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.

Принципы построения радиоприемников практически не изменились за десятилетия. В основе почти всех приемников лежит супергетеродинный метод обработки сигналов, состоящий из трех трактов: высокочастотного, тракта промежуточной частоты и тракта низкой частоты. Отличие современных приемников состоит в том, что в них все эти блоки выполнены внутри одной интегральной микросхемы. Использование микросхем позволяет снизить размеры приемника, повысить его надежность и улучшить его основные параметры. 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.

1. Разработка структурной схемы приёмника

1.1 Анализ структур радиоприемников

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.

Рисунок 1.2 - Структурная схема приемника прямого усиления.

От описанного выше этот приемник отличается наличием усилителя радиочастоты (УРЧ) и, как следствие, наибольшей 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.

Где:

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 f_C преобразуются в преобразователе частоты (ПЧ), состоящем из смесителя (СМ) и генератора вспомогательных колебаний - гетеродина (Г) в колебания фиксированной, так называемой промежуточной частоты f_ПР, на которой и осуществляется основное усиление и частотная избирательность. Для того, чтобы f_ПР оставалась постоянной при перестройке приемника в некотором диапазоне частот f_С, 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.

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.

Исходя из задания на курсовой проект, в данной работе будет целесообразнее использовать супергетеродинный приемник, учитывая, что обычно в радиовещательных приемниках применяют разностное преобразование частоты () с верхней настройкой частоты гетеродина ().

1.2 Выбор промежуточной частоты

Величина промежуточной частоты выбирается из следующих соображений:

Промежуточная частота (F_пр) 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.

Выбираем промежуточную частоту f_пр = 10,7 МГц, используемую в качестве промежуточной в радиотехнике.

1.3 Расчет основной полосы пропускания

Ширина полосы пропускания высокочастотного тракта супергетеродинного приемника определяется необходимой шириной полосы частот излучения передатчика корреспондента, а также нестабильностью частоты передатчика корреспондента и гетеродина приемника.

Необходимая ширина полосы частот излучения передатчика П_с зависит от вида передачи и модуляции. SSB модуляция является разновидностью однополосной амплитудной модуляции и полоса пропускания для нее определяется выражением /2/:

П_с = F_в,

где F_в - верхняя (максимальная) частота модуляции;

По заданию диапазон воспроизводимых частот: (300 - 3400) Гц.

П_с = F_в =3400 Гц.

Дf_д - доплеровское смещение =0

дf_Г = ?f_Г / f_Г = 10^-3.

Подставив все данные, получим:

.

1.4 Выбор числа диапазонов и их границ

Если при неизменной индуктивности контура не может быть обеспечено перекрытие всего диапазона приемника переменным конденсатором или варикапом, а также для удобства и большей точности настройки, диапазон приемника делится на отдельные поддиапазоны.

Диапазон не требуется разбивать на поддиапазоны, если коэффициент перекрытия диапазона в пределах

= (1 …3,2),

при перестройке контура варикапом /2/. Для КВ диапазона: f_min=50 МГц, f_max=51 МГц, соответственно минимальная и максимальная частоты диапазона.

, диапазон не требует разбития на поддиапазоны.

1.5 Проверка перекрытия диапазона

Вместо громоздких механических блоков конденсаторов переменной емкости (КПЕ) в настоящее время обычно применяют варикапы. К достоинствам электронной варикапной настройки можно отнести:

малые габариты и массу,

практическую безинерционность изменения емкости варикапа, сводящую к минимуму время настойки,

малую мощность источника управляющего напряжения, определяющую экономичность такого способа настойки,

сравнительно высокую стабильность параметров варикапа при изменении температуры окружающей среды и нечувствительность к вибрациям,

большой реализуемый коэффициент перекрытия емкости.

При варикапной настройке сравнительно просто осуществляется увеличение числа одновременно перестраиваемых колебательных контуров.

Выберем варикап таким образом, чтобы он обеспечил перекрытие диапазона приемника при изменении управляющего напряжения до 9 В. Таким, в нашем случае, может быть сборка из двух кремниевых планарных варикапов с общим катодом BB212, в котором при изменении напряжения от 6,5 В до 7 В (линейный участок) изменение емкости: Смин= 25 пФ, Смакс= 30 пФ.



Рисунок 1.4 - Зависимость ёмкости варикапа от обратного напряжения.

Отклонение емкости от номинальной при V=0,5 В не более 3,5%.

Определим эквивалентную емкость схемы сх, при которой выбранный варикап обеспечит перекрытие данного диапазона

,

где f max = 1,02fmax , f min = 0,98fmin - крайние частоты принимаемого диапазона, взятые с запасом.

1,06.

Если Смин= 25 пФ, Смакс= 30 пФ

пФ

Действительная емкость схемы:

Ссх= См + СL + Свн,

где См - емкость монтажа, СL - собственная емкость катушки контура, Свн - емкость, вносимая в контур электронным прибором.

C_L= 2 пФ,

C_м= 5 пФ,

C_вн= 8 пФ,

С_сх= 2 + 5 + 8 = 15 пФ.

, значит емкости выбраны верно и в контур необходимо включить дополнительную емкость:

= 17 - 17 = 0 пФ.

Тогда эквивалентная емкость равна:

= 4045 пФ.

1.6 Расчёт допустимого коэффициента шума приемника

К_ш найдём из следующего выражения /2/:

где: - минимально допустимое отношение напряжений сигнал/помеха на входе приёмника;

- шумовая полоса линейного тракта;

- постоянная Больцмана;

R_A =75 Ом сопротивление приёмной антенны;

- стандартная температура приёмника;

Таким образом, допустимый коэффициент шума:

(6,7дБ).

Реальное значение коэффициента шума не должно принимать отрицательное значение, поэтому увеличим чувствительность до 1 мкВ

1.7 Определение эквивалентной добротности и числа контуров тракта РЧ

Определение эквивалентной добротности и числа контуров тракта РЧ производим по заданной избирательности по ЗК на максимальной частоте диапазона и по ослаблению на краях полосы пропускания приемника на минимальной частоте диапазона (наихудший случай).

Задаемся ориентировочным числом одиночных контуров тракта РЧ /3/: n_c=2.

Необходимая добротность контуров, обеспечивающая избирательность по зеркальному каналу /1/:

где f_max = 51 МГц - максимальная частота поддиапазона;

f_Зmax = f_max + 2f_пр = 51+21,4 = 72,4 МГц

f_пр= 10,7 МГц - промежуточная частота;

=76 дб (6310 раз) - избирательность по зеркальному каналу по заданию.

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

,

где = 0,8 - коэффициент шунтирования электронным прибором (для транзистора);

Q_Эк=0,8*150=120

Q_K = 150 - конструктивная добротность контура.

Q_И <Q_ЭК <Q_П . В этом случае эквивалентная добротность контуров Q_Э необходимо принять равной или немного большей Q_И , но не большей Q_ЭК .

Q_Эмакс=100

Принимая, что согласование транзистора с контуром будет происходить на максимальной частоте диапазона, определяется эквивалентная добротность контура на нижней частоте диапазона по формулам:

;

;

;

,

где _К - конструктивное затухание контура;

_Эmax - эквивалентное затухание контура на верхней частоте диапазона;

_Эmin - эквивалентное затухание контура на нижней частоте диапазона;

R_ВХmin , R_Вхmax - входное (выходное) сопротивление электронного прибора соответственно на максимальной и минимальной частотах диапазона (в нашем случае они равны т.к. выбранные транзисторы на всем диапазоне частот сохраняют значения своих параметров неизменными).

Для крайних точек поддиапазона f_min и f_max определяются:

а) вспомогательные коэффициенты:

;

;

- расстройка, при которой задана избирательность по соседнему каналу.

;

.

б) зеркальные частоты:

f_Зmax = f_max + 2f_пр = 72,4 МГц

f_Зmin = f_min + 2f_пр = 71,4 МГц

в) избирательность по соседнему каналу:

на частоте f_max=51 МГц

на частоте f_min=50 МГц

г) ослабление на краях полосы:

на частоте f_max=51 МГц

на частоте f_min=50 МГц

д) избирательность по зеркальному каналу:

;

_Зmin > _Зmax > _З=76дБ - исходные данные выполнены.

е) избирательность на промежуточной частоте (причем f_б=f_min ; Q_б=Q_Эmin):

ж) рассчитали комбинационные частоты F_ком = |(m - n)F_c - mF_пром| при частоте сигнала равной F_min и F_max.

Таблица 1 Расчет комбинационных частот

При Fc = Fmin =50МГц	При Fc = Fmax =51МГц
n\m	1	2	3	n\m	1	2	3
1	10,7	28,6	67,9	1	10,7	29,6	69,9
2	60,7	21,4	17,9	2	61,7	21,4	19,9
3	110,7	71,4	32,1	3	112,7	73,4	32,1

Выберем комбинационные частоты наиболее близкие либо к F_max , либо к F_min из левой и правой частей таблицы соответственно и просчитаем, какое будет для них ослабление.

Наиболее близкая к F_min частота F_ком = 60,7 МГц (см. левую часть таблицы 1).

(65,5 дБ)

Наиболее близкая к F_max частота F_ком =84,7МГц (см. правую часть таблицы 1).

(65 дБ)

Таким образом, ослабление на комбинационных частотах соответствует требованиям технического задания.

1.8 Расчёт необходимого коэффициента усиления линейного тракта

Определим необходимый коэффициент усиления линейного тракта (К_Л).



- чувствительность приёмника.

- выходное напряжение SSB-детектора /2/.

Коэффициент усиления линейного тракта следует взять с запасом, т.к. на нижних частотах диапазона чувствительность меньше.

Пусть суммарный коэффициент усиления детектора и УПЧ составляет 50 дБ. Тогда коэффициент усиления ВЦ + УРЧ + смеситель + ФОС равен 50 дБ.

радиоприемник частота диапазон шум

1.9 Предварительный расчёт автоматической регулировки усиления

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

Исходными данными для расчета АРУ являются:

изменение входного напряжения а = 70дБ (3162 раз);

изменение выходного напряжения р = 6 дБ (2 раз).

Определяем степень изменения коэффициента усиления одного каскада под действием АРУ (Л₁).

Для транзисторных приемников практически можно принять Л₁ = 10.

Определяем требуемое изменение коэффициента усиления под действием АРУ:

Считая, что все управляемые каскады идентичны, находим необходимое число регулируемых каскадов:

То есть, число регулируемых каскадов системы АРУ равно 4.

Выпускаются микросхемы, которые включают в себя блоки УРЧ и УПЧ охваченные цепью АРУ, таким образом, для уменьшения габаритов и массы приемника целесообразно использовать ИМС.

1.10 Предварительный расчет усилителя мощности

Низкочастотный тракт радиоприемников обычно состоит из одного или нескольких каскадов усилителя низкой частоты (УНЧ). Число каскадов УНЧ определяется усилением, которое должен обеспечить этот тракт. Для уменьшения габаритов и упрощения схемы можно выполнить тракт УЗЧ на интегральной микросхеме.

1.11 Расчет требований к гетеродинам

Точность восстановления в приемнике несущей частоты определяется требованиями к воспроизводимому сигналу. Искажения сигнала малозаметны, если расстройка генератора не превышает нескольких герц.

Для обеспечения разборчивой речи расстройка генератора должна быть . Отсюда нестабильность частот гетеродина должна быть порядка .

1.12 Результаты составления блок-схемы

На основании проведенного предварительного расчета приемника составляется его блок - схема с указанием числа каскадов и особенностей каждого тракта. Блок-схема приемника, полученного в результате предварительного расчета, приведена на рисунке 1.5.

Рисунок 1.5 - Блок-схема приемника.

Входная цепь состоит из перестраиваемого колебательного контура.

На выходе УРЧ также стоит перестраиваемый контур. Таким образом, должна осуществляться одновременная настройка контура входной цепи, колебательного контура УРЧ и контура гетеродина.

2. Расчёт схемы приемника

2.1 Выбор элементной базы радиоприёмника

В схеме будут применены 2 ИМС, одна из которых (К174ПС1) будет использована в Смесителе, УПЧ и Детекторе.

Для нормальной работы второй микросхемы (К174УН14), выполняющей роль выходного каскада усилителя звуковой частоты необходимо, что бы напряжение на её входе было не менее 100мВ, что обеспечивает ИМС К174ПС1, так как её уровень выходного сигнала после детектора не менее 130мВ.

2.2 Расчёт входной цепи

Исходные данные для расчета входной цепи получены в результате предварительного расчета приемника.

Входной цепью называется часть схемы приемника, связывающую антенно-фидерную систему со входом первого каскадом приемника (в нашем случае, усилителем). Она предназначена для передачи возможно большей мощности (или напряжения) радиосигнала от антенны на вход первого каскада и для осуществления частотной селекции радиосигнала (для ослабления внешних помех). В соответствии с этим ко входной цепи приемника предъявляются ряд требований. Основные из них:

Входная цепь должна передать, возможно, большее напряжение на вход первого каскада;

Входная цепь должна обеспечить ослабление всех мешающих сигналов, в том числе помехи, проходящей по зеркальному каналу, помехи на частоте, равной промежуточной, и на частоте соседнего канала. Для уменьшения перекрестных искажений входная цепь должна обеспечить ослабление мешающих сигналов большой амплитуды;

Входная цепь должна обеспечивать перекрытие заданного диапазона частот;

Изменение параметров антенны и входных параметров первого каскада не должно вызывать превышающих норму изменений качественных показателей. Это накладывает требования на выбор способа связи с антенной и входом первого каскада и на ее величину.

Входная цепь должна пропускать спектр частот принимаемого радиосигнала с неравномерностью не больше заданной нормы.

Каждое из перечисленных требований характеризуется соответствующими качественными показателями.

На рисунке 2.1 представлена расчетная схема.

Рисунок 2.1 - Входная цепь.

Расчет ведем по формулам /4/.

В предварительном расчете был выбран варикап ВВ212 с изменением емкости: С_мин = 25 пФ, С_макс= 30 пФ (при изменении обратного напряжения от 6,5В до 7В) и определены эквивалентные емкости контура.

Исходные данные для расчета:

Блок емкостей:

С_Эmax = 40 пФ;

С_Эmin = 45 пФ.

Добротность контура:

Q_Э = 100.

1. Индуктивность связи контура.

.

- добротность катушки связи;

- добротность контура;

;

2. Коэффициент взаимоиндукции.

Рассчитаем индуктивность контура:

,

тогда коэффициент взаимоиндукции между индуктивностями L_cв и L_К равен:

3. Коэффициент передачи входной цепи на максимальной и минимальной частоте принимаемого диапазона:

раз(14дБ)

раз(14дБ)

4. В дополнительной емкости контура мы не нуждаемся, это было рассчитано в пункте 1.5.

2.3 Расчёт усилителя радиочастоты

Непосредственно за входной цепью размещается усилитель радиочастоты (УРЧ).

В приёмнике используется двухконтурный резонансный УРЧ, выполненный на двух каскадах. Каскады УРЧ выполнены на двухзатворных полевых транзисторах КП350Б, включенных по схеме с общим истоком. Ко второму затвору каждого из транзисторов подводится напряжение автоматической регулировки усиления.

Основные требования, предъявляемые к такому УРЧ:

· Обеспечение необходимого усиления принимаемого сигнала (больше минимального уровня входного сигнала на микросхему К174ПС1);

· УРЧ Избирательность должна быть не меньше заданной величины при достаточной ширине полосы пропускания;

· Усилитель должен настраиваться на каждую частоту заданного диапазона.

На рисунке 2.2 показана схема УРЧ.



Рисунок 2.2 - Усилитель радио частоты.

1. Определим положение рабочей точки транзистора:

- напряжение питания каскада.

- напряжение на первом затворе транзистора VT1(по ВАХ транзистора).

- ток стока в рабочей точке.

Сопротивления резисторов делителя, обеспечивающие данный режим работы, R1=2МОм, R2=430кОм.

Расчет Y-параметров приведен в приложении 2.

Определим коэффициент максимального устойчивого усиления:

.

2. Расчет коэффициентов включения транзистора VT1 в контур 2, с целью обеспечения требуемого коэффициента усиления. Примем коэффициент усиления равным 10 (меньше устойчивого):

,

где - резонансная проводимость.

См

3. Определяем коэффициент шума первого каскада УРЧ:

где - резонансная активная проводимость параллельного колебательного контура;

- проводимость цепи затвора;

- шумовое сопротивление полевого транзистора.

4. Расчет каскада на транзисторе VT2 производится аналогично.

5. Коэффициент включения смесителя в контур УРЧ:

2.4 Выбор фильтра основной селекции

ФОС должен обеспечить всю избирательность приемного устройства по соседнему каналу, а необходимое усиление обеспечивается УПЧ.

В качестве фильтра основной селекции используем пьезоэлектрический керамический фильтр ФП2П4-442-01 со следующими параметрами:

§ F₀ = 10,7МГц1%;

§ Полоса пропускания F=4 кГц;

§ Затухание в полосе а_пер =10 дБ;

§ Неравномерность затухания в полосе пропускания а_пер = 2дБ;

§ Гарантируемое затухание вне полосы а_гар =90дБ;

§ R_вх.ф =2,8 кОм R_вых.ф = 2,8 кОм.

Фильтр удовлетворяет заданию по характеристикам.

Включим фильтр между смесителем и УПЧ. Коэффициент включения фильтра в контур:

.

Т. к. R_{вх. УПЧ} =3 кОм, то согласование ФОС и УПЧ не требуется.

2.5 Расчет резонансных контуров смесителя и УПЧ

Для обеспечения избирательности по соседнему в качестве нагрузки смесителя и УПЧ используется резонансные контура. Резонансная частота контуров равна промежуточной частоте Резонансные контура не должны вносить большого ослабления на краях полосы пропускания. Пусть допустимое ослабление составляет 2 дБ.

Рассчитаем максимально возможную добротность резонансных контуров:

Максимальная добротность в диапазоне 10,7 МГц с учетом конструктивной добротности контура равна 250.

Примем эквивалентную добротность контура . Для биполярных транзисторов коэффициент шунтирования равен 2.

Коэффициент усиления интегральной микросхемы равен:

,

где S - крутизна

- резонансное сопротивление контура.

Для обеспечения некоторого запаса по усилению, примем коэффициент усиления каскада УПЧ равный 40 (32 дБ). Крутизна при усилении равна:

мА/В .

.

Тогда при добротности контура Q=100 характеристическое сопротивление контура равно:

Найдем номиналы емкости и индуктивности резонансных контуров смесителя и УПЧ:

;

.

2.6 Применение микросхем

2.6.1 К174ПС1

В данном курсовом проекте использована многофункциональная отечественная ИМС К174ПС1, применяемая в качестве смесителя, резонансного УПЧ и SSB-детектора (три отдельных МС). ИМС К174ПС1 представляет собой двойной балансный смеситель для частот до 200 МГц и предназначена для преобразования частот УКВ-диапазона в радиоприемной связи и связной аппаратуре. Принципиальная схема и назначение выводов ИМС представлены на рисунках 2.3 и 2.4 соответственно.

Рисунок 2.3 - Электрическая принципиальная схема ИМС К174ПС1.



Рисунок 2.4 - Назначение выводов ИМС К174ПС1.

Эксплуатационные данные (К174ПС1):

Ток потребления …………………….…2,5 мА

Диапазон рабочих температур……….- 40..+85 С

Напряжение питания…………………минимальное 4 В

максимальное 15 В

Крутизна преобразования……….....не менее 4,5 мА/В

Коэффициент шума …………………..… не более 8 дБ

Напряжение выхода…………………….…130 мВ

Верхняя граничная частота входного и опорного напряжения…………200 МГц

2.6.2 Смеситель на К174ПС1

После резонансного каскада УРЧ высокочастотный сигнал поступает через трансформаторную связь на вход высокой частоты смесителя, который выполнен на ИМС К174ПС1 с внешним гетеродином с использование стандартной схемы включения (рисунок 2.5).



Рисунок 2.5 - Схема смесителя на ИМС К174ПС1.

1. Коэффициент передачи смесителя:

Крутизна преобразования мА/В. Нагрузкой смесителя является контур .Коэффициент передачи смесителя:

.

2. Коэффициент шума смесителя составляет не более 8 дБ (см. п. 2.6.1).

2.6.3 УПЧ на К174ПС1

Полученный в результате частотного преобразования сигнал поступает после ФОС на усилитель промежуточной частоты, который реализована с использованием схемы включения ИМС К174ПС1 в качестве резонансного усилителя. Схема УПЧ представлена на рисунке 2.6.



Рисунок 2.6 - Схема УПЧ

1. Коэффициент передачи УПЧ составляет:

2.Коэффициент шума УПЧ составляет не более 8 дБ (см. п. 2.5.1).

2.6.4 SSB-детектор на К174ПС1

Усиленный по мощности сигнал с промежуточной частотой через трансформаторную связь поступает на вход двойного балансного смесителя, который является SSB-детектором и также реализован с использование стандартной схемы включения ИМС К174ПС1(рисунок 2.7).



Рисунок 2.7 - Схема SSB-детектора на ИМС К174ПС1.

1. Коэффициент включения детектора вконтур УПЧ:

2. Коэффициент передачи детектора составляет:

3. Конденсатор С_Ф обеспечивает фильтрацию ВЧ составляющих. Полоса частот по заданию составляет F_max=3400 Гц. Тогда:

.

4. Коэффициентом шума детектора можно пренебречь, поскольку усиление предыдущих каскадов велико.

2.6.5 УНЧ на К174УН14

С выхода SSB-детектора полученный в результате нелинейного преобразования низкочастотный сигнал поступает на усилитель НЧ, в качестве которого используется микросхема К174УН14. Типовая схема включения ИМС К174УН14 представлена на рисунке 2.8.

Рисунок 2.8 - Типовая схема включения ИМС К174УН14.

Эксплуатационные данные (К174УН14):

Напряжение питания …………..………не более 16 В.

Ток потребления ……………………… 10…80 мА.

Входное напряжение…………………..не более 150мВ.

Максимальная выходная мощность при К_Г=5% ……5,5 Вт.

Сопротивление нагрузки………………..не менее 2 Ом.

Диапазон рабочих температур………….- 40..+85 С.

Стандартное включение ИМС К174УН14 позволяет обеспечить указанную в задании выходную мощность приемника с запасом при соответствующем коэффициенте гармоник.

2.7 Расчет ручной регулировки громкости

Регулировка громкости осуществлена с использованием последовательной схемы, включенной на входе УНЧ (рисунок 2.9).

Рисунок 2.9 - Схема регулятора громкости.

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

,

где R_выхSSB=4 кОм - сопротивление нагрузки SSB-детектора.

С другой стороны

,

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

;

.

2.8 Расчет детектора АРУ

Для обеспечения заданных параметров автоматической регулировки использована схема транзисторного детектора АРУ (рисунок 2.10).

Рисунок 2.10 - Схема детектора АРУ.

Для расчета схемы зададимся следующими параметрами :

- максимальный ток через коллектор транзистора КТ315Б;

- минимальное напряжение на выходе детектора АРУ.

1. Найдем нагрузочное сопротивление :

.

2. Входное сопротивление детектора АРУ не должно быть больше чем выходное сопротивление SSB-детектора . Учитывая, что , примем .

3. Рассчитаем делитель R1 и R2.

Для кремневых транзисторов U_нас не более 1 В. Коэффициент деления R1 и R2 равен Е_п/ U_нас=9/1=9. Зададимся сопротивлением R1=90 кОм. Тогда R2 определим как

Для регулировки уровня задержки АРУ резистор R2 возьмем подстроечным.

4. Для определения номинала емкости конденсатора С_Ф примем значение постоянной времени в цепи АРУ . Поскольку сопротивление цепи АРУ равно R_K=5,6кОм, значение номинала емкости С_Ф найдем из выражения :

2.9 Расчет неравномерности АЧХ

Неравномерность АЧХ преселектора можно пренебречь.

Неравномерность фильтра < 2 дБ;

Неравномерность АЧХ SSB-детектора равна 3 дБ.

Неравномерность всего тракта равна: = 2+3 = 5дБ.

2.10 Расчет общего коэффициента усиления и общего коэффициента шума

Для обеспечения заданных параметров радиоприемного устройства произведем оценку параметров основных элементов и узлов.

Общий коэффициент усиления линейного тракта радиоприемника составил:

К_U= К_Uвц+ К_UУРЧ+ К_UСМ+ К_UФОС+ К_UУПЧ+ К_Uд=14+32+25-10+26+25=112 дБ

Для обеспечения заданной чувствительности при отношении с/ш = 20 дБ на выходе, общий К_ш РПУ запишем в следующем виде:

(6,19дБ)

Таким образом, коэффициент шума усилителя меньше, чем необходимо для обеспечения заданной чувствительности. Реальные значения коэффициента шума будут зависеть от шумовых характеристик применяемых транзисторов. Следовательно, применяя транзисторы с минимальным F_ш можно повысить соотношение C/Ш на входе (понизить коэффициент шума усилителя), и тем самым поднять чувствительность.

Заключение

Результатом данного курсового проекта является SSB-приёмник. Основные характеристики спроектированного РПУ:

1) тип принимаемого сигнала: SSB (однополосный);

2) избирательность по зеркальному каналу: 78 дБ;

3) избирательность на частоте равной промежуточной: 100дБ;

4) избирательность по соседнему каналу: 90 дБ;

5) избирательность по побочному каналу: 93 дБ;

6) полоса пропускания ПЧ 3,4 кГц;

7) неравномерность АЧХ 5 дБ;

8) выходная мощность: 1,3 Вт, коэффициент нелинейных искажений <4%;

9) коэффициент усиления по напряжению: 150 дБ;

10) коэффициент шума: 13 дБ;

11) регулятор громкости 40дБ.

12) диапазон воспроизводимых частот 300-3400Гц.

Библиографический список

Радиоприемные устройства: / Под ред. Н.Н.Фомина. - М.: Радио и связь, 1996. - 511 с.

Проектирование радиоприемных устройств. Под ред. А. П. Сиверса. Учебное пособие для вузов. М., “Советское радио”,1976.

Ефимов С. В., Расчёт полосы пропускания, методические указания;

Ефимов С. В., Входные цепи, методические указания;

Ефимов С. В., Усилители радиочастоты, методические указания;

СТП ВятГТУ 102-2000. Общие требования к структуре, оформлению и представлению курсовых проектов и работ: Методические указания. - Введ. 01.09.2000. - Киров, ВятГТУ, 2000.- 26 с.

Калихман С.Г., Левин Я.М. Радиоприемники на полупроводниковых приборах. Теория и расчет. - М.: Связь, 1979. - 352 с.

http://schema.tomsk.ru/

Румянцев К.Е. Приём и обработка сигналов: Учебное пособие для студентов, 2004, 528с.

Любительская радиосвязь на КВ: Справочник/ Степанов Б.Г., Лаповок Я.С., Ляпин Г. Б. -М.: Радио и связь, 1991. - 120 с.

Размещено на Allbest.ru