Разработка супергетеродинного приемника

Размещено на http://www.allbest.ru/

СПб ГБОУ СПО «Политехнический колледж городского хозяйства»

Согласовано:

Предметной цикловой комиссией

Председатель П(ЦК)

_________/О.В.Деревицкая/

«___»____________2012г.

Утверждено:

Зам. директора по УР

_________/М.Г.Рождественская/

«___»_____________2012г.

Методическое пособие по выполнению курсового проекта

дисциплина «Радиоприёмные устройства»

специальность 210306 «Радиоаппаратостроение»

разработал: преподаватель

Деревицкая О.В.

1. Обоснование выбора схемы супергетеродинного приемника

Основная особенность супергетеродинного приемника состоит в том, что в радиотракте помимо усиления сигнала происходит и преобразование частоты принятого радиоколебания.

Супергетеродинный радиоприёмник - наиболее распространённый вид радиоприёмников; в них при сравнительно простой и надёжной конструкции обеспечивается высококачественный приём сигналов.

В супергетеродинный радиоприёмник с однократным преобразованием частоты принимаемый сигнал с частотой fc после входной цепи и усилителя радиочастоты (нередко этот усилитель отсутствует) поступает на смеситель преобразователя частоты, на который подаются также колебания от гетеродина с частотой fг. Полученный в результате преобразования сигнал с так называемой промежуточной частотой fп, равной разности частот fc и fг, усиливается усилителем промежуточной частоты (УПЧ) и детектируется. Применяются также супергетеродинные радиоприёмники с многократным преобразованием частоты.

Важным достоинством супергетеродинного радиоприёмника является то, что в них не требуется перестраивать УПЧ, поскольку при любой частоте принимаемого сигнала можно установить такую частоту гетеродина, чтобы fп была неизменной. Поэтому супергетеродинный радиоприёмник прост в настройке; в нём достаточно настроить контуры входной цепи, усилителя радиочастоты и гетеродина (эта настройка обычно производится одной регулировочной ручкой). Так как УПЧ не перестраивается, в нём несложно применить многоконтурные электрические фильтры (и тем самым обеспечить высокую селективность по соседнему каналу связи), а также получить необходимое усиление сигнала и осуществить автоматическую подстройку частоты и автоматическую регулировку усиления.

Недостатком супергетеродинного радиоприёмника является возникновение побочных каналов приёма при преобразовании частоты. К ним относится, в частности, зеркальный (симметричный) канал, отстоящий по частоте от канала принимаемого радиосигнала на 2 fп и расположенный симметрично ему относительно fг. По побочным каналам могут проходить помехи радиоприёму, вызывающие интерференционные искажения сигнала (проявляющиеся при слуховом приёме в виде свистов). Средства борьбы с вредными проявлениями побочных каналов: повышение селективности ВЧ тракта супергетеродинного радиоприёмника, выбор промежуточной частоты вне диапазона принимаемых частот и др.

1.1 Типовая супергетеродинная схема приемника

Современные радиовещательные приемники чаще всего строятся по схеме супергетеродинного типа, так как этот вид приемников обладает более качественными показателями, по сравнению с радиоприемниками прямого усиления и не требуют сложной регулировки блоков.

Типовая супергетеродинная схема приемника:

1 - входная цепь;

2 - резисторный усилитель радиочастоты;

3 - резонансный усилитель радиочастоты;

4 - смеситель;

5 - фильтр сосредоточенной селекции;

6 - усилитель радиочастоты;

7 - детектор;

8 - усилитель звуковой частоты;

9 - гетеродин.

рис. 1.1

Первым блоком приемника является входная цепь (ВЦ) - это параллельный колебательный контур, настроенный на частоту принимаемого сигнала. Настройка производится с помощью конденсатора переменной емкости или варикапа.

Второй блок - усилитель радиочастоты (УРЧ) - многокаскадный усилитель. Он обеспечивает основное усиление в приемнике, необходимое для нормальной работы детектора, а так же избирательность по соседнему каналу. Источником сигнала является входная цепь, нагрузкой - смеситель. УРЧ в схеме приемника может отсутствовать, если обеспечивается заданная избирательность по зеркальному каналу и чувствительность приемника.

Преобразователь частоты (ПРЧ)состоит из смесителя и гетеродина. В результате преобразования частоты происходит перенос спектра сигнала в другую частотную область, при этом состав спектра не изменяется, следовательно, вид амплитудного колебания остается без изменений.

Гетеродин - маломощный автогенератор, вырабатывающий синусоидальные колебания, частота которых изменяется одновременно с перестройкой приемника на другую станцию. Частота, вырабатываемая гетеродином, должна быть стабильной на всем диапазоне принимаемых частот приемником, и равна несущей частоте сигнала, большей на промежуточную частоту.

Фильтр сосредоточенной селекции (ФСС) - несколько колебательных контуров или пьезокерамический фильтр, настроенные на промежуточную частоту. Обеспечивает избирательность по соседнему каналу, для этого должен обладать высокой крутизной скатов и полосой пропускания, равной удвоенной частоте сигнала.

Усилитель промежуточной частоты (УПЧ) необходим для нормальной работы детектора. Он усиливает сигнал, ослабленный ФСС, до уровня чувствительности детектора. УПЧ может состоять из нескольких каскадов.

Детектор предназначен для преобразования высокочастотного модулированного сигнала в низкочастотный сигнал, изменяющийся по закону модулирующего сигнала. Так как детектирование - нелинейный процесс и связан с образованием новой частоты, то применяют диод или транзистор.

Усилитель звуковой частоты (УЗЧ) - предназначен для усиления сигнала звуковой частоты и обеспечения требуемых качественных показателей этого сигнала. Нагрузкой УЗЧ является звуковоспроизводящий динамик.

1.2 Обоснование выбора промежуточной частоты

Так как для реализации исходных данных курсового проекта выбрана схема супергетеродинного приемника, то большое значение для обеспечения постоянства его качественных показателей на заданном уровне, приобретает правильный выбор промежуточной частоты fпр.

При выборе промежуточной частоты необходимо руководствоваться следующими соображениями:

-промежуточная частота должна находиться вне диапазона принимаемых частот и не должна совпадать с частотами мощных радиостанций, в противном случае сигнал будет подавлен сигналами этих радиостанций;

-промежуточная частота должна иметь стандартное значение, установленное ГОСТом, поскольку на таких частотах мощные радиостанции не работают;

-выбранная промежуточная частота должна иметь такое значение, при котором наиболее эффективно можно будет обеспечить хорошую избирательность, как по соседнему, так и по зеркальному каналу.

Для обеспечения более высокой избирательности по зеркальному каналу Gзк, промежуточная частота должна быть по возможности выше (зеркальный канал отстает от полезного на 2fпр), а для обеспечения избирательности по соседнему каналу Gск - как можно ниже (соседний канал отстает от полезного на величину 9 кГц). Однако с увеличением fпр ухудшается добротность избирательной системы фильтра сосредоточенной селекции (ФСC), а следовательно не произойдет обеспечение высокой избирательности по соседнему каналу, в следствие чего на нагрузке радиоприемного устройства (РПУ) будет выделяться сигнал с частотой fпр 10 кГц. Поэтому, чтобы этого не случилось необходимо, чтобы ФСC обладал достаточно высокой избирательностью, а это возможно только при достаточно низкой fпр, так как при уменьшении fпр увеличивается добротность.

При большой fпр добротность ФСC меньше, его АЧХ имеет более пологие скаты и более широкую полосу пропускания, в

которую входит сигнал с соседнего канала. В случае, если fпр меньше - добротность ФСC больше, полоса пропускания меньше и сигнал с соседнего канала в эту полосу не входит.

Возникло противоречие: с одной стороны нужно увеличить fпр для обеспечения высокой Gзк, с другой стороны нужно уменьшить Sпр для обеспечения высокой Gзк. Поэтому чтобы удовлетворить эти два условия нужно выбрать необходимую fпр.

Следуя ГОСТу видно, что промежуточная частота для ДВ, СВ и КВ диапазонов равна 465 кГц, для УКВ диапазонов 10,7 МГц, а для радиолокационных РПУ fпр = 100 МГц.

Исходя из выше написанного, сделаем вывод, что для данного приемника промежуточная частота равна 465 кГц.

Так же необходимо обеспечить избирательность по промежуточной частоте. Если на частоте равной промежуточной будет работать передатчик, то смеситель преобразователя для этой частоты будет являться резонансным усилителем и из-за некоторых резонансных свойств тракта ВЧ в нагрузке РПУ мы будем слышать на ряду с полезным сигналом сигнал-помеху на fпр. Ослабить этот побочный канал можно включением в цепь антенны фильтра "пробка".

Из вышесказанного следует, что избирательность по побочным каналам, а так же другие показатели РПУ зависят от правильного выбора промежуточной частоты.

1.3 Обоснование выбора блока настройки

Перекрытие заданного диапазона частот можно осуществить с помощью блока конденсаторов переменной емкости(КПЕ), а также с помощью варикапов(электронная настройка).

Электронная настройка имеет несколько существенных преимуществ перед настройкой с помощью конденсатора переменной емкости (КПЕ):

1) уменьшение габаритов электрической части приемника, поэтому легче использовать в малогабаритных радиоприемниках;

2) расположение органов управления не зависит от расположения элементов блока настройки на плате приемника;

3) более надежная конструкция приемника, так как нет движущихся эле-ментов;

4) возможность доработки радиоприемника для программируемой пере-стройки, автопоиска;

5) высокая скорость перестройки;

6) возможность достижения практически любой заданной избирательности по зеркальному каналу.

Применение КПЕ имеет свои достоинства:

1) большое перекрытие по емкости;

2) высокая добротность и линейность контура;

К недостаткам КПЕ относятся:

1) большие габариты и вес блока настройки;

2) ограниченное число перестраиваемых контуров в блоке КПЕ

Рекомендуется выбирать блоки КПЕ стандартные, выпускаемые промышленностью.

Данные некоторых блоков представлены в таблице 1

Таблица 1

Обозначение КПЕ	Число секций	Сmin,пФ	Сmax,пФ
КПП-3 х 10/430	3	3	430
КП4-5-2х5/285	2	5	285
КПП-2х4/240	2	4	240
КПП-2х5/285	2	5	285
КПЕ-2х10/430	2	10	430
КПЕ-2х2.2/430	2	2,2	16

1.3.1 Расчет требуемого коэффициента перекрытия по диапазону

Для обеспечения перекрытия заданного диапазона частот при смене электронных приборов и изменении дестабилизирующих факторов раздвигаем крайние частоты диапазона и определяем их новое значение:

Определяем коэффициент перекрытия диапазона с запасом на перекрытие:

При Кпд < 3 не требуется дополнительная разбивка на поддиапазоны, так как КПЕ или варикапы позволяют обеспечить такой коэффициент перекрытия.

1.3.2 Выбор КПЕ и определение параметров элементов блока настройки

Из таблицы 1, в зависимости от коэффициента перекрытия по диапазону, выбираем стандартный КПЕ ,который обеспечит перекрытие диапазона по частоте.

Определяем емкость схемы, при которой выбранный КПЕ обеспечит перекрытие диапазона по частоте.

Где Смин и Смах - крайние значения емкости выбранного КПЕ.

Выбираем рекомендуемые значения монтажной емкости См и межвитковой емкости катушки СL таблицы 2

Ориентировочные емкости монтажа и катушек

Таблица 2

Диапазон	Емкость монтажа	Емкость катушки
Длинные волны	5-20	15-20
Средние волны	5-20	5-15
Короткие волны	8-10	4-10
УКВ1, УКВ2	5-6	1-4

Определяем емкость схемы с учетом вносимых емкостей

Ссх = См + СL + Свн,

где Свн - емкость, вносимая первым каскадом приемника.

При неполном подключении контура входной цепи ко входу первого каскада приемника:

Свн= Свхmб.

Где mб - коэффициент включения контура ко входу первого каскда преемника

При mб < 1 Свн.= 0

При С'сх > Ссх в контур необходимо ввести подстроечный конденсатор Сп, емкость которого равна:

ъ

Сп = Сґ сх - Ссх

Если емкость Сп > 30 пФ, то следует выбрать блок КПЕ с меньшим отношением Смин / Смах

Если никакой блок КПЕ не позволяет обеспечить Сп < 30пФ. То требуется ввести в контур последовательную емкость С пос, значение которой выбирается С пос = ( 60…120 пФ)

Произведем расчет емкости КПЕ с учетом Спос

Пересчитаем емкость схемы Ссх

Определим емкость подстроечного конденсатора

Сп = Сґсх - Ссх

Если Сп >30пФ, то необходимо уменьшить значение Спос и произвести расчет нового значения Сп.

Определим предельные значения эквивалентной емкости

Сэмин = Смин + Сґсх

Сэмах = Смах + Сґсх

1.3.3 Выбор варикапов для блока с электронной настройкой

В настоящее время имеется большой выбор варикапов и варикапных матриц отечественного и зарубежного производства.

Для радиоприемников предпочтительнее использовать варикапные матрицы.

Варикапы и варикапные матрицы выбираются их справочной литературы.

Например, в диапазоне ДВ,СВ возможно применить варикапы КВ- 119, варикапные матрицы КВС- 120, так как они имеют достаточно высокий коэффициент перекрытия по емкости.

В диапазоне КВ,УКВ применяются варикапы КВ102, КВ1109, КВ111 и др., варикапные матрицы.

Выбрать варикап и выписать из справочника его основные параметры.

Для обоснования выбора типа варикапа , произведем расчет коэффициента перекрытия по емкости:

Где Свмах и Свмин - максимальное и минимальное значение емкости варикапа;

Со - паразитная емкость схемы, которую можно принять для диапазонов:

ДВ - Со = 40пФ

СВ - Со = 30пФ

КВ - Со = 25пФ

УКВ - Со = 15пФ

Для выбранного варикапа должно выполняться требование:

Кпс > Кпд,

Где Кпд - требуемый коэффициент перекрытия диапазона.

Если Кп < 1,1 и не удается подобрать нужный варикап, то применяют параллельное включение двух варикапов в контур входной цепи, при этом коэффициент перекрытия по емкости определяется:

Для устранения нелинейности частотно -избирательной цепи с варикапом применяют встречно - последовательное соединение двух варикапов.

Такая схема имеет следующие особенности:

-четные гармоники напряжения радиочастоты будут иметь противоположные направления и при надлежащей симметрии должны взаимно компенсироваться, не вызывая появления четных гармоник тока в катушке индуктивности Lk;

- в два раза уменьшается паразитное изменение емкости варикапа под воздействием радиочастотного напряжения контура.

1.4 Определение полосы пропускания приемника

Если приемник работает с АМ сигналами, то требуемая полоса пропускания радиоприемника определяется по формуле:

П=2Fв+Пнс (1.5)

где Fв - верхняя частота модуляции;

Пнс - нестабильность и неточность настройки РПУ.

Пнс = 2Дfсопр + 2Дfг,

приемник схема супергетеродинный

Где:

Дfсопр - неточность сопряжения настроек контуров;

Дfг - нестабильность частоты гетеродина.

Полагая, что радиоприемник в процессе работы точно настраивается на частоту принимаемого сигнала, допускаем, что Пнс = 0

Если приемник работает с ЧМ сигналами, то полоса пропускания определяется по формуле:

П= 2Fмах ( 1 + Мчм + )

Где Мчм - индекс модуляции, который определяется:

Мчм = Дf / Fмах ,

где Дf -девиация частоты для УКВ1 равна 50кГц, для УКВ2 равна 75кГц

Fмах - максимальная частота модулированного колебания

1.5 Расчет радиочастотного тракта

Задаемся конструктивной добротностью контура входной цепи:

ДВ - Qк=50

СВ - Qк=70

КВ, УКВ 1, УКВ2 - Qк=(140-200)

За счет шунтирующего действия первого каскада эквивалентная добротность падает и определяется как:

Qэ = р*Qk

где p - коэффициент шунтирования p=(0,2-0,5)

Определяем избирательность по зеркальному каналу дз.к, которую может обеспечить входная цепь на максимальной частоте диапазона:

дз.к = Qэ,

где - fпр промежуточная частота, равная 465 кГц в диапазоне ДВ,СВ,КВ и 10,7МГц в диапазоне УКВ

Полученное значение избирательности входной цепи, выраженной через децибелы, необходимо сравнить с заданным значением из технического задания.

Если полученное значение избирательноси по зеркальному каналу меньше требуемого, то в приемник необходимо ввести резонансный усилитель радиочастоты (УРЧ).

Определяем избирательность по соседнему каналу дс.к, которую может обеспечить входная цепь:

дс.к = (1.9)

где - расстройка для соседнего канала

Избирательность по соседнему каналу выражаем в децибелах

Определяем частотные искажения на минимальной частоте диапазона fmin , вносимые входною цепью:

Мвх.ц = (1.10)

где П- полоса пропускания радиоприемника.

Для приемника ДВ и СВ диапазонов ( с внутренней ферритовой антенной ), определяем амплитуду напряжения на входе первого каскада преемника

Umbx= E hdQэквPб,

где: Е-чувствительность приемника

hd- действующая высота антенны(0,01-0,03)м

рб - коэффициент включения контура входной цепи(0,1-0,2)

После завершения расчета радиочастотного тракта приемника необходимо составить схему преселектора.

Схему входной цепи выбрать с учетом диапазона принимаемых частот, блока настройки. УРЧ должен быть резонансным на полевых или биполярных транзисторах . Определиться с видом связи между входной цепью и УРЧ.

Нарисовать схему входной цепи и УРЧ (преселектор) и описать ее.

2. Обоснование выбора принципиальной схемы приемника

2.1 Обоснование выбора элементной базы высокочастотной части приемника

Выбор элементной базы производится в соответствии с техническим заданием.

Элементная база проектируемого приемника может быть отечественная или зарубежная, предназначенная для построения радиовещательных приемников или приемников специального назначения.

При выборе ИМС необходимо изучить состав серии ИМС указанной в техническом задании , выбрать нужную.

При выборе ИМС необходимо:

-ознакомиться с функциональной схемой выбранной ИМС;

- определить какие блоки приемника на ней можно реализовать;

-определить рабочие диапазоны, виды модуляции;

- возможность применения в стереофонических приемниках;

наличия АРУ , глубину регулировки, чувствительность.

В данном разделе привести функциональную схему выбранной ИМС, технические характеристики, указать назначение блоков ИМС, назначение выводов, тип корпуса, типовую схему включения.

Если в техническом задании не указана серия ИМС, то выбрать на свое усмотрение в соответствии с требованиями задания.

Элементная база проектируемого приемника может быть отечественная или зарубежная, предназначенная для построения радиовещательных приемников или приемников специального назначения.

При выборе ИМС рекомендуется пользоваться информационным сборником, имеющимся в лаборатории «Радиоприемные устройства», справочным материалом, сайтами Интернет, справочной литературой по применению ИМС.

2.2. Предварительный расчет тракта промежуточной частоты (ПЧ)

2.2.1 Обоснование выбора типа избирательной системы тракта ПЧ

В тракте ПЧ в качестве избирательной системы могут применяется пьезокерамические фильтры(ПКФ), фильтры сосредоточенной селекции(ФСС), полосовые фильтры, одиночные контура. В приемниках наибольшее применение нашли ФСС и ПКФ, которые обычно является нагрузкой смесителя и обеспечивает практически всю требуемую избирательность по соседнему каналу. Основным достоинством ПКФ перед другими избирательными системами является обеспечение высокой прямоугольности резонансной характеристики приемника, обеспечивающей высокую избирательность по соседнему каналу при требуемой полосе пропускания, минимальные габариты, легко согласуется с транзисторными схемами и схемами на ИМС.

Одиночные контура используются в качестве нагрузки усилителя промежуточной частоты(УПЧ), обеспечивающими согласование с входом детектора.

2.2.2 Расчет избирательности одиночного контура УПЧ

Задаемся допустимым коэффициентом допустимых искажений одиночного контура УПЧ:

Мупч = 1 дБ = 1,12

Определяем требуемую эквивалентную добротность контура :

,

Где П - полоса пропускания приемника.

Значение Мупч подставляется по формулу в разах.

Необходимо, чтобы полученное значение Qэ было ? Qэmax, где Qэmax-максимально допустимое эквивалентное значение добротности контура:

Qэmax= ш · Qк

Где Qк - конструктивно выполняемое значение добротности.Qк=100..150. Выберем Qк=120

Ш- коэффициент шунтирования, который можно принять примерно ш?0,5.

Определяем избирательность по соседнему каналу, которую обеспечивает одиночный контур УПЧ:

где Дf - расстройка для соседней станции приемника

2.2.3 Расчет числа звеньев ФСС

Определяем допустимый коэффициент частотных искажений вносимых ФСС:

МфссдБдоп= МобщдБ - МвхдБ - Мупч - Мзч

Где Мобщ - общая величина коэффициента частотных искажений из ТЗ

Мвх - коэффициент частотных искажений входной цепи приемника (см. подраздел 1.5)

Мзч - коэффициент частотных искажений тракта звуковой частоты (3дБ).

Определяем требуемую избирательность по соседнему каналу ФСС:

дск фсс дБ = дск тр дБ - дск вц дБ - дск урч дБ - дск упч дБ,

где

дск тр дБ - требуемая избирательность из ТЗ

Определяем расчетную полосу пропускания:

Пр=

Где бп - величина относительной расстройки на границе полосы пропускания, принимаем, бп = 0,8-0,9.

Определяем требуемую добротность контура ФСС:

Определяем величину относительной расстройки для частоты соседнего канала:

бс =

где Дf - расстройка для соседнего канала;

Пр - расчетная полоса пропускания.

Определяем величину обобщенного затухания:

Где Qк = 200- 250 - конструктивная добротность контура выполненное значение добротности.

Значение Q должно быть меньше Qк

По полученным значениям бс и в по обобщенным резонансным кривым (рис.) определяем избирательность по соседнему каналу одного звена ФСС в децибелах.

Определяем число звеньев ФСС, необходимых для обеспечения требуемой избирательности по соседнему каналу ФСС:

Значение округляем до ближайшего большего целого числа.

Определяем величину частотных искажений, вносимых ФСС смесителя на краях полосы пропускания:

Мфсс=m?Mфсс1,

Где Мфсс1 - коэффициент частотных искажений в дБ одного звена ФСС, определяемый по графику для выбранного значения бп и в.

Полученное значение Мфсс должно быть:

Мфсс < Мфссдоп,

где Мфссдоп- допустимые частотные искажения , вносимые ФСС

Если количество звеньев ФСС больше трех и частотные искажения, вносимые ФСС, больше допустимых, то выбираем пьезокерамический фильтр (ПКФ).

Выбор ПКФ производится из справочника по следующим параметрам:

1) Рабочая частота

2) Полоса пропускания

3) Избирательность по соседнему каналу

4) Коэффициент передачи

2.3 Расчет требуемого коэффициента усиления высокочастотной части радиоприемника

Определяем требуемый коэффициент усиления высокочастотной части радиоприемного устройства:

KВЧтр=зап

где Um вх дет - требуемая амплитуда напряжения на входе детектора;

для квадратичного детектора - Um вх дет 0,1..0,2 В;

для линейного - Um вх дет 0,5..1 В,

ЕА min - чувствительность приемника.

Кзап - коэффициент запаса берется равным 1,5..2

При выполнении ВЧ части приемника на ИМС, реальный коэффициент усиления рассчитывается по формуле:

Кр=Квх ц Курч •Кимс1….Кимсп…•Кф,

где - Кимс- коэффициент усиления по напряжению ИМС, используемых в высокочастотной части приемника;

Кф- коэффициент передачи ФСС или ПКФ

Если при расчете получаем реальный коэффициент усиления меньше требуемого Кр<Ктр, а в схеме проектируемого приемника отсутствует резонансный УРЧ, то в схему проектируемого приемника необходимо ввести апериодический УРЧ, который обеспечит нужное усиление в высокочастотной части приемника.

Для приемников с внутренней ферритовой антенной в формулу вместо Квхц подставляется параметр включения контура входной цепи к первому каскаду приемника, равным 0,2-0,3

2.4 Обоснование выбора схемы автоматической регулировки усиления

АРУ предназначена для автоматического изменения коэффициента усиления приемника в соответствии с величиной сигнала на входе приемника, обеспечивающего требуемое напряжение на выходе приемника в допустимых пределах.

Определяем требуемую глубину регулировки:

Гтр =

Гтр (Дб)=20•lgГтр

Где Двх (раз) - динамический диапазон входных сигналов в разах (из технического задания)

Двых (раз) - допустимый динамический диапазон выходных сигналов в разах( из технического задания)

Определяем необходимое число регулируемых каскадов:

nр=

где ГI (дБ) - реальная глубина регулировки одним каскадом приемника, принимается равной ?20 дБ

np- округляется в большую сторону

Если высокочастотная часть приемника выполнена на ИМС, то необходимо доказать, что параметры ИМС обеспечат требования, предъявляемые к АРУ из технического задания. Описать схему АРУ, используемую в ИМС.

2.5 Обоснование выбора элементной базы УЗЧ

2.5.1 Расчет требуемого коэффициента усиления УЗЧ

Определяем требуемую амплитуду напряжения на входе УЗЧ

Umвх=Umвх дет•Кдет•m

где Кдет - коэффициент передачи детектора

m - глубина модуляции можно взять m=0,3

Umвх дет - требуемая амплитуда напряжения на входе детектора

Определяем требуемую амплитуду выходного напряжения:

Um вых дет=

где Рвых - требуемая выходная мощность приемника

Rн - активное сопротивление обмотки динамика

Определяем требуемый коэффициент усиления по напряжению для УЗЧ

Ктр узч= Um вых/Um вх•Кзап,

где Кзап - коэффициент запаса равный ? 1,5..2

2.5.2 Выбор элементной базы УЗЧ

В этой части курсового проекта необходимо обосновать выбор ИМС для УЗЧ.

ИМС выбираются из следующих соображений:

- в целях унификации элементной базы приемника, УЗЧ выполнить на ИМС такой же серии ,что и высокочастотная часть приемника;

-выбранная ИМС должна обеспечить требуемую выходную мощность, на заданном сопротивлении нагрузки;

- обеспечить требуемый коэффициент усиления по напряжению.

!!! Если УЗЧ по техническому заданию выполняется на транзисторах, то необходимо обосновать выбор схемы УЗЧ, выбрать транзисторы для всех каскадов УЗЧ, произвести электрический расчет схемы УЗЧ.

Расчет можно произвести по методике имеющейся в методическом пособии по курсовому проектировании или в другой технической литературе ,по расчету усилителей.

Выбор транзисторов оконечного каскада, выполненного по двухтактной схеме, производится в следующей последовательности.

Определяем требуемую амплитуду тока в нагрузке оконечного каскада

Определяем мощность рассеивания на коллекторе каждого транзистора

Ррас= 0,25 Рвых

Выбираем комплементарную пару транзисторов, для которых:

Ркдоп > Ррас

Ukдоп> Umвых

Ikдоп>1,2 Imвых

Fгрh21 > 10 Fв

Транзисторы выбираем из справочной литературы, приводим их параметры.

Производим расчет схемы УЗЧ.

В тексте данного раздела пояснительной записки приводим схему электрическую принципиальную УЗЧ.

2.6 Составление и описание функциональной схемы приемника

2.6.1 ПРИМЕР описания функциональной схемы

Функциональная схема приемника представлена на рис. 1

Сигнал с антенны поступает на входную цепь - первый блок радиоприемника. Входная цепь - резонансный контур. Основной задачей ВЦ является настройка на выбранную станцию, передача сигнала на вход первого блока приемника, подавление зеркального канала. Ручкой настройки частоты одновременно регулируется частота входной цепи и гетеродина - для поддержания постоянной величины промежуточной частоты.

Ослабленный сигнал с входной цепи поступает на второй блок - УРЧ, резисторный усилитель радиочастоты, который обеспечивает необходимое усиление в радиовещательном приемнике для нормальной работы смесителя.

ВЧ часть приемника выполнена на ИМС К174 ХА10. Описание и параметры ИМС приведены в разделе 1.

На смеситель одновременно подаются два сигнала: с УРЧ и с гетеродина. Смеситель выполняет преобразование частоты, причем изменяется только несущая частота, а модулирующая частота сохраняется.

ПКФ - фильтр, обладающий высокой крутизной скатов и высокой стабильностью параметров. Основная задача ПКФ - осуществление избирательности по соседнему каналу.

УПЧ - резисторный усилитель промежуточной частоты. Он усиливает ослабленный сигнал, поступающий с ПКФ для нормальной работы детектора.

В детекторе происходит преобразование высокочастотного модулированного сигнала в низкочастотный сигнал сообщения, который изменяется по закону модулирующего сигнала.

Блоки 7 и 8 - усилители, построенные на микросхемах К174УН3 и К174УН11 соответственно. Обеспечивают усиление звукового сигнала до требуемого уровня мощности.

Функциональная схема радиовещательного приемника:

1 - входная цепь;

2 - резисторный усилитель радиочастоты;

3 - смеситель;

4 - пьезокерамический фильтр;

5 - усилитель промежуточной частоты;

6 - детектор;

7 - предварительный усилитель звуковой частоты;

8 - усилитель мощности;

9 - гетеродин.

рис.1

2.6.2 Описание принципиальной схемы

Принципиальная схема разрабатываемого радиоприемного устройства представлена на формате А1.

Радиосигнал принятый антенной поступает через конденсатор С1 в контур входной цепи, состоящей из элементов L1, C2, C3, VD1, VD2. Катушка индуктивности подстраивается на минимальную частоту диапазона, конденсатором С2 подстраивают контур ВЦ на максимальную граничную частоту диапазона. Конденсатор С3 предотвращает попадание постоянного управляющего напряжения через катушку индуктивности L1 на корпус. Варикапы VD1, VD2 служат управляющими элементами для настройки ВЦ на нужную частоту, за счет изменения емкости р-n перехода под действием обратного управляющего напряжения.

Далее через разделительный конденсатор С4 радиосигнал поступает на вход УРЧ, который состоит из VT1, R1, R2, R3, R4, и C6. Затвор является входом УРЧ, резистор R1 устанавливает рабочую точку транзистора. С резистора R3 снимается напряжение обратной связи, резистор R4 служит для температурной стабилизации рабочей точки транзистора VT1. Конденсатор С6 шунтирует резистор R4 по переменному току. Резистор R2 служит нагрузкой по постоянному току.

Через разделительный конденсатор С5 усиленный радиосигнал поступает на вход 6 микросхемы DA1 (вход УВЧ). С УВЧ внутри микросхемы сигнал поступает на смеситель ( в составе микросхемы ) и смешивается с сигналом, поступившим с гетеродина на вывод 5 микросхемы DA1. Контур гетеродина состоит из элементов L5, C14, C17, VD3, VD4. Сигнал с гетеродина снимается трансформаторной связью с катушки L4. Гетеродин имеет такую же перестройку частоты, как и ВЦ, разница лишь в том, что частота гетеродина во всем диапазоне больше на 465 кГц, чем частота ВЦ, но регулируется той же ручкой перестройки, что и ВЦ - резистором R15; R11, С19 - развязывающий фильтр, для предотвращения попадания высокочастотного сигнала в источник опорного напряжения.

После смешения сигналов в смесителе с вывода 4 снимается сигнал с частотой 465 кГц и подается на ПКФ через контур L3, C7. ПКФ отфильтровывает мешающие соседний канал и полученный сигнал подается на выводы 1 и 2 микросхемы DA1, которые служат входом УПЧ. Усиленный сигнал снимается с 15 вывода микросхемы DA1, поступает на контур L6, С15, С17, который является нагрузкой УПЧ и подается на 14 вывод микросхемы DA1 - вход детектора. В детекторе выделяется низкочастотная составляющая - сигнал звуковой частоты и подается на ПУЗЧ ( DA2 ) через нагрузку детектора : С12, С13, R9, R10.

РезисторR10 - регулятор громкости. С ИМС УЗЧ(DA1) усиленный сигнал подается на оконечный каскад - УЗЧ( DA2) и усиливается до заданных параметров.

Нагрузка УЗЧ - звуковоспроизводящий динамик с сопротивлением 4 Ом.

3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

3.1 Электрический расчет контура ВЦ с электронной настройкой (методика расчета из практической работы №1)

Произведем расчеты электрических параметров элементов входной цепи. Электрическая схема входной цепи представлена на рисунке

Эквивалентные параметры антенны:

Lа=100 мкГн

Cа=100 пФ

Rа=100 Ом

P = 1,2

Определяем коэффициент перекрытия диапазона по частоте:

Кпд=

Определяем коэффициент перекрытия диапазона по емкости с параллельным включением варикапов:

Кc= (3.2)

где Со - паразитная емкость.

Определяем полную минимальную емкость контура ( с учетом всех вносимых емкостей ):

С'Вмин = СВmin + Со (3.3)

Определяем индуктивность контура:

Lк = (3.4)

Определяем емкость связи контура входной цепи c антенной:

Ссв = С'вmin (3.5)

Значение Ссв выбираем в соответствии с ГОСТ

Определяем эквивалентную емкость связи :

С'св=Ссв•Са/(Ссв+Са) (3.6)

Определяем резистор фильтра Rф

Rф=(5..10)•Rэmax (3.7)

Определяем емкость фильтра Сф:

Сф=(50..100)/(fmax?Rф) (3.8)

Выбираем по ГОСТ Сф

Определяем коэффициент передачи контура входной цепи на fmin:

Квх ц =C'св/(С'cв+С'вmax)?Qэ? (3.9)

С'вmax=Cвmax+Co (3.10)

Определяем коэффициент передачи контура входной цепи на fmax:

Квх ц =C'св/(С'cв+С'вmin)?Qэ (3.11)

3.2 Расчет и построение резонансной характеристики входного контура

Обобщенная расстройка контура:

Х= (3.12)

где Дf от 0 до 1000 кГц( при АМ сигналах)

Относительное ослабление зеркального канала:

dз.к= (3.13)

Относительное ослабление зеркального канала дБ:

dз.к=20 lg dз.к

При расчете Х в формулу вводим постоянный коэффициент:

К= (3.14)

Тогда обобщенная расстройка контура:

Х=К•Дf (3.15)

Результаты рассчетов заносим в таблицу:

Таблица 1

ПРИМЕР Результаты расчета резонансной характеристики

Тип расчета	Резонансная характеристика f, кГц
	0	5	10	30	50	300	500	1000
Х	0	0,18	0,36	1,08	18	10,8	18	36
з.к	1	1,016	1,06	1,47	2,059	10,85	18	36
з.к (дБ)	0	0,09	0,34	2,36	4,78	18,64	23,04	29,05

По данным таблицы строим резонансную кривую:

График резонансной характеристики

з.к (дБ)

Рис. 3.1.

По резонансной характеристике определяем ослабление зеркального канала при расстройке Дf=930 кГц

dз.к=28,2 дБ

3.3 Электрический расчет усилителя радиочастоты (ПРИМЕР)

Для реализации схемы усилителя радиочастоты выбран полевой транзистор КП303А. Из-за значительного разброса параметров и температурного дрейфа этих параметров происходит влияние параметров полевого транзистора на стабильность рабочей точки. Существует оптимальный ток стока и соответствующее ему напряжение затвор-исток, при которых температурный дрейф минимален.

Принципиальная схема усилителя радиочастоты:

рис. 3.2

Транзистор КП303А полевой P-типа, маломощный, среднечастотный, предназначен для использования в усилителях, генераторах, и т.д.

!!! Параметры транзистора КП303А(выписать из справочника)

Оптимальный ток стока определяется по формуле:

Icопт= (3.16)

Оптимальное напряжение затвор-исток:

Uзиопт=Uотс-0,66 (3.17)

Крутизна при оптимальном токе стока:

Sопт= (3.18)

Сопротивление в цепи истока:

Rиопт= (3.19)

По ГОСТ Rиопт

Rвх ? Rз ? 1 Мом

Rвых ? Rс

Rс =5,1 кОм

Коэффициент усиления рассчитывается:

Киои= (3.20)

Максимальное усиление получается при Rи1=0:

Ки=Sопт•Rс (3.21)

В этой схеме Uз=0, так как эта схема с автосмещением. При этом напряжение истоке:

Uи=Uотс• (3.22)

Напряжение Uси должно быть выбрано из условия:

Uси ? Uотс-Uзиопт (3.23)

Выберем Uси=5 В

Напряжение источника питания выбирается из условия:

E=Iсопт•Rc+Ucи+Uи (3.24)

Выберем напряжение источника питания Е=14 В.

Значение емкости Си выбирается из равенства:

Си ? (3.25)

Выберем значения Rи1 и Rи2:

Rи1=100 Ом

Rи2=200 Ом

Рассчитаем Си:

Размещено на Allbest.ru

...