Расчет приемника для связной УКВ радиостанции

Размещено на http://www.allbest.ru/

3

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МУРМАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт «Морская академия»

Кафедра: Радиоэлектронных систем и транспортного радиооборудования

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине «Устройства приема и преобразования сигналов»

по теме: «Расчет приемника для связной УКВ радиостанции»

Выполнил:

Студент _4_ курса ИМА

специальность: 11.05.01 «Радиоэлектронные системы и комплексы»

Юнусов Раиль Рахимович РСКс15з - 287

Мурманск 2019

Содержание

Постановка задачи

Пояснительная записка

1. Разработка функциональной блок-схемы приёмника

2. Расчет входной цепи

3. Расчет УСЧ

4. Расчет цепи настройки варикапов

5. Расчет смесителя

6. Расчет УПЧ

7. Расчет АРУ

8. Расчет частотного детектора и ограничителя

9. Выводы

Список использованной литературы

Постановка задачи

Спроектировать портативный радиовещательный приёмник диапазона УКВ со следующими параметрами:

1) рабочий диапазон частот: 88 МГц - 108 МГц;

2) сигналы: частотная модуляция с максимальной девиацией частоты 75 кГц и полосой 250 кГц; модулирующий сигнал изменяется в диапазоне 50 Гц - 15000 Гц;

3) требование к избирательности:

ослабление соседнего канала приёма - не менее 50дБ;

ослабление по побочным каналам приёма - не менее 40дБ;

4) чувствительность не хуже 10мкВ;

5) антенна - четвертьволновый штырь;

6) напряжение питания: ;

7) требование к АРУ: при изменении уровня входного сигнала на 60 дБ изменение уровня выходного сигнала должно составлять не более 6 дБ.

диапазон варикап частота волна приемник

Пояснительная записка.

1. Разработка функциональной блок-схемы приёмника

Так как требуется спроектировать портативный радиоприёмник, то возникают ограничения на габариты антенны. Поэтому в данном случае целесообразно использовать штыревую антенну длиной в четверть волны на 108 МГц, которая обладает приемлемыми размерами и низким коэффициентом направленного действия, что позволяет приёмнику принимать сигналы практически со всех направлений.

Поскольку в задании предъявлены довольно высокие требования к показателям радиоприемного устройства, то это предопределяет построение приемника по супергетеродинной схеме. Для повышения чувствительности приемника необходимо применение усилителя сигнальной частоты (УСЧ) в преселекторе. С целью улучшения избирательности приемника УСЧ необходимо сделать резонансным. В качестве усилительных элементов в УСЧ и УПЧ можно использовать полевые транзисторы, обладающие следующими преимуществами: малый коэффициент шума, большое входное сопротивление и высокая линейность усиления.

Входная цепь (ВЦ) должна обеспечивать возможность настройки на любую частоту заданного диапазона приемника. Плавно настраивать контуры в заданном диапазоне частот можно, изменяя индуктивность или емкость, либо одновременно и то, и другое. При настройке контура ВЦ с помощью индуктивности его показатели (конструктивное затухание, полоса пропускания, резонансная эквивалентная проводимость контура) по диапазону резко изменяются, что нежелательно. Настройка ВЦ ёмкостью сопровождается менее резкими изменениями параметров контуров. Осуществить перестройку ёмкости контура возможно при помощи блоков конденсаторов переменной ёмкости (КПЕ). Однако применение КПЕ нецелесообразно вследствие их больших размеров и сложности точного сопряжения. Поэтому в качестве переменной ёмкости контура используем варикапы. Главное преимущество варикапов - малые размеры, механическая надежность, простота автоматического и дистанционного управления настройкой. Недостатком варикапов в сравнении с КПЕ является нелинейность при больших уровнях сигналов и помех. Ослабить нелинейные эффекты можно применением балансных (двухтактных) схем. В данном случае такой схемой является встречно-последовательное включение двух варикапов.

В качестве преобразователя частоты используем кольцевой диодный преобразователь, имеющий следующие достоинства: меньшее содержание гармоник входных сигналов и комбинационных частот в выходном спектре, широкий динамический диапазон входных сигналов, большая максимально допустимая мощность, широкая полоса пропускания, большое (по сравнению с балансным смесителем) входное сопротивление.

Для обеспечения высокой избирательности приёмника по побочным каналам приема необходимо выбрать высокую промежуточную частоту. Современная элементная база позволяет обрабатывать сигналы с частотами более 1 ГГц. Однако применение таких электронных приборов нецелесообразно с экономической точки зрения. Ограничимся выбором промежуточной частоты f_пр=10.7 МГц.

Основное усиление и обработка сигнала производиться в тракте промежуточной частоты. Для обеспечения высокой избирательности РПУ по соседним каналам приема необходимо применение фильтра сосредоточенной селекции (ФСС). Выбор фильтра определит требования по коэффициенты усиления УСЧ. В качестве системы автоматической регулировки усиления (АРУ) выбираем задержанную АРУ «назад». В такой АРУ регулирующее напряжение создается и действует лишь в том случае, если входной сигнал превышает определенное значение (оно обычно выбирается равным чувствительности приемника и называется порогом срабатывания АРУ). При этом возможно использование дополнительного усилителя постоянного тока. Тогда АРУ будет называться усиленной. Наиболее просто управлять усилением каскадов УПЧ при помощи АРУ можно, применяя в УПЧ полевые транзисторы с двумя затворами. В этом случае управляющее напряжение системы АРУ прикладывается ко второму затвору транзистора, уменьшая тем самым его крутизну. Применение амплитудного детектора в цепи АРУ с задержкой имеет ещё и то дополнительное преимущество, что при слабых сигналах, когда детектор АРУ заперт, не уменьшается крутизна характеристики усилительных приборов и поэтому не возрастают собственные шумы радиочастотного блока. Последнее обстоятельство объясняется тем, что шумовое сопротивление транзистора обратно пропорционально крутизне S=¦Y₂₁¦. Следовательно, если АРУ при малых сигналах не работает, то в радиочастотном блоке при этом не уменьшается отношение сигнал-шум за счёт действия АРУ. Сказанное относится, в первую очередь к входным каскадам радиочастотного блока на достаточно высоких частотах, когда их шумы могут быть соизмеримы по интенсивности с внешними помехами воздействующими на вход приёмника.

2. Расчет входной цепи.

Требуемую избирательность преселектора по побочным каналам приема можно обеспечить двумя колебательными контурами - во входной цепи и в УСЧ. Схема входной цепи представлена на рис. 1.

Рис. 1. Входная цепь.

В качестве антенны был выбран четвертьволновый штырь. При перестройке по диапазону вниз сопротивление такой антенны начинает принимать активно-емкостной характер, что значительно легче компенсировать при перестройке входного контура, чем вносимую индуктивность у длинной антенны. Поэтому расчет будет вестись на верхней частоте диапазона:

Основной недостаток супергетеродинного приемника - наличие зеркальных каналов приема. Этот эффект обусловлен тем, что в смесителе происходят как инвертирующее, так и неинвертирующее преобразования. При этом в полосу ФСС попадают сигналы как с основной частоты приема, так и с частоты зеркального канала:

Для обеспечения требуемого подавления сигналов на побочных каналах приема, оба колебательных контура преселектора должны обеспечивать ослабление по 20 дБ. В этом случае имеем:

,

где - ослабление;

- обобщенная расстройка.

В состав общей емкости контура входит емкость монтажа, паразитная емкость индуктивности, входная емкость транзистора, емкость, вносимая антенной и т.д. Таким образом общую емкость контура можно записать как

.

С высокой точностью можно предположить, что , , . При условии, что антенный контур настроен в резонанс, вносимая ей емкость будет ничтожно мала, поэтому

Чтобы обеспечить точную настройку контура входной цепи в резонанс, добавим переменный конденсатор С2, изменяющийся в пределах 10 (пФ). Если использовать варикапы BB164, то емкость варикапной матрицы при будет равна

(расчет приведен далее).

Пусть , , тогда

Так как используется варикапная матрица, то добиться конструктивной добротности выше 80 достаточно сложно, поэтому

Обозначим коэффициенты трансформации по напряжению автотрансформатора L1:

где - напряжение источника,

- напряжение, выделяемое в колебательном контуре.

Для передачи входной цепью максимальной мощности должно выполняться условие согласования:

Выбранная антенная на частоте имеет сопротивление , поэтому

Эквивалентное резонансное сопротивление контура и его эквивалентная добротность будут соответственно равны:

, что соответствует поставленной задаче.

Определим коэффициент передачи по напряжению. В режиме согласования имеем:



Коэффициент передачи по мощности:

Коэффициент шума:

3. Расчет УСЧ

УСЧ должен обладать высокой линейностью и коэффициентом усиления по мощности, удовлетворяющим следующему условию:

Схема УСЧ в составе преселектора приведена на рис. 2. Для реализации такого усилителя необходим транзистор с достаточно малой емкостью С₁₂. Иначе потребуются дополнительные меры по обеспечении устойчивости каскада.

Перечисленным требованиям отвечает транзистор BF998. Он имеет следующие характеристики: табл. 1.

Рис. 2. Преселектор.

Табл. 1. Характеристики транзистора BF998.

Символ	Параметр	Тип.	Макс.	Размерность
VDS	Напряжение сток-исток	-	12	В
ID	Ток стока	-	30	мА
Ptot	Полная рассеиваемая мощность	-	200	мВт
Tj	Рабочая температура	-	150	°C
¦Yfs¦	Крутизна переходной характеристики	24	-	мСм
Cig1-s	Входная емкость на первом затворе	2.1		пФ
Crs	Проходная емкость, f = 1 MHz	25	-	фФ
F	Коэффициент шума, f = 800 MHz	1	-	дБ

Чтобы усилитель оставался устойчивым, необходим небольшой коэффициент усиления. Удобнее всего коэффициент усиления регулировать напряжением на втором затворе. Пускай . Тогда характеристики прибора будут выглядеть следующим образом: рис. 3, 4, 5



Рис. 3. Модель для определения характеристик усилительного прибора.

Рис. 4. Проходные характеристики транзистора при , .

Рис. 5. Выходные характеристики транзистора при , .

Зададимся рабочей точкой:

;

;

Тогда крутизна переходной характеристики и выходная проводимость будут соответственно равны:

Для обеспечения температурной стабилизации напряжение на R5 должно составлять не менее 20 от напряжения питания, поэтому

;

;

- выбираем по ряду Е24.

Пусть для увеличения входного сопротивления, следовательно



Сопротивления емкостей на рабочей частоте должны быть хотя бы на несколько порядоков меньше шунтируемых ими сопротивлений, поэтому:

Для обеспечения заданной избирательности по побочным каналам приема усилитель должен быть избирательным. При этом эквивалентная добротность колебательного контура должна быть не хуже . Оправдано использовать в УСЧ такой же колебательный контур, что и во входной цепи, поэтому:

Далее будут найдены коэффициент коэффициент трансформации и входное сопротивление смесителя. Они равны соответственно:

.

Так как проводимость мала по сравнению с собственными потерями контура, поэтому можно использовать полное включение транзистора в контур. Тогда эквивалентное сопротивление и эквивалентная добротность будут соответственно равны:

, что соответствует поставленной задаче.

Коэффициент усиления каскада по напряжению:

Коэффициент усиления каскада УСЧ по мощности:

.

Коэффициент усиления по напряжению преселектора;

Проверяем устойчивость усилителя:

;

, следовательно усилитель устойчив.

Коэффициент передачи по мощности преселектора:

;

, что соответствует поставленной задаче.

Потребляемый преселектором ток составляет:

Результат моделирования подтверждает все приведенные выше расчеты. Модель представлена на рис. 6. Результаты моделирования - на рис.7.



Рис. 6. Модель преселектора.

Рис. 7. Результат моделирования преселектора.

По результатам моделирования видно, что ослабление зеркального канала составляет приблизительно 45дБ.

При этом преселектор остается линейным при уровне выходного сигнала до 2 (В). Однако линейность по входу составляет 0,1 (В), поэтому можно говорит, что усилитель будут линейным только до 0,1 (В) входного сигнала.

4. Расчет цепи настройки варикапов.

Для перестройки по заданному диапазону суммарная емкость контура должна изменяться в следующих пределах:

.

То есть емкость каждого варикапа в матрице должна изменяться на . При этом управляющее напряжение не должно быть больше . Таким условиям отвечают варикапы BB164. Характеристики одного варикапа представлены в табл. 2 и на рис. 8.

Табл. 2. Характеристики варикапа BB164.

Символ	Параметр	Мин.	Макс.	Размерность
VR	постоянное обратное напряжение	-	30	В
IF	постоянный прямой ток	-	20	мА
Tj	рабочая температура	-55	+150	?C
IR	обратный ток, VR=30(В)	-	10	нА
Rs	сопротивление диода, f = 100 МГц; Cd = 30 пФ	-	1.4	Ом

Рис. 8. Емкость диода как функция обратного напряжения

На рис. 8 видно, что емкость варикапа изменяется с 69 до 30 пФ при изменении напряжения от 1 до 5 В соответственно. В этом случае емкость варикапной матрицы будет меняться в пределах от 34.5 до 15 пФ, что удовлетворяет поставленной задаче.

Чтобы схема настройки не потребляла много тока, ограничимся . Тогда имеем следующее:

Сопротивления R6, R7, R8, R9 должны быть достаточно большими, чтобы не снижать добротность контуров. Выбираем их равными по 510 кОм:

.

Постоянные времени цепей R8C11 и R9C12 должны быть достаточно большими по сравнению с периодом колебаний, поэтому:

Емкости С9, С10 должны быть достаточно большими, чтобы не влиять на емкость контура. Следовательно получаем:

5. Расчет смесителя

Перед расчетом смесителя необходимо выбрать ФСС, отвечающий заданным требованиям. Таким фильтром является SFELA10M7ПA00-B0. Это керамический фильтр, обладающий следующими характеристиками:

1) центральная частота - 10.7 МГц ± 30 кГц;

2) неравномерность - не более 6 дБ;

3) входное/выходное сопротивление - 330 Ом;

4) полоса пропускания на уровне 3 дБ - 230 кГц;

5) полоса пропускания на уровне 60 дБ - 600 кГц;

6) вносимые затухания - не более 6 дБ;

Для уменьшения коэффициента шума смесителя, его необходимо проектировать на диодах с барьером Шоттки. Например, можно использовать две диодные сборки BAS40-04. Каждая сборка содержит два соединенных последовательно диода с выводом между ними. Каждый диод обладает следующими характеристиками: табл. 3.

Схема смесителя представлена на рис. 9. Пускай преобразование частоты происходит на первой гармонике гетеродина. Для расчета смесителя на максимальный коэффициент передачи по напряжению необходимо знать проводимость диода по постоянному току и преобразующую проводимость . При помощи пакета схемотехнического моделирования OrCad 9.2 были получены проводимость диода по постоянному току и на частоте первой гармоники гетеродина. Меодель предствалена на рис. 10, результат моделирования - на рис. 11. Для ограничения тока диодов необходимо использовать дополнительные сопротивления номиналом 51 Ом.

Табл. 3. Характеристики диода с барьером Шоттки BAS40.

Символ	Параметр	Условия	Мин.	Макс.	Размерность
VR	постоянное прямое напряжение		-	40	В
IF continuous forward current - 120	постоянный прямой ток		-	120	мА
VF	прямое напряжение	IF = 1 мА IF = 10 мА IF = 40 мA	-	380 500 1	мВ мВ мВ
IR	обратный ток	VR = 30 В	-	1	мА
Cd	емкость диода	f = 1 МГц VR = 0	-	5	пФ
Tstg storage temperature -65 +150	Температура хранения		-65	+150	°C

Рис. 9. Смеситель.

Рис. 10. Определение проводимости: модель.

Рис. 11. Определение проводимости: гармоники тока.

Таким образом при напряжении гетеродина и частоте , получаем:

Если обозначить коэффициенты трансформации как (рис. 3), то оптимальные коэффициенты трансформации m₁ и m₂ можно определить по следующим формулам:

,

где - собственная проводимость контура УСЧ;

- проводимость ФСС.

Чтобы диоды управлялись напряжением гетеродина m₃ выберем равным единице:

При этом гетеродин должен иметь выходную мощность на первой гармонике

Входное сопротивление смесителя будет равно



Если трансформаторы наматывать на тороидальные сердечники, то можно получить коэффициент связи . Тогда

Для того, чтобы трансформатор L6L7 можно было считать идеальным, сопротивление первичной обмотки на рабочей частоте должно хотя бы на порядок превышать сопротивление, вносимое из вторичной обмотки, поэтому:

Индуктивность L5 зависит от колебательного контура гетеродина. Пускай L5=L1=L2, тогда

Кольцевой смеситель, рассчитанный на оптимальные коэффициенты усиления имеет коэффициент передачи по напряжению , что подтверждается моделированием. Модель представлена на рис. 12. Результат моделирования - на рис. 13.

При , , т.е.

Так как смеситель спроектирован на диодах с барьером Шоттки, то его коэффициент шума будет равным

Рис. 12. Модель смесителя.

Рис. 13. Выходного сигнала после удаления ВЧ компонент.

6. Расчет УПЧ

Схема первого каскада УПЧ приведена на рис. 14.

В качестве усилительного прибора выбираем транзистор BF998. Его характеристики приведены в табл. 1. Коэффициент транзистора приближается к максимальному при . Выходные и проходные характеристики при данном напряжении на втором затворе приведены на рис. 15, 16.

Рис. 14. Первый каскад УПЧ.

Рис. 15. Проходная характеристика транзистора при ,



Рис. 16. Выходные характеристики транзистора при , .

Зададимся рабочей точкой:

;

;

Тогда крутизна переходной характеристики и выходная проводимость будут соответственно равны:

Для обеспечения температурной стабилизации напряжение на R19 должно составлять не менее 20 от напряжения питания, поэтому

;

;

;

Пусть для увеличения входного сопротивления, следовательно

Ток, потребляемый одним каскадом УПЧ, составляет:

Сопротивления емкостей на рабочей частоте должны быть хотя бы на порядок меньше шунтируемых ими сопротивлений, поэтому:



Постоянная времени развязывающего фильтра R20C14 должна быть порядка десяти периодов высокочастотного колебания. Так как транзистор по второму затвору практически не потребляет ток, то зададимся . Тогда емкость можно рассчитать следующим образом:

.

Рассчитаем коэффициент трансформации L8L9 из условия согласования сопротивлений:

Для того, чтобы трансформатор L8L9 можно было считать идеальным, сопротивление первичной обмотки на рабочей частоте должно хотя бы на порядок превышать сопротивление, вносимое из вторичной обмотки, поэтому:

При условии, что , получаем:

.

Наиболее эффективно каскады УПЧ можно согласовать друг с другом при помощи колебательных контуров. Эквивалентная добротность контуров определит коэффициент усиления каскадов.

Перед расчетом коэффициента передачи усилителей УПЧ необходимо определиться с коэффициентом усиления. Для этого требуется вычислить номинальное напряжение . Оно обеспечивает заданное отношение сигнал-шум на входе приемника и определяется напряжением собственных шумов приемника.

Определим коэффициент шума линейного тракта:

.

Так как УСЧ и УПЧ проектируются на полевых транзисторах, то

.

С учетом этого имеет:

Так как шумовая полоса ФСС приблизительно равна , то

.

Исходя из этого можно принять чувствительность приемника как

.

Это напряжение должно быть усилено в УПЧ до 1 (В), чтобы обеспечить его детектирование детектором АРУ. Следовательно, коэффициент усиления линейного тракта приемника должен иметь следующую величину:

Зная коэффициенты передачи преселектора, смесителя и ФСС, вычислим коэффициент усиления тракта ПЧ:

При использовании транзистора BF998 коэффициент устойчивого усиления на промежуточной частоте составляет:

То есть коэффициент каждого каскада не должен быть больше 30(дБ). При условии, что каскады УПЧ имеют одинаковый коэффициент усиления, вычислим их количество:



При этом коэффициент усиления каждого каскада должен быть равен:

В состав общей емкости колебательного контура входит емкость монтажа, паразитная емкость индуктивности, выходная емкость транзистора, емкость, вносимая из следующего каскада и т.д. Таким образом общую емкость контура можно записать как

.

С высокой точностью можно предположить, что , , , . Тогда

.

Подстроечный конденсатор С18 необходим, чтобы точно настроить контур в резонанс. Пускай , тогда . В этом случае Емкость контура можно взять равной , тогда

.

Рассчитаем необходимую эквивалентную добротность контура:

.

При условии, что собственная добротность контура составляет , имеем:

Выходное сопротивление транзистора и входное сопротивление следующего каскада являются достаточно большими величинами, поэтому:

Для более точной настройки коэффициентов усиления каскадов УПЧ, можно добавить в схему параллельно R21 подстроечный резистор.

Напряжение на детекторе АРУ должно быть около 1 (В), что не превышает динамический диапазон рассчитанного каскада УПЧ. Поэтому для всех остальные каскадов тракта промежуточной частоты можно использовать уже рассчитанный режим.

В этом случае имеем:

В результате моделирования установлено, что при изменении напряжении на втором затворе относительно земли в пределах от 3.5 до 1.5 (В), коэффициент усиления транзистора будет меняться с 29.04 до 4.5 (дБ). Это означает, что коэффициент усиления всего тракта промежуточной частоты будет меняться с 116.16 до 18 (дБ), то есть на 98.16 (дБ). Это гарантирует, что при изменении входного сигнала на 80 (дБ), выходной будет меняться не более, чем на 3(дБ). Модель представлена на рис. 17, результат моделирования - на рис. 18.

Рис. 17. Модель одного каскада УПЧ.

Рис. 18. Коэффициент усиления каскада УПЧ при изменении напряжения на втором затворе относительно земли с 3.5 до 1.5 (В).

7. Расчет АРУ

В качестве системы автоматической регулировки усиления (АРУ) выбираем задержанную АРУ «назад». В такой АРУ регулирующее напряжение создается и действует лишь в том случае, если входной сигнал превышает определенное значение (оно обычно выбирается равным чувствительности приемника и называется порогом срабатывания АРУ или номинальным напряжением АРУ). Так как необходимо создать напряжение, изменяющееся от 3.5 до 1.5 (В) при входном напряжении - от 1.5 до 1 (В), то необходимо использование дополнительный усилитель постоянного тока. Токая АРУ называться усиленной.

Так как последовательный диодный детектор имеет большее входное сопротивление, чем параллельный, то предпочтительней использовать последовательный детектор. Схема детектора АРУ вместе с усилителем АРУ представлена на рис. 19.

Рис. 19. Усилитель и детектор АРУ.

В качестве диода V17 необходимо выбрать диод с минимальным начальным участком характеристики. Подойдет диод MBD101. Его характеристики представлены в табл. 4 и на рис. 20.

Табл. 4. Характеристики диода MBD101.

Параметр	Значение	Единицы
Ток насыщения		А
Коэффициент инжекции	1
Объемное сопротивление выводов	0.1	Ом
Барьерная емкость при нулевом смещении		Ф
Коэффициент лавинного умножения
Контактная разность потенциалов	0.75	В
Коэффициент эмиссии для тока рекомбинации	0.5
Начальный ток пробоя		А

Рис. 20. Характеристика диода MBD101.

Постоянная времени детектора должна быть хотя бы несколько периодов высокочастотного колебания. Так как емкость нагрузки должна как минимум в 10 раз превышать емкость p-n перехода, то

Входное сопротивление детектора для случая приема сильных сигналов можно определить по формуле:



Так как , то детектор не будет значительно влиять на коэффициент усиления последнего каскада УПЧ.

Коэффициент передачи детектора для случая приема сильных сигналов определяется по формуле:

;

,

где - угол отсечки; S - крутизна характеристики диода.

;

Так диод начинает открываться приблизительно с 0.5 (В), то постоянное напряжение на выходе детектора будет около 0.5 (В) при подаче на вход 1(В). Следовательно необходимо спроектировать усилитель постоянного тока таким образом, чтобы при изменении входного напряжения с 0.5 до 1 (В), напряжение на выходе схемы АРУ менялось от 3.5 до 1.5 (В). Если использовать транзистор BF998, то входное сопротивление такого усилителя будет достаточно большим, чтобы не уменьшать сопротивление нагрузки детектора. Выведем уравнение для расчета цепи смещения. Для этого будем считать что в начальный момент времени транзистор закрыт и ток стока отсутствует:



С учетом этих начальных условий получаем:

Здесь - крутизна проходной характеристики усилителя;

- напряжение открывания транзистора.

На рис. 15 видно, что . При на начальном участке характеристики .

Пускай , , чтобы ток стока не сильно влиял на параметры схемы. В этом случае получим:



Постоянная времени фильтра R60C54 должна быть больше самого низкочастотного периода модулирующего сигнала. Поэтому:

Емкость С53 должна быть гораздо меньше R59 на рабочей частоте, поэтому

;

.

Потребляемый схемой ток:

Модели детектора и усилителя представлены на рис. 21, 22. Результаты моделирования - на рис. 23, 24.



Рис. 21. Модель диодного детектора.

Рис. 22. Модель усилителя постоянного тока.

Рис. 23. Результат детектирования.



Рис. 24. Характеристика системы АРУ.

Изменение напряжения на выходе системы АРУ с 3.5 до 1.5 (В) означает изменение коэффициента усиления тракта промежуточной частоты на 98.16 (дБ). Это означает, что усилители в тракте ПЧ будут оставаться линейными при изменении входного сигнала на 98.16 (дБ). В результате моделирования была установлена возможность рассчитанной схемы понижать напряжение на втором затворе относительно земли до 1.2 (В). Это означает изменение коэффициента усиления более, чем на 116 (дБ).

8. Расчет частотного детектора и ограничителя

Наиболее эффективным способом частотного детектирования без использования дополнительных генераторов является частотное детектирование с преобразованием частотной модуляции в фазовую. Это достигается использование двух связанных колебательных контуров - в амплитудном ограничителе и в синхронном амплитудном детекторе. Использование амплитудного ограничителя является необходимым, так как напряжение на выходе синхронного амплитудного детектора зависит не только от фазы сигнала, но и от его амплитуды. Проще всего амплитудное ограничение производить при помощи избирательного усилителя. Схема ограничителя и детектора представлена на рис. 25.

Рис. 25. Ограничитель и детектор.

Для наступления режима ограничения достаточно, чтобы рабочая точка была задана следующим образом:

В результате расчета получаем следующее:



В этом случае напряжение на выходе ограничителя не будет превышать 2 (В).

Выходная проводимость транзистора будет равна:

Колебательные контура должны быть точно настроены на промежуточную частоту:

Ток, потребляемый ограничителем:

Зададимся коэффициентом , где - эквивалентная добротность каждого из контуров. Чтобы не была велика выберем . Этому соответствует детекторная характеристика, представленная на рис. 26.



Рис. 26. Детекторная характеристика при .

Чтобы оставаться на линейном участке характеристики, выберем . В этом случае эквивалентная добротность должна быть равна следующей величине:

.

Так как максимальная девиация частоты составляет 75 (кГц), то получаем:

Коэффициент связи в этом случае должен быть равен:

Постоянная времени нагрузки детектора не должна быть чрезмерно большой, так как это может вызвать нелинейные искажения принимаемого сообщения. Если принять индекс возникающей амплитудной модуляции , то нагрузку детектора можно вычислить следующим образом:

Постоянная времени цепей коррекции предъискажений С47R51 и C48R50 должна быть 50 (мкс). Выбираем , тогда

Разделительные конденсаторы С49 и С50 выбираются из условия:

Входное сопротивление синхронного амплитудного детектора будет равно:

.

Чтобы обеспечить требуемую эквивалентную добротность контура, его эквивалентное сопротивление должно быть равно:

.

Тогда коэффициент усиления транзистора будет равен:

.

Это означает, что транзистор будет устойчив.

Если использовать колебательные контура с добротностью , то можно определить шунтирующие сопротивления:

Для точной настройки добротности можно включить дополнительные подстроечные резисторы.

Емкость С55 должна быть достаточно большой, чтобы иметь минимальное сопротивление на рабочей частоте. Пускай .

Так как выход детектора симметричный, то далее должен следовать двухтактный усилитель. Такое решение является оправданным, так как такой усилитель имеет большой КПД.

На рис. 27 представлена модель детектора. На рис. 28 - результат детектирования.



Рис. 27. Модель детектора и ограничителя.

Рис. 28. Результат моделирования.

9. Выводы

1. Так как чувствительность приемника составляет 1.3 (мкВ), то динамический диапазон преселектора при котором он останется линейным будет равен:

Это величина определяет динамический диапазон приемника, так как динамический диапазон УПЧ существенно шире за счет использования АРУ.

2. Использование керамического фильтра позволяет добиться ослабления соседних каналов приема на 50 (дБ).

3. Ослабление по побочным канала составляет 45 (дБ).

4. Приемник без гетеродина и низкочастотной цепи потребляет ток, равный

.

Таким образом приемник вместе с низкочастотным трактом может функционировать от 4 батарей типа ААА около 8 (ч).

Список использованной литературы

1) “ Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах “ Петров Б.Е., Романюк В.А.

2) “ Полупроводниковые приборы: транзисторы “ справочник под общей редакцией Горюнова Н.Н. , Москва, Энергоиздат , 1982 г.

3) “ Полупроводниковые приборы: транзисторы “ Петухов В.М., справочник, Москва, “ Радио и связь “, 1993г.

4) “ Проектирование радиопередатчиков “ под редакцией Шахгильдяна В.В., Москва, “ Радио и связь “, 2000 г.

5) «Судовая радиосвязь» Справочник по организации и радиооборудованию ГМССБ БакееВ Д.А., Дуров А.А., Кан В.С., Резников В.Ю., «Судостроение», 2001 г.

Размещено на Allbest.ru