Расчет высокочастотной части супергетеродинного приемника

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ФРЯЗИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИКУМ ЭЛЕКТРОНИКИ, УПРАВЛЕНИЯ И ПРАВА

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему: Расчет ВЧ части супергетеродинного приемника

по дисциплине: «Радиоаппаратостроение»

2012

ВВЕДЕНИЕ

Устройство и принцип работы радиоприемника А.С. Попова

После того, как было открыто электричество, по проводам научились передавать электрические сигналы, переносившие телеграммы и живую речь. Но ведь телефонные и телеграфные провода не протянешь за судном или самолётом, за поездом или автомобилем.

И тут людям помогло радио (в переводе с латинского radio означает "излучать", оно имеет общий корень и с другими латинскими словами radius - "луч"). Для передачи сообщения без проводов нужны лишь радиопередатчик и радиоприёмник, которые связаны между собой электромагнитными волнами - радиоволнами, излучаемыми передатчиком и принимаемые приёмником.

История радио начинается с первого в мире радиоприёмника, созданного в 1895 г. русским учёным А.С. Поповым. Попов сконструировал прибор, который, по его словам, "заменил недостающие человеку электромагнитные чувства" и реагировал на электромагнитные волны. Сначала приёмник мог "чувствовать" только атмосферные электрические разряды - молнии. А затем научился принимать и записывать на ленту телеграммы, переданные по радио. Своим изобретением Попов подвёл итог, работы большого числа учёных ряда стран мира.

Важный вклад в развитие радиотехники внесли разные учёные: Х. Эрнест, М. Фарадей, Дж. Максвелл и другие. Наиболее длинные электромагнитные волны впервые сумел получить и исследовать немецкий физик Г. Герц в 1888г. А.С. Попов опираясь на результаты Герца, создал, как уже говорилось, прибор для обнаружения и регистрирования электрических колебаний - радиоприёмник.

25 апреля (7 мая) 1895 г. на заседании физико-химического общества Попов сделал доклад "Об отношении металлических порошков к электрическим колебаниям", в котором изложил основные идеи о своём чувствительном приборе для обнаружения и регистрации электромагнитных колебаний. Этот прибор назвали грозоотметчиком. Прибор содержит все основные части радиоприёмника искровой радиотелеграфии, включая антенну и заземление.

Грозоотметчик А.С. Попова

Первый радиоприёмник имел очень простое устройство: батарея, электрический звонок, электромагнитное реле и когерер (от латинского слова cogerentia - сцепление). Этот прибор представляет собой стеклянную трубку с двумя электродами. В трубке помещены мелкие металлические опилки. Действие прибора основано на влиянии электрических разрядов на металлические порошки. В обычных условиях когерер обладает большим сопротивлением, так как опилки имеют плохой контакт друг с другом. Пришедшая электромагнитная волна создает в когерере переменный ток высокой частоты. Между опилками проскакивают мельчайшие искорки, которые спекают опилки. В результате сопротивление когерера резко падает (в опытах А.С. Попова со 100000 до 1000 - 500 Ом, то есть в 100-200 раз). Снова вернуть прибору большое сопротивление можно, если встряхнуть его. Чтобы обеспечить автоматичность приема, необходимо для осуществления беспроволочной связи, А.С. Попов использовал звонковое устройство для встряхивания когерера после приема сигнала. Под действием радиоволн, принятых антенной, металлические опилки в когерере сцеплялись, и он начинал пропускать электрический ток от батареи. Срабатывало реле, включая звонок, а когерер получал "легкую встряску", сцепление между металлическими опилками в когерере ослабевало, и к ним поступал следующий сигнал.

Первый радиоприемник А.С. Попова (1895г.)

Передатчиком служил искровой разрядник, возбуждавший электромагнитные колебания в антенне, которую Попов впервые в мире использовал для беспроводной связи. Чтобы повысить чувствительность аппарата, А.С. Попов один из выводов когерера заземлил, а другой присоединил к высоко поднятому куску проволоки, создав первую приемную антенну для беспроволочной связи. Заземление превращает проводящую поверхность земли в часть открытого колебательного контура, что увеличивает дальность приема.

Схема радиоприёмника А.С. Попова, сделанная им самим: N - контакт звонка; А, В - вызовы когерера; С - контакт реле; РQ - выводы батареи, М - контакт антенны.

Принцип действия передатчика и приёмника Попова можно продемонстрировать с помощью установки, в которой диполь с когерером замкнут на батарею через гальванометр.

В момент приёма электромагнитной волны сопротивление когерера уменьшается, а ток в цепи увеличивается настолько, что стрелка гальванометра отклоняется на всю шкалу. Для прекращения приёма сигнала опилки когерера следует встряхнуть, например, лёгким постукиванием карандаша. В приёмной станции Попова эту операцию выполнял автоматически молоточек электрического звонка.

Совершенствование радио Поповым.

Много сил и времени посвятил Попов совершенствованию своего радиоприёмника. Он ставил своей непосредственной задачей построить прибор для передачи сигналов на большие расстояния.

Вначале радиосвязь была установлена на расстоянии 250 м. Неустанно работая над своим изобретением, Попов вскоре добился дальности связи более 600 м. Затем на маневрах Черноморского флота в 1899г. ученый установил радиосвязь на расстоянии свыше 20км, а в 1901г. дальность радиосвязи была уже 150км. Важную роль в этом сыграла новая конструкция передатчика. Искровой промежуток был размещен в колебательном контуре, индуктивно связанном с передающей антенной и настроенном с ней в резонанс.. Существенно изменились и способы регистрации сигнала. Параллельно звонку был включен телеграфный аппарат, позволивший вести автоматическую запись сигналов. В 1899г. была обнаружена возможность приема сигналов с помощью телефона.

Через 5 лет после постройки первого приёмника начала действовать регулярная линия беспроводной связи на расстояние 40 километров. Благодаря программе, переданной по этой линии зимой 1900 г., ледокол "Ермак" снял со льдины рыбаков, которых шторм унёс в море. Радио, начавшее свою практическую историю спасением людей, стало новым прогрессивным видом связи XX века.

Современные приемники.

Хотя современные радиоприемники очень мало напоминают приемник Попова, основные принципы их действия те же, что и в его приборе. Современный приемник также имеет антенну, в которой приходящая волна вызывает очень слабые электромагнитные колебания. Как и в приемнике А.С. Попова, энергия этих колебаний не используется непосредственно для приема. Слабые сигналы лишь управляют источниками энергии, питающими последующие цепи. Сейчас такое управление осуществляется с помощью полупроводниковых приборов.

Современные радиоприёмники обнаруживают и извлекают передаваемую информацию. Достигая антенны приёмника, радиоволны пересекают её провод и возбуждают в ней очень слабые частоты. В антенне одновременно находятся высокочастотные колебания от многих радиопередатчиков. Поэтому один из важнейших элементов радиоприёмника - избирательное устройство, которое из всех принятых сигналов может отображать нужный. Таким устройством является колебательный контур. Контур воспринимает сигналы того радиопередатчика, высокочастотные колебания которого совпадают с собственной частотой колебаний контура приёмника. Назначение других элементов радиоприёмника заключается в том, чтобы усилить принятые колебания, выделить из их колебания звуковой частоты, усилить их и преобразовать в сигналы информации.

Различают 2 типа радиоприёмников: приёмники прямого усиления (рис.1), в которых высокочастотные колебания до детектора только усиливаются, и супергетеродинные, в которых принятые сигналы преобразуются в колебания некоторой промежуточной частоты, усиливаются и только после этого поступают на детектор (рис.2).

Супергетеродинные радиоприемники сложнее приемников прямого усиления, но обладают значительно лучшими чувствительностью и селективностью ( способностью отстраиваться от сигналов соседних по частоте).

Рис. 1 Приемник прямого усиления.

Рис. 2 Супергетеродинный приемник.

Кроме элементов, имеющихся в радиоприемниках прямого усиления, в супергетеродинных приемниках работают еще и маломощный генератор колебаний высокой частоты - гетеродин - и смеситель. Высокочастотные колебания, выделенные колебательным контуром радиоприемника, поступают в смеситель, выполненный на электронных лампах или транзисторах. Сюда же, в смеситель, попадаются и колебания от гетеродина. Эти 2 вида электрических колебаний, различающиеся по частоте, «смешиваются», в результате чего на выходе смесителя образуются колебания новой, промежуточной частоты, равной обычно разности частот гетеродина и принятого сигнала.

Чтобы при настройке промежуточная частота супергетеродина оставалась постоянной, конденсаторы переменной емкости входного колебательного контура и колебательного контура гетеродина имеют общую ось. Поэтому когда вы перестраиваете супергетеродинный приемник вы изменяете также и частоту гетеродина но разность частот гетеродина и принятого сигнала все время остается постоянной.

радиоприемник частотный нелинейный тракт

Раздел 1. Природа частотных и нелинейных искажений и их распространение между трактами приемника

Нелинейные искажения обусловлены нелинейностью амплитудной характеристики, причем, чем меньше амплитуда сигнала, тем они меньше. Характерной особенностью нелинейных искажений является появление в спектре выходного напряжения усилительного элемента новых частотных составляющих, которых не было во входной цепи.

Линейные искажения определяются частотной характеристикой усилителя, эти искажения являются фазочастотными и зависят от нелинейности фазовой характеристики усилителя. К линейным искажениям относятся амплитудно частотные искажения сигнала, т.к. они не связаны с нелинейностью ВАХ электронного прибора, который используется в качестве усилительного элемента. При нелинейных искажениях в спектре выходного напряжения не возникает новых частотных составляющих, а происходит только изменение их взаимной интенсивности и фазовых соотношений.

К линейному тракту приемника - от входа до амплитудного детектора предъявляются , прежде всего, требования высокой селективности по соседнему и побочным каналам, в частности зеркальному и прямого прохождения. Амплитудная характеристика этого тракта должна быть линейной в широком диапазоне входных напряжений (60-100дБ), чтобы предотвратить нелинейные эффекты.

Нелинейный радиотракт. Полезный сигнал часто принимается на фоне одной или нескольких значительных по уровню внеполосных помех. При этом возникает ряд нежелательных эффектов, снижающих помехоустойчивость приёма.

Процесс линейных искажений сигнала, приводящий к линейным искажениям в результате детектирования, особенно сильно проявляются в приемниках, имеющих характеристику высокочастотного тракта, близкую к прямоугольной. В указанных приемниках при расстройке, превышающей нелинейные искажения. Эти искажения прослушиваются в виде скрежета и шороха, сопровождающих звуковое сообщение.

Теперь определим по таблице 1 диапозон рассчитываемого приемника.

Таблица 1. Распределение между трактами приемника частотных и нелинейных искажений

Волны	М	М	М	М	Q	?f	C.cх	Cпод	R.пер
	Вх.ц	УРЧ	ФСС	УПЧ	Конст.	Соп.	пФ	пФ	Вх.ц
ДВ 408Гц-450кГц	3	2	3-4	2-3	90-140	1-5 кГц	25-30	4-30	0,5-1
СВ 525-1605кГц	1-2	1	2-4	2-3	100-160	1-5 кГц	25-30	4-30	1-2
КВ 3,95-7,5МГц	0	0	3-4	2-3	140-190	10-15 кГц	15-20	4-30	2-3

Данный приемник работает в КВ диапозоне ТЗ.

Общие искажения в РЧ тракте определяются формулой:

М_общ=М_вч+М_нч

Где Мвч - это искажения в линейном тракте,

Мнч - искажения в нелинейном тракте.

Так как в данном курсовом проекте осуществляется расчет линейного тракта, то М_нч принимают равным нулю.

В линейном тракте:

Мвч=Мвх.ц+Мурч+Мфсс+Мупч.

Где Мвх.ц - это искажения во входной цепи приемника, из таблицы 1 (Мвх.ц=0)

Мурч - искажения в усилителе РЧ, из таблицы 1 (Мурч=0)

М фсс - искажения в фильтре сосредоточенной селекции, из таблицы 1 (Мфсс=3,5)

М упч - искажения в усилителе промежуточной частоты, из таблицы 1 (Мупч =2,5)

Рассчитываем искажения в ВЧ тракте:

Мвч=Мвх.ц+Мфсс+Мупч

Мвч = 0+3,5+2,5=6[дБ]=1,99 [раз]

Переведем получившееся значения из децибела в разы:

6дБ=20lgx

lgx=6дБ/20=0,3

x=10^0,3

x=1,99 [раз]

Искажения ВЧ тракта без УРЧ останутся неизменными.

Мвч =6[дБ]=1,99 [раз]

После того как в данном разделе, искажения, рассчитаны, необходимо показать значения селективности из Т.З. и перевести значения селективности в разы.

Селективность по зеркальному каналу равна:

Se.з.к = 32 [дБ] =39,8 [раз]

Переведем в разы:

32дБ=20lgx

lgx=32дБ/20=1,6

x=10^1,6

x=39,8 [раз]

Селективность по соседнему каналу равна:

Se.з.к = 36 [дБ] =63,09 [раз]

Переведем в разы:

36дБ=20lgx

lgx=36дБ/20=1,8

x=10^1,8

x=63,09 [раз]

Раздел 2. Выбор параметров избирательной системы тракта радиочастоты

Назначение преселектора.

Преселектор находиться до преобразователя частоты, его селективные цепи в тракте радиочастоты, приемника фильтруют помехи, попадающие в побочные каналы приёма.

Определение добротности колебательных контуров преселектора.

Добротность характерезует резонансные свойства контура, которые в общем случае определяются величиной Q.Показывающей во сколько раз резонансные напряжения не реактивных элементах превышают приложенное напряжение.

Схема входной цепи. Виды связи.

Входная цепь, соединяет антенну с первым усилительным или преобразовательным каскадом приемника. Входная цепь должна наиболее полно передавать энергию сигнала из антенны в первый каскад приемника, т.е. должна иметь по возможности больший коэффициент передачи по мощности К_{Рвх ц.} Входная цепь должна обладать селективными свойствами для предварительной фильтрации сигнала от помех. Для обеспечения селективности она должна содержать фильтр, связанный с помощью цепей с антенной и с входом последующего каскада. Структурную схему входной цепи можно представить в следующем виде (рис. 2.1)

Входная цепь от антены к следующему каскаду

Рис 2.1

Различают следующие виды цепей связи: непосредственная, емкостная (внутренняя и внешняя), трансформаторная, автотрансформаторная и комбинированная.

Меры борьбы с побочными каналами в радиоприемнике.

Осуществляется:

1)Селективность до Пр.Ч. Она осуществляется с помощью селективных цепей преселектора,(фильтрация помех) При этом побочные каналы остаются, однако до преобразователя приемника осуществляется фильтрация помех, которые могут попасть в эти каналы.

2)Включением на входе РПУ, фильтр-пробку, настроенный на fo.пр.

3)Выбором режима работы Пр.Ч. (выбирается так, чтобы усилие Пр.Ч. по основному каналу было наибольшим а по побочным наименьшим; Также чтобы первая гармоника крутизны S была больше, а остальные меньше)

4)Выбор промежуточной частоты. Такой выбор является важным фактором в борьбе с побочными каналами. При выборе частоты f_0пр в первую очередь руководствуются следующими соображениями: промежуточная частота должна находиться все диапазоны принимаемых частот; частота f_0пр должна иметь стандартное значение, поскольку на таких частотных мощные радиостанции не работают.

Определяем эквивалентную добротность контуров преселектора (Qэкв)

Принимая n=2

Из условия обеспечения избирательности по зеркальному каналу (на f_0max наихудшие условия)

Q_ЭИ = =22,7

Из условия обеспечения полосы пропускания (на f0min наихудщие условия).

Q_эп =

П¹ =2• -полоса пропускания

Мк =0,93

?f_сопр -15кГц

?

П¹ ?2•(4•

Q_эп= =23,17

Искомую величину добротности Q_экв определяем из условия:

Q_эп>Q_экв>Q_эи

23,17>Q_экв>22,7

Q_экв =23

Далее определяем ослабление соседнего канала:

где

====

=1,0032 раз =0,027 дБ

Определяем фактические вносимые частоты искажения:

Частотные искажения удовлетворяют требования т.з. (по т.з. М=6дБ)

П¹ - полоса пропускания тракта радиочастоты

F_0min -минимальная частота входного сигнала

Определяем ослабление каналов промежуточной частоты контурами преселектора



Где -на СВ и КВ -

=64дБ

Раздел 3. Выбор избирательной системы тракта промежуточной частоты

Усилитель промежуточной частоты предназначены для усиления сигналов промежуточной частоты и обеспечения селективности по соседнему каналу. Как правило, УПЧ работают на фиксированной частоте и содержат несколько каскадов усиления. Существует два варианта построения УПЧ: с распределенной и сосредоточенной селективностью. В первом варианте все каскады УПЧ резонансные, при этом результирующая АЧХ определяется перемножением АЧХ отдельных каскадов. Во втором варианте результирующая АЧХ всего УПЧ определяется в основном фильтром сосредоточенной селекции, являющимся нагрузкой одного из каскадов УПЧ; остальные каскады УПЧ могут быть либо апериодическими, либо одноконтурными широкополосными.

Схемы апериодических УПЧ аналогичны схемам каскадов предварительного усиления. Схемы одноконтурных резонансных УПЧ аналогичны схемам одноконтурных УРЧ с фиксированной настройкой, при этом для построения одноконтурных УПЧ широко применяются ИС.

Полосовые УПЧ с двухконтурным фильтром могут, использоваться в тракте промежуточной частоты приемников диапазона УКВ.

Основное распространение нашли УПЧ с фильтром сосредоточенной а последующие каскады УПЧ в основном обеспечивают необходимое усиление. Усилители с ФСС позволяют получить АЧХ УПЧ, достаточно близкую к идеальной прямоугольной и более стабильную.

Из таблицы 2 выбираем количество звеньев ФСС исходя из ослабления по соседнему каналу и полосы пропускания.

Таблица 2

Количество звеньев ФСС	Полоса пропускания УПЧ (кГц)	Ослабление соседнего канала (дБ)
3	7 7,5 8 8,5	24 22 21 19
4	7 7,5 8 8,5 9 9,5 10 10,5	32 30 28 26 24 22 20 18

Количество звеньев ФСС =3

Полоса пропускания П=7,5 кГц

Ослабление соседнего канала d_C.K.=22дБ

Далее определяем величину ослабления соседнего канала каскадом УПЧ с одиночным резонансным контуром.

d_C.K= d_C.K(зад)- d_C.K(ФСС)- d_C.K.ПР.

d_C.K=36-22-0,027=13,9 (дБ)

Определяем ослабление соседнего канала каскадом УПЧ с одиночным резонансным контуром.

d_C.K^(I)= d_C.K^(I)=



где x=

?f=10кГц

Определяем добротность: =62

Определяем обобщенную расстройку контуров: x=

Определяем ослабление соседнего канала УПЧ с двухконтурным фильтром:

d_C.K^(II)= ,

где n=1 -параметр связи между контурами.

d_C.K^(II)=

Определяем общее ослабление соседнего канала всеми контурами приемника:

d_C.K^(II = d_C.K(ФСС)+ d_C.K.пр.+ d_C.K^(I)+ d_C.K^(II)=22+0,027+8,8+11,7=42,5(дБ)

Ослабление соседнего канала удовлетворяет требования технического задания:

d_C.K.общ.> d_C.K.т.з. (по т.з. d_C.K.=36 дБ)

Следовательно, каскад УПЧ с двухконтурным фильтром обеспечивает необходимое ослабление по соседнему каналу. На основании расчета разрабатываем структурную схему тракта промежуточной частоты и исходя из полученных данных.

Разработка структурной схемы исходя из расчётных данных

ПрЧ - преобразователь частоты.

ФСС - четырехзвенный фильтр сосредоточенной селекции.

УПЧ - двухконтурный усилитель промежуточной частоты.

Г - гетеродин.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Раздел 4. Выбор и расчет схемы детектора. Выбор типа ЭП

Для приведения в действие подавляющего большинства оконечных аппаратов радиоприемных устройств требуется преобразовать напряжение принятого и усиленного модулированного колебания в такое напряжение, форма которого с большей степенью точности соответствует форме модулирующего напряжения в передатчике. Процесс такого преобразования принято называть детектированием, а каскад радиоприемника, его выполняющий, называют детектором.

Так как в спектре высокочастотного напряжения, модулированного по амплитуде, не содержится составляющих с модулирующей частотой, то для детектирования необходимо применить нелинейный элемент - детектор. В качестве такого элемента используются электронные лампы и полупроводниковые диоды.

Таким образом, детектором называется устройство, служащее для создания напряжения, изменяющегося в соответствии с законом модуляции одного из параметров входного сигнала.

Спектр АМ колебания на входе детектора состоит из трех составляющих: несущего колебания с несущей частотой и двух боковых составляющих. Спектр продедектированного напряжения состоит из двух составляющих: постоянной составляющей и низкочастотной составляющей.

Работа детектора сводится к выпрямлению подводимого к нему высокочастотного модулированного по амплитуде напряжения и к усреднению выпрямленного напряжения за период высокой частоты.

Детекторы можно классифицировать по характеру входного сигнала и виду параметра, который подвергается модуляции; по способу выполнения и т.д.

Радиосигналы по характеру входного сигнала можно подразделить на три основные группы:

1. непрерывные гармонические, в которых передаваемое сообщение заложено в модуляции одного из следующих параметров гармонического колебания: амплитуды U_bx, частоты f_BX, фазы. Различают амплитудно-модулированные сигналы (АМС), частотно-модулированные (ЧМС) и фазо-модулированные (ФМС). В зависимости от вида модуляции детектируемого сигнала различают амплитудные (АД), частотные (ЧД), фазовые (ФД) детекторы;

2. радиоимпульсные сигналы, в которых сообщение передаётся с помощью модуляции одного из следующих параметров сигнала: пикового напряжения и_пик, частоты f_BX, длительности импульса и, времени начала импульса t„. Для деткетирования подобных сигналов используют детекторы радиоимпульсов;

3. Видеоимпульсные сигналы; модуляция в видеоимпульсах может осуществляться изменением пикового значения импульса и_пик, длительности импульса и, времени начала импульса йни: возможно изменение комбинации импульсов в группе - импульсно -- модуляция. Детектирование подобных сигналов осуществляется детекторами видеоимпульсов.

При выборе схемы детектора следует учитывать род работы, вид модуляции (АМ-модуляция), преимущества и недостатки различных вариантов схем детекторов. Также учитывается необходимое минимальное напряжение на его входе для работы с минимальным напряжением. Из таблицы 3 выбираем тип детектора с амплитудой напряжения на входе от 0.2 до 0.3В и коэффициент передачи К_д равный от 0.3 до 0.5

Таблица 3.

Тип детектора	Амплитуд напряжения на входе (UД.ВХ). В	Коэффициент передачи КД
Двоичный (квадратичный)	0.1-0.2	0.2-0.3
Диодный (линейный)	0.2-0.3	0.3-0.5
Транзисторный	0.1-0.5	5.0-8.0
Частотный с ограничителем	0.5-1.0	0.6-0.8
Детектор отношений	0.1-0.5	0.6-0.8
Видеодетектор	0.2-0.5	0.1-0.3

Выбираем детектор «Диодный (линейный)» с амплитудой напряжения на входе U_двх =0.2-0.5 В и К_д= 0.3-0.5.

Схема амплитудного детектора имеет вид:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Диодный амплитудный детектор построенный по данной схеме: является последовательным, так как нагрузка и диод включены последовательно. Допустим на вход АД поступает гармоническое U с медленно меняющейся амплитудой. Если напряжение U_BX положительно, то диод открывается и конденсатор С_Н начинает заряжаться. По мере заряда С_Н выходное напряжение растёт и стремится закрыть диод. Поэтому, начиная с момента времени ф диод закрывается, и конденсатор С_Н начинает разряжаться через нагрузку. Разряд конденсатора С_Н продолжается до момента времени ф=ф₂, при котором напряжение детектора становится равным нулю. Начиная с момента времени ф₂, диод открывается, и процесс повторяется. Таким образом, в результате серий зарядов и разрядов на выходе АД создаётся продетектированное напряжение, имеющее пульсирующую составляющую с частотой сигнала.

Преимущество последовательной схемы в том, что источник сигнала в параллельном АД шунтируется резистором нагрузки, что обуславливает его меньшее входное сопротивление по сравнению R_BX последовательного АД.

Теперь необходимо определить выходное напряжение детектора.

Из таблицы 4 выбираем тип необходимого нам полупроводникового диода, параметры которого приведены здесь же в таблице.

Таблица 4.

Тип диода	Uпр	Iпр	R	Uобр	Iобр	Rобр	Сд	fmax
	В	мА	Ом	В	мкА	Мом	пФ	Мгц
Д2Б	0.9	5.5	160	40	100	0.1	1	150
Д2В	0.9	8	120	30	250	0.12	1	150
Д9Б	0.9	90	10	10	250	0.4	1-2	40
Д10Б	0.9	20	45	10	100	0.1	1	150

При расчёте полупроводникового детектора необходимо учитывать, что его входное сопротивление R меньше чем у лампового.

Rвх последовательного диодного детектора определяется по формуле:



R_нагр - сопротивление нагрузки детектора, которое в транзисторных приёмниках в пределах от 5 до 15 кОм

Из таблицы 4 выбираем диод Д9Б

Определяем выходное напряжение на детекторе по формуле:

(4.1)

Где К_Д - Коэффициент передачи детектора.

m - Коэффициент модуляции, имеет заданное значение m?0.3 РАЗ.

U_{Д вх} - См. таблицу 3

К - коэффициент учитывающий падение U на выходе детектора (выбирается из условия К?0.5-0.6).

Раздел 5. Распределение усиления между каскадами приёмника

Коэффициентом усиления по напряжению называется отношение напряжения полезного сигнала принимаемой частоты U_8b,_x, получающейся на выходе усилителя к напряжению этого же сигнала U_BX, подводимого к его вход

К= U_выx /U_вх.



Коэффициентом усиления по мощности называется отношение мощности полезного сигнала принимаемой частоты Р_вых, получающейся на нагрузке усилителя, к мощности этого же сигнала, поступающего на его вход

К_р =Р_вых /Р_вх.

В связи с тем, что полоса пропускания УРЧ обычно значительно шире, чем основного избирательного тракта промежуточных частот, то практически УРЧ амплитудно-частотных искажений в усиливаемый сигнал не вносит. Такие УРЧ практически не вносят и фазо-частотных искажений, поскольку они широкополосные и обычно не содержат более двух каскадов. Исключение составляют УРЧ диапазона километровых волн.

Многокаскадные усилители состоят из нескольких одноконтурных каскадов. При неизменной полосе пропускания многокаскадного усилителя увеличение числа его каскадов требует увеличения эквивалентного затухания контуров. Это приводит к уменьшению коэффициентов усиления отдельных каскадов, а общий коэффициент усиления многокаскадного усилителя растет непропорционально увеличению числа каскадов.

Для расширения полосы пропускания многокаскадного усилителя при увеличении числа каскадов без увеличения эквивалентного затухания можно применить их взаимную расстройку.

Определяем общий коэффициент усиления высокочастотного тракта от антенны до входа детектора. Требуемое усиление (для наружной антенны) рассчитывается по следующей формуле:

где Uд.вх - амплитуда напряжения на входе детектора (раздел 4)

Еа - заданная чувствительность приемника (выбирается из ТЗ)

Определяем общий коэффициент усиления тракта высокой частоты, который могут обеспечить каскады приёмника:

Для решения вопроса о применяемых каскадах и распределения усиления между ними воспользуемся таблицей 5.5, в которой приведены ориентировочные значения коэффициентов усиления различных каскадов и цепей.

Таблица 5. Значения коэффициентов усиления

Каскад или цепь	Коэффициент усиления по напряжению
Входная цепь при внешней антенне:
с одним контуром	3-5
с двумя контурами	1,5-2
УВЧ по схеме с ОЭ
на ДВ и СВ	5-10
на KB	3-5
Преобразователь частоты:
с ФСС (3)	5-8
с ФСС (4)	3-5
Апериодический каскад УПЧ	10-15
Каскад УПЧ с одиночным контуром	15-20
Каскад УПЧ с 2-контурным фильтром	10-15

Так как существует большой разброс параметров транзисторов, а так же из-за неточной настройки контуров и из-за их неполного сопряжения, необходимо выбрать такие каскады из таблицы 5.5. и задаваться такой величиной усиления каждого каскада, чтобы удовлетворялось условие K'?K, причем K' не должен превышать K более чем в несколько раз.

При выборе числа каскадов УПЧ, учитывая заданную чувствительность приемника необходимо брать во внимании уже выбранное число каскадов УПЧ, исходя из заданного ослабления по соседнему каналу по формуле:

Общая структурная схема тракта промежуточной частоты должна быть такой, чтобы удовлетворялось условие данной чувствительности приемника и избирательности по соседнему каналу.

Раздел 6. Выбор усилительного элемента тракта высокой и промежуточной частот

Усилителем промежуточной частоты называется каскады супергетеродинного приемника, усиливающие принимаемые сигналы на постоянной для данного радиоприемника промежуточной частоте. УПЧ выполняет две важные задачи: во-первых, обеспечивает основное усиление принимаемого сигнала до величины, необходимой для нормальной работы детектора, и, во-вторых, обеспечивает основную избирательность всего радиоприемника по отношению к сигналам соседних станций (по соседнему каналу) при допустимом уровне искажений информации в принимаемом сигнале.

Преобразователями частоты называют каскады радиоприемника, в которых происходит преобразование колебаний принимаемых радиоприемником сигналов одной частоты в колебания другой частоты. При преобразовании частоты происходит процесс линейного переноса спектра принимаемого сигнала по шкале частот из одной части радиочастотного диапазона в другую без изменения соотношений между его составляющими. Для моделированных сигналов это означает повышение или понижение несущей частоты с сохранением вида и закона модуляции. Частота сигнала, полученная после преобразования, называется промежуточной частотой.

Усилителем радиочастоты называют каскад радиоприемника, осуществляющей усиление принимаемых сигналов на их собственных частотах без существенных изменений спектра. УРЧ должен обеспечивать усиление мощности или напряжения принимаемых сигналов. Необходимо чтобы УРЧ обладал малыми собственными шумами и возможно большим коэффициентом усиления по мощности.

УРЧ совместно с входной цепью обеспечивает эффективную частотную избирательность и защиту цепи антенны от просачивания напряжений собственных гетеродинов, которое может привести к излучению колебаний гетеродинов через антенный вход и созданию помех соседним приемникам.

Расчёт:

В каскадах усилителя высокой и промежуточной частот, а также в преобразователе частоты наиболее часто применяются высокочастотные транзисторы. Параметры транзисторов зависят от частоты и поэтому при выборе конкретного типа транзистора, следует руководствоваться в основном его частотными свойствами, которые оцениваются коэффициентом б:

б=fo/fc,

где б - коэффициент частотного использования транзистора.

fo - максимальная частота рассчитываемого поддиапазона.

fc - предельная частота транзистора, на которой параметры транзистора уменьшаются на 3дБ (1.41 раза), по сравнению с его низкочастотной величиной.

Параметры транзистора приобретают наивыгоднейшие значения и не зависят от частоты в том случае, когда максимальная частота диапазона fo оказывается значительно ниже предельной частоты транзистора fc, т.е. б?0.3. Значение fc для разных транзисторов, приведены в таблице 6.1.

Таблица 6.

	Низкочастотные y-параметры	ррррлоh-параметры	Высокочастотные у-параметры
Тип транзистора	y21 (S0) мА/В	y11 мСм	у12 мкСм	у22 мкСм	h11 Ом	h216	h21 э	h22 б мк См	h21э	SмА/В	R11 кОм	С11 пФ	R22 кОм	С22 пФ	С12 пФ	Rб Ом	Fr Мгц	Fв МГц	Fш дБ
П403	120--150	1--2	5	30--100	30	0.95	16--33	5	30	25--30	1.5	120	120	8	6	50	120	72	5--10
П403А	120--150	0,5--1	5	30--100	30	0,96	33--120	5	30	25--30	1.6	120	140	8	6	50	120	72	5--10
П410	120--150	1--3	10	28--150	30	0,975	28--100	4	30	25--30	1.5	115	130	8	7	70	100	66	5--10
П411	120--150	0.5--1	10	28-150	30	0,975	28--100	4	30	25--30	1.5	115	130	8	7	70	120	72	5--10
П422	120--150	1--2	10	30--150	30	0,97	30--120	4	20	25--30	1.2	120	150	10	5	80	50	31	5--10
П423	120--150	1--2	10	30--150	30	0,97	30--120	4	20	25--30	1,5	120	120	8	5	80	100	66	5--10
ГТ309А	130-160	1-45	15	25-80	38	0,98	60--180	3	10	25--32	1.0	70	160	8	2	85	120	72	4-8
ГТ309Б	130--160	1-43	15	25-80	38	0.98	60--180	3	10	25-32	1,5	50	160	8	2	85	120	72	4--8
ГТ310А	130--160	0,8-1.2	15	25--80	38	0.98	60--180	3	10	27--33	1.5	70	200	8	2,3	91	160	84	2--5
ГТ310Б	130--160	0,8-1,2	15	25--75	38	0,98	60--180	3	10	27-33	2,2	21	72	13	3,5	92	160	34	2--5

Если граничная частота усиления транзистора fг больше или равна 10fomax, то выбранный транзистор будет иметь коэффициент частотного использования б меньше или равно 0.3, при котором будут самые лучшие ВЧ параметры, не зависимые от частоты и определяемые по расчетам формулы.

Расчитываем предельную частоту транзистора на которой его параметры уменьшаются на 3дБ



Условие б<0.3 выполнено, значит транзистор П403 подходит под УЭ для радиотракта высокой и промежуточной частоты рассчитываемого приемника.

Раздел 7. Выбор схемы АРУ

В процессе изготовления и эксплуатации радиоприемника для получения наилучшего качества приема приходится регулировать ряд его показателей: частоту настройки, коэффициент усиления, полосу пропускания и др. Для осуществления этих регулировок в РПУ используют регуляторы.

Регулировка бывает ручной и автоматической. Ручная регулировка служит для установки исходных показателей РПУ. Автоматическая регулировка поддерживает выбранные показатели РПУ на требуемом уровне.

Автоматическая регулировка усиления (АРУ) предназначена для поддержания постоянного напряжения на выходе УПЧ, необходимого для нормальной работы выходных устройств приемника. Благодаря сравнительной простоте осуществления АРУ применяются практически во всех радиоприемниках. Задача АРУ - изменять усиление радиотракта РПУ в зависимости от уровня входного сигнала. Для АРУ в приемнике создается цепь АРУ , состоящая из детектора АРУ и фильтра. В зависимости от способа подачи регулируемого напряжения АРУ делятся на обратные, прямые и комбинированные, сочетающие обратную и прямую регулировки..

Обратная АРУ: напряжение Брег подаётся со стороны выхода в направлении входа усилителя, что и обусловило название этого вида АРУ.

Прямая АРУ: цепь АРУ подключают к входу регулируемого усилителя, напряжение Ерег получается в результате детектирования выходного напряжения.

Система АРУ без обратной связи хотя и обеспечивает возможность получения более строгого постоянства уровня выходного сигнала приемника, но значительно сложнее системы АРУ с обратной связью. Поэтому система АРУ без обратной связи в связных и радиовещательных приемниках практически не применяется. В современных транзисторных РПУ в основном применяются автоматические регулировки усиления, работающие на принципе изменения эмитерного тока регулируемых каскадов, за счёт изменения напряжения на базе транзисторов. Достоинствами данного способа регулировки являются малая потребляемая мощность и возможность использования амплитудных детекторов.

В транзисторных приемниках находят применение следующие способы АРУ:

1. Изменение режима питания транзисторов по постоянному току

2. Изменение величины отрицательной обратной связи

3. Изменение (шунтирование) эквивалентного изменения нагрузки

В транзисторных приемниках в основном в качестве регулируемых каскадов используются апериодические резисторные или широкополосные каскады УПЧ, где слабее влияние изменения параметров транзисторов на характеристики каскадов. Однако из-за малой величины связи транзистора с резонансными цепями и соседними каскадами, влиянием изменения согласования, а так же расстройка резонансных цепей в процессе регулирования фактически можно принебреч. Этим и обусловлено большое распространение схемы АРУ изменением режима питания в радиовещательных транзисторных приемниках.

Рассмотрим методику определения необходимого числа регулируемых каскадов. Исходными данными для расчета АРУ являются: q - изменение входного напряжения на входе антенны q= , p - изменение входного напряжения на входе детектора p= . Величина q характеризует изменение ЭДС в антенне, величина p определяет допустимое изменение выходного напряжения в антенне в q раз. Обычно величина q лежит в пределах от 20 до 10⁵, а величину p выбирают от 1.4 до 4.

Для транзисторных приемников изменение усиления на один регулируемый каскад практически можно принять Т₁=6….10 раз.

Требуемое изменение коэффициента усиления приемника под действием АРУ определяется: Тп=

Считаем что все регулируемые каскады приемника одинаковы, необходимое число регулируемых каскадов определяется: N_ару=. Полученное выражение округляется до большей целой величины и принимается за необходимое число регулируемых каскадов. В конце расчета приводим рассчитанную структурную схему высокочастотной части транзисторного приемника.

Расчёт.

q=40дБ =100 раз

p=8 дБ =2,5 раз

Тп=

Определяем необходимое число регулируемых каскадов:

В рассчитываемом приёмнике АРУ осуществляется в одном каскаде.

Выбираем прямую АРУ.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на Allbest.ru

...