Расчет радиочастотной части радиовещательного транзисторного приёмника коротковолнового диапазона

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Комитет по науке и высшей школе

Государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального образования

«Санкт-Петербургский технический колледж управления и коммерции»

Техническое отделение

Курсовая работа

По дисциплине: «Радиоприёмные устройства»

На тему: «Расчет радиочастотной части радиовещательного транзисторного приёмника коротковолнового диапазона»

Работу выполнил: студент 4 курса гр. 9Р-41

Цыро И.К.

Руководитель: Вавринюк С.А.

Санкт-Петербург, 2015

Содержание

Введение

1. Структурная схема супергетеродинного приемника

1.1 Назначение и состав блоков структурной схемы

1.2 Выбор промежуточной частоты

1.3 Определение числа каскадов тракта радиочастоты и распределение усиления по каскадам

1.3.1 Выбор типа детектора и его электронного прибора

1.3.2 Определяем общий коэффициент усиления высокочастотного тракта от антенны до детектора

1.3.3 Определяем общий коэффициент усиления тракта радиочастоты, который могут обеспечить каскады приемника

2. Электрический предварительный расчет радиочастотной части транзисторного приемника

2.1 Выбор промежуточной частоты

2.2 Выбор транзисторов тракта радио- и промежуточной частот

2.3 Выбор параметров избирательной системы тракта радиочастоты

2.3.1 Определяем эквивалентную добротность контуров преселектора Qэ, принимая n =1.

2.3.2 Определяем ослабление соседнего канала контурами преселектора

2.3.3 Определяем фактически вносимые частотные искажения Мк контурами преселектора

2.3.4 Определяем ослабление канала промежуточной частоты контурами преселектора

2.4 Выбор избирательной системы тракта промежуточной частоты

2.5 Определение числа каскадов тракта радиочастоты и распределение усиления по каскадам

2.5.1 Выбор типа детектора и его электронного прибора

2.6 Выбор схемы автоматической регулировки усиления (АРУ)

3. Краткое техническое описание принципиальной электрической схемы супергетеродинного приемника с механической настройкой

4. Краткое техническое описание части принципиальной электрической схемы супергетеродинного приемника с электронной настройкой

5. Конструирование УКВ приемника на основе специализированной микросхемы

Заключение

Список используемых сокращений

Литература

Введение

Радио, в настоящее время, является одним из важнейших информационных ресурсов - средством радио коммуникаций, основным предназначением которой является возможность общаться пользователям друг с другом и передача информации.

Фактическое появление радио можно отнести к 1887 году, когда немецкий физик Генрих Герц построил искровой передатчик радиоволн с полуволновой дипольной передающей антенной (первый в мире радиопередатчик радиоволн) и искровой приёмник радиоволн (первый в мире радиоприёмник), осуществил первую в мире радиопередачу и радиоприём радиоволн, доказал существование радиоволн.

Датой рождения радио считается седьмое мая 1895 года, когда А. С. Попов продемонстрировал первый в мире радиоприёмник (грозоотметчик) на заседании Русского физико-химического общества

В 1899 построена первая линия связи, протяжённостью сорок пять км, которая соединяла остров Гогланд и город Котка. В период первой мировой войны начинают применяться электронные лампы и получает развитие приёмник прямого усиления.

В 1929-30 гг. с появлением радиоламп с экранной сеткой (тетродов и пентодов) супергетеродинный приёмник становится основным типом.

С середины 1970-х гг. начинается широкое применение в приёмниках интегральных микросхем.

В настоящее время радиоприёмники развиваются методом большой интеграции узлов структурной схемы и широкого применения цифровой обработки сигналов, принятых на фоне помех.

Актуальность. На сегодняшний день в Москве вещает около пятнадцати радиостанций, эфир которых насыщен новостными, аналитическими программами, ток-шоу на всевозможные темы, интерактивным общением со слушателями. В информационно-разговорном формате работают «Радио России», «Маяк», «Эхо Москвы», «Би-би-си», «Радио Свобода», «Говорит Москва».

Целью данной курсовой работы является освоение методов проектирования радиоприёмных устройств и разработка функциональной схемы для транзисторного РПУ КВ диапазона. Согласно требованиям технического задания (ТЗ) необходимо выполнить;

- Электрический предварительный расчет радиочастотной части тран-зисторного приемника: добротность контуров преселектора, преобразова-теля частоты, параметров избирательной системы тракта радиочастоты.

- Выбрать транзистор для рассчитываемого устройства и составить структурную схему.

- Выбрать схему автоматической регулировки усиления (АРУ).

- Составить структурную схему, и описание к ней.

Объектом данного курсового проекта являются радиоприемники с супергетеродинным принципом строения

1. Структурная схема супергетеродинного приемника

Основной задачей предварительного расчета радиоприемника является выбор его структурной схемы. При этом решается вопрос о числе каскадов, рассматривается целесообразность использования тех или иных колебательных систем, а также устанавливается количество поддиапазонов (если оно не задано) и определяются их граничные частоты. Современные транзисторные приемники в подавляющем большинстве случаев выполняются по супергетеродинной схеме.

На рисунке 1 приведена полная структурная схема супергетеродинного приемника с одним преобразователем частоты для приема АМ - сигнала.

Рисунок 1 - Структурная схема супергетеродинного приемника с одним преобразователем частоты для приема АМ - сигнала

1.1 Назначение и состав блоков структурной схемы

Входная цепь. Назначение:

а) увеличивает амплитуду сигнала, принимаемого антенной;

б) осуществляет основное ослабление зеркального канала и частичное ослабление соседнего канала и канала промежуточной частоты;

в) производит согласование сопротивления антенны R_A с входным сопротивлением R_вх транзистора каскада УРЧ;

г) является органом настройки на заданную частоту (радиостанцию):

- при механической настройке контура - переменный конденсатор настройки С_н;

- при электронной настройке контура переменный резистор настройки R_н, с помощью которого изменяется управляющее напряжение на электродах варикапа.

В пункте «а» применен термин «увеличивает», а не усиливает, т.к. входная цепь не является усилителем.

Усилением называется процесс увеличения интенсивности колебаний (напряжения или тока), который сопровождается увеличением их мощности.

Таким образом, чтобы применить термин «усиление», необходимо,

чтобы на выходе каскада (блока) увеличивались как напряжение (ток), так и мощность.

В нашем случае на выходе каскада увеличивается только напряжение, а мощность не увеличивается. Поэтому в блоке «Входная цепь» применяют термин «коэффициент передачи контура входной цепи».

Состав:

а) L_к - индуктивность контура;

б) С_н - переменный конденсатор настройки (механическая настройка);

в) R_н - переменный резистор настройки (электронная настройка).

Усилитель радиочастоты (УРЧ). Назначение:

а) усиливает сигнал после входной цепи, в результате увеличивается реальная чувствительность приемника;

б) совместно с входной цепью обеспечивает основное ослабление зеркального канала и частичное - соседнего канала (если в качестве нагрузки УРЧ используется колебательный контур).

Состав:

а) транзистор;

б) нагрузка (колебательный контур или резистор, т.е. апериодическая нагрузка).

Для постановки в приемник апериодического УРЧ необходимо выполнение двух условий: ослабление зеркального канала должна полностью обеспечивать входная цепь, коэффициент усиления при этом должен быть больше 1.

Преобразователь частоты. Назначение: служит для преобразования сигнала с одной несущей частотой (более высокой, рисунок 1,а) в сигнал с другой несущей (более низкой, рисунок 1,б) при сохранении закона модуляции.

В результате преобразования мы получаем преобразованную частоту, которая остается постоянной при настройке на любую радиостанцию (в приемниках преобразованную частоту называют промежуточной).

Состав:

а) С - смеситель, нагрузкой которого в коллекторной цепи является фильтр сосредоточенной селекции (ФСС), с помощью ФСС осуществляется основное ослабление соседнего канала в транзисторных приемниках;

б) Г - гетеродин, маломощный автогенератор, с помощью которого происходит преобразование частоты.



Рисунок 1 - Диаграммы, поясняющие работу преобразователя частоты f_c (f_н) - частота сигнала (несущая частота); f_г - частота гетеродина; f_пр - промежуточная частота; F_м - частота модуляции

Усилитель промежуточной частоты (УПЧ). Назначение:

а) осуществляет основное ослабление соседнего канала с помощью ФСС, который ставится на входе первого УПЧ, т.е. является нагрузкой в коллекторной цепи смесителя;

б) производит основное усиление супергетеродинного приемника (так как промежуточная частота постоянная и более низкая по сравнению с частотой принимаемого сигнала).

Состав:

а) каскады УПЧ, количество которых колеблется в зависимости от типа приемника в пределах от двух до десяти.

В радиовещательных приемниках первый УПЧ, как правило, собирается с апериодической нагрузкой, а остальные каскады УПЧ - с колебательной нагрузкой, которая дополняет недостающее ослабление соседнего канала.

б) транзистор;

в) нагрузка:

- резистор;

- одиночный колебательный контур;

- двухконтурный фильтр;

-ФСС.

Амплитудный детектор (Д). Назначение: служит для детектирования (преобразования) радиосигнала, модулированного по амплитуде в напряжение, меняющееся по закону модуляции в напряжение звуковой частоты.

Амплитудные детекторы применяются как основные детекторы принимаемого сигнала, а так же как детекторы вспомогательных устройств для автоматических регулировок усиления

Состав:

а) полупроводниковый диод;

б) нагрузка:

- R_н - резистор нагрузки;

- С_н - конденсатор нагрузки.

Усилитель звуковой частоты (УЗЧ). Первые каскады после детектора (их может быть один или несколько) называют предварительными усилителями звуковой частоты, а на структурной схеме (рисунок 1) их обозначают УЗЧ, так как другие каскады тракта звуковой частоты называют иначе.

Назначение: усиление сигнала после детектора по напряжению до необходимого значения по техническому заданию. В предварительных каскадах УЗЧ используют маломощные транзисторы.

Состав:

а) транзистор;

б) нагрузка (резистор).

Фазоинверсный каскад (ФИ). Назначение: позволяет получить на выходе два противофазных напряжения одинаковой амплитуды при подаче на вход одного напряжения. Это необходимо для нормальной работы следующего каскада, собранного по двухтактной схеме.

Состав:

а) транзистор;

б) нагрузка:

- трансформатор, имеющий симметричную вторичную обмотку относительно средней точки вторичной обмотки;

- два резистора, которые устанавливаются в коллекторной и эмиттерной цепях транзистора.

Усилитель мощности (УМ), имеющий еще два названия: выходного каскада или оконечного каскада. Назначение: усиление сигнала по мощности до необходимого значения по техническому заданию, поэтому в УМ применяются мощные транзисторы.

Состав:

а) два транзистора (иногда для увеличения выходной мощности применяют составные транзисторы, в этом случае количество транзисторов увеличивается в несколько раз;

б) нагрузка:

- с трансформаторным выходом;

- с бестрансформаторным выходом.

Оконечное устройство (ОУ). В качестве оконечного устройства в приемниках используется громкоговоритель.

Отрицательная обратная связь (ООС). Назначение:

а) уменьшает нелинейные искажения;

б) уменьшает частотные искажения.

Автоматическая регулировка усиления (АРУ). Назначение:

а) поддерживает напряжение на выходе приемника постоянным (в заданном пределе) при изменении входного сигнала в антенне в тысячи раз;

б) устраняет перегрузки радиочастотных каскадов приемника при приеме сильных сигналов.

Автоматическая подстройка частот (АПЧ). Назначение: поддерживает промежуточную частоту постоянной при нестабильности частоты гетеродина.

Промежуточная частота, как известно, зависит от двух частот, т.е.

f_пр = f_г - f_c,

но так как частота сигнала имеет стабильность на несколько порядков выше, чем частота гетеродина, то система АПЧ устраняет только нестабильность частоты гетеродина.

Состав:

а) частотный детектор;

б) управляющий элемент (в качестве его в настоящее время используется варикап).

1.2 Выбор промежуточной частоты

Величина промежуточной частоты выбирается из следующих соображений:

- промежуточная частота f_пр не должна находиться в диапазоне частот приемника или близко к границам этого диапазона;

- промежуточная частота не должна совпадать с частотой какого - либо мощного передатчика;

- для хорошей фильтрации промежуточной частоты на выходе детектора должно быть выполнено следующее условие:

f_пр 10F_в;

- с увеличением f_пр увеличивается избирательность по зеркальному, но уменьшается избирательность по соседнему каналу, расширяется полоса пропускания, уменьшаются входное и выходное сопротивления транзисторов УПЧ, что приводит к увеличению шунтирования контуров; ухудшается устойчивость УПЧ, уменьшается коэффициент усиления на каскад за счет уменьшения резонансного сопротивления контура УПЧ;

- с уменьшением f_пр увеличивается избирательность по соседнему каналу, уменьшается избирательность по зеркальному каналу, сужается полоса пропускания, увеличиваются входное и выходное сопротивления, что приводит к уменьшению шунтирования контуров УПЧ и увеличению коэффициента усиления на каскад.

В радиовещательных транзисторных приемниках для приема амплитудно-модулированных сигналов (АМС) выбирается промежуточная частота f_пр = 465 кГц, так как она более полно удовлетворяет выше приведенным требованиям.

1.3 Определение числа каскадов тракта радиочастоты и распределение усиления по каскадам

Для определения числа каскадов тракта радиочастоты необходимо знать чувствительность радиоприемника и напряжение на входе детектора.

1.3.1 Выбор типа детектора и его электронного прибора

При выборе типа детектора следует учитывать род работы, вид модуляции, преимущества и недостатки различных схем, а также необходимое минимальное напряжение на его входе для работы с минимальными искажениями.

Если в задании на проектирование задано напряжение на входе первого каскада УЗЧ U_УЗЧвх, то входное напряжение диодного детектора определяется по формуле:

где U_УЗЧвх - входное напряжение первого каскада УЗЧ приемника берется из технического задания;

К_д - коэффициент передачи детектора (табл. 2);

m - коэффициент модуляции, равный 0,3.

1.3.2 Определяем общий коэффициент усиления высокочастотного тракта от антенны до детектора

Требуемое усиление рассчитывается (для наружных антенн) по формуле:

К_ТВЧ =

где Е_А - заданная чувствительность приемника.

Чувствительность при приеме на магнитную антенну задается напряженностью электрического поля Е в точке приема, обеспечивающей на выходе приемника нормальную выходную мощность.

Амплитуда напряжения на входе первого каскада приемника определяется по формуле:

U_mвх = E^. h_д ^.Q_э ^. p_Б,

где Е - заданная напряженность в точке приема мВ/м;

h_д - действующая высота магнитной антенны, м;

Q_э - эквивалентная добротность контура входной цепи;

р_Б - коэффициент включения контура входной цепи в цепь базы транзистора первого каскада приемника.

1.3.3 Определяем общий коэффициент усиления тракта радиочастоты, который могут обеспечить каскады приемника

При внешней антенне:

К^/_ТВЧ = К_вх.ц К_УРЧ К_пр К_УПЧ(I)K_УПЧ(II)

При магнитной антенне:

К^/_ТВЧ = К_УРЧ К_пр К_УПЧ(I)K_УПЧ(II)

Необходимо задаться такой величиной усиления каждого каскада, чтобы удовлетворялось условие К^/_ТВЧ К_ТВЧ, причем К^/_ТВЧ не должно превышать К_ТВЧ более чем в несколько раз.

При выборе числа каскадов УПЧ, учитывая заданную чувствительность приемника, необходимо брать во внимание уже выбранное число каскадов УПЧ, исходя из заданного ослабления соседнего канала по формуле выше, т.е. общая структурная схема тракта промежуточной частоты должна быть такой, чтобы удовлетворялось условие заданной чувствительности приемника и избирательности по соседнему каналу.

Рисунок 2 - Структурная схема радиочастотной части транзисторного приемника

2. Электрический предварительный расчет радиочастотной части транзисторного приемника

В качестве примера выполним предварительный расчет радиочастотной части транзисторного приемника для технических условий, приведенных ниже.

1 Тип радиоприемника - транзисторный.

2 Источник питания - батарея (с номинальным напряжением 9В).

3 Оконечное устройство - динамик.

4 Номинальная выходная мощность 0,5Вт при коэффициенте гармоник по напряжению УЗЧ не более 7%.

5 Чувствительность УЗЧ не хуже 70мВ

6 Неравномерность частотной характеристики по напряжению УЗЧ не более 4,5 дБ в диапазоне частот 200 - 4000 Гц.

7 Диапазон частот настройки приемника - КВ.

8 Поддиапазон частот настройки приемника, для которого необходимо выполнить расчет КВ - 20000 - 24000 кГц.

9 Тип антенны - скрытая, наружная.

10 Параметры эквивалента открытой антенны на заданном в п. 8 поддиапазоне: активное сопротивление 25 Ом, емкость 80± 10 пФ, индуктивность 50 мкГн.

11 Чувствительность приемника (в телефонном режиме при коэффициенте модуляции 30%, выходной мощности 50 мВт и отношении сигнала к собственным шумам не менее 20 дБ) при приеме на наружную открытую антенну не хуже 90 мкВ и при приеме на встроенную магнитную антенну не хуже - мкВ/м;

12 Полоса пропускания тракта высокой частоты (тракта радиочастоты и тракта промежуточной частоты) 80 кГц при неравномерности усиления в пределах полосы не более 5 дБ.

13 Ослабление соседнего канала (т.е. канала, отстоящего от полезного на ±10 кГц) не менее 36 дБ при полосе пропускания 8 кГц.

14 Ослабления дополнительных каналов приема на заданном в п. 8 поддиапазоне: зеркального канала - не менее 25 дБ, канала промежуточной частоты - не менее 34 дБ.

15 Действие АРУ: при увеличении ЭДС в антенне на 28 дБ напряжение на выходе не должно изменяться более чем на 8 дБ.

16 Сохранение работоспособности: при изменении температуры от -10⁰С до +40⁰С; при увеличении напряжения питания на 10% и при уменьшении напряжения питания на 20% от номинального.

2.1 Выбор промежуточной частоты

Величина промежуточной частоты выбирается из следующих соображений:

- промежуточная частота f_пр не должна находиться в диапазоне частот приемника или близко к границам этого диапазона;

- промежуточная частота не должна совпадать с частотой какого - либо мощного передатчика;

- для хорошей фильтрации промежуточной частоты на выходе детектора должно быть выполнено условие:

f_пр 10F_в.

В радиовещательном транзисторном приемнике для приема амплитудно - модулированного сигнала выбираем промежуточную частоту f_пр = 465 кГц, которая более полно удовлетворяет выше приведенным требованиям.

супергетеродинный приемник высокочастотный преселектор

2.2 Выбор транзисторов тракта радио- и промежуточной частот

Исходные данные (из п. 8 технического задания):

f_0max = 24 МГц - максимальная частота поддиапазона;

f_0min = 20 МГц - минимальная частота поддиапазона.

Из справочника выбираем транзистор ГТ309А, который имеет наименьшую емкость обратной связи С₁₂ = 2 пФ и достаточно высокую предельную частоту f_s = 120 МГц и проверяем его частотные свойства по следующей формуле, чтобы удовлетворялось условие

0,3 (27)

где а - коэффициент частотного использования транзистора;

f_s = 100 МГц, предельная частота транзистора, на которой параметры уменьшаются на 3 дБ (1,41 раза) по сравнению с его низкочастотными свойствами.

0,2 < 0,3;

т.к. условие формулы (27) выполняется, то транзистор КТ315Г будет иметь параметры, малозависящие от частоты в рассчитываемом диапазоне КВ и на промежуточной частоте.

Из справочника выписываем высокочастотные y - параметры транзистора ГТ309А:

- крутизна характеристики;

R₁₁ = 1 кОм - входное сопротивление;

С₁₁ = 170 пФ - входная емкость;

R₂₂ = 160 кОм - выходное сопротивление;

С₂₂ = 8 пФ - выходная емкость;

С₁₂(С_к) = 2 пФ - емкость коллектор - база (емкость

обратной связи);

r_б^/ = 85 Ом - распределенное сопротивление базы.

2.3 Выбор параметров избирательной системы тракта радиочастоты

Избирательная система тракта радиочастоты (сигнальной) обеспечивает избирательность по зеркальному и частично по соседнему каналам и принимает участие в формировании общей резонансной характеристики приемника. К параметрам избирательной системы тракта радиочастоты относятся число контуров n и их эквивалентная добротность Q_э.

Исходные данные (из технического задания):

f_0max = 24000 кГц - максимальная частота поддиапазона;

f_0min = 20000 кГц - минимальная частота поддиапазона;

d_з.к. = 25 дБ - ослабление зеркального канала;

d_к.пр = 34 дБ - ослабление канала промежуточной частоты;

f_пр = 465 кГц - промежуточная частота;

П = 8 кГц - полоса пропускания приемника;

F_в = 4 кГц - верхняя частота модуляции.

2.3.1 Определяем эквивалентную добротность контуров преселектора Q_э, принимая n =1.

Из условия обеспечения избирательности по зеркальному каналу по формуле находим:

Из условия обеспечения полосы пропускания по формуле:

причем

П=2(F_в +?f_сопр +?f_г)

полоса пропускания тракта радиочастоты,

где F_в = 4000 Гц = 4 кГц - верхняя частота модуляции;

?f_г = 0,7^.10-³f_гmax = 0,7^.10-³(24000 + 465) = 17 кГц - нестабильность частоты гетеродина;

?f_сопр = 15 кГц - ошибка сопряжения настроек контуров;

М_к = 0,9 - коэффициент частотных искажений.

?f_сопр и М_к выбираем по рекомендациям к формуле, тогда П =2(4+15+17)= 72 кГц.

Условие выполняется.

Выбираем величину эквивалентной добротности преселектора

Q_э.п > Q_э > Q_э.и, 109,7 > Q_э > 52,7.

Выбираем Q_э = 54, ближе к Q_э.и , так как на нижней частоте диапазона при постоянном коэффициенте включения p_б в цепь базы транзистора УРЧ шунтирующее действие входного сопротивления транзистора на контур входной цепи станет меньше, эквивалентная добротность контура Q_э возрастает и условие может оказаться нарушенным.

Определяем фактическую избирательность по зеркальному каналу:

19,2

d_{з.к. факт} (дБ) = 20lg d_{з.к. факт} = 20 lg 19,2 = 26 дБ.

Расчет произведен правильно, так как d_{з.к. факт} = 26 > d_{з.к. зад} = 25 дБ.

2.3.2 Определяем ослабление соседнего канала контурами преселектора

= = 1,002 ?1

d_с.к.пр (дБ) = 20lg d_с.к.пр = 20lg1 = 0.

2.3.3 Определяем фактически вносимые частотные искажения М_к контурами преселектора

= = 0,96,

т.е. фактически вносимые искажения будут меньше, чем были выбраны. (Здесь нужно иметь в виду, что минимальные частотные искажения будут при М_к = 1).

2.3.4 Определяем ослабление канала промежуточной частоты контурами преселектора

= = -11130 ,

где f_c^/ = f_0min = 20000 кГц;

d_к.пр = 20lg d_к.пр = 20 ^. 4,04= 80,8дБ.

Здесь знак «минус» означает, с какой стороны расположен данный диапазон относительно канала промежуточной частоты.

2.4 Выбор избирательной системы тракта промежуточной частоты

Избирательная система тракта промежуточной частоты обеспечивает избирательность приемника по соседнему каналу и вместе с трактом радиочастоты формирует резонансную характеристику приемника.

Основное ослабление соседнего канала в транзисторных приемниках осуществляют фильтры сосредоточенной селекции ФСС или ПЭФ, которые ставятся на входе первого каскада УПЧ (в качестве нагрузки в коллекторной цепи смесителя).

Исходные данные:

f_пр = 465 кГц - промежуточная частота;

d_c.к.з= 36 дБ - ослабление соседнего канала;

П = 8 кГц - полоса пропускания приемника, которая в основном определяется полосой пропускания каскадов УПЧ.

Из таблицы 1 выбираем количество звеньев ФСС, исходя из заданного ослабления соседнего канала d_c.к.з и полосы пропускания П тракта промежуточной частоты, а также определяем ослабление соседнего канала выбранным ФСС.(При курсовом проектировании таблицу 1 привести в тесте записки).

Выбираем четырехзвенный ФСС, который при П = 8 кГц дает ослабление соседнего канала d_{cк.ФСС(4)}= 28 дБ.

Определяем величину ослабления соседнего канала d^/_с.к. (в дБ), приходящуюся на остальные каскады УПЧ (исходя из формулы (11)):

d_с.к. = d_c.к.з - d_{с.к. ФСС(4)} - d_с.к.пр = 36 - 28 - 0 = 12 дБ,

где d_с.к.пр = 0 дБ (из п. 2.3.2.)

Определяем ослабление соседнего канала каскадом УПЧ с одиночным резонансным контуром:

2,7,

где

2,5

обобщенная расстройка контура; ?f = 10кГц;

Q_пч=

эквивалентная добротность контура УПЧ.

d_c.к.(I) = 20lg d_c.к.(I) = 20lg 2,7 = 20^.0,43 = 8,6 дБ.

Определяем ослабление соседнего канала каскадом УПЧ с двухконтурным фильтром:

= 3,3,

где х = 2,5;

з =1 - параметр связи между контурами.

d_c.к.(II) = 20lg d_c.к.(II) = 20lg3,3 = 20 ^.0,52 = 10,4 дБ.

Определяем общее ослабление соседнего канала всеми контурами приемника:

d_{с.к. общ} = d_{с.к.ФСС(4)} + d_с.к.пр+ d_с.к.(II) = 28 + 0 + 10,4 = 38,4 дБ.

Условие d_{с.к. общ} = 38,4 > d_с.к.з = 38 дБ выполняется.

В качестве нагрузки каскада УПЧ выбрали двухконтурный фильтр, так как он обеспечивает недостающее ослабление соседнего канала .

Исходя из ослабления соседнего канала, на основании расчетов, приведенных в пп. 2.4.1. -2.4.4., выбираем структурную схему тракта промежуточной частоты, показанную на рисунке 9.

Рисунок 3 - Структурная схема тракта промежуточной частоты, составленная исходя из ослабления соседнего канала

2.5 Определение числа каскадов тракта радиочастоты и распределение усиления по каскадам

Для определения числа каскадов тракта радиочастоты необходимо знать чувствительность радиоприемника и напряжение на входе детектора.

2.5.1 Выбор типа детектора и его электронного прибора

При выборе типа детектора следует учитывать род работы, вид модуляции, преимущества и недостатки различных схем, а также необходимое минимальное напряжение на его входе для работы с минимальными искажениями.

Из таблицы 2 выбираем тип детектора - диодный (линейный) - с амплитудой напряжения на входе U_д.вх = 0,5В и коэффициентом передачи К_д = 0,5 а из справочника выбираем тип диода Д2В. (При курсовом проектировании таблицу 2 и параметры диода привести в тексте записки).

Так как в нашем случае задано напряжение на входе первого каскада УЗЧ U_вх.УЗЧ = 0,1В, то входное напряжение диодного детектора определяется по следующей формуле:

0,67В

где m - коэффициент модуляции.

Определяем общий коэффициент усиления радиочастотной части приемника от антенны до входа детектора:

К_трч= 10,5^.10³

где Е_А = 90 мкВ - чувствительность приемника (из п. 11 технического задания);

U_{вх. д} = 0,67В - входное напряжение детектора.

Определяем общий коэффициент усиления тракта радиочастоты, который могут обеспечить каскады приемника:

К_трч = К_вх.ц К_УРЧ(а) К_пр К_УПЧ(а) К_УПЧ(II) = 0,5^.10^.10^.15^.15 = 11,2 10³,

К_вх.ц=0,5 - коэффициент передачи контура входной цепи;

К_УРЧ(а)= 10 - коэффициент усиления каскада УРЧ;

К_пр = 10 - коэффициент преобразования преобразователя с ФСС (4);

К_УПЧ(а) = 15 - коэффициент усиления апериодического УПЧ;

К_УПЧ(II) = 15 - коэффициент усиления УПЧ с двухконтурным фильтром.

Вышеприведенные коэффициенты усиления взяты из таблицы 3 (при курсовом проектировании таблицу 3 привести в тесте записки).

Для того, чтобы выполнить условие К^/_трч > К_трч, в тракте промежуточной частоты пришлось добавить один апериодический УПЧ по сравнению со схемой (рисунок 9), поэтому К^/_трч = 11,2^.10³ > К_трч = 10,5^.10³.

2.6 Выбор схемы автоматической регулировки усиления (АРУ)

В транзисторных приемниках нашла широкое применение схема АРУ, в которой в результате изменения режима питания транзисторов меняется крутизна характеристики.

Исходные данные (из п. 15 технического задания):

q = 28 дБ (25 раз) - изменение входного напряжения в антенне приемника;

р = 8 дБ (2,51 раза) - изменение выходного напряжения (на выходе детектора).

В транзисторных приемниках, как правило, системой АРУ охватывают каскады УПЧ, у которых коэффициент усиления на один каскад К_У1 = 15.

Определяем требуемое изменение коэффициента усиления приемника под действием системы АРУ:

Определяем необходимое число регулируемых каскадов УПЧ:

0,5

Выбираем в качестве регулируемого каскада приемника апериодический каскад УПЧ.

На основании вышеприведенных расчетов приводим окончательную структурную схему (рисунок 4) радиочастотной части транзисторного приемника.

Рисунок 4 - Структурная схема радиочастотной части спроектированного приемника

На основании расчетов, в разделе 2, составляем таблицу 3.

Таблица 3 - Сводная таблица расчетов в разделе 2

	Параметры
Каскады	Транзисторы	Нагрузка	Qэ	dз.к.	dc.к.	dк. пр	К
	-	-	-	дБ	дБ	дБ	-
Входная цепь	-	Колебательный контур	54	26	0	38,4	0,5
УРЧ	ГТ309А	Резистор	-	-	-	-	10
Преобразователь частоты 1-й УПЧ 2-й УПЧ	ГТ309А ГТ309А ГТ309А	ФСС(4) Резистор Двухконтурный фильтр	-	- -	8,6 10,4	- -	10 15 15
Детектор	Д2В	Резистор, конденсатор	-	-	-	-	0,5

3. Краткое техническое описание принципиальной электрической схемы супергетеродинного приемника с механической настройкой

На рисунке 5 приведена принципиальная схема супергетеродинного приемника с механической настройкой для одного поддиапазона волн.

Рисунок 5 - Принципиальная электрическая схема супергетеродинного приемника с механической настройкой

Входная цепь. Связь контура входной цепи с антенной осуществляется через конденсатор С1 (величина емкости берется небольшой, чтобы антенна меньше расстраивала входной контур).

L1 - катушка индуктивного контура. С3 переменный конденсатор настройки, механически связан с С31 контура гетеродина. С2 - подстроечный кондесатор, с помощью которого производится подгонка шкалы приемника на максимальной частоте поддиапазона. С помощью магнитного сердечника контурной катушки L1производится подгонка шкалы приемника на минимальной частоте поддиапазона. Напряжение снимается с части контура (автотрансформаторное соединение) входной цепи и через конденсатор С4 подается на базу транзистора VT1 каскада УРЧ, у которого входное сопротивление R_вх небольшое.

Усилитель радиочастоты (УРЧ) собран на биполярном транзисторе VT1 c апериодической (резисторной) нагрузкой R4. Параллельно резисторной нагрузке R4 включен последовательный резонансный контур L2,C6 (заградительный фильтр), настроенный на промежуточную частоту и не пропускающий помехи по ее каналу. Резисторы R1, R2 - делители в цепи базы - служат для создания исходной рабочей точки усилителя от общего источника питания Е_к. R3 - резистор в цепи эмиттера - осуществляет температурную стабилизацию режима транзистора. С5 - конденсатор в цепи эмиттера - устраняет отрицательную обратную связь по току в каскаде. R5,C7 - развязывающий фильтр, который устраняет паразитную обратную связь каскада через внутреннее сопротивление источника питания Е_к.

Назначение элементов в остальных каскадах такое же, что и УРЧ:

- роль резисторов R1, R2 выполняют резисторы R6, R7 (VT2); R10, R11(VT3); R15, R16(VT4); R19, R20(VT5); R24, R25(VT6); R28, R29(VT7); R32, R33(VT8, VT9);

- роль резистора R3 выполняют резисторы R8, R12, R17, R21, R26, R30 и R33;

- роль конденсатора С5 выполняют конденсаторы С19, С25, С35, С36, С38 и С39;

- роль развязывающего фильтра R5,C7 выполняют R9,C9; R13,C21;

R14, C23; R2 ,C32 ; R31,C37.

Преобразователь частоты собран по схеме с отдельным гетеродином на транзисторах VT2 (смеситель) и VT5 (гетеродин).

Транзистор VT2 (смеситель) включен по схеме с общим эмиттером, а VT5 (гетеродин) - по схеме с общей базой через конденсатор С28. Гетеродин собран по схеме индуктивной трехточки с контуром L12, C30, C31, C33 в цепи эмиттера через конденсатор С29 и катушки обратной связи L13 в цепи коллектора.

Напряжение сигнала с УРЧ через конденсатор С8 подается на базу транзистора VT2 (смеситель), а напряжение с контура гетеродина через конденсатор С27 - на его эмиттер.

Нагрузкой смесителя в коллекторной цепи служит четырехконтурный фильтр сосредоточенной селекции ФСС (L3, C10; L4, C12; L5, C14 и L6, C16), который обеспечивает избирательность по соседнему каналу. Ширина полосу пропускания ФСС определяется величинами емкостей конденсаторов связи С11,С13 и С15. Связь ФСС с коллектором транзистора VT2 - автотрансформаторная, а с первым каскадом УПЧ (VT3) - трансформаторная через катушку связи L7. Нижний конец катушки связи L7 через конденсатор С18 соединяется по промежуточной частоте с общим проводом (корпусом) приемника. Конденсатор С17 (электролитический) включен параллельно С18

и выполняет роль сглаживающегося фильтра совместно с резистором R_АРУ в цепи автоматической регулировки усиления.

Питание УРЧ, смесителя и гетеродина осуществляется от стабилизатора напряжения (тока), не показанного на рисунке 5.

Усилитель промежуточной частоты (УПЧ) состоит из двух каскадов: первый УПЧ на транзисторе VT3 и второй - на транзисторе VT4. Нагрузкой обоих УПЧ в коллекторных цепях являются одиночные колебательные контуры: L8, C20 и L10, С24, которые обеспечивают недостающее ослабление соседнего канала. ФСС осуществляет основное ослабление соседнего канала.

Амплитудный детектор (Д) собран на полупроводниковом диоде VD1, нагрузкой которого являются: резистор R18 и конденсатор С26. С нагрузки детектора снимается напряжение звуковой частоты и через конденсатор С33 и резистор R23 подается на вход первого каскада усилителя звуковой частоты, собранного на транзисторе VT6.

Усилитель звуковых частот (УЗЧ) состоит из трех каскадов. 1-й каскад УЗЧ собран на транзисторе VT6 с резисторной нагрузкой R27 -является предварительным усилителем звуковых частот. Второй каскад УЗЧ собран на транзисторе VT7 с трансформаторной нагрузкой Т1 - является фазоинверсным каскадом и позволяет получить во вторичной обмотке трансформатора Т1 два противофазных напряжения одинаковой амплитуды, которые необходимы для нормальной работы следующего каскада - усилителя мощности, собранного по двухтактной схеме. третий каскад УЗЧ собран по двухтактной схеме на транзисторах VT8 и VT9 с трансформаторным выходом. Во вторичной обмотке трансформатора Т2 включен громкоговоритель ВА. Параллельно первичной обмотке этого трансформатора включена корректирующая цепочка R34,C40 , которая поддерживает постоянным сопротивление первичной обмотки в заданном диапазоне рабочих частот. Температурная стабилизация исходной рабочей точки осуществляется с помощью термосопротивления R33 (обычную температурную стабилизацию с помощью резистора в цепи эмиттера здесь осуществить нельзя, так как в усилителе протекают большие коллекторные токи). Через конденсаторы С38 и С39 осуществляется отрицательная обратная связь по напряжению, которая устраняет разброс параметров транзисторов VT8 и VT9.

4. Краткое техническое описание части принципиальной электрической схемы супергетеродинного приемника с электронной настройкой

На рисунке 6 приведена часть принципиальной электрической схемы супергетеродинного приемника с электронной настройкой.

Отличие схемы на рисунке 6 от схемы на рисунке 5 заключается в следующем:

1 Во входном контуре и контуре гетеродина вместо механических конденсаторов настройки С2 -С31 установлены варикапы VD1 - VD2.

2 Добавлено два развязывающих фильтра R1, C5 и R2, С6, которые предотвращают попадание токов радиочастоты с контуров входной цепи и гетеродина в источник управляющего напряжения_.

3 Для изменения барьерной емкости p-n перехода варикапа добавлен источник управляющего напряжения Е_упр и резистор настройки R_н.

4 В контуре входной цепи установлен блокировочный конденсатор С3, который предотвращает короткое замыкание источника Е_упр через индуктивность L1 (в контуре гетеродина роль блокировочного конденсатора, предотвращающего короткое замыкание Е_упр через индуктивность L12, выполняет сопрягающий конденсатор С30).

Каскады УРЧ_(а), смеситель, УПЧ, детектор и усилители звуковых частот такие же, что и в схеме на рисунке 4.



Рисунок 6 - Часть принципиальная электрической схемы супергетеродинного приемника с электронной настройкой

5. Конструирование УКВ приемника на основе специализированной микросхемы

При разработке УКВ приемника наиболее целесообразным представляется использовать разработанную в последнее время специализированную микросхему КР174ХА34А [4].

Микросхема КР174ХА34А предназначена для работы в низковольтных экономичных моно - и стереофонических радиовещательных приемных устройствах в диапазоне УКВ-1 и УКВ-2.Она представляет собой супергетеродинное радиоприемное устройство и содержит все узлы, необходимые для приема и обработки радиовещательных ЧМ сигналов - от антенного входа до выхода сигнала звуковой частоты.

Типовая схема включения микросхемы КР134ХА34А представлена на рисунке 7.

Рисунок 7 - Схема включения микросхемы КР174ХА34А

Проведенные исследования и испытания обновленной микросхемы показали ее устойчивую работу и высокие электрические характеристики при относительно небольшом разбросе параметров (около 20%) в обоих УКВ диапазонах. Микросхема КР134ХА34А по всем показателям (кроме потребляемого тока) превосходит зарубежный аналог TDA7021. Основные электрические (типовые) параметры микросхем КР134ХА34А, КР134ХА34 и TDA7021 представлены в таблице.

Типовые зависимости наиболее важных параметров от напряжения входного сигнала U_вх для всех трех микросхем показаны на рисунках 8,а-в.

На рисунке 8,а представлены зависимости выходного напряжения ЗЧ (U_вых) и напряжения шума (U_ш); на рисунке 8,б - коэффициент гармоник (k_г), а на рисунке 8,в - напряжения на выводе 9 (U₉), предназначенного для подключения индикатора уровня несущей.

Рисунок 8 - Зависимости выходного напряжения, напряжения шума (а) коэффициента гармоник (б) и напряжения на выводе 9 (в), предназначенного для подключения индикатора уровня несущей, от входного напряжения для специализированных микросхем

В [4] приводится описание радиоприемника, перекрывающего без переключения катушек индуктивности два диапазона УКВ ЧМ радиовещания 65,8-74 и 87,5-108МГц.

Основой устройства является специализированная микросхема УКВ ЧМ радиоприемника К174ХА34А, он снабжен светодиодным индикатором настройки и УЗЧ на микросхеме TDA2003.

Основные технические характеристики УКВ ЧМ приемника с использованием специализированной микросхемы К174ХА34А

Диапазоны рабочих частот, МГц 65,8-74 и 87,5-108

Напряжение питания, В 7,5 - 15

Чувствительность, мкВ 5

Минимальный потребляемый ток, мА 50

Выходная мощность при напряжении питания 9В на

нагрузке сопротивлением 4Ом, Вт 1,5

3 колодки ХТ2 поступает на входной контур L1C3C4 и далее на вход приемника DA1. Включение микросхемы стандартное и подробно описано в [4]. Настраиваются на радиостанцию изменением резонансной частоты колебательного Схема радиоприемника показана на рисунке 16. Сигнал, принятый антенной, через контакт контура гетеродина, состоящего из катушки индуктивности L2, конденсатора С10 и варикапа VD1. Постоянное напряжение поступает с переменного резистора R7 на варикап VD1, изменяя его емкость, а значит, и частоту гетеродина приемника DA1. Примененный варикап КВ132А обеспечивает перекрытие двух диапазонов УКВ ЧМ радиовещания - 65,8-74 и 87,5-108МГц и позволяет принимать звуковое сопровождение находящихся между этими диапазонами телевизионных каналов.

На транзисторе VT1 и светодиоде НL1 собран индикатор настройки на радиостанцию. На выводе 9 микросхемы DA1 формируется постоянное напряжение, обратно пропорциональное уровню принимаемого сигнала. При точной настройке на радиостанцию напряжение на выводе 9 DD1 снижается, транзистор VT1 открывается и светодиод HL1 включается. Усилитель мощности ЗЧ собран на микросхеме DA3 без применения теплоотвода, и его выходная мощность не должна быть более 1,5Вт. Для получения большей мощности указанную микросхему следует установить на теплоотвод. Микросхема приемника DA1 питается от интегрального стабилизатора напряжения DA2.

Рисунок 9 - Схема УКВ приемника с использованием микросхемы К174ХА34А

Таблица 1 - Основные параметры детекторов

Тип детектора	Амплитуда напряжения на входе (Uд.вх), В	Коэффициент передачи (Кд)
Диодный (квадратичный) Диодный (линейный) Транзисторный Частотный с ограничителем Детектор отношений Видеодетектор	0,1 - 0,2 0,2 - 0,5 0,1 - 0,3 0,5 - 1,0 0,1 - 0,5 0,2 - 0,3	0,2 - 0,3 0,3 - 0,5 5 - 8 0,6 - 0,8 0,6 - 0,8 0,1 - 0,3

Таблица 2 - Значения ослаблений по соседнему каналу

Количество звеньев ФСС	Полоса пропускания УПЧ, кГц	Ослабление соседнего канала, дБ
3	7,0 7,5 8,0 8,5	24 22 21 19
4	7,0 7,5 8,0 8,5	32 30 28 26

На основании расчета по формуле

d_{с.к. общ} (дБ) = d_с.к.ФСС + d_с.к.пр + d_{с.к (I)} + d_с.к.(II)

выбираем структурную схему тракта промежуточной частоты, приведенную на рисунке 6.

Рисунок 6 - Структурная схема тракта промежуточной частоты при ослаблении соседнего канала

Заключение

В ходе курсовой работы, было выполнено: проектирование принципиальной схемы КВ приемника, выбор структурной схемы и расчет основных параметров радиоприемника. Параметры рассчитанной части РПУ удовлетворяет требованиям, изложенным в техническом задании. Основным элементом аналоговых микросхем являются транзисторы (биполярные или полевые). Разница в технологии изготовления транзисторов существенно влияет на характеристики микросхем. Поэтому нередко в описании микросхемы указывают технологию изготовления, чтобы подчеркнуть тем самым общую характеристику свойств и возможностей микросхемы. Также при проведении расчетов радиочастотных характеристик транзисторного приемника, стоит обратить внимание, на подбор элементной базы. Благодаря качественному подбору элементной базы, радиоприемник, улучшит характеристики основных параметров.

Список используемых сокращений

АМ -- амплитудная модуляция

АПЧ -- автоматическая подстройка частот

АРУ -- автоматическая регулировка усиления

Д -- амплитудный детектор

ДВ -- длинные волны

КВ -- короткие волны

ООС -- Отрицательная обратная связь

ОУ -- Оконечное устройство

ПЗФ -- пьезоэлектрический фильтр

СВ -- средние волны

УПЧ -- усилитель промежуточной частоты

УЗЧ -- усилитель звуковой частоты

УМ -- Усилитель мощности

УРЧ -- усилитель радиочастоты

ФИ -- фазоинверсный каскад

ФСС -- фильтр сосредоточенной селекции

Литература

1 Гоноровский И.С., Демин М.П. Радиотехнические цепи и сигналы: Учеб. пособие для вузов. 5 - е изд., перераб. и доп. М.: радио и связь, 1994.

2 Головин О.В., Чистяков Н.И., Шварц В., Хардон Агиляр И. Радиосвязь/ Под ред. О.В. Головина. М.: Горячая линия - Телеком, 2001.

3 Радиоприемные устройства: Учебник для вузов /Н.Н. Фомин, Н.Н. Буга, О.В. Головин и др. Под ред. Н.Н. Фомина. М.: Радио и связь, 2003.

4 Поляков В.П. Микросхема КР134ХА34А - однокристальный УКВ ЧМ радиовещательный приемник. - Радио, 2001, №9, с. 45.

Размещено на Allbest.ru

...