Расчет преселектора, УВЧ, УПЧ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовой проект

Расчет преселектора, УВЧ, УПЧ

1. Техническое задание

1. Рассчитать параметры элементов преселектора, считая полосы пропускания ВЦ и однокаскадного УВЧ одинаковыми.

2. Рассчитать коэффициент передачи преселектора и избирательность (в дБ) по зеркальному каналу и каналу прямого прохождения.

3. Рассчитать элементы каскада УВЧ, УПЧ обеспечивающие режим транзистора по постоянному току, а также емкости блокировочных и разделительных конденсаторов.

4. Описать принцип построения преселектора, изобразить электрическую схему.

Начальные данные:

f₀ =85 МГц

f_п = 8,1 МГц

настройка гетеродина - верхняя

П = 3.1 МГц

g_a =10 мСм

g_H =8 мСм

C_H =15 пФ

схема УВЧ с ОЭ

Тип связи:

ВЦ с антенной - автотрансформаторная

ВЦ с УВЧ - трансформаторная

контура УВЧ с транзистором - автотрансформаторная

контура УПЧ с нагрузкой - ёмкостная

тип транзистора - КТ312А

ток коллектора - 1мА

2. Разработка структурной схемы

В соответствии с техническим заданием приемник должен иметь структурную схему супергетеродинного типа (рис. 1).

Такие приёмники обеспечивают высокую чувствительность, так как основное усиление происходит в каскадах УПЧ на неменяющейся при перестройке приёмника промежуточной частоте при сколь угодно большом числе каскадов УПЧ с высоким коэффициентом усиления. Схема супергетеродинного типа имеет высокую избирательность, так как основная избирательность по соседнему каналу обеспечивается в избирательной системе, имеющей хорошую добротность, узкую полосу пропускания и прямоугольность резонансной характеристики. Также данная схема обладает более высокой помехоустойчивостью в отношении сигнал/шум, а значит имеет лучшее качество воспроизведения, так как в этой схеме усиление ведется по трем частотным трактам (высокой, промежуточной и низкой частотам), в результате уменьшаются паразитные помехи.

Радиовещательные приёмники относятся к диапазону 88-108 МГц. Так как по ТЗ f₀=85 МГц, то будем считать, что наш приёмник относится к радиовещательным. На частотах выше 30 МГц используется ЧМ. Приёмники с ЧМ сигналом должны иметь усилитель-ограничитель.

Рис. 1 - Структурная схема супергетеродинного приёмника.

ВЦ - входная цепь, УВЧ - усилитель ВЧ, Г - гетеродин, СМ - смеситель, УПЧ - усилитель промежуточной частоты, Д - детектор, УНЧ - усилитель низкой частоты, УО - усилитель-ограничитель.

Входная цепь предназначена для выделения заданного сигнала высокой частоты из всех сигналов, поступающих из антенны, при этом заметно ослабляются сигналы других станций и различных помех. Во входной цепи осуществляется предварительная начальная избирательность приёмника.

Усилитель радиочастоты производит усиление выделенного колебания высокой частоты и ослабление других сигналов и помех. То есть, усилитель радиочастоты обеспечивает избирательность приёмника. Усилитель радиочастоты должен обеспечить оптимальный уровень сигнала для детектора.

Преобразователь частоты предназначен для преобразования сигнала высокой частоты, усиленного усилителем радиочастоты в колебания промежуточной частоты. Для преобразования частоты требуется вспомогательное напряжение. Для получения этого напряжения используется маломощный генератор гармонических колебаний - гетеродин, который является составной частью преобразователя частоты. При совместном действии напряжения сигнала и напряжения гетеродина в смесителе образуется сложное колебание - биение, из которого контуру выделяется разностная частота.

Усилитель промежуточной частоты производит усиление разностной частоты, преобразованной преобразователем частоты, при этом увеличивается чувствительность и избирательность.

Детектор осуществляет преобразование выделенных модулированных колебаний в низкочастотный сигнал.

Усилитель низкой частоты необходим для усиления по мощности сигнала для лучшей работы воспроизводящего устройства, при этом усилитель низкой частоты не должен искажать формы сигнала, если это специально не предусмотрено.

3. Предельная чувствительность приёмника

преселектор электрический схема

Определяем уровень собственных шумов приёмника по формуле Найквиста:

Где k=1,68*10^-23 - постоянная Больцмана, Т =Т_max-Т_min= 328-213=115 К - температурный диапазон, =3,1*10⁶ Гц - полоса пропускания, =1/g_а=1/10*10^-3=100 Ом - входное сопротивление антенны.

Предельная чувствительность приёмника:

На выходе детектора должно быть 0,707 В. Тогда общий коэффициент передачи приёмника:

4. Входная цепь

Согласно ТЗ антенна должна связываться с ВЦ через автотрансформаторную связь, а связь ВЦ с УВЧ - трансформаторная.



Рис. 2 Входная цепь

5. Определение полосы пропускания преселектора

Полоса пропускания преселектора определяется с учётом нестабильности частоты принимаемого сигнала, гетеродина и реальной неточности сопряжения настроек контуров преселектора и гетеродина. При безподстроечной настройке ширина полосы пропускания преселектора равна

П_прес = П_с + 2_прес,

где П_с ширина спектра частот принимаемого сигнала.

При частотной модуляции (ЧМ)

индекс модуляции. Для радиовещательных передатчиков принято _m =0,5

Далее в (1.1) общий максимальный уход частоты настройки преселектора:

,

где _с относительная нестабильность частоты принятого сигнала (по ГОСТ на радиовещательные передатчики _с ? 1,5 • 10⁵);

_Г относительная нестабильность частоты гетеродина.

_к = 5*10⁴…10⁵ относительная нестабильность частоты колебательных контуров.

Д_сопр неточность сопряжения настроек контуров преселектора и гетеродина. Она определяется формулой:

где к_пд коэффициент перекрытия рассчитываемого поддиапазона;

Тогда

Так как ширина спектра частот принимаемого сигнала (П_с) намного больше общего максимального ухода частоты настройки преселектора Д_прес, то можно записать, что:

П_прес = П_с =6,8 МГц

6. Расчёт элементов ВЦ

Выберем полную емкость схемы

Для предварительной ориентировки при выборе емкости следует обратиться к таблице 1.

Таблица 1

f0, МГц	0,3	0,3 - 1,5	1,5 - 6	6 - 30	30 - 100	›100
Ссх, пФ	500-300	300-200	200-100	100 - 50	50 - 15	‹15

Так как fс = 85 МГц то Ссх = 23 пФ

Вычислим коэффициент включения фидера mа и входа УВЧ mвх.

Эквивалентное затухание контуров преселектора с учетом потерь, вносимых источником сигналов и нагрузкой целесообразно выбрать dр? 0,02.

По таблице 2 выбираем собственное затухание контура:

Таблица 2

Диапазон волн	ДВ	СВ	КВ	МВ
d	0,02-0,0125	0,0125-0,008	0,006-0,005	0,01-0,005

Выбираем d = 0,005

Сопротивление антенны:

Rа=Wф=1/gа=1/(10·10 ^{- 3}) = 100 (Ом)

(gа=10 мСм - проводимость антенны, заданная в ТЗ)

Тогда коэффициент включения фидера:

Для того чтобы найти коэффициент включения входа УВЧ необходимо найти входное сопротивление УВЧ Rвх:

Rвх=1/g_11Э

g_11Э для транзистора КТ324Д равно 2,6 мСм

Rвх=1/(2,6·10 ^{-3 )}= 384 Ом

Рассчитываем емкость контура

Ск= Ссх - СL - mвх ² (См+ Свх)

Где: СL - паразитная емкость катушки контура (3 пФ), См - емкость монтажа (3 пФ), Свх - входная емкость каскада (Свх= С11э=2,5 пФ)

Ск= 23 · 10 ^-12 - 3· 10 ^-12 -0,22² (3· 10 ^-12 + 2,5· 10 ^{-12 )} = 19,7 (пФ)

Находим индуктивность контура

Найдем коэффициент передачи входной цепи

Ко вц = Lф · Кос

Lф - коэффициент передачи фидера

Пусть длина фидера lф = 1 м, а произведение вф · lф = 0,25 · 1 = 0,25 то из графика, изображенного на рисунке 4 найдем Lф = 0,975



Рис. 4

Таким образом Ко вц = 0,975 · 0,80 = 0,78

Обобщенная расстройка зеркального канала при верхней настройке гетеродина вычислим по формуле:

озк = 4 (fпч / fc) [(fc+ fпч)/ (fc +2 fпч)]/ dр

озк=

Так как наш преселектор соответствует следующей структурной схеме

, то определим избирательность по зеркальному каналу, воспользовавшись рисунком 5.



Рис. 5.

Sезк = 40 дБ

6. Усилитель высокой частоты

Усилитель радиочастоты - это устройство, предназначенное для усиления сигналов по напряжению или по мощности на несущей частоте без существенных изменений спектра принимаемых сигналов.

Мой УВЧ собран по однокаскадной схеме на одном транзисторе, включённом по схеме с общим эмиттером. Связь транзистора УВЧ с контуром - автотрансформаторная.

Рис. 3 Схема УВЧ

7. Расчёт каскада УВЧ

Расчет элементов, обеспечивающих режим УВЧ

Активный элемент - транзистор КТ324Д (по техническому заданию).

Параметры транзистора, необходимые для расчёта:

Ikб0 = 0,5 мкА, Т=213…328 К, Е_п=9 В, U_кэ=5 В, Ik = 1 мА, g11 =2,6 мСм, g22=0,1 мСм, g21 =88 мСм, fгр = 600 МГц, в11 =0,9 мСм, в22 =0,4 мСм, в21= =-18 мСм, С11 = 17,5 пФ, С12 = -5 пФ, С22 = 7,9 пФ, Y₁₁=2,75 мСм, Y₂₂=0,41 мСм, Y₂₁=89,82 мСм, Y₁₂=0,12 мСм.

Изменение обратного тока коллектора:

Тепловое смещение напряжения базы:

Где х=1,8 мВ/К

Нестабильность коллекторного тока:

Сопротивления резисторов R_э и R_ф:

Сопротивления резисторов R_б1 и R_б2:

Ёмкости конденсаторов С_ф и С_э:

Расчет одноконтурного УРЧ

Выбираем индуктивность контура L которая равна индуктивности, найденной дла ВЦ:

L = 0,15 мкГн

Выберем коэффициент подключения контура к транзистору из условия, что m1 = 0,2 …1. Возьмем значение m1 = 0,3.

Выберем коэффициент включения следующего каскада в контур из условия обеспечения полосы пропускания и ослабления по зеркальному каналу, тоесть:

m2п ? m2 ? m2зк.

Здесь d - собственное затухание контура (d=0,005); dэр - эквивалентное затухание контура каскада, которое обеспечивает требуемое ослабление зеркального канала; gвых = g22э; gвх2 = g11 - входная проводимость следующего каскада.

dэр =П/f₀=3,1/85=0,036

Тогда

0,38 ?m2 ?0,42 > m2=0,4

Теперь можно подсчитать резонансный коэффициент усиления каскада УВЧ:

Для проверки устойчивости усиления найдём теоретический коэффициент усиления:

Так как условие К₀ ? К_у выполняется, то усиление устойчивое.

Определяем емкость контура:

Где:

Тогда

8. Усилитель промежуточной частоты

Так как в ТЗ не указано по какой схеме нужно выполнить УПЧ, то я исполню его по схеме с ОЭ. Чтобы обеспечить необходимое усиления рассчитаю два каскада. Связь контура УПЧ с нагрузкой - ёмкостная.

Рис. 4 Схема УПЧ

Активный элемент - транзистор КТ312А (по техническому заданию).

Параметры транзистора, необходимые для расчёта:

Ikб0 = 1 мкА, Т=233…358 К, Е_п=9 В, U_кэ=5 В, Ik = 1 мА, g11 =3,3 мСм, g22=0,21 мСм, g21 =117 мСм, g12 =0,02 мСм, fгр = 80 МГц, в11 =1,8 мСм, в22 =0,4 мСм, в21= =-28 мСм, в12= =0,0305 мСм, С11 = 47 пФ, С12 = -25 пФ, С22 = 10,4 пФ, Y₂₁=0,12 См, Y₁₂=36.47 мкСм.

9. Расчет элементов, обеспечивающих режим УПЧ

Изменение обратного тока коллектора:

Тепловое смещение напряжения базы:

Где х=1,8 мВ/К

Нестабильность коллекторного тока:

Сопротивления резисторов R₁= R₅ и R₂= R₆:

Сопротивления резисторов R₈= R₃ и R₇= R₄:

Ёмкости конденсаторов С₂= С₅ и С₁= С₃ =С₄:

10. Расчет одноконтурного УПЧ

Определяем необходимое эквивалентное затухание контуров, обеспечивающее заданную полосу пропускания:

Вначале полагаем коэффициент включения контура в коллекторную цепь m₁=1.

Первый каскад

Вычисляем критическое значение эквивалентного затухания контура, приняв, что собственное затухания катушки равно d=0.01:

Где (b=0.2; =1.25)

Тогда

Так как , то в этом случае режим максимального усиления каскада при заданной полосе пропускания оказывается реализуемым без ограничений. Максимальное усиления достигается при следующем выборе параметров схемы:

- коэффициент включения контура в цепь базы транзистора следующего каскада:

- эквивалентная ёмкость контура:

Коэффициент усиления одного каскада на резонансной частоте контура:

Устойчивый коэффициент усиления одного каскада:

Так как К₀/К_у?2 (?2), то каскад неустойчив. Тогда надо уменьшить резонансный коэффициент усиления до устойчивого. В этом случае каскад рассчитывают применительно к режиму фиксированного усиления, задавшись величиной фиксированного коэффициента усиления К_ф =К_у.

При этом коэффициент включения контура в цепь базы транзистора следующего каскада:

Как и ранее m₁=1. Для получения заданной полосы пропускания к контуру нужно подключить шунтирующий резистор с проводимостью:

Эквивалентная ёмкость контура остаётся без изменений. Значение резонансного коэффициента усиления К₀ оказывается равным К_у.

Второй каскад

Критическое значение эквивалентного затухания контура:

Где С₁₁ и - соответственно ёмкость и проводимость нагрузки (согласно ТЗ);

Тогда

Так как , то в этом случае режим максимального усиления каскада при заданной полосе пропускания оказывается реализуемым без ограничений. Максимальное усиления достигается при следующем выборе параметров схемы:

- коэффициент включения контура в цепь базы транзистора следующего каскада:

- эквивалентная ёмкость контура такая же как в первом каскаде С_Э=22 пФ

Коэффициент усиления одного каскада на резонансной частоте контура:

Устойчивый коэффициент усиления одного каскада К_у=34.

Так как К₀/К_у=1,3 (?2), то каскад неустойчив. Тогда надо уменьшить резонансный коэффициент усиления до устойчивого. В этом случае каскад рассчитывают применительно к режиму фиксированного усиления, задавшись величиной фиксированного коэффициента усиления К_ф =К_у.

При этом коэффициент включения контура в цепь базы транзистора следующего каскада m₂=0,12 (как в первом каскаде).

Как и ранее m₁=1. Для получения заданной полосы пропускания к контуру нужно подключить шунтирующий резистор с проводимостью:

Эквивалентная ёмкость контура остаётся без изменений. Значение резонансного коэффициента усиления К₀ оказывается равным К_у.

Коэффициент усиления двух каскадов будет равен:

.

11. Расчёт элементов контуров

Индуктивность контурных катушек:

Где - в килогерцах; - в пикофарадах; - в микрогенри.

По табл. 3 сравниваем с минимальным конструктивно осуществимым значением (=8,1 МГц):

Табл.3

Так как 10 ‹‹ 20, то данная индуктивность конструктивно осуществима и можно использовать полное включение контура в цепь коллектора (m₁=1).

Найдём емкость конденсатора С₈ (С₁₁=47 пФ), приняв емкость монтажа 3пФ:

Найдём общую ёмкость второго контура (С₁₁=С_Н =15 пФ):

Так как =С₇/С₆=0,12 и С_общ=С₇•С₈/(С₇+С₆)=8,5, то:

С₇=9,5 пФ С₆=80 пФ

Индуктивность катушки связи:

Размещено на Allbest.ru