Размещено на http://www.allbest.ru/

КАЗАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. А. Н. ТУПОЛЕВА ? КАИ

Институт радиоэлектроники и телекоммуникаций

Кафедра радиоэлектронных и квантовых устройств

КУРСОВАЯ РАБОТА

По курсу: «Радиоприемные устройства в системах оптической связи»

На тему: «Радиовещательный приемник СВ-диапазона»

Выполнил:

студент группы 5402

Шишкин Г.Н.

Проверил: профессор

каф. РЭКУ Ильин А.Г.

Казань 2017



Содержание

линейный тракт приемник

Задание

1.Предварительный расчет

1.1Расчёт полосы пропускания линейного тракта приёмника

1.2Расчёт допустимого коэффициента шума приёмника

1.3Выбор средств обеспечения избирательности приёмника

1.4Выбор средств обеспечения усиления линейного тракта

2.Расчёт входной цепи приёмника

3.Расчёт преобразователя частоты

4.Расчет усилителя промежуточной частоты (УПЧ)

4.1Расчет усилителя на ИМС

Список использованной литературы



Задание №12

Диапазон частот, МГц	0.6ч1.8
Частотная характеристика, кГц	0.25ч16.5
Чувствительность приёмника: Umin, мкВ	6
Расстройка соседнего канала ДfСК, кГц	25
Ослабление по зеркальному каналу, дБ	31
Ослабление по соседнему каналу, дб	32
Отношение с/ш на выходе приемника:	12
Напряжение питания, В	10
Выходная мощность, мВт	150
Динамический диапазон, D	60



1.Предварительный расчет

1.1Расчет полосы пропускания приемника

Полоса пропускания приемника П складывается из ширины спектра сигнала П_с и нестабильностей в тракте и неточности настроек П_н:

П=П_с+П_н

Ширина спектра сигнала определяется верхней частотой спектра сигнала:

Нестабильность учитывается следующим образом:

,

где f_с - нестабильность частоты сигнала,

f_г - нестабильность частоты гетеродина приемника,

f_нач - начальная неточность настройки гетеродина,

f_нс - неточность настройки сигнала

Для наших расчетов выбираем значение промежуточной частоты f_п = 110кГц

Пусть

,



тогда для транзисторного гетеродина с кварцевой стабилизацией

.

начальная неточность настройки гетеродина

нестабильность частоты сигнала равна

неточность настройки сигнала равна

Тогда полоса пропускания ПРМУ составит:

1.2 Расчёт допустимого коэффициента шума приёмника

Если реальная чувствительность задана в виде мощности сигнала Р_А, отдаваемой антенной согласованному с ней приёмнику, при которой отношение сигнал/помеха больше или равно , то допустимый коэффициент шума ПРМУ равен:

(1.5)

где Т_А - шумовая температура антенны, которая характеризует интенсивность воздействующих на антенну внешних шумов. Найдем шумовую температуру антенны по графику представленному на [1 рис. 1.4] К.

- волновое сопротивление кабеля. Выбран кабель РК 75-1,5-12, его волновое сопротивление = 75 Ом

- шумовая полоса линейного тракта.

- постоянная Больцмана

- температура приёмника (Н.У.)

Тогда допустимый коэффициент шума равен:

Такой приемник осуществим.

Проведем расчет реального коэффициента шума приемника (без УРЧ) с целью выяснить необходимо - ли применение УРЧ.

, где



- коэффициенты шума входной цепи, ПЧ, УПЧ соответственно;

- коэффициенты передачи по мощности входной цепи, ПЧ соответственно;

- коэффициент передачи по мощности антенного фидера:

- погонное затухание,

- длина фидера.

Для кабеля РК 75-1,5-12 (параметры взяты из справочника) на частоте 100 МГц погонное затухание не превышает .

Возьмем длину фидера м.

В качестве входной цепи используется контур с фиксированной частотой настройки с индуктивной связью с антенной. Данная связь обеспечит большой коэффициент передачи по напряжению и высокую избирательность. Примем коэффициент передачи входной цепи равным:

Коэффициент шума ВЦ:

Если в качестве преобразователя использовать каскад на транзисторе КТ332А:



, ,где мСм, мкСм,

дБ - минимальный коэффициент шума для транзистора КТ332А. Параметры транзистора взяты из справочника [Брежнева К.М. транзисторы для аппаратуры широкого применения стр. 131].

Тогда

Возьмем ,

В качестве первого каскада УПЧ используем каскад на транзисторе КТ306Б в схеме с ОЭ. Коэффициент шума первого каскада УПЧ равен:

, дБ - минимальный коэффициент шума для транзистора КТ3102Г

Тогда реальный коэффициент шума будет равен:



1.3 Выбор средств обеспечения избирательности приёмника

Полоса пропускания преселектора равна . Преселектор обеспечивает избирательность только по зеркальному каналу. Избирательность по соседнему каналу в преселекторе не учитываем, и она будет полностью определяться только УПЧ. Входная цепь и УРЧ осуществляет основную избирательность по зеркальному каналу образованным гетеродином, их расчет будем производить исходя из заданной избирательности при полосе задерживания . Промежуточную частоту выберем исходя из условия:

Примем , тогда

При данных промежуточной частоты ослабление зеркального канала из рис. 1.11 [1] равен . Т.е. выбранная промежуточная частота может обеспечить избирательность по зеркальному каналу.



Необходимую избирательность обеспечивает схема 2.

Так как преселектор не обеспечивает избирательности по соседнему каналу можно принять, что . Вся избирательность по соседнему каналу обеспечивается в УПЧ. Для подавления с.к. , можно взять схему УПЧ с использованием ФСС.

1.4Определение средств обеспечение усиления линейного тракта

-коэффициент передачи приемника по мощности

-оптимальный коэффициент передачи приемника

- коэффициент передачи преселектора

Для УПЧ выбран транзистор КТ3102Г, коэффициент усиления по мощности которого равен 3,6. , округляем до 19.



2. Основной расчет приемника

2.1 Входная цепь

Входная цепь обеспечивает согласование антенно-фидерного устройства с полосовым фильтром ВЦ, а также подавление помех по побочным каналам приема с помощью указанного полосового фильтра.

Рассчитаем двухконтурную цепь с внешней емкостной связью между контурами. ВЦ состоит из двух контуров, первый из которых соединен с антенной с помощью автотрансформаторной связи, второй соединен с нагрузкой с помощью внутриемкостной связи. Контуры связаны емкостью С_св1. Принципиальная схема ВЦ представлена на рисунке:

Принципиальная схема двухконтурной ВЦ с внешнеемкостной связью

Исходные данные:

Волновое сопротивление фидера: W_Ф = 75 Ом

Максимальная частота сигнала f₀ = 1,8 МГц

Эквивалентное затухание контура d_эр = 0,013

Промежуточная частота f_пч = 110 кГц

Сопротивление нагрузки R_н = 200 Ом

Емкость нагрузки С_н = 2,5 пФ

Затухание по зеркальному каналу у_зк = 31 дБ



Определяем значение угловой частоты сигнала:

щ₀ = 2р?? = 2р • 1,8 • 10⁶ = 11,304 • 10⁶ рад/с

Пользуясь данными таблицы, находим значение собственного затухания колебательного контура в диапазоне частот: d0 = 0,008.

Определяем допустимую степень D увеличения затухания контура (расширения полосы пропускания) при подключении к нему внешних цепей:

Пользуясь данными таблицы, находим значения емкостей, формирующих эквивалентную емкость колебательного контура:

С_п = 10 пФ ? емкость подстроечного конденсатора;

C_L =3 пФ ? паразитная емкость катушки индуктивности;

C_min = 7 пФ ? минимальная емкость конденсатора контура;

См = 15 пФ ? паразитная емкость монтажа.

Определим эквивалентную емкость колебательного контура:



Принимаем Cэк = 5 нФ.

Определяем индуктивность контура:

Определим собственную проводимость контура:

Рассчитаем коэффициенты включения фидера и нагрузки в контур:

Определим оптимальное значение индуктивности катушки связи Lcв.опт, которое обеспечивает минимум коэффициента связи Ксв.мин:

Коэффициент передачи входной цепи по напряжению

Определим затухание у [дБ] по зеркальному каналу:



Где

Обобщенная расстройка, где ??п - частота помехи, ??0 - частота настройки фильтра;

Эквивалентная добротность контура.

Частота зеркальной помехи

Рассчитанная ВЦ обеспечивает требуемую избирательность.

Для учета потерь мощности сигнала в контуре параллельно ему включают сопротивление потерь

При этом источник сигнала непосредственно подключается к катушке индуктивности и моделируется источником ЭДС с внутренним сопротивлением

Эквивалентное сопротивление нагруженного контура

Коэффициент трансформаторной связи между контурами при з = 1,5

Резонансный коэффициент передачи ВЦ

Определим емкость связи между контурами:



3. Расчет преобразователя частоты

Рис.8 Схема преобразователя частоты на дискретных элементах

Выберем транзисторный преобразователь частоты с внешним гетеродином. В таком преобразователе сигнал от входной цепи поступает к базе биполярного транзистора смесителя, включенного по схеме с ОЭ. При таком включении входная проводимость смесителя для напряжения сигнала получается меньшей, чем в схеме с ОБ. В качестве активного элемента используем транзистор КТ332А n-p-n типа.

Справочные данные транзистора КТ332А типа:

Таблица 2.

Тип транзистора	Структура	Uкбо,В	Uкэmax, В	Iкmax мА	Ркmax мВт	h21э	Iкб0 мкА	frp, МГц		,пс
КТ332А	п-р-п	15	15	20	15	20-60	? 5	100	5	300

Рассчитаем элементы питания транзистора: КТ332А

Параметры рабочей точки:

0.28 мА



G - параметры для данного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером:

Допустимое изменение тока коллектора:

Изменение обратного тока коллектора:

Определяем тепловое смещение напряжения базы:

Рассчитываем необходимую нестабильность коллекторного тока:

Вычисляем сопротивление резисторов:



Находим сопротивление фильтра:

Находим сопротивления делителя:

Рассчитаем емкости конденсаторов:

Рассчитаем параметры колебательного контура, настроенного на промежуточную частоту. Выбираем минимальную емкость контура. Обычно её берут в пределах 40-60 пФ. Возьмем 60 пФ. ()

Определяем индуктивность катушки контура:



Определяем емкость:



4. Расчет УПЧ

По принципу формирования АЧХ УПЧ разделяется на УПЧ с распределенной избирательностью и с сосредоточенной избирательностью. Наиболее рационально применить фильтр сосредоточенной селекции (ФСС) на промежуточной частоте, т.к. ФСС дает лучшую избирательность, чем УПЧ-Р. Дополнительным преимуществом ФСС является сосредоточение средств избирательности перед усилителем, что уменьшает опасность дискретных помех. Кроме того, частотная характеристика ФСС меньше зависит от изменения параметров транзисторов, чем характеристика УПЧ-Р.

Транзистор, используемый УПЧ должен удовлетворять условиям:

Выбираем транзистор КТ3102Г

Справочные данные транзистора КТ 3102Г n-p-n типа:

Таблица 3.

Тип транзистора

Структура

Uкбо,В

Uкэmax, В

Iкmax мА

Ркmax мВт

h21э

Iкб0 мкА

frp, МГц

IЭ мА

КШ дБ

КТ 310а

п-р-п

15

15

100

250

400-1000

?1

300

2

4

6

100 nc

Y-параметры транзистора (стр.112-120 Сиверс)



Рассчитаем усилительный каскад с электрическим ФСИ:

Зададимся затуханием d=(0.0025…0.005), пусть d=0.005 определим :

= 2·0.110 МГц·0.005/33.034кГц=0.032

Пусть число звеньев n=3:

Определяем ослабление на границе полосы пропускания, создаваемое одним звеном ФСИ:

Рис.9 График для определения коэффициента ч

Из Рис. 9 находим:

Определяем разность частот среза:

Определяем вспомогательные величины:



С помощью обобщенных резонансных кривых находим ослабление соседнего канала, обеспечиваемое одним звеном: Sl₁=14дБ

Определяем общее расчетное ослабление фильтра на частоте соседнего канала:

,

=(3..6)- ухудшение избирательности из-за рассогласования фильтра с источником сигнала и нагрузкой

Фильтр обеспечивает избирательность не хуже требуемой,

Зададимся величиной номинального характеристического сопротивления фильтра:

из условий:

Вычисляем коэффициенты трансформации для первого и последнего контуров ФСИ:

Рассчитываем элементы ФСИ:



Рис.10 График для определения коэффициента передачи ФСИ

Определим из Рис.10 коэффициент передачи ФСИ К_{р ф}?0.42.

Далее рассчитываем коэффициент усиления каскада, нагруженного на ФСИ:

Производим расчет каскада по постоянному току:



,где

, где

элементы питания каскада принимаем равными элементам питания каскада с ФСИ.

Напряжение сигнала на входе первого каскада УПЧ при согласовании этого каскада со смесителем равно:



где

Требуемый коэффициент усиления УПЧ:

- коэффициент запаса, равный 1,1-1,3.

Напряжение сигнала на входе первого апериодического каскада:

Рассчитаем коэффициент усиления, который должны обеспечивать апериодические каскады УПЧ:

4.2 Расчет усилителя на ИМС

- необходимый коэффициент усиления (с запасом по усилению) одного операционного усилителя. Усилитель будет содержать две микросхемы.

Подберём необходимый по параметрам операционный усилитель (ОУ). Нам необходим ОУ, который может работать на частоте не ниже 110 кГц и с минимальным напряжением по входу U_min<6 мкВ. Необходимым требованиям удовлетворяет зарубежный операционный усилитель OP275.

Данный операционный усилитель обладает высокой граничной частотой и высокой скоростью нарастания выходного напряжения. Он имеет следующие основные характеристики:

1. Входная емкостьC_ВХ = 7.5 пФ

2. Входное сопротивлениеR_ВХ = 6.668 кОм

3. Входной токI_ВХ = 0.1 мкА

4. Минимальное напряжение на входе U_{ВХ мин}=2 мкВ

4. Выходное напряжениеU_ВЫХ = 13.5 В

5. Выходной токI_ВЫХ = 43.2 мА

6. Напряжение смещенияU_СМ = 250 мкВ

7. Напряжение питания (однополярное)U_П = 22 В

8. Ток, потребляемый от источника питанияI_П = 4 мА

9. Скорость нарастания выходного напряженияV_U = 22 В/мкс

10.Время установленияt_у = 625 нс

11.Диапазон рабочих температурT = -65..+150 °С

Данный ОУ выполняется в корпусе типа SOIC-N (рис. 7), где контакты: 1 - выход А, 2 - инвертирующий вход А, 3 - неинвертирующий вход А, 4 - отрицательное напряжение питания, 5 - неинвертирующий вход Б, 6 - инвертирующий вход Б, 7 - выход Б, 8 - положительное напряжение питания.

Рис.11 ОУ OP275

Теперь необходимо выбрать включение ОУ. Самым подходящим является неинвертирующее включение ОУ.



Рис.12 Неинвертирующее включение ОУ

Коэффициент усиления в данной схеме определяется по следующей формуле:

- коэффициент усиления для неинвертирующей схемы включения.

Сопротивления рассчитаем исходя из требуемого коэффициента усиления.

Примем

При известных сопротивлениях и сопротивление вычислим по формуле:

Расчет разделительных емкостей:



На Рис. 13 изображена принципиальная схема УПЧ.

Рис.13 Принципиальная схема УПЧ.



Список литературы

1. Проектирование радиоприемных устройств. Под ред. А.П. Сиверса. Учебное пособие для вузов. М., "Сов. радио", 1976. - 488 с.

2. Справочник по полупроводниковым приборам /Б.В.Тарабрин, С.В.Якубовский, Н.А.Барканов и др.; Под ред. Б.В.Тарабрина. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергия, 1980. - 816 с.. ил.

3. Л.А.Трофимов. Расчет полосовых фильтров: Учебное пособие, КГТУ, Казань, 2003. - 64 с

4. Брежнева К.М. Транзисторы для аппаратуры широкого применения, справочник.

5. Петухов В.М. Транзисторы и их зарубежные аналоги Том 1

6. Расчет и схемотехническое моделирование функциональ- ных узлов радиоприемного устройства : учеб. пособие по курсо- вому проектированию / Е. К. Левин ; Владим. гос. ун-т им. А. Г. и Н. Г. Столетовых. - Владимир : Изд-во ВлГУ, 2016. - 84 с

Размещено на Allbest.ru

...