Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство РФ по связи и информатизации

СибГУТИ

Кафедра: ППУ

Курсовая работа

Тема: Разработка трансляционного ДСКВ приемника

Выполнил:ст-т Гр Р-81 Яновский С.В.

Проверил: Преподаватель Фалько А.И.

Новосибирск 2002

Содержание

Введение

1. Разработка структурной схемы приемника

1.1 Определение полосы пропускания преселектора

1.2 Расчёт числа контуров преселектора

1.3 Расчёт избирательных цепей тракта промежуточной частоты

1.4 Выбор типа аналоговых ИМС

1.4.1 Расчёт высокочастотных параметров полевого транзистора по схеме с общим истоком

1.5 Расчёт реальной чувствительности приёмника

1.6 Составление структурной схемы приёмника

1.7 Требования к источнику питания распределение питания напряжений

1.8 Расчёт необходимого усиление приёма

2. Составление и электрический расчёт принципиальной схемы приёмника

2.1 Расчёт контуров преселектора и гетеродина нерастянутого поддиапозона

2.2 Расчёт входной цепи с трансформаторной связью с ненастроенной антенной при большом входном сопротивлении активного элемента (полевой транзистор)

2.3 Расчёт усилителя радиочастоты

2.3.1 Расчёт цепей питания резонансных УРЧ, выполненых на полевом транзисторе

2.3.2 Расчёт резонансных усилителей радиочастоты с частотно-независимой связью контура с нагрузкой

2.3.3 Расчёт радиотракта выполненого на ИМС и смесителя

2.3.4 Расчёт тракта промежуточной частоты, выполненого на ИМС

2.3.5 Расчёт амплитудного детектора

2.3.6 Расчёт цепей АРУ

3. Расчёт основных характеристик приёмника

3.1 Расчёт чувствительности приёмника

3.2 Расчёт избирательных свойств приёмника

3.3 Расчёт тока потребляемого приёмником

3.4 Спецификация

Заключение

Список использованных источников

приемник транзистор электрический радиочастота

Введение

Современный радиоприёмник - это сложное радиотехническое устройство, способное воспринимать слабые сигналы и преобразовывать их к виду, обеспечивающему использование содержащейся в них информации. В данном проекте производится расчёт почти всех каскадов радиоприёмника, а именно: расчёт преселектора, включающего в себя входную цепь и усилитель радиочастоты (УРЧ), расчёт преобразователя и тракта промежуточной частоты, расчёт детектора, расчёт автоматической регулировки усиления (АРУ).

Количество избирательных цепей (контуров, фильтров) преселектора определяется требуемой изберательностью по зеркальному каналу.

Проектирование преселектора включает в себя два этапа: разработка структурной схемы и электрический расчёт принципиальной схемы. В разработку структурной схемы входит расчёт полосы пропускания линейного тракта приёмника, расчёт числа контуров преселектора, выбор активных элементов для УРЧ и расчёт их параметров.

Электрический расчёт преселектора включает в себя расчёт элементов колебательного контура преселектора, расчёт входной цепи и расчёт усилителя радиочастоты.

1. Разработка структурной схемы приёмника

При проектировании радиоприёмников с использованием аналоговых ИМС применяется функционально - узловой метод, заключающийся в том, что структурная схема проектируемого приёмника состоящая из функциональных узлов, выполняющих законченные операции. Эти функциональные узлы реализуются типовыми конструктивно оформленными аналоговыми ИМС с использованием дополнительных навесных элементов.

При выполнение проекта необходимо правильно выбрать тип АИМС, обеспечить их согласование с выбранными фильтрующими цепями приёмника и рассчитать навесные элементы принципиальной схемы.

В диапазоне длинных и средних волн при предварительном расчёте заданную неравномерность усиления можно разделить поровну между преселектором и трактом промежуточной частоты.

упрес = упч =0,56упр-ка = 3,1[дБ]

Для радиовещательных приемников ДСКВ установлено стандартное значение промежуточной частоты:

ѓпр=465кГц

1.1 Определение полосы пропускания преселектора

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

Ппрес=Пс+2Дпрес (1,1)

Где Пс - ширина спектра частот принимаемого сигнала при амплитудной модуляции: Пс=2Fв=7,6[кГц]

Где Fв - верхняя модулирующая частота: Fв=3.8[кГц]

В формулу (1.1) подставляем общий максимальный и минимальный уход частоты настройки преселектора:

Ппрес=Пс+2Дпресmax = 7600+2*1459.5 = 10.51 [кГц]

В радиовещательных приёмниках предлагается подстройка в процессе работы, поэтому при амплитудной модуляции берут:

Ппрес=Пс=2Fв, при Дпрес ? Fв, то есть

Ппресmax=7.6 [кГц], так как 1459,5 < 3800 [Гц]

аналогично Ппрес=Пс=7,6[кГц]

где дс - относительная нестабильность частоты принимаемого сигнала

дг - относительная нестабильность частоты гетеродина (для отдельного гетеродина с параметрической стабилизацией);

где дк - относительная нестабильность частоты колебательных контуров

Дсопр - неточность сопряжения настроек контура преселектора и гетеродина

Kng - коэффициент переключения рассчитываемого поддиапазона с запасом

1.2 Расчёт числа контуров преселектора

Расчёт выполняется для заданного диапазона приёмника. В результате расчёта определяется число LC - контуров преселектора, значения эквивалентной и конструктивной добротности контуров. В диапазоне длинных и средних волн число контуров преселектора N и эквивалентная добротность QЭ определяется из требований избирательности по зеркальному каналу (на высшей частоте поддиапазона). Методом последовательных проб, число контуров и эквивалентная добротность выбираются так, чтобы выполнялись неравенства:

Qэзк < Qэ <Qэб (1.2)

Где эквивалентная добротность контуров преселектора, найденная исходя из допустимой неравномерности в полосе пропускания преселектора

- относительная расстройка на нижнем конце поддиапазона

Исходя из заданной избирательности по зеркальному каналу, эквивалентная добротность рассчитывается по формуле:

где - относительная расстройка зеркального канала

Зададим число контуров N=1

Из расчётов видно, что для обеспечения заданной избирательности требуется очень высокая добротность контура, гораздо больше чем допустимая (Qэ=50…80)

Зададимся N=2, найдём

Таким образом исходя из неравенства (1.2) выбераем Qэ=12±5%, тогда Qк=15

Где Qк - конструктивная добротность контуров

При Qк=12 требуемая избирательность по зеркальному каналу с запасом

где f=2fпр, f0=fmax

при такой добротности неравномерность в полосе пропускания преселектора:

поэтому в тракте промежуточной частоты можно допускать неравномерность

при этом возможно два построения преселектора: одноконтурная входная цепь с резонансный усилитель радиочастоты, двухконтурная входная цепь без УРЧ или с апериодическим УРЧ. Выберем первый вариант выполнения (рис1.1)

Рисунок 1.1 Построение преселектора с двумя контурами

1.3 Расчёт избирательных цепей тракта промежуточной чатсоты

Узкополосные тракты промежуточной частоты радиовещательных приёмников выполняются, как правило с сосредоточенной избирательностью, что повышает стабильность АЧХ, снимает нелинейные искажения, упрощает построения схемы приёмника при использовании АИМС, тракт ПЧ который строится на апериодических каскадах. Фильтр сосредоточенной избирательности (ФСИ) включается на входе преобразователя.

В качестве такого фильтра применяют высокоизбирательные фильтрующие цепи: LC - фильтры сосредоточенной селекции, пьезокерамические фильтры, кварцевые и электромеханические фильтры.

В настоящее время широко применяются пьезокерамические фильтры (ПКФ), выпускаемые на средних частотах 465кГц и 10.7МГц. Основные характеристики ПКФ приведенны в таблице 1.1 [2]. Пьезокерамические фильтры обладают затуханием в полосе пропускания, их частотные характеристики имеют крутые скаты но за пределами полосы пропускания затухание возрастает мгновенно, поэтому желательно перед фильтром необходимо включать резонансный контур, который служит и трансформатором, согласующие сопротивление преобразователя частоты со входным сопротивлением фильтра. Согласующий контур выбирается достаточно широкополосным (ШПК), поэтому на полосу пропускания ПЧ тракта он практически не влияет. В качестве пьезокерамического фильтра выбираем ФП1П-023 со следующими параметрами:

средняя частота полосы пропускания - 465кГц;

полоса пропускания по уровню 6дБ - 9кГц ( -1,5….+2кГц);

неравномерность в полосе пропускания не более - 2дБ;

избирательность при расстройке от средней частоты ±9кГц не менее 40дБ;

вносимое затухание в полосе попускания ПКФ не более 9,5дБ;

входное и выходное сопротивление - 2кОм;

так как Rвых ПКФ и Rвх УПЧ отличаются несильно, то в качестве схемы согласования ПКФ выбираем схему рис.1.3а [2] приведенной рис.1.2

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1.2 Схема согласования пьезокерамического фильтра

Выбор типа ПКФ осуществляется по следующему показателям: избирательность по соседнему каналу Seзк(дБ), полоса пропускания тракта ПЧ(кГц), неравномерность на границе полосы пропускания фильтра

Значение полосы пропускания тракта ПЧ определяется:

где ДПЧ - максимальный уход частоты настройки тракта ПЧ.

так как ДПЧ<FB, то есть 0,25кГц<7.6кГц, то ППЧ=2FB=7.6кГц.

Определим неравномерность на границах полосы пропускания ФСИ:

где упр - значение неравномерности на границах полосы пропускания всего приёмника по заданию;

упрес - неравномерность на границе полосы пропускания преселектора;

ушпк - неравномерность на границе полосы пропускания широкополосного согласующего фильтра ушпк = 0,3дБ

n- число ШПК в структурной схеме n=2

Изобразим частотную характеристику затухания промышленного фильтра ФП1П-023 рис.1.3

S,дБ уф-ра=3дБ уф-ра< урасч, то есть 3<3.11

Дополнительная избирательная цепь должна обеспечить избирательность по соседнему каналу:

где SECK- требуемая избирательность по соседнему каналу;

SECK ПКФ - избирательность обеспечиваемая основным ПКФ.

Значение неравномерности на границе полосы пропускания нужно распределить между основным ПКФ, стоящем на входе смесителя, и добавочной избирательной цепью. Неравномерность на границе полосы пропускания дополнительной избирательной цепи удоп

Где упр - заданная неравномерность на границе полосы пропускания всего приёмника

упрес -неравномерность на границе полосы пропускания преселектора.

Рассчитаем эквивалентную добротность дополнительной избирательной цепи. При использовании одиночного контура расчёт ведём следующим образом:

где

где

так как Qэск< Qэб, то выбираем значение Qэ из соотношения:

Qэб? Qэ? Qэск

Поэтому выбираем Qэ =60

1.4 Выбор типа аналоговых ИМС

При проектировании радиоприёмников с использованием ИМС, функциональные узлы структурной схемы радиоприёмника определяется выбранным типом ИМС. ИМС высокой степени интеграции могут реализовать функции нескольких простых ИМС, что упрощает конструкцию приёмника; уменьшая его габариты, массу, увеличивая надёжность.

Выбор ИМС производится в соответствии с их функциональным назначением, электрическими, конструктивными и эксплуатационными характеристиками и параметрами. Кроме того все каскады приёмника следует выполнять на ИМС одной серии, с малым потребляемым током. Кроме того ИМС должны удовлетворять требованиям технического задания по эксплуатационным параметрам.

Для построения станционарных и переносных радиовещательных приёмников АМ и ЧМ сигналов широко используются ИМС серии К174. В трактах АМ сигналов используют ИМС К174ХА2 (УРЧ, преобразователь частоты, усилитель промежуточной частоты, цепь автоматической регулировки усиления).

Усилитель звуковой частоты строим на ИМС К174УН4 (усилитель мощности) с выходной мощностью до 15Вт.

Итак используем ИМС К174ХА2. ИМС этой серии предназначены для использования в бытовой стационарной и переносной радиоаппаратуре, в телевизионных и радиовещательных приёмниках. Серия состоит из ИМС, выполненных по планарно-эпитаксиальной технологии и оформленных в прямоугольных керамических и пластмассовых корпусах. Напряжение источника питания 9В±10%, в интервалах температур от -25 до +55 С. ИМС К174ХА2 содержит 112 компонентов, на которых выполнены УРЧ с усилителем постоянного тока, цепью АРУ, смеситель, гетгродин, УПЧ с усилителем АРУ, оконечный УПЧ и второй усилитель АРУ. Диапазон рабочих частот составляет 150кГц…..30МГц.

Для УРЧ и узкополосных УПЧ выбирают активные элементы, которые обеспечивают наибольшее устойчивое усиление. В первых каскадах приёмника необходимо учитывать шумовые свойства активных элементов. Входные каскады приёмников строят на полевых транзисторах, так как они имеют малый коэффициент шума и большое входное сопротивление, что обеспечивает высокую избирательность и большой коэффициент передачи входной цепи. Кроме того, полевые транзисторы имеют квадратичную характеристику, что обеспечивает большой динамический диапазон уровней усиления. Несмотря на малый коэффициент усиления каскада на полевом транзисторе, общий коэффициент передачи тракта, входная цепь, усилитель радиочастоты, получается таким же, как и на биполярном транзисторе при лучших шумовых и линейных свойствах.

В УПЧ, предъоконечных и оконечных каскадах УНЧ предпочтение отдаётся биполярным транзисторам из-за более высокого коэффицента усиления.

1.4.1 Расчёт высокочастотных параметров полевого транзистора по схеме с общим истоком

Выбираем для УРЧ транзистор 2П341Б. Параметры транзистора при напряжении UСИ=5В

SСПР=18мА/В при UЗИ=0; C12U=1пФ при UЗИ=2В; С11U=5пФ при IC=5мА; С22U=1.6пФ при UЗИ=2В

Так как коэффициент перекрытия диапазона Kg>1.5, то рассчитываем параметры на fB и fH частотного диапазона.

По типовой передаточной характеристике транзистора 2П341Б рис.1.4, приведенной для UCИ=5B, выбирается точка покоя UЗИ0. Для уменьшения нелинейных искажений UЗИ0 выбирается равным половине напряжения отсечки. (UОТС):

UОТС=1,04В;

UЗИ0=0,5UОТС=0,52В, при этом IC0=6мА

По выходной характеристике рис.1.5 для UЗИ=0,6В ( ближайшее значение к точке покоя ) определяют значение выходного сопротивления на низкой частоте:

Значение сопротивления ru оценивается по зависимости S(UЗИ) рис.1.6

Расчёт высокочастотных параметров транзистора по схеме с О.И.

Уточняется значение частоты fГЕН для выбранного режима:

,

где ;

CЗМ=С12U=1пФ

Определение значения частоты fS:

,

где СЗИ=С11U-C12U=5-1=4пФ

Рассчитываем коэффициент гS для частоты fН и fВ

Поскольку гS<0.3, то расчёт ВЧ параметров производится по приближённой методике на частоте максимальной диапазона.

Определяется значение активной составляющей входной проводимости:

Определяется значение реактивной составляющей входной проводимости:

6. Активная составляющая проводимости обратной связи G12U=0

Значение реактивной составляющей проводимости обратной связи:

Значение активной составляющей проводимости прямой передачи:

Величина реактивной составляющей проводимости прямой передачи:

Определяется значение активной составляющей выходной проводимости:

Величина реактивной составляющей выходной проводимости:

Для УНЧ выбираем ИМС К174УНЧ: PВЫХ=1Вт, Uпит=9В.

1.5 Расчет реальной чувствительности

Реальная чувствительность приёмника ограничена собственными шумами приемника. Исходным выражением для расчета чувствительности при АМ является следующее

,

где Ea - чувствительность в единицах э.д.с (В);

Е - чувствительность в единицах напряженности поля (В/м);

hд - действующая высота антенны (м);

- отношение сигнала к шуму по напряжению на выходе приемника;

М - глубина модуляции;

Ra - активное сопротивление антенны;

П - эффективная полоса пропускания;

Ш - коэффициент шума приемника.

где ШАЭ - коэффициент шума активного элемента

ШВЦ - коэффициент шума входной цепи

Для одноконтурной входной цепи:

Коэффициент шума входной цепи (Швц) определяется по формуле

,

где - активное сопротивление катушки связи антенны с контуром (при емкостной связи с антенной );

- собственные сопротивления потерь первого контура входной цепи;

- активное сопротивление, вносимое в первый контур из антенной цепи.

,

В предварительных расчетах можно полагать

,

где Qк и Qэ - соответственно конструктивная и эквивалентная добротность контуров. Qк=15, QЭ=12

где LK - индуктивность контурной катушки

СKMAX, CKMIN - встроенный блок переменных конденсаторов

LC - индуктивность катушки связи LСВ =3LСВ=6624мкГн

таким образом выполняется неравенство EEЗАД>EAРЕАЛ (35,6>28.07)

1.6 Составление структурной схемы приёмника

Структурная схема приёмника должна обеспечивать заданные технические показатели. Из нескольких вариантов построения преселектора, тракта ПЧ, использования различных активных элементов, выбирается тот, который с наименьшими затратами и большей надёжностью, позволяет получить желаемые результаты.

Необходимо оценить достаточность уровня сигнала на входе первой микросхемы. Для одноконтурной входной цепи ориентировочное значение резонансного коэфффициента передачи составляет: КОВУ=0,2…0,3 по нему можно ориентировочно определить напряжение на входе первой микросхемы и сравнить его с чувствительностью микросхемы.

так как EМС1>UВХМС1, то в одноконтурной входной цепи включается резонансный усилитель радиочастоты.

Схему приёмника целесообразно изображать с учетом всех имеющихся поддиапазонов, что позволяет увидеть узлы общие для всех диапазонов и узлы переключаемые, что поможет избежать ряда ошибок при электрическом расчёте принципиальной схеме приёмника.

На рис. 1.7 изображена структурная схема ДСКВ приёмника с внешним УРЧ с использованием ИМС типа К174ХА2.

Рисунок 1.7 Структурную схему приемника на ИМС К174ХА2.

1.7 Требования к источнику питания, распределение питающих напряжений

Напряжение источника питания радиоприёмного устройства выбирается таким, чтобы обеспечить необходимую выходную мощность сигнала.

Определяем напряжение сигнала на выходе:

так как UMK<5B, то выбираем UMK=5В

где PH - выходная мощность сигнала, RH - сопротивление нагрузки.

Колебательная мощность на выходе последнего каскада:

где зтрансф - коэффициент полезного действия трансформатора.

Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора:

Напряжение и ток в точке покоя определяется выражениями

где о - коэффициент использования питающего напряжения, о=0,8…0,9

Определяются значения напряжения питания приёмника и тока, потребляемого выходным каскадом

Для стационарных приёмников, питающихся от выпрямителя, типовое значение выбирается из ряда: 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48, 60B. Поэтому выбираем En=18B.

Потребляемый всем приёмником ток равен:

где IПОТРУ- ток потребляемый всеми микросхемами.

В качестве громкоговорителя используем 1ГД - 18

Рисунок 1.8 Структурная схема распределения напряжений питания

Развязка по питанию осуществляется фильтрующими цепочками RФCФ. Значение потребляемого тока от источника питания может определена как сумма токов потребляемых всеми микросхемами и всеми добавочными касками.

Потребляемый всем приёмником ток равен:

IПОТРУ - ток потребляемый всеми микросхемами.

1.8 Расчёт необходимого усиления приёмника

Коэффициент усиления высокочастотной части приёмника (до детектора) должен быть равен:

где Umg - амплитуда напряжения промежуточной частоты (несущей) на входе приёмника.

EA - действующие значение Э. Д.С. сигнала в антенне.

Усиление сигнала обеспечиваемое преселектором и трактом ПЧ:

Основное усиление происходит в тракте промежуточной частоты

Отсюда можно определить КПР и КУПЧ

Где КПР - коэффициент усиления преобразователя, приблизительно в (2…3) раза меньше, чем УПЧ. По величине Кпр ориентировочно определяется числом каскадов УПЧ:

;

где . В диапазоне УРЧ нейтрализация не рекомендуется, поэтому берут:

Для предварительного расчёта можно брать и выбираем

; ;

2. Составление и электрический расчёт принципиальной схемы приёмника

2.1 Расчёт контуров преселектора и гетеродина нерастянутого поддиапазона

При расчёте контуров преселектора и гетеродина, исходя из необходимости обеспечить перекрытие заданного поддиапазона частот. Расчёт ёмкостей и индуктивностей контуров производится отдельно для каждого поддиапазона. Сначала выбирают блок переменных конденсаторов, число секций которого равно общему числу ненастраеваемых контуров приёмника: входные цепи, УРЧ, гетеродин. Для облегчения заданного перекрытия поддиапазона и для сопряжения настроек в контур включают добавочные конденсаторы рис 1.9

Рисунок 2.1 Контуры для нерастянутых поддиапазонов

Определим коэффициент поддиапазона:

Выбираем встроенный блок переменных конденсаторов:

Определим добавочную ёмкость, параллельную конденсатору настройки:

Эта ёмкость складывается из ёмкости построечного конденсатора Сn и ёмкости Cсх, состоящей из ёмкости монтажа Сж=5…15пФ, распределённой ёмкости катушки индуктивности СL=2…5пФ и пересчитанной к контуру ёмкости входа активного элемента .

Среднее значение ёмкости подстроечного кондесатора:

; ; ; ;

Индуктивность контурной катушки:

Характеристическое (волновое) сопротивление контура:

Резонансное сопротивление контура без учёта шунтирующих влияний:

2.2 Расчёт входной цепи с трансформаторной связью с ненастроенной антенной при большом входном сопротивлении активного элемента (полевой транзистор)

На нижнем конце диапазона определяется допустимый коэффициент трансформации между антенной и контуром ВЦ из условия смещения настройки контура при изменении параметров антенны:

а.)

где

Из условия смещения настройки контура при изменений входной ёмкости активного элемента СВХ на

б.)

где СMIN -минимальная результирующая ёмкость контура ВЦ.

3. Коэффициент удлинения:

где Н - неравномерность по диапазону.

Максимальная резонансная частота антенной цепи:

Индуктивность катушки связи с антенной:

Если , то целесообразно принять

Резонансные частоты антенной цепи:

где

Активная проводимость антенной цепи на нижнем конце диапазона:

где

- добротность катушки связи

Коэффициент связи между антенной и контуром входной цепи из условия смещения настройки ВЦ при изменении СА:

где

На нижнем конце диапазона определяется коэффициент трансформации между контурами входной цепи и антенной из условия смещения частоты настройки ВЦ.

На нижнем конце диапазона рассчитываем коэффициент трансформации между контурами ВЦ и антенной из условия допустимого шунтирования контура антенной:

где

где GKH - резонансная проводимость контура ВЦ на нижнем конце диапазона.

Находим коэффициент связи между катушкой индуктивности контура ВЦ и катушкой связи:

так как , то выбираем многослойную катушку.

Определяем коэффициент трансформации со стороны антенны на верхней частоте диапазона:

Рассчитываем эквивалентное затухание контура на нижней частоте диапазона, при n=1

где

Эквивалентное затухание контура на верхнем конце диапазона:

где GAB - активная проводимость антенной цепи на верхней частоте диапазона:

16. Избирательность по зеркальному каналу на верхнем конце диапазона.

где

Коэффициент передачи ВЦ на нижнем и верхнем конце диапазона:

Неравномерность коэффициента передачи по диапазону:

где

Выходное напряжение:

2.3 Расчёт усилителя радиочастоты

Схема УРЧ выбирается на основании заданной неравномерности усиления по диапазона ( с учетом уже выбранной схемы входной цепи ). Исходными данными для расчёта УРЧ являются: диапазон частот, эквивалентная добротность и индуктивность контура, тип усилительного элемента и его параметры в данном поддиапазоне, коэффициент подключения входного контура ко входу транзистора. Кроме того, схеме УРЧ выбирается, исходя из получения устойчивого усиления при заданном коэффициенте , поскольку нейтрализация в диапазоне УРЧ не рекомендуется.

2.3.1 Расчёт цепей питания резонансных УРЧ, выполненных на полевых транзисторах с p-n-переходом

В схеме УРЧ сопротивление Ru при увеличении значения повышает стабильность режима, однако она ограничивается напряжением источника питания. Значение резистора Rз должно быть, с одной стороны, достаточно большим, чтоб он не шунтировал контур входной цепи, с другой стороны, увеличение резистора Rз снижает стабильность точки покоя на практике Rз<(200…300)кОм.

1 Выбирается точка покоя. Напряжение сток - исток (Uси) выбирается в области, где ток стока слабо зависит от Uси, а выходное сопротивление полевого транзистора постоянно. Выбираем Uсио=5В. Выбор напряжения затвор - исток (Uзио) обычно делают из соображений, чтобы Uзио<Uотс/2=0,5В; Uсио=5В.

По характеристикам прямой передачи или по выходным характеристикам, или по соответствующим формулам можно определить значение тока стока:

где Iснач - начальный ток стока при UЗИ0=0

Uотс- напряжение отсечки.

2 Расчёт резистора Rи

3 Блокирующий конденсатор в цепи истока

4.

2.3.2 Расчёт резонансных УРЧ при частотно независимой связи контура с нагрузкой

На верхней частоте диапазона определяется коэффициент подключения контура УРЧ к выходу транзистора. В общем случае этот расчёт ведется из трех условий: из условий устойчивости, из условий допустимого расширения полосы пропускания, из условий расстройки контура при изменениях выходной ёмкости транзистора. Для современных транзисторов условие устойчивости является самым жестким требованием, поэтому можно ограничиться расчётом m2 только из условия устойчивого усиления.

1.

где А=1 для УРЧ на полевом транзисторе

Исходными для расчёта являются следующие параметры транзистора.

Диапазон частот с запасом на перекрытие f=147…425кГц.

Параметры транзистора: ; ; ;

Параметры контура: ; ; ;

Параметры нагрузки УРЧ: входное сопротивление и входная ёмкость ИМС по симметричному входу

Требование к УРЧ: полоса пропускания: при неравномерности в полосе 6,6дБ, избирательность по зеркальному каналу Sезк=60дБ, промежуточная частота fпр=465кГц;

Коэффициент подключения контура УРЧ к нагрузке при симметричном входе ИМС (трансформаторная связь):

где

Элементы связи контура с транзистором.

где Ксв - коэффициент связи между Lсв и Lк (Ксв=0,6 - для многослойных катушек) проверка условий

где Свх2 - входная ёмкость последующего каскада (нагрузки)

См - ёмкость монтажа (5…10)пФ

СL - ёмкость катушки связи (2…3)пФ

См=10пФ, СL=3пФ

Условие выполняется, то есть

Эквивалентное затухание и добротность контура на нижней частоте диапазона.

Неравномерность в полосе пропускания УРЧ на нижней частоте диапазона.

Неравномерность в полосе пропускания преселектора:

Избирательность по зеркальному каналу УРЧ

Избирательность по зеркальному каналу преселектора:

Резонансный коэффициент усиления УРЧ при трансформаторной связи с последующим каскадом:

Неравномерность усиления по диапазону преселектора:

Выходное напряжение

Рисунок 2.2 Резонансный УРЧ с частотно- независимой связью контура с нагрузкой с трансформаторной связью контура с симметричным входом ИМС

2.3.3 Расчёт радиотракта и смесителя выполненного на ИМС

Как правило первый каскад ИМС - это апериодический УРЧ. Он не имеет нависных элементов и не требует дополнительного расчёта. Схема смесителя с пьезокерамическим фильтром представлена на рис 2.3

Рисунок 2.3 Схема смесителя с пьезокерамическим фильтром

В качестве VT1 могут служить транзисторы смесителя микросхемы К174ХА2 VT8 VT10 (Рис. П.5) [2]

1. Полоса пропускания широкополосного контура (ШПК) в выходной цепи усилительного элемента.

2. Ёмкость конденсаторного контура при fпр=465кГц

3. Определяется параметр контура:

Эквивалентная добротность контура

- выходная ёмкость усилительного элемента.

- ёмкость монтажа

- собственная конструктивная ёмкость

Индуктивность катушки:

Собственная проводимость ШПК:

4. Коэффициент подключения ШПК к входной цепи смесителя (m) и ко входу ПКФ (n) из условий согласования выходного сопротивления смесителя со входным сопротивлением ПКФ и обеспечения нужной ширины полосы пропускания широкополосного контура:

где Gвх.ф - входная проводимость ПКФ

где

Gвых- выходная проводимость смесителя

5. Индуктивность связи:

6. Сопротивление резистора на выходе ПКФ

Gвых.ф - выходная проводимость фильтра

Gвх.сл - входная проводимость следующего каскада

7. Крутизна преобразования:

8. Коэффициент усиления высокочастотной части микросхемы, нагруженной на ПКФ:

где Кф - коэффициент передачи ПКФ, определяемая как величина обратная затуханию в полосе пропускания ПКФ

9. Выходное напряжение:

Расчёт радиотракта, смесителя выполненных на ИМС (приложение)

На рисунке. П1 приведена часть принципиальной схемы ИМС К174ХА2. Здесь сигнал с преселектора подаётся на УРЧ, построенный в виде однокаскадного апериодического диффиренциального усилителя на транзисторах VT3 и VT4. Регулировка усиления осуществляется комбинированным методом: по цепи управляемой отрицательной обратной связи через диоды VD4 и VD5 в эмитерных цепях транзисторов и путем управляемого шунтирования нагрузки через диоды VD1, VD2, VD3. Усиленное управляющее напряжение положительной полярности подаётся на базу транзистора VT1, который закрывается; напряжение на базе VT2 увеличивается, и VT2 открывается; на базе VT5 и диодов VD4 и VD5 напряжение падает, диоды подзакрываются и резисторы R8 и R9 меньше шунтируются. Значит, отрицательная обратная связь увеличивается, что приводит к уменьшению коэффициента усиления. Также при уменьшении напряжения на базе VT5, он открывается, напряжение на катодах VD1 и VD2 уменьшается, они подоткрываются, нагрузка (резисторы R2, R5) больше шунтируются, коэффициент усиления уменьшается. Смеситель выполнен по двойной балансной схеме на транзисторах VT7 - VT12. Сигнал промежуточной частоты через один из выходов смесителя (вывод15) подаётся на пьезокерамический фильтр (ПКФ) с помощью согласующего контура. Режим работы по постоянному току, этот каскад стабилизирован с помощью диодов VD6, VD7 и VD8. Гетеродин в ИМС К174ХА2 строится на транзисторе VT13. Контур гетеродина подключают как внешний элемент.

Описание тракта промежуточной частоты, выполненного на ИМС (приложение)

На рисунке. П2 изображено продолжение принципиальной схемы ИМС К174ХА2. Это блок УПЧ, так как необходимая избирательность по соседнему каналу уже обеспечена пьезокерамическим фильтром, устанолвленным на выходе смесителя, то УПЧ в основном служит для усиления сигнала. Усилитель ПЧ состоит из четырёх диффиренциальных каскадов: первый состоит из транзисторов VT18, VT19, второй на VT22, VT23, третий на VT26, VT27, четвертый на VT29, VT30.

Напряжение регулирования УПЧ получают с общего для выходного сигнала и цепей АРУ детектора. В УПЧ используется аналоговая УРЧ схема регулирования усиления, но диоды, шунтирующие нагрузку каждого каскада УПЧ, отсутствуют. Управляющий усилением сигнал подаётся с транзистора VT31. Этот транзистор вместе с транзистором VT32 - VT34, образует усилитель постоянного тока, при подведении к базе VT32 напряжения АРУ положительной полярности относительно общего вывода транзистора, VT32 начинает закрываться, напряжение на его эмиттере растёт и открывает транзистор VT33, напряжение на коллекторе которого падает. Транзистор VT31 закрывается, диоды VD15, VD16 подзакрываются, меньше шунтируют резисторы R27, R31, отрицательная обратная связь увеличивается, коэффициент усиления уменьшается. Аналогично работает АРУ и во втором и в третьем каскадах УПЧ. Глубина регулирования получается большой, благодаря тому, что регулированием охвачены три из четырёх каскадов УПЧ. Транзисторы VT17, VT20, VT21, VT24, VT25, VT28 используются как эмиттерные повторители, на элементах R21, VD9 - VD14, VT15, VT16 выполнен стабилизатор напряжения для питания всех каскадов ИМС.

Рисунок. П1 Принципиальная схема ИМС К174ХА2

Рисунок П2 Принципиальная схема ИМС К174ХА2 (продолжение)

2.3.4 Расчёт тракта промежуточной частоты, выполненного на ИМС

Если в качестве дополнительной избирательной цепи является одиночный контур или полосовой фильтр, то следует рассчитать значения элементов контуров Lk, Ck и коэффициентов подключения их к активным элементам МС.

Если микросхема не содержит детектора, то для связи с внешним детектором удобно использовать широкополосный контур. В нашем случае (К174ХА2) связь между детектором осуществляется через контур, подключаемый к выходу 7. Рисунок 2.4.

Рисунок 2.4

Полоса пропускания схемы

Выбирается ёмкость контура

Параметры контура

4. Коэффициент подключения ШПК к выходу ИМС (m) и ко входу детектора (n) из условий максимального усиления и необходимой полосы пропускания

где

Rвых - выходное сопротивление микросхемы относительно точек подключения контура Rвых=2кОм

Rвх - входное сопротивление детектора

где

5. Индуктивность связи:

6. Коэффициент усиления каскадов промежуточной частоты:

где - крутизна для всего усилителя ПЧ.

Изобразим назначение выводов ИМС К174ХА2.

Размещено на http://www.allbest.ru/

2.3.5 Расчёт амплитудного детектора

В настоящие время детекторы АМ сигнала строят как на диодах, так и на транзисторах. Предпочтение отдаётся диодным детекторам, так как они обладают гораздо большим динамическим диапазоном уровней. При напряжении на входе диодного детектора Umg?0.5B используют детекторы сильных сигналов, то есть используют линейно-ломанную аппроксимацию вольт-амперной характеристики диодов. При такой аппроксимации по реальной характеристике диода определяют крутизну, прямой (S) и обратной (Sобр) ветви, которые используются для расчёта. Для уменьшения нелинейных искажений вследствие влияния оносительно малого входного сопротивления усилителя низкой частоты (Rунч) на биполярном транзисторе рекомендуется схема с разделённой нагрузкой или применение в первом каскаде УНЧ полевого транзистора.

В случае применения ИМС К174ХА2 амплитудный детектор выполняется на навесных элементах. В этом случае выходной УПЧ строится с открытым коллектором транзистора, к которому подключается внешний широкополосный контур. Произведём расчёт трансформаторной связи детектора с ШПК.

Выбираем диод Д9Г, который обладает малой междуэлектронной ёмкостью Cэ и большим значением S и .

Определяется величина Rн из условия отсутствия нелинейных искажений вследствие различия сопротивления нагрузки по постоянному току. При М=0,8 можно определить Rн следующим образом:

Рассчитывается Сн из условия отсутствия нелинейных искажений вследствие инерционности нагрузки.

Разделительная ёмкость Ср исходя из величины частотных искажений на нижних частотах модуляции.

5. Входное сопротивление детектора:

6. Коэффициент передачи детектора:

где

7. Напряжение на выходе детектора:

Рисунок 2.5 Диодный детектор

2.3.6 Расчёт цепей автоматической регулировки усиления (АРУ)

Цепи АРУ используются во всех вещательных радиоприёмниках. Необходимость её применения определяется тем, что усиление радиотракта приёмника рассчитано на приём слабых сигналов, а реальные радиосигналы могут их значительно превосходить по уровню. В этом случае может возникать перегрузка отдельных каскадов УПЧ. При этом могут появляться заметные нелинейные искажения принимаемого сигнала и даже выход из строя отдельных элементов. Кроме того условия распространения радиоволн то же приводят к изменению уровня принимаемого сигнала (замираниям). Для устранения медленных изменений уровня сигнала и перегрузки отдельных каскадов приёмника в его схему дополнительно включается цепь АРУ.

Для выбора схемы АРУ используются следующие исходные данные:

1. Чувствительность приёмника Еа=35,6мкВ

2. Допустимый диапазон изменения входного сигнала Uвх, (54дБ)

3. Допустимый диапазон изменения выходного сигнала Uвых, (54дБ)

Наша ИМС К174ХА2 включает в себя две цепи регулировки:

- глубина регулировки АРУ тракта промежуточной частоты 60дБ

- глубина регулировки АРУ УРЧ 40дБ

Поэтому необходимость во внешнем АРУ не наблюдается.

Для расчёта элементов АРУ необходимо задаться значением постоянной времени фильтра АРУ. Для радиовещательных приёмников АМ сигналов.

где

3. Расчёт основных характеристик приёмника

3.1 Расчёт чувствительности приёмника

Общее усиление высокочастотного тракта приёмника на верхней и нижней частоте.

Неравномерность усиления преселектора:

Чувствительность приёмника:

3.2 Расчёт чувствительности приёмника

На нижнем конце поддиапазона строится частотная характеристика всего тракта приёмника (до детектора) рис. 3.1.

где

абсолютная расстройка

Qэ=12

Дf, кГц	0	2	3	4	6	8	10	15
бпрес, дБ	0	0,88	1,87	3,09	5,84	8,65	11,28	16,90
б,дБ	0	6,09	7,08	8,3	11,05	13,86	16,49	22,11

3.2 Расчёт тока потребляемого приёмником

Ток потребляемый всем приёмником, можно определить:

Из пункта 1.7 известно, что Iпотр.вых=0,18А

Iпотр.? - ток потребляемый всеми микросхемами

Так как в нашей схеме приёмника мы используем две ИМС К174УН4, из-за трудности согласования сопротивления громкоговорителя (4Ом) и линии (600Ом).

Спецификация

Позиционное обозначение	Наименование	Кол.	Примечание
	Микросхемы
ДА1 ДА2,ДА3	К174ХА2 К174УН4	1 2
	Конденсаторы
С4,С6 С5,С7 С9 С10,С11 С34 С33 С46,С47 С48 С49,С50,	КД - 1 - М750 - 53п ± 5% КПК - МН - 25…45п ± 5% К73 - 11 - 4мк ± 5% КТ - 1 - М130-50п ± 5% КD- 2-H50-1000п ± 5% КЛС - 1-Н70 - 680п ± 5% КD - 1-M750 -43п ± 5% К73 - 16 - 91н ± 5% КПЕ - 10…365п ± 5%	2 2 1 2 1 1 2 1 2
	Резисторы		МЛТ ГОСТ 7113-66
R1 R2 R3 R8 R9 R11 R12	МЛТ - 0,25 - 100 ± 5% МЛТ - 0,5 - 300кОм ± 5% МЛТ - 0,5 - 11кОм± 5% МЛТ - 0,25 - 6,2кОм ± 5% МЛТ - 0,5 - 2,4кОм ± 5% МЛТ - 0,25 - 10к ± 5% МЛТ - 0,5 - 62кОм ± 5%	1 1 1 1 1 1 1
	Транзистор
VT1	2П341Б	1
	Диоды полупроводниковые
VD1	Д9Г	1	ТТ 3.362. 000ТУ

Заключение

В результате проделанной работы спроектировали радиоприемное устройство, удовлетворяющее заданным техническим условиям.

Чувствительность приемника в результате расчета получилась лучше, чем по заданию, то есть приемник более чувствителен к слабым сигналам.

Список литературы

1. Фалько А. И. “Разработка структурной схемы и расчет принципиальной схемы радиоприемного устройства”. Методические указания. НЭИС, 1992.

2. Фалько А. И. “Расчет входных цепей”. Часть 1. Методические указания. НЭИС, 1994.

3. Фалько А. И. “Расчет входных цепей”. Часть 2. Методические указания. СибГАТИ, 1995.

4. Фалько А. И. “Расчет диапазонных резонансных усилителей радиочастоты”. Методические указания. СибГАТИ, 1997.

5. Сединин В. И., Барсукова М. В. “Расчет узлов радиоприемника на аналоговых ИМС”. Учебное пособие. СибГАТИ, 1997.

6. Барсукова М. В. “Расчет высокочастотных параметров транзисторов”. Учебное пособие. НЭИС, 1990.

7. Гантман Е. И., Давыдова Т. И., Перельман Б. Л. “Новые транзисторы для аппаратуры широкого применения”. Справочник Часть 1. “Микротех”. 1992.

8. Справочник по полупроводниковым диодам и транзисторам. Под ред. Н. Н. Горюнова. Изд. 2-е. М.: “Энергия”. 1968.

Размещено на Allbest.ru

...