Радиосвязь, электросвязь посредством радиоволн. Для осуществления радиосвязи в пункте, из которого ведётся передача сообщений (радиопередача), размещают радиопередающее устройство, содержащее радиопередатчик и передающую антенну, а в пункте, в котором ведётся приём сообщений (радиоприём), - радиоприёмное устройство, содержащее приёмную антенну и радиоприёмник. Генерируемые в передатчике гармонические колебания с несущей частотой, принадлежащей какому-либо диапазону радиочастот, подвергаются модуляции в соответствии с передаваемым сообщением. Модулированные радиочастотные колебания представляют собой радиосигнал. От передатчика радиосигнал поступает в передающую антенну, посредством которой в окружающем антенну пространстве возбуждаются соответственно модулированные электромагнитные волны. Распространяясь, радиоволны достигают приёмной антенны и возбуждают в ней электрические колебания, которые поступают далее в радиоприёмник. Принятый радиосигнал очень слаб, так как в приёмную антенну попадает лишь ничтожная часть излученной энергии. Поэтому радиосигнал в радиоприёмнике поступает в электронный усилитель, после чего он подвергается демодуляции, или детектированию; в результате выделяется сигнал, аналогичный сигналу, которым были модулированы колебания с несущей частотой в радиопередатчике. Далее этот сигнал, обычно дополнительно усиленный, преобразуется при помощи соответствующего воспроизводящего устройства в сообщение, адекватное исходному. В месте приёма на радиосигнал могут накладываться электромагнитные колебания от посторонних источников радиоизлучений, способные помешать правильному воспроизведению сообщения и называемые поэтому помехами радиоприёму. Неблагоприятное влияние на качество радиосвязи могут оказывать также изменение во времени затухания радиоволн на пути распространения от передающей антенны к приёмной и распространение радиоволн одновременно по двум или нескольким траекториям различной протяжённости; в последнем случае электромагнитное поле в месте приёма представляет собой сумму взаимно смещенных во времени радиоволн, интерференция которых также вызывает искажения радиосигнала. Поэтому и эти явления относят к категории помех радиоприёму. Их влияние на приём радиосигналов особенно велико при связи на больших расстояниях. Широкое распространение радиосвязи и использование радиоволн в радиолокации, радионавигации и др. областях техники потребовали обеспечения одновременного функционирования без недопустимых взаимных помех различных систем и средств, использующих радиоволны, - обеспечения их электромагнитной совместимости.

Линии радиосвязи используются для передачи телефонных сообщений, телеграмм, потоков цифровой информации и факсимиле, а также и для передачи телевизионных программ (обычно на метровых и более коротких волнах). Развитие линий радиосвязи планируется с учётом вхождения радиосвязи в Единую автоматизированную систему связи страны. Организационно-технические мероприятия и средства для установления радиосвязи и обеспечения её систематического функционирования образуют службы радиосвязи, различаемые по назначению, дальности действия, структуре и др. признакам. В частности, существуют службы: наземной и космической радиосвязи; фиксированной (между определёнными пунктами) и подвижной (между подвижной и стационарной радиостанциями или между подвижными радиостанциями); радиовещания и телевидения.). Большое значение имеет радиосвязь в вооружённых силах.

Цифровые методы обработки и передачи информации всё более широко внедряются в науку и технику, в том числе в системы и средства электросвязи. В течении уже многих лет ведутся работы по созданию системы цифрового радиовещания ЦРВ. Необходимость её разработки обуславливается возросшими требованиями к качеству звуковых программ, которое не может быть обеспечено с помощью аналоговых систем АМ и ЧМ вещания. Между тем, переход на цифровую систему, помимо создания современной технической базы, требует крупных затрат. Ведь её внедрение связано с полной заменой парка находящихся сегодня в эксплуатации радиоприёмных средств. Причём, мощность и технологический уровень отечественной промышленности, призванной обеспечить решение этой задачи, должны быть адекватны требованиям рынка.

В настоящее время большинство радиолюбителей заинтересовано в развитии ЦРВ (цифрового радиовещания). Учитывая большой интерес радиолюбителей к затронутой проблеме, необходимо познакомить их с положением дел в областях ЦРВ - цифрового радиовещания и у нас в стране, и за рубежом.

По некоторым прогнозам, в недалёком будущем внедрение ЦРВ создаст огромный мировой рынок бытовой приёмной аппаратуры, который потребует 2000 миллионов стационарных, портативных и автомобильных приёмников (500 миллионов приёмников только для Европы).

К сожалению, наша страна заметно отстала в развитии цифрового радиовещания от стран Запада. Но в настоящее время в России ведутся работы по усовершенствованию аналогового радиовещания.

К представителям аналогового радиовещания можно отнести двухдиапазонный переносной УКВ ЧМ приёмник на аналоговой микросхеме КХА 058, который я представил в данном курсовом проекте.

1. ВЫБОР И РАСЧЕТ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ, ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПА РАБОТЫ СУПЕРГЕТЕРОДИННОГО ПРИЕМНИКА

Рисунок 1 - Структурная схема супергетеродинного УКВ приёмника.

1. ВЦ - входная цепь

2. УРЧ - усилитель радиочастоты

3. ПЧ - Преобразователь частоты

С - Смеситель

Г - Гетеродин

4. УПЧ - усилитель промежуточной частоты

5. Д - детектор

6. БН - блок настройки

7. УНЧ - Усилитель низкой частоты

8. ВУ - воспроизводящее устройство

9. БП - Блок питания

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.

Блок настройки предназначен для подстройки опорной частоты гетеродина, тем самым, осуществляя настройку на нужную частоту диапазона.

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.

Воспроизводящее устройство предназначено для воспроизведения сигнала звуковой частоты, усиленного усилителем низкой частоты.

1.2. Выбор числа поддиапазонов

Коэффициент диапазона К_Д характеризуется отношениями граничных частот диапазона [1, с.350]:

Значение К_Д находится в пределах 1,2ч3, следовательно, диапазон приемника на поддиапазоны не делится.

1.3. Выбор параметров избирательной системы тракта радиочастоты (ТРЧ).

К параметрам избирательной системы ТРЧ относят число контуров n и их добротность Q_э. Исходными для определения этих параметров служат избирательность по зеркальному каналу Se_зер и полоса пропускания.

При Sе_зер=30 дБ, f_пр=465 кГц, для диапазона частот от f_min=150 кГц до f_max=408 кГц принимаем в качестве избирательной системы одиночный колебательный контур [1, стр. 350].

Добротность контура ТРЧ Q_э находят:

а) из условия обеспечения избирательности по зеркальному каналу Se_зер с помощью формулы [1, стр. 185, 6.23]

,

при n=1 [1, стр. 351, 12.14]

б) из условия обеспечения полосы пропускания П_трч при n=1 [1, стр. 351, 12.16]

,

где М_к - коэффициент частотных искажений контура на граничных частотах, предварительно принимаем М_к=0.7 [1, стр. 352].

Полоса пропускания ТРЧ превышает заданную полосу приемника

,

где F_в - максимальная частота диапазона воспроизводимых звуковых частот, F_в=3000 Гц;

f_сопр - допустимая неточность сопряжения настроек контуров, для диапазона частот от 150 кГц до 408 кГц принимаем f_сопр=2500 Гц;

f_г - возможное отклонение частоты гетеродина, принимаем

f_г=0.7^.10^_3.f_max=0.7^.10^-3.408^.10³=285,6 Гц.

П_ТРЧ2^.(3000 + 2500 + 285,6) 11,6^.10³ Гц;

Искомое значение добротности должно находиться из условия [1, стр. 352] Q_ЭП=13.2 > Q_Э > Q_ЭИ=3,1 принимаем Q_Э=4 и приравниваем ее значению добротности на максимальной частоте Q_Э (max)=4. Задаемся собственной добротностью Q=40. Значение добротности на максимальной частоте

где d_{Э (min)} - эквивалентное затухание контура на минимальной частоте [1, стр. 352],

;

d - собственное затухание контура, d=1/Q=1/40=0,025;

d_{Э (max)} - затухание контура на максимальной частоте,

d_э (max)=1/Q_Э (max)=1/4= 0,25.

,

.

Полученные значения входят в допустимый интервал:

Q_ЭП=13.2 > Q_{Э (min)}=9,09; Q_Э (max)= 4 > Q_ЭИ=3,1.

Проверка избирательности по зеркальному каналу:

а) на максимальной частоте f_maxГц

Sе_{зер (max)}=20^.lg(39,045)= 31,8 дБ;

а) на минимальной частоте f_min Гц

Sе_{зер (min)}=20^.lg(462,193)= 53,3 дБ;

Полученные результаты превышают избирательность заданную по техническому заданию (30 дБ).

Избирательность ТРЧ по соседнему каналу [1, стр. 353]

, Se_с = 0 дБ,

где 2f - разность частот между соседними станциями.

Частотные искажения тракта радиочастоты [1, стр. 353]

, М_ТРЧ = 0 дБ.

1.4. Распределение частотных искажений по частям приемника в соответствии с рекомендациями [1, стр. 353].

Частотные искажения в ТЗЧ принимаем равными 2 дБ,

М_ТЗЧ = 2 дБ.

Частотные искажения в ТРЧ равны 0 дБ,

М_ТРЧ 0 дБ.

Частотные искажения в ТПЧ

М_ТПЧ=М_В - М_ТРЧ - М_ТЗЧ=8 - 0 - 2 = 6 дБ.

1.5. Выбор избирательной системы тракта промежуточной частоты.

В качестве избирательной системы ТПЧ выбираем систему сосредоточенной селекции в виде ФСС, помещенного в коллекторной цепи преобразователя. Расчетная избирательность ФСС [1, стр. 354]

, Sе=20?lg(35,1)=30,9 дБ

1.6. Определение числа каскадов радиочастоты приемника и распределение усиления по каскадам.

Минимальный коэффициент передачи по полю К_Е на минимальной частоте, при условии что, минимальная действующая высота ферритовой антенны h_д=0,01 м, коэффициент включения контура p_вх=0.15 [1, стр. 355]

К_Е=h_д^.Q_{э (min)}^.p_вх=0,01^.9,09^.0,15= 0,0136 м

Напряжение на входе первого транзистора

U_вх=К_Е^.Е=0,0136 ^.1.2^.10^-3 =16,3^.10^-6 В

Общий коэффициент усиления ТРЧ при условии, что к детектору подводится напряжение U_д=0,7 В [1, стр. 355]

Для обеспечения такого усиления используем два каскада кроме преобразователя один апериодический и один широкополосных с коэффициентами усиления по [1, стр. 356 табл. 12.1]

Общий расчетный коэффициент усиления высокочастотной части приемника

К_ТРЧ= К_{ПР ФСС}^. К_{Ш ПЧ}^. К_АПЧ=12^.40^.150= 72000.

Для УЗЧ в соответствии с рекомендациями [1, стр. 357] при Р_вых=0,10,2 Вт в качестве выходного каскада применяется двухтактная схема усилителя мощности в классе усиления АВ.

Коэффициент усиления по мощности ТЗЧ [1, стр. 357]

где Р_вх - мощность на входе ТЗЧ, Р_вх=1 мкВт.

Принимаем коэффициент усиления по мощности выходного каскада К_вых=50, предварительных усилителей К_пред=40. Общий коэффициент предварительного усиления

Необходимое число предварительных усилителей

Результаты предварительного расчета сведены в табл. 1.

Таблица 1.

2. РАСЧЕТ УЗЛОВ РАДИОПРИЕМНИКА

2.1 Расчет преобразователя частоты на транзисторе с совмещенным гетеродином и ФСС

2.1.1 Описание принципа работы и функциональное назначение

Преобразование сигналов радиочастот в сигнал промежуточной частоты осуществляется в частотно-преобразовательных каскадах ПЗВ. Для преобразования используется нелинейность ВАХ, преобразующих элементов (ПЭ), в качестве которых обычно используются полупроводниковые диоды и транзисторы. Для получения сигнала промежуточной частоты (ПЧ), помимо напряжения сигнала, к ПЭ необходимо подвести напряжение от гетеродина с частотой, отличающейся от частоты сигнала на значение ПЧ. Напряжение гетеродина для преобразования сигнала с малыми искажениями должно превышать уровень самого большого из принимаемых сигналов. От правильного выбора режима ПЭ зависят такие характеристики приёмника, как чувствительность, селективность, искажения сигнала. Преобразователи по типу применённого преобразующего элемента делятся на пассивные и активные, а по способу получения напряжения гетеродина - на преобразователи с отдельным гетеродином (смесители частот) и с совмещённым гетеродином (генерирующие преобразователи).

Преобразователь частоты собран на транзисторе VT1 типа КТ3126.

Напряжение сигнала на базу транзистора VT1 преобразователя частоты подается с входного контура с помощью катушки связи L.

Нагрузкой преобразовательного каскада служит трехконтурный ФСС, который обеспечивает избирательность по соседнему каналу не менее 30 дБ. Ширина полосу пропускания ФСС определяется величинами емкостей конденсаторов связи. Связь ФСС с коллектором транзистора VT1 и с базой транзистора VT3 трансформаторная (П-2).

Режим работы и температурная стабильность преобразовательного каскада определяется сопротивлениям R1, R2 и R3.

Функциональное назначение - преобразование частоты радиосигнала в промежуточную частоту.

Принцип работы.

Выделенный сигнал радиостанции u_АМ с частотой f_н поступает на смеситель. Напряжение гетеродина подается в управляющую цепь транзистора на сопротивление R3 (рис. 3).

Смеситель работает при этом как модулятор АМ и на его выходе появляется сигнал, в спектре которого находятся три гармонические составляющие: f_г, f_г f_н и f_г + f_н. ФСС система сложных взаимосвязанных колебательных контуров, настроенная на f_пр = f_г f_н выделяет сигнал u_пр, подавляя гармоники с частотами с частотами f_г и f_г + f_н.

Далее сигнал u_пр усиливается усилителями промежуточной частоты (УПЧ).

2.1.2 Расчёт преобразователя частоты.

Исходные данные:

диапазон принимаемых частот f_min - f_max, Гц 150^.10³ - 408^.10³

промежуточная частота f_пр, Гц 465^.10³

полоса пропускания 2F, Гц 2^.4000

селективность по соседней станции Sе_с, дБ 31

частотные искажения фильтра М_Ф=М_ТПЧ, дБ 6

требуемый коэффициент передачи К_пр 20

напряжение источника питания Е, В 9

Требуется определить:

тип активного элемента;

индуктивность контура гетеродина;

емкость переменного конденсатора;

емкость параллельного конденсатора;

емкость последовательного конденсатора;

элементы контуров ФСС;

элементы установки рабочей точки.

Параметры транзистора КТ3126 [4, стр.226-268]:

режим измерения U_к=5 В; I_к=3^.10^-3 А;

коэффициент передачи по току в схеме с ОЭ, h_21э 100

модуль коэффициента передачи в схеме с ОЭ, h_21э 4,5

выходная полная проводимость в схеме с ОБ h_22б, См 1^.10^-6

входное сопротивление в режиме малого сигнала h_11э,Ом 34

граничная частота усиления f_гр, Гц 450^.10⁶

емкость коллекторного перехода С_к, Ф 2,5^.10^-12

постоянная времени цепи обратной связи_к, с 15^.10^-12

напряжение насыщения U_{кэ н}, В 1,2

обратный ток коллектора I_кбо, А 1^.10^-6

Предельные эксплуатационные параметры:

напряжение между коллектором и эмиттером U_{кэ max}, В 35

ток коллектора I_{к max}, А 30^.10^-3

мощность на коллекторе Р_{к max}, Вт 0,11

Расчет неизвестных параметров транзистора по методике [1, стр. 348_349] на промежуточной частоте:

1) активная составляющая входной полной проводимости [1, стр. 348]

2) активная составляющая выходной полной проводимости [1, стр. 348]

3) полная проводимость прямой передачи [1, стр. 348]

4) входная емкость [1, стр. 348]

;

5) выходная емкость [1, стр. 348]

.

Расчет нагрузки

Нагрузкой транзистора является ФСС. Расчет параметров производится по методике изложенной в [1, стр. 364-365].

Расчетная добротность одного контура [1, стр. 364]

Задаемся конструктивной добротностью контуров фильтра

Q_к=350.

Катушки выполнены в броневых сердечниках из феррита.

Расчетная полоса пропускания фильтра [1, стр. 364]

.

где x_п - обобщенная расстройка, соответствующая полосе пропускания. По рекомендациям [1, стр. 364] при М_ф < 8 дБ и Sе-_с > 26 дБ принимаем x_п=0.8.

Обобщенная расстройка, соответствующая избирательности по соседнему каналу (расстройка 10 кГц) [1, стр. 364]

.

Обобщенное затухание [1, стр. 364]

.

Расчет элементов контура гетеродина и сопряжение настроек.

Емкость схемы [1, стр. 361]

,

где С_min, С_max - минимальная и максимальная емкость блока конденсаторов С_к, С_min=3 пФ, C_max=150 пФ;

К_пд - коэффициент поддиапазона [1, стр. 361]

Индуктивность входного контура [1, стр. 361]

Максимальная емкость контура гетеродина [1, стр. 193]

С_{г max} = C_max + C_сх = 150^.10^-12 + 19,976^.10^-12 = 169,98^.10^-12 Ф .

Индуктивность контура гетеродина [1, стр. 193]

L3=^.L1

где - коэффициент связи индуктивности контура гетеродина с индуктивностью входного контура. Определяется по графику рис. 4. =0,15

L3=0,15^.6,6^.10^-3=0,9^.10^-3 Гн.

Индуктивность связи входного контура [1, стр.361]

L_св=(p_вх/k)^2.L_вх,

где p_вх - коэффициент включения входного контура,

k - коэффициент связи, для ферритового стержня принимается равным 0,7-0,8, принимаем k= 0,75

Коэффициент включения определяем [1, стр.361]

L_св=(0,17/0,75)^2.6,6^.10^-3=0,33^.10^-3 Гн.

Входная емкость связи С4 [5, стр. 85]

=500^.10^-12 Ф.

Принимаем значение, соответствующее ряду Е24, C4=540 пФ.

Расчет смесительной части

Характеристическое сопротивление контуров ФСС [1, стр. 195]

,

где К_пр - требуемый коэффициент передачи преобразователя;

К_ф - коэффициент передачи фильтра;

Y_21э - выходная проводимость транзистора;

g_11э - активная составляющая входной полной проводимости, последующего усилителя.

Выходное сопротивление преобразователя [1, стр. 195]

Так как R_вых > _ф необходимо шунтировать выход преобразователя сопротивлением R_ш [1, стр. 195]

принимаем с учетом номинального ряда Е24: R_ш=390000 Ом.

Коэффициент включения ФСС [1, стр. 195]

.

Вычисляем элементы ФСС [1, стр. 195]

принимаем С12=1,3 пФ.

Емкость внутренних контуров ФСС [1, стр. 195]

принимаем С13 = 76 пФ.

Емкость первого контура ФСС [1, стр. 195]

,

принимаем С11 = 36 пФ.

Индуктивность катушек внешних контуров ФСС [1, стр. 195]

.

Полученный коэффициент больше минимально необходимого, принятого в предварительном расчете.

Обеспечение режима работы.

Примем напряжение на сопротивлении фильтра питания

U_R4=1,5 В.

Сопротивление фильтра при токе коллектора I_к=3 мА

,

принимаем по номинальному ряду Е24 R4=510 Ом.

Емкость конденсатора в цепи фильтра определяется из условия

,

принимаем по номинальному ряду Е12 С10=220 пФ.

Постоянное напряжение на сопротивлении в цепи эмиттера

.

сопротивление в цепи эмиттера при токе I_эI_к=3 мА

,

принимаем по номинальному ряду Е24 R3=2.7 кОм.

Емкость шунтирующего конденсатора в цепи эмиттера определяется из условия

,

принимаем по номинальному ряду E24 C9=130 нФ.

Постоянный ток базы

.

Сопротивления в цепи базы

,

принимаем по номинальному ряду Е24 R1=R2=75 кОм.

2.2 Расчет детектора

2.2.1 Описание принципа работы, функционального назначения и схемы диодного детектора.

Детектированием называется процесс преобразования входных модулированных колебаний в колебания, модулирующего сигнала. В зависимости от вида модуляции соответственно различают амплитудное, частотное и фазовое детектирование. Схемы, осуществляющие детектирование, называют детекторами. Детекторы обязательно применяются в приёмниках различного назначения, а также широко применяются в средствах измерения, в системах АРУ, АПЧГ и др.

Для приёма амплитудно-модулированных колебаний необходим амплитудный детектор. Чаще всего применяются амплитудные детекторы на полупроводниковых диодах. Схемы на полупроводниковых диодах бывают параллельными и последовательными.

Модулированный сигнал U_{вх д} с частотой f_пр подается на вход детектора. За счет нелинейного сопротивления диода VD1 происходит отсечка полупериода колебаний напряжения U_{вх д}. Фильтр звуковой частоты выделяет постоянную составляющую, изменяющуюся по закону модулирующего сигнала. Резистор R11 обеспечивает регулировку амплитуды сигнала на входе УЗЧ. Такое построение схемы позволяет обеспечить надежную работу системы АРУ и УПЧ, не ухудшая чувствительности приемника, т.к. при нулевом смещении детектор начинает работать уже при самых малых сигналах. Детектор сигнала приемника выполнен на точечном полупроводниковом диоде типа Д9Б. Схема диодного детектора приведена на рис. 9.

2.2.2 Расчет детектора

Исходные данные:

диапазон частот модулирующего сигнала F_н-F_в, Гц 400-3000

амплитудно-частотные искажения М_н, М_в 1,1

максимальный коэффициент модуляции m_max 0.8

входное сопротивление первого каскада УЗЧ R_вх, Ом 1^.10³

амплитуда входного сигнала U_{вх д}, В 0,7

Требуется определить:

тип активного элемента;

параметры элементов схемы;

полный коэффициент передачи фильтра К'_д;

коэффициент фильтрации k_ф.

Параметры диода Д9Б [5, стр. 356, табл. П1-6]:

прямая проводимость Y₂₁, См 10^.10^-3

обратная проводимость Y₁₂, См 0,025^.10^-6

максимальная частота f_max, Гц 80^.10⁶

емкость перехода анод-катод С_ак, Ф 1^.10^-12

Сопротивление прямой передачи диода [5, стр. 170, 8-8]

(49)

Для приближения характеристик детектора к идеальным принимаем полное сопротивление нагрузки детектора постоянному току (R=R10+R11) из расчета R > 30^.R_i=30^.100=3000 Ом, то есть R=10000 Ом. При таком значении R внутренний коэффициент усиления детектора _д 1.

Сопротивления резисторов схемы (рис. 9) в соответствии с рекомендациями [5, стр. 179] из номинального ряда Е24 для R10 и R11 определяется:

R10=(0,20,3)^.R=0,25^.10000=2500, R10=2,4 кОм;

R11=(0,70,8)^.R=0,7^.10000=7000, R11=6,8 кОм;

Пересчет полного сопротивления нагрузки

R=R10+R11=2400+6800=9200 Ом.

Внутреннее сопротивление детектора [5, стр. 173]

.

Коэффициент передачи детектора [5, стр. 174]

.

Емкость конденсатора первого фильтра:

а) минимальное значение С18=20^.С_ак=20^.1=20^.10^-12 Ф;

б) предельное значение из условия отсутствия искажения из-за инерционности нагрузки [5, стр. 176]

в) предельное значение из условия обеспечения амплитудно-частотных искажений [5, стр. 174]

,

С учетом полученных пределов и номинального ряда Е12 [4, стр. 45, табл. 17] выбираем емкость конденсатора С18=2700^.10^-12 Ф.

Емкость конденсатора С19 определяется из условия , что его сопротивление на промежуточной частоте много меньше сопротивления резистора R1, то есть

,

С учетом номинального ряда Е12 [4, стр. 45, табл. 17] выбираем емкость конденсатора С19=3,3^.10^-9 Ф.

Емкость разделительного конденсатора [5, стр. 176]

,

С учетом номинального ряда Е12 [5, стр. 45, табл. 17] выбираем емкость конденсатора С_p=4,7^.10^-6 Ф.

Полный коэффициент передачи детектора [5, стр. 179]

.

Коэффициент фильтрации [5, стр. 180]

,

Напряжение на входе У3Ч [5, стр. 169]

.

Мощность сигнала на входе первого каскада УЗЧ

.

2.3 Расчет усилителя звуковой частоты (УЗЧ)

2.3.1 Описание принципа работы и функциональное назначение

Предварительный УЗЧ собран на транзисторе VT4 по резистивной схеме с ОЭ.

В каскадах усиления на резисторах чаще всего используется схема включения транзистора с общим эмиттером, дающая наибольшее усиление мощности входного сигнала. Такой каскад отличается значительной температурной нестабильностью, что объясняется зависимостью от температуры неуправляемого тока I_ко и коэффициента усиления по току.

Установка рабочей точки и ее термостабилизация осуществляется с помощью делителя напряжения R12, R13 и цепи обратной связи R_э=R14.

Величина тока базы, определяющего рабочую точку, зависит от напряжения U_бэ между базой и эмиттером. Это напряжение численно равно разности падений напряжений: U_бэ=U_R13-U_R14.

Если под влиянием изменения температуры ток базы увеличивается, то одновременно возрастает и ток, протекающий через резистор R12, что приведет к увеличению тока, протекающего через резистор R14. С возрастанием падения напряжения на резисторе величина напряжения уменьшается, что приводит к снижению изменений тока базы.

Функциональное назначение предварительного УЗЧ - усиление звуковой частоты и передача ее в следующий каскад для еще большего усиления.

2.3.2 Расчет предварительного резистивного УЗЧ.

Исходные данные:

напряжение источника питания Е_ист, В 9

амплитуда напряжения на нагрузке, равная амплитуде входного напряжения последующего каскада U_н=U_вх, В 0,5

амплитуда тока в нагрузке, равная амплитуде входного тока с учетом величины тока проходящего через цепь смещения последующего каскада I_н=I_вх, А 1-^.10^-3

диапазон усиливаемых частот F_н-F_В, Гц 300ч3400

допустимые амплитудно-частотные искажения на границах диапазона частот М_н=М_в 1

Требуется определить:

тип транзистора;

режим работы по постоянному току;

элементы цепи стабилизации рабочей точки;

элементы схемы;

коэффициенты передачи по току, напряжению и мощности;

Схема каскада предварительного усиления показана на рис. 10.

Размещено на http://www.allbest.ru

Рис. 6. Схема электрическая принципиальная каскада УЗЧ

Выбираем тип транзистора таким образом, чтобы допустимое напряжение между коллектором и эмиттером было больше напряжения источника питания, т.е. чтобы выполнялось условие [1, стр. 287]

U_{кэ доп} > E_ист.

Граничная частота транзистора при включении по схеме с ОЭ должна быть больше верхней частоты диапазона [1, стр. 287]

f_h21э > F_в.

Выбираем транзистор ГТ402:

U_{кэ доп} = 15 В > E_ист = 9 В.

f_h21э = 10^.10⁶ Гц > F_в = 3400 Гц.

Параметры транзистора ГТ402 [2, стр. 249-250]:

режим измерения U_к=5 В; I_к=1 мА;

коэффициент передачи по току в схеме с ОЭ h_21э 30

диапазон рабочей температуры Т, С -60 ч +70

выходная полная проводимость в схеме с ОБ h_22б, См 3,3^.10^-6

входное сопротивление в режиме малого сигнала h_11э, Ом 220

граничная частота усиления f_гр, Гц 10^.10⁶

емкость коллекторного перехода С_к, Ф 60^.10^-12

обратный ток коллектора I_кбо, А 20^.10^-6

Предельные эксплуатационные параметры:

напряжение между коллектором и эмиттером U_{кэ max}, В 25

напряжение между базой и эмиттером U_{бэ max}, В 5

ток коллектора I_{к max}, А 500^.10^-3

мощность на коллекторе Р_{к max}, Вт 600^.10^-3

Минимальным нелинейным искажениям соответствует А режим работы транзистора. Усилитель должен работать без отсечки коллекторного тока.

Минимальное значение тока коллектора [1, стр. 287]

I_{к min} = (510)^.I_кбо=5^.20^.10^-6=1^.10^-4 А, I_{к min} =0,1 мА.

Постоянная составляющая тока коллектора [1, стр. 287]

I_ко > I_н + I_{к min}=1^.10^-3 +1^.10^-4=1,1^.10^-3 мА, I_ко=2 мА.

Минимальное напряжение между коллектором и эмиттером [1, стр. 287]

U_{кэ min} 0,8ч1 В, U_{кэ min}=1 В.

Напряжение между коллектором и эмиттером [1, стр. 288]

U_кэо > U_н + U_{кэ min} =0,5+1 = 1,5 В, U_кэо=5 В.

Постоянный ток базы определяется по выходной характеристике транзистора (рис. 7) I_бо=0.03 мА.

Напряжение на сопротивлении в цепи эмиттера [1, стр. 288]

U_Rэ=(0,150.2)^.Е=0,17^.91,5 В.

Сопротивление в цепи коллектора [1, стр. 288]

, R_к = 1,2 кОм.

Элементы цепи стабилизации рабочей точки [2, стр. 91]

;

;

,

где h_21б - коэффициент передачи транзистора в схеме с ОБ,

;

Т - диапазон рабочих температур, Т=70- (-60)=50С;

- необходимый коэффициент стабильности коллекторного тока,

= 2.

, R_э=400 Ом;

,

, R13=15 кОм.

Сопротивление нагрузки

R_н=U_н/I_н=0,4/1^.10^-3=400 Ом.

Коэффициент передачи по току [1, стр. 269]

.

Коэффициент передачи по напряжению [1, стр. 270]

,

.

Коэффициент передачи по мощности

К_р= К_i^.*К_u=97^.131000.

Мощность, потребляемая от источника питания

P_ист = I_к ^. E_ист = 1,1^.10^-3.9=9,9^.10^-3 Вт

Коэффициент полезного действия

% = 10 %

• 3. ПРИНЦИП РАБОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ