Приемные устройства

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Определение ширины спектра сигнала и полосы пропускания приемника

При амплитудной модуляции ширина спектра радиосигнала S_АМ находится как удвоенное значение максимальной частоты передаваемого сообщения F_max:

Полоса пропускания приемника П определяется как сумма частот ширины спектра сигнала S, доплеровского смещения F_д и отклонений частот сигнала Дf_c и гетеродина Дf_г:

где Дf_c абсолютный уход частоты сигнала;

Дf_г абсолютный уход частоты гетеродина.

Примем, что наш приемник не движется V_р= 0 км/ч Тогда доплеровское смещение частоты равно:

Полоса пропускания приемника будет равна:

Так как диапазон рабочих частот превышает 30 МГц проверим условие:

1.1*S = 1.1 * 540 = 596 Гц

П = 685 Гц

Условие не выполняется из-за того что ширина спектра сигнала очень мала а диапазон рабочих частот в сравнении с ней довольно широк. Относительное изменение получается большим.

2. Выбор промежуточной частоты и структуры преселектора на одиночных и двух связанных колебательных контурах

Исходные данные:

- диапазон рабочих частот: f_cmin...f_cmax= 108-112 МГц;

- селективность по зеркальному каналу Se_зк 60 дБ;

- селективность по каналу прямого прохождения Se_пп 70 дБ.

Для решения данной задачи составим таблицу значений селективности по зеркальному каналу и каналу прямого прохождения для некоторых рекомендуемых промежуточных частот 0.465, 0,930 , 10.7 МГц (Таблица 1).

Рассчитаем для 0.465 МГц.

1. Частота зеркального канала:

2. Обобщенная расстройка для зеркального канала:

где d = 0,0035 и, следовательно, d_Э= 4d = 4·0,0035 = 0,014.

3. Селективность, обеспечиваемая одиночным контуром:



4. Селективность, реализуемая двумя связанными контурами:

5. Селективность по зеркальному каналу, обеспечиваемая одиночным и двумя связанными контурами:

6. Обобщенная расстройка по каналу прямого прохождения о₂:

7. Селективность, обеспечиваемая одиночным контуром:

8. Селективность, реализуемая двумя связанными контурами:

9. Суммарная селективность по каналу прямого прохождения:

Рассчитаем для 0.93 МГц.

1. Частота зеркального канала:

2. Обобщенная расстройка для зеркального канала:

3. Селективность, обеспечиваемая одиночным контуром:

4. Селективность, реализуемая двумя связанными контурами:

5. Селективность по зеркальному каналу, обеспечиваемая одиночным и двумя связанными контурами:

6. Обобщенная расстройка по каналу прямого прохождения о₂:

7. Селективность, обеспечиваемая одиночным контуром:

8. Селективность, реализуемая двумя связанными контурами:

9. Суммарная селективность по каналу прямого прохождения:

Рассчитаем для 10.7 МГц.

1. Частота зеркального канала:

2. Обобщенная расстройка для зеркального канала:

3. Селективность, обеспечиваемая одиночным контуром:

4. Селективность, реализуемая двумя связанными контурами:

5. Селективность по зеркальному каналу, обеспечиваемая одиночным и двумя связанными контурами:

6. Обобщенная расстройка по каналу прямого прохождения о₂:

7. Селективность, обеспечиваемая одиночным контуром:

8. Селективность, реализуемая двумя связанными контурами:

9. Суммарная селективность по каналу прямого прохождения:

Таблица 1 Выбор промежуточной частоты и структуры преселекторана одиночных и двух связанных колебательных контурах

Вид частотно-селективной цепи преселектора	Значение промежуточной частоты
	0.465 МГц	0.930 МГц	10.7 МГц
	SeЗК, дБ	SeПП, дБ	SeЗК, дБ	SeПП, дБ	SeЗК, дБ	SeПП, дБ
Одиночный контур	3.6	84	8.1	78	28	57
Пара связанных контуров	1.53	163	9.35	150	50	108
Одиночный контур и пара связанных контуров	5.13	247	17.45	228	78	165

Из табл.1 видно, что заданные в техническом задании селективности по зеркальному каналу (60дБ) и по каналу прямого прохождения (70 дБ) могут быть обеспечены одиночным контуром и парой связанных контуров при значении промежуточной частоты f_ПР= 10.7 МГц.



3. Выбор селективной системы тракта промежуточной частоты

В тракте промежуточной частоты формируется полоса пропускания приемника и подавляются помехи по соседним каналам. Лучшим вариантом выполнения указанных функций является включение на выходе смесителя стандартного фильтра.

Фильтр считается подходящим, если выполняются следующие условия:

1. Полоса пропускания фильтра равна или больше требуемой полосы пропускания приемника(= 4 МГц);

2. Полоса заграждения фильтра меньше (или равна) двух расстроек до соседнего канала ( = 50 дБ);

3. Селективность фильтра больше или равна селективности по соседнему каналу (при указанной полосе заграждения), т.е. Se_ф ? Se_ск = 50, дБ.

Для АМ и ЧМ приемников при выборе фильтрующих систем тракта промежуточной частоты нельзя превысить допустимое ослабление сигнала на краях полосы пропускания, составляющего 10…12 дБ на весь приемник (если в техническом задании не указано иное). Часть ослабления происходит в преселекторе, а остальная часть распределяется между трактами промежуточной и звуковых частот.

Возьмем фильтр промежуточной частоты 10G7С, параметры которого приведены в табл. 2.

Таблица 2. Характеристики фильтра промежуточной частоты 10G7C.

Тип фильтра	Рабочая частота, МГц	Полоса пропускания, кГц/по уровню, дБ/ затухание в полосе, дБ	Полоса загражде- ния, кГц/ по уровню, дБ	Гарантированное затухание, Дб/ в диапазоне частот, кГц	Rвх, кОм/ Cвх, пФ/ Rвых, кОм/ Cвых, пФ
10G7C	10.7	7.5/3/3.5	25/90	90/12.5…	1.8/6/1.8/6



4. Расчет коэффициента шума

На частотах до 30 МГц чувствительность приемника определяется уровнем внешних помех, поэтому расчет уровня собственных шумов приемника, как правило, не требуется.

Определим расчётное значение коэффициента шума, используя исходные данные технического задания.

Коэффициент шума N находится для полосы частот приемника П (полосы пропускания фильтра последней промежуточной частоты), минимальной мощности входного сигнала P_вх (чувствительности) с учетом постоянной Больцмана k и абсолютной комнатной температуры T₀ для отношения сигнал/помеха на выходе линейного тракта приемника q:

Учитывая, что при N>(20-30) дополнительных мер по снижению коэффициента шума принимать не следует, чувствительность приемника определяются его усилением, а проектирование РПУ может вестись без анализа и учета шумовых свойств отдельных каскадов.

5. Выбор структуры АРУ

Автоматическая регулировка усиления (АРУ) предназначена для уменьшения динамического диапазона на выходе линейной части РПУ по сравнению с входным. Если на входе РПУ наводится сигнал, равный чувствительности, то коэффициент усиления линейной части должен быть таким, чтобы обеспечить нормальный режим работы детектора и требуемый уровень сигнала на выходе РПУ. При большем уровне сигнала на входе коэффициент усиления необходимо уменьшить, чтобы не перегружать последние каскады УПЧ.

Глубина регулировки АРУ определяется как разность входного и выходного динамических диапазонов при определении их в децибелах:

Функциональная схема приемника с цепью АРУ показана на рис. 1. Цепь АРУ содержит детектор АРУ, выделяющий среднее значение сигнала, фильтр нижних частот (ФНЧ) с частотой среза, расположенной ниже минимальной частоты спектра модулирующих частот, усилитель постоянного тока (УПТ). С выхода УПТ медленно меняющийся сигнал подводится к УРЧ и УПЧ, коэффициенты усиления которых уменьшаются при возрастании уровня входного сигнала.

Рис .1. Функциональная схема приемника с АРУ.

В качестве детектора АРУ возьмем выпрямительный диод малой мощности Д102 (табл. 3.).

Таблица 3 Характеристики диода Д102А.

Тип диода	Uпр. при Iпр	Iобр. приUобр.макс, мкА	Предельные режимы	fмакс, кГц
	B	мА		Uобр.макс, В	Iвыпр.ср.макс; мА
Д102	2	2	10	50	30	150

Uпр - падение напряжения на диоде при его прямом включении.

Iпр - прямой ток через диод.

Iобр - обратный ток через диод.

Uобр.макс - максимальное постоянное обратное напряжение, приложенное к диоду.

Iвыпр.ср.макс - максимальное значение среднего выпрямленного диодом тока.

fмакс - максимальная частота, на которой ещё сохраняется свойство односторонней проводимости диода.

В качестве УПТ возьмем ОУ К284УД1 с параметрами приведенными в таблице 4

Таблица 4 Характеристики ОУ К284УД1.

Коэффициент усиления по напряжению, дБ	60
Верхняя граничная частота, кГц	100
Напряжение шумов (при t=+25°C), мкВ, не более	18
Входное сопротивление, МОм	5
Выходное сопротивление (импеданс), Ом	200
Номинальное напряжение питания, В	±9 (±10%)
Потребляемая мощность, мВт	55
Коэффициент ослабления синфазных помех, дБ, не менее	-60

6. Выбор интегральных микросхем

Смеситель и УРЧ реализуем на микросхемах 235УВ1, приложение 3.

Для детектирования АМ сигнала используем последовательный диодный детектор, реализованный на диоде Д102 (табл. 3.).

УПЧ реализуем на нескольких микросхемах 235УВ1. Найдем количество этих микросхем, которые смогут обеспечить 1 В на входе АМ детектора. Зададимся коэффициентом передачи входной цепи равным 0.5.

Такой коэффициент передачи обеспечат три микросхемы 235УВ1.

УНЧ реализуем на микросхеме К174УН4А, приложение 4.

7. Выбор варикапов

Селективные цепи преселектора и контур гетеродина перестраиваются варикапами. Выбор варикапа производится по рекомендуемой емкости контура и коэффициенту перекрытия варикапа. Коэффициент перекрытия контуров преселектора K_д находится как отношение максимальной частоты рабочего диапазона fc_max к минимальной fc_min:

Из этой формулы следует, что коэффициент перекрытия емкости варикапа K_в должен быть больше коэффициента перекрытия контуров перекрытия контуров преселектора K_д в квадрате: K_в> K²_д=1.506 .

Возьмем варикап КВ109, параметры которого приведены в табл. 5.



Таблица 5 Характеристики варикапа КВ109.

Тип вари- капа	Макси- мальная емкость, пФ	Коэффи- циентпе- рекрытия по емкости	Напряжение управления, В	Доброт- ность	Частота измере- ния, МГц
КВ109	20	5	2…12	300	50

8. Выбор гетеродина

Определим, какой диапазон частот должен выдавать гетеродин, если на вход смесителя поступают частоты 22-27 МГц, а с выхода преобразователя снимается стандартная промежуточная частота f_ПР= 10.7 МГц.

Коэффициент перекрытия гетеродина:

Реализуем гетеродин на синтезаторе частот ADF4360-9, приложение 5.

В качестве генератора опорного колебания возьмем GTXO-560, параметры которого приведены в табл. 6.

Таблица 6 Характеристики генератора гармонических колебанийGTXO-560

Тип генератора	Рабочая частота, МГц	Относительная нестабильность частоты, 10-6	Напряжение питания, В / потребляемый ток, мА
GTXO-560	10	±2,5	3/2

9. Требования к источнику питания

Если значения напряжения питания микросхем различны, то выбирается максимальное напряжение и его должен обеспечить источник питания Е_пит. Напряжения питания остальных микросхем понижаются включением линейных стабилизаторов. Потребляемый ток находится суммированием токов всех микросхем по каждому из напряжений питания.

Найдем ток который потребляют 5 микросхемы 235УВ, напряжение питания которых 6.3 В: приемник микросхема колебательный частота

Микросхема ADF4360-9 и генератора гармонических колебаний GTXO-560 работают от источника напряжения питания 3 В. Найдем потребляемый ими ток:

Микросхема К174УН4А и ОУ К284УД1 имеют напряжение питания 9 В:

10. Результат синтеза структурной схемы

Выбор селективных цепей, обеспечивающих подавление помех по дополнительным и соседним каналам, интегральных микросхем, реализующих чувствительность, варикапов, перестраивающих контуры преселектора и гетеродина, позволяют привести функциональную схему. Функциональная схема, содержащая параметры технического задания, распределенные между каскадами, представлена на рис. 2.

Рис. 2. Функциональная схема приемника

11. Расчет двухконтурной входной цепи

Принципиальная схема двухконтурной входной цепи приведена на рис.3. Расчету подлежат элементы схемы и коэффициент передачи.

Исходные данные для расчета:

- диапазон рабочих частот 22...27 МГц;

- собственное d = 0.005 и эквивалентное d_э = 0.02 затухания контуров;

- сопротивления антенны R_а= 75 Ом и первого каскада R_вх=500 Ом.

Рис. 3. Двухконтурная входная цепь:

В зависимости от видов связи между контурами возможно несколько вариантов построения схем двухконтурной цепи. В диапазонных приемниках для сохранения полосы пропускания при перестройке применяются внешнеемкостная и внутриемкостная связи(рис. 3).

Расчет двух связанных контуров производится в следующем порядке. Коэффициенты включения m, n находятся из соотношений:

Коэффициент передачи двух связанных контуров К₂ оценивается по коэффициенту передачи ОК К₁:

Для определения коэффициента передачи одноконтурной входной цепи сначала находится собственная проводимость ненагруженного контура g по его добротности Q₀, а затем эквивалентная проводимость контура g_э:

Коэффициент передачи одного контура равен:



Тогда коэффициент передачи двух связанных контуров равен:

После выбора параметра связи в=1(Здесь - фактор связи между контурами) вычисляются коэффициент связи:

Половина коэффициента связи K_св1 реализуется внешне емкостной связью, а вторая половина - внутри емкостной: K_св1 = 0,5K_св=0.01.

Величина конденсатора внешне емкостной связи находится как:

Величина конденсатора внутри емкостной связи находится по формуле:

12. Расчет УРЧ

УРЧ выполнен на схеме 235УВ1, нужно рассчитать коэффициент усиления схемы.

Для определения коэффициента передачи смесителя сначала находится собственная проводимость ненагруженного контура g по его добротности Q₀, а затем эквивалентная проводимость контура g_э.



Коэффициент включения m=1, а n находятся из соотношения

Найдем эквивалентную проводимость контура g_э и затем коэффициент передачи УРЧ.

13. Расчет согласующих цепей

Согласуем выходное сопротивление фильтра промежуточной частоты 10G12C R2=3300 Ом и входное сопротивление УПЧ на ИМС 235УВ1 R1=500 Ом. Для их согласования используем Г-цепь (рис. 4.)

Рис. 4. Г-образная согласующая цепь

Согласуемые сопротивления R1 = 500 Ом и R2 = 3300 Ом. Частота сигнала f = 10.7 МГц (щ =6.723·10⁷ рад/с).

При расчете согласующей цепи определяются:

1) добротность

2) реактивные сопротивления последовательной х₁ и параллельной х₂ ветвей:

3) величина последовательно включенной индуктивности и параллельно включенной емкости с учетом выходной емкости ФСС:

14. Расчет элементов для схем АРУ и детектора АМ сигнала

Найдем значения емкости и сопротивления нагрузки детектора АМ сигнала, которые выбираются из следующих равенств:

В качестве сопротивления нагрузки будем использовать резистор с сопротивлением 10 кОм.

В качестве емкости нагрузки будем использовать конденсатор с емкостью 6.8 нФ.

Найдем значения емкости и сопротивления нагрузки детектора АРУ, которые выбираются из следующих равенств:

В качестве сопротивления нагрузки будем использовать резистор с сопротивлением 5.1 МОм.

В качестве емкости нагрузки будем использовать конденсатор с емкостью 1нФ.

На вход ИМС 235УВ1 от АРУ должно поступать напряжение 4 В, тогда ОУ К284УД1 должен иметь коэффициент усиления К₀ = 4. Коэффициент усиления определяется как:



Тогда выберем резисторы с сопротивлениями 1.3 и 3.9 кОм.

15. Расчет смесителя

Для определения коэффициента передачи смесителя сначала находится собственная проводимость ненагруженного контура g по его добротности Q₀, а затем эквивалентная проводимость контура g_э.

Емкость контура для частоты 10.7 МГц возьмем 150 пФ:

Коэффициент включения m=1, а n находятся из соотношения

Найдем эквивалентную проводимость контура g_э и затем коэффициент передачи смесителя:

Найдем индуктивность контура:

16. Расчет УПЧ

УПЧ выполнен на трех схемах 235УВ1, поэтому нужно рассчитать коэффициенты усиления каждой схемы и затем их перемножить. Значения емкостей и индуктивностей контуров будут теми же что и у контура смесителя.

Рассчитаем коэффициент передачи первой схемы.

Коэффициент включени m=1, а n находятся из соотношения

Найдем эквивалентную проводимость контура g_э и затем коэффициент передачи УПЧ.

Рассчитаем коэффициент передачи второй схемы.

Коэффициент включени m=1, а n находятся из соотношения

Найдем эквивалентную проводимость контура g_э и затем коэффициент передачи УПЧ.

Рассчитаем коэффициент передачи третий схемы.

Коэффициент включения m=1, а n находятся из соотношения

Найдем эквивалентную проводимость контура g_э и затем коэффициент передачи УПЧ.

Найдем коэффициент передачи УПЧ:

17. Оценка коэффициента передачи

На входе детектора АМ сигнала мы должны получить 1 В, что обеспечивается коэффициентом передачи тракта К = 3.33·10⁵ при чувствительности приемника 3·10^-6 В. После проделанных расчетов, оценим получившийся коэффициент передачи:

Из этого видно, что полученное значение коэффициента передачи достаточное для обеспечения работоспособности детектора АМ сигнала.

18. Расчет разделительных конденсаторов

Конденсаторы С_Р служат для развязки каскадов по постоянному току. Их сопротивления переменному току должны быть небольшими.

Найдем значение С_Р, расположенного между двухконтурной входной цепью и УРЧ:

где коэффициент А_С = 100 (лежит в пределах 40…200).

Найдем значение С_Р, расположенного между УРЧ и смесителем:

Найдем значение С_Р, расположенного между смесителем и ФСС:

Найдем значение С_Р, расположенного между ФСС и УПЧ:

УПЧ состоит из трех ИМС 235УВ1. Найдем значение С_Р, расположенных между ними:

Найдем значение С_Р, расположенного между УПЧ и детектором АМ сигнала:

Найдем значение С_Р, расположенного между детектором АМ сигнала и УНЧ:

19. Выбор стабилизатора напряжения

Так как микросхемы 235УВ1 имеют напряжение питание 6.3 В, микросхема ADF4360-8 и генератор гармонических колебанийGTXO-560 работают от источника напряжения питания в 3 В, а микросхема К174УН1А и ОУ К284УД1 имеют напряжение питания 9 В, то для их питания от одного источника в 220 В (исходные данные) нужно воспользоваться понижающим стабилизатором напряжения.

Так как у большинства стабилизаторов напряжения максимально входное напряжение равняется 40В, понизим наши 220В до 36В с помощью понижающего трансформатора ОСР-0.25 220/36.

Теперь воспользуемся стабилизатором LM317. Этот импульсный стабилизатор способен преобразовать входное напряжение до 40В в выходное в диапазоне 1.2…37 В и рассчитан на ток нагрузки до 1.5 А.

Характеристики:

· Входное напряжение: до 40 В

· Выходной ток: до 1.5 А

· Минимальное выходное напряжение: 1.2 В

· Точность установки выходного напряжения: 1%

· Корпус TO-220

· Диапазон рабочих температур: -65…+125 °С

Рис. 5. Типовая схема включения стабилизатора напряжения LM317

На рис. 5. Представлена типовая схема включения стабилизатора напряжения LM317. На этой схеме видны два блокировочных конденсатора, которые защищают источник питания от ВЧ токов, номиналами 0.1 и 1 мкФ. Значение резисторов R1 и R2(служат для настройки выходного значения напряжения) выбирается из следующей формулы [8]:

где i_adj =100 мкА.

Из этой формулы выведем зависимость R2 от R1:

Зададимся значением R1=240 Ом. Микросхемы 235УВ1 имеют напряжение питание 6.3 В, тогда найдем значение R2:



Стандартное значение 1 кОм.

Микросхема К174УН1А и ОУ К284УД1 имеют напряжение питания 9 В, для них значение R2 будет:

Стандартное значение 1.5 кОм.

Микросхема ADF4360-8 и генератор гармонических колебаний GTXO-560 работают от источника напряжения питания в 3 В, для них значение R2 будет:

Стандартное значение 330 Ом.



Заключение

В данной работе был произведен расчет структурной схемы радиовещательного КВ приемника, выбраны ИМС, определены требования к источнику питания. Как видно, особенности устройства вытекают из его назначения, но в целом конструкции всех радиоприемников схожи. В процессе расчета были разрешены некоторые вопросы, связанные с реализацией отдельных параметров схемы для обеспечения заявленных характеристик устройства. В пределах данной работы такие вопросы могут быть решены комплексно. Однако на практике такие проблемы зачастую решаются индивидуально, т.к. имеет место узкая специализация разработчиков.



Литература

1. Устройства приема и обработки сигналов. Методические указания к курсовой работе для студентов IV-V курсов факультета РЭФ. А.Н. Романов, И.С. Савиных. - Новосибирск : Изд-во НГТУ. - 2009. - 52 с.

2. Устройства приема и обработки сигналов. Методические указания к курсовому проектированию. А.В. Киселев. А.Н. Романов.- Новосибирск : Изд-во НГТУ. - 2003. - 42 с.

3. Устройства приема и обработки сигналов. Методические указания к курсовой работе для студентов IV-V курсов факультета РЭФ заочной формы обучения. А.Н. Романов, И.С. Савиных. - Новосибирск : Изд-во НГТУ. - 2006. - 53 с.

4. Булычев A. Л. Аналоговые интегральные схемы: Справочник/А. Л. Булычев, В. И. Галкин, В. А. Прохоренко.-- 2-е изд., перераб. и доп.--Мн.: Беларусь, 1993.--382 с.: черт.

5. Атаев Д. И. О., Болотников В. А. Аналоговые интегральные микросхемы для бытовой радиоаппаратуры: Справочник. - М.: Изд-во МЭИ, 1991. - 240 с., ил.

6. Москатов Е. А. Справочник по полупроводниковым приборам. Издание 2. -Таганрог, 219 с., ил.

7. В помощь радиолюбителю: Сборник. Выпуск 109 / Сост. И.Н. Алексеева. - М.: Патриот, 1991. - 80 с.

8. www.ti.com [Электронный ресурс]. Texas Instruments. Статья: «LM117/LM317A/LM317-N 3-Terminal Adjustable Regulator»

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm117.pdf

Размещено на Allbest.ru