых каскадов высокой и промежуточных частот.

Определим необходимое число регулируемых каскадов.

Исходными данными для расчета АРУ являются :

изменение входного напряжения = 46 дБ (199,9 раз):

изменение выходного напряжения р = 6 дБ (1,995 раз):

Степень изменения коэффициента усиления одного каскада под действием АРУ (Л1) для транзисторных приемников практически можно принять Л1 = 10 раз.

Определяем требуемое изменение коэффициента усиления под действием АРУ:

;

Принимая, что все управляемые каскады идентичны, то необходимое число регулируемых каскадов будет не менее:

;

5.1 Разработка структурной схемы

В результате предыдущих расчетов было выяснено количество резонансных контуров для обеспечения избирательности по зеркальному каналу, допустимый коэффициент шума, требуемый коэффициент усиления. Так как предполагается использование интегральных микросхем, окончательная структура приемника определиться при выборе соответствующей интегральной схемы.

Предварительно составляется следующая структура супергетеродинного приемника

Проектируемый приемник является супергетеродинным стационарным приемником с двухконтурным перестраиваемым входным устройством на ДВ и СВ диапазонах, апериодическим УРЧ на ДВ и СВ диапазонах с преобразователем и гетеродином, ФОС, двух, трехкаскадным УПЧ, амплитудным детектором, УЗЧ.

5.2 Выбор элементной базы

При выборе микросхем обращалось внимание на напряжение питания, реальную чувствительность, коэффициент усиления, наличие АМ - тракта, УРЧ, смесителя с гетеродином, УПЧ, детектор АМ и цепь АРУ, контролирующего УПЧ и смеситель.

Наиболее подходящей по вышеперечисленным критериям с у учетом стоимости и доступности оказалась микросхема К174ХА36А.

Данная интегральная схема представляет собой набор функциональных узлов для построения экономичного радиоприемного АМ-тракта с низким напряжением питания. Она может использоваться в стационарных и переносных радиовещательных приемниках, персональных приемопередатчиках, системах охранной сигнализации и радиоуправления. Выполнена по планарно - эпитаксиальной технологии на биполярных транзисторах с изоляцией элементов обратно совмещенными p - n переходами. Содержит 218 интегральных элементов.

АМ тракт включает УРЧ, смеситель с гетеродином.

Таблица 5.1 Параметры микросхемы К174ХА36А

Общее усиление тракта, дБ	+80
Реальная чувствительность, мкВ	10
Выходное напряжение, мВ	50

Более подробные параметры этой микросхемы приведены в приложении 1.

Как видно из таблицы реальная чувствительность АМ тракта не удовлетворяет требуемой. Коэффициент усиления с учетом вноса дополнительного ослабления фильтрами также не удовлетворяет требуемому. Исходя из этого необходимо поставить дополнительный УРЧ, собранный по схеме ОЭ, так как при этом коэффициент шума, вносимый в схему минимален. Для реализации УРЧ выбран транзистор КТ368А. Его рассчитанные параметры приведены в приложении 1.

Для обеспечения заданной мощности на выходе используется усилитель мощности НЧ TDA1015Т (PHILIPS). Микросхема выбиралась из условия обеспечения заданной мощности. Также учитывалось напряжение питания, сопротивление АС, минимальное число навесных элементов. Параметры данной микросхемы приведены в приложении 1.

Перестройку избирательных цепей линейного тракта целесообразнее всего производить с помощью варикапов, применение которых позволит производить перестройку всех контуров тракта одной ручкой. Недостатком варикапа является его нелинейность, однако нелинейные эффекты можно снизить использую встречно-последовательное включение варикапов. В данном курсовом проекте взят именно такой варикап (PHILIPS): ВВ104. Вольт-фарадная характеристика приведены в приложении 1.

Для обеспечения избирательности по соседнему каналу применяются пьезокерамические фильтра на частоты 465 кГ- ФП1П2 (полоса пропускания 12,5 кГц; входное сопротивление 1,2 кОм; выходное сопротивление 0,6 кОм; неравномерность АЧХ не более 2 дБ; селективность при расстройке 10 кГц: 40 дБ; ослабление в ПП 8 дБ). Для получения заданной избирательности необходимо поставить два фильтра.

6. Расчет принципиальной схемы радиоприемника

Перед расчетом принципиальной схемы необходимо определить крайние частоты с запасом.

Для диапазона ДВ:

Для диапазона СВ:

Так как в выбранной микросхеме приемника содержаться все необходимые элементы, которые обеспечивают заданное усиление, расчет принципиальной схемы сведется к расчету входной цепи и колебательных систем, подключаемых к выводам микросхемы.

Исходя из предыдущих данных и задания курсового проекта для диапазонов СВ и ДВ будут рассчитаны отдельные входные цепи. ВЦ для обеспечения необходимой избирательности по зеркальному каналу будет двухконтурной для обоих диапазонов. Помимо этого необходимо рассчитать внешний УРЧ на транзисторе.

6.1 Расчёт входной цепи

Рисунок 6.1.1.1 Схема УРЧ с двухзвенным фильтром в цепи коллектора транзистора для СВ и ДВ диапазонов

Для обеспечения требований по избирательности для выше указанных диапазонов будем использовать общий УРЧ, выполненный на транзисторе КТ368А (См. приложение 2), в коллекторной цепи которого будут расположены два резонансных контура для ДВ и два для СВ диапазонов. В зависимости от выбранного диапазона будет включатся одна из двух избирательных цепей. Данное решение удобно так же и тем, что не требуется никаких дополнительных цепей согласования антенны и ВЦ, так как сопротивление выхода антенны 11,4 Ом, а входное сопротивление транзистора в 10 раз выше. Определим начальную емкость схемы С0 при которой выбранный варикап с изменением емкости от Сmin до Сmax обеспечит перекрытие диапазона kпд :

ДВ:пФ;

СВ: пФ;

Эквивалентная емкость контура, с учетом емкости настройки:

ДВ: ;

СВ: ;

Определяем индуктивность катушки контура:

ДВ: ;

СВ: ;

Определим коэффициент устойчивого усиления:

на ДВ: ;

на СВ: ;

Определим характеристическое сопротивление на крайних частотах поддиапазона:

ДВ: ;

;

CВ: ;

;

Здесь f, МГц; С, пФ;

Определим оптимальный коэффициент включения контура со стороны коллектора, исходя из условий согласования:

Для ДВ:

,

где min = Qэ min / Qк = 0,5; Rвых = 10,6 кОм - выходное сопротивление транзистора;

Для СВ:

,

где min = Qэ min / Qк = 0,77; Rвых = 10,6 кОм - выходное сопротивление транзистора;

Определим значение коэффициента включения контура к микросхеме для согласования контура с ИС:

Для ДВ:

,

где max = Qэ max / Qк = 0,35; Rвх2 = 4000 Ом - входное сопротивление ИС.

Для СВ:

,

где max = Qэ max / Qк = 0,5; Rвх2 = 4000 Ом - входное сопротивление ИС.

Определим коэффициент усиления транзистора с учетом коэффициентов включения:

Найдём коэффициенты взаимоиндуктивности М :

ДВ: ;

СВ: ;

Найдём коэффициенты связи между катушками:

ДВ:;

СВ: ;

Для ДВ:

;

;

Для СВ:

;

,

где m=kсв

Таким образом, в наихудшем случае на вход УРЧ микросхемы К174ХА36 поступает сигнал U=UА?K0мин(СВ)=10,9?10,6=115,5 мкВ. При чувствительности микросхемы 10 мкВ полученное значение будет удовлетворять техническому заданию.

Коэффициент передачи цепи:

ДВ:

,

СВ:

.

Сопротивление термокомпенсации:

;

E'э = 0,7 1,5 В; Ik = 2,5 мА

;

где V = 4 - коэффициент нестабильности; Ек=6 В - напряжение питания; E'э = 0,7 В. Тогда:

;

Найдем входное сопротивление каскада:

Найдем С1, С2:

;

;

Определяем коэффициент шума каскада:

где Gш - эквивалентная шумовая проводимость транзистора; Rш - эквивалентное шумовое сопротивление транзистора; b11 - реактивная составляющая входной проводимости.



6.2 Расчёт контура гетеродина

ДВ

Индуктивность катушки:

;

СВ

Индуктивность катушки:

;

6.3 Коэффициент шума приёмника

Полученный коэффициент шума приёмника:

,

где Квц - коэффициент передачи входной цепи 1,2 (1,6 дБ)

Курч - коэффициент усиления УРЧ(26дБ)

Ксм - коэффициент усиления смесителя(14дБ)

Nурч , Nсм , NУПЧ - коэффициенты шума микросхемы (6дБ)

Допустимый расчётный коэффициент шума составляет 29,6дБ, коэффициент шума рассчитанного приемника 15,8 дБ, следовательно, требования технического задания по отношению к коэффициенту шума выполнены.

6.4 Коэффициент усиления линейного тракта

Общий коэффициент усиления линейного тракта радиоприемника составил:

дБ,

где

КВЦ=1,6 дБ; KМС=89,4дБ; KУРЧ=20 дБ.

6.5 Расчёт неравномерности АЧХ

Неравномерность АЧХ преселектора равна пр=7 дБ

Неравномерность пьезокерамических фильтров равна: 4дБ

Неравномерность всего тракта равна: = 7 + 4 = 12 дБ, что соответствует заданным параметрам (12дБ), следовательно, требования технического задания по отношению к неравномерности АЧХ выполнены.

6.6 Расчёт контура управления варикапами

СВ

В диапазоне СВ из-за большого перекрытия по частоте будет использоваться варикапная сборка BB104. Из вольт-фарадной характеристики, приведённой в приложении 2, следует, что для Сmin = 10 пФ U = 5,6 В, а для Сmax = 260 пФ U = 0,4 В. Также в резонансном контуре подключённом к коллектору транзистора КТ368А, необходимо добавить перед варикапом конденсатор 50 нФ ( емкость должна быть много больше максимальной емкости варикапа).

Возьмем резистор R1 переменным, тогда его сопротивление в зависимости от Uвар:

Пределы изменения значения сопротивления R1 :

Взяв сопротивление R2 = 7 кОм , по данным формулам получим:

Исходя из этого выбирается переменный резистор СП3-38Б с пределами изменения сопротивления от 0,494 кОм до 108,5 кОм.

ДВ

В диапазоне ДВ будет использоваться варикапная сборка BB104. Из вольт-фарадной характеристики, приведённой в приложении 2, следует, что для Сmin = 10 пФ U = 5,6 В, а для Сmax = 90 пФ U = 3,5 В. Также в резонансном контуре подключённом к коллектору транзистора КТ368А, необходимо добавить перед варикапом конденсатор 50 нФ ( емкость должна быть много больше максимальной емкости варикапа).

Возьмем резистор R1 переменным, тогда его сопротивление в зависимости от Uвар:

Пределы изменения значения сопротивления R1 :



Взяв сопротивление R2 = 7 кОм , по данным формулам получим:

Исходя из этого выбирается переменный резистор СП3-38Б с пределами изменения сопротивления от 0,494 кОм до 9,7 кОм.

6.7 Расчёт схемы регулятора громкости УЗЧ

Регулировка громкости осуществлена с использованием последовательной схемы, включенной на входе УНЧ (Рисунок 6.6.1).

Рисунок 6.6.1 Схема регулятора громкости

Определим Rпер R1 для того, чтобы обеспечить необходимый по заданию диапазон регулировки громкости 40 дБ:

,

где Rвых=30 кОм - входное сопротивление TDA 1015Т

С другой стороны

,

где D=100 (40 дБ) - диапазон регулировки громкости. Из системы уравнений находим:

;

.

Исходя из этого выбирается переменный резистор СП3-39А с пределами изменения сопротивления от 3 кОм до 300 кОм.

Заключение

Результатом данного курсового проекта является четырёх диапазонный приёмник с встроенной магнитной антенной. Основные характеристики спроектированного РПУ:

Диапазон ДВ

тип принимаемого сигнала: с АМ;

избирательность по зеркальному каналу: 128дБ;

избирательность на частоте равной промежуточной: 84дБ;

избирательность по соседнему каналу: 15 дБ при расстройке 10кГц;

полоса пропускания ПЧ 13кГц;

выходная мощность: 1Ч15 Вт;

коэффициент усиления: 111дБ;

коэффициент шума: 16,5дБ;

Диапазон СВ

тип принимаемого сигнала: с АМ;

избирательность по зеркальному каналу: 81дБ;

избирательность на частоте равной промежуточной: 62дБ;

избирательность по соседнему каналу: 3 дБ при расстройке 10кГц;

полоса пропускания ПЧ 13кГц;

выходная мощность: 1Ч15 Вт;

коэффициент усиления: 111дБ;

Размещено на Allbest.ru