Разработка радиовещательного переносного приемника нулевой группы сложности

Министерство Образования Республики Беларусь.

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ.

ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ.

Кафедра радиотехнических устройств.

Пояснительная записка.

к курсовому проекту на тему:

" Разработка РВП нулевой группы сложности" .

Минск 2011.

СОДЕРЖАНИЕ Введение.

1. Технические требования к проектируемому приемнику.

2. Выбор и обоснование структурной схемы.

3. Предварительный расчет.

3.1 Определение ширины пропускания тракта.

3.2 Выбор блока КПЕ и проверка перекрытия диапазона.

3.3 Распределение заданной неравномерности усиления в полосе пропускания.

3.4 Определение добротности и числа контуров тракта РЧ.

3.5 Проектирование избирательной системы тракта ПЧ.

3.6 Определение числа каскадов АМ тракта.

3.7 Определение числа каскадов, охваченных системой АРУ.

3.8 Предварительное проектирование тракта низкой частоты.

4. Электрический расчет для диапазона СВ.

4.1 Расчет контура входной цепи.

4.2 Расчет усилителя радиочастоты.

4.3 Расчет сопряжения тракта гетеродина и преселектора.

4.4 Расчет гетеродина.

4.5 Расчет смесителя.

4.6 Расчет тракта УПЧ.

4.7 Расчет АМ детектора.

4.8 Расчет схемы АРУ.

5. Поверочный расчет на ЭВМ.

6. Конструктивный расчет Заключение Литература.

Радиоприемник является одним из наиболее распространенных радиотехнических устройств, значение которого в экономической, социальной и культурной жизни людей огромно. Радиосвязь невозможна без радиоприемника, с изобретением которого практически и началась эра радио.

В состав радиоприемного устройства входят собственно радиоприемник, антенна и оконечное устройство. Антенна воспринимает энергию электромагнитного поля и преобразует ее в радиочастотное напряжение. Приемник выделяет из спектра входных колебаний полезные сигналы; усиливает их за счет энергии местного источника питания; осуществляет обработку, ослабляя действие помех, присутствующих во входном колебании; детектирует радиочастотные сигналы, формируя колебания, соответствующие передаваемому сообщению. В оконечном устройстве энергия выделяемых сигналов используется для получения требуемого выходного эффекта — звукового, визуального, механического и т. д. Оконечное устройство может быть совмещено с приемником или представлять собой отдельное устройство.

Достижения и тенденции техники радиоприема в последние десятилетия обусловлены взаимосвязанными процессами развития интегральной микроэлектроники, внедрения методов и средств цифровой обработки сигналов и вычислительной техники и дальнейшего освоения микроволновых диапазонов. Цифровые интегральные модули средней и большой степени интеграции обеспечивают повышение технических и эргономических показателей приемников. Внедрение микропроцессоров позволяет автоматизировать радиоприемные устройства; реализовать эффективные методы обработки сигналов, анализ помеховой обстановки с использованием результатов для адаптивного регулирования приемника и др. Все это расширяет функциональные возможности приемников, упрощает технологию изготовления, обеспечивает удобство эксплуатации.

Развитие спутниковой связи привело к совершенствованию приемников СВЧ, в частности к внедрению малошумящих квантовых и параметрических усилителей. Последние десятилетия характеризуются освоением миллиметрового диапазона волн и волн оптического диапазона.

1. Технические требования к проектируемому устройству.

Приемник радиовещательный переносной.

Таблица входящих компонентов.

Таблица 1.1.

Состав и границы диапазонов:

ДВ — 148,0…285,0 кГц (2027,0…1050,0 м);

СВ — 525,0…1607,0 кГц (571,4…186,7 м);

КВ1 — 3,95…6,00 МГц (75,95…50,0 м);

КВ2 — 6,0…6,2 МГц (50,0…48,4 м);

КВ3 — 7,15…7,30 МГц (41,96…41,10 м);

КВ4 — 9,50…9,78 МГц (31,57…30,67 м);

КВ5 — 11,70…11,98 МГц (25,64…25,04 м);

УКВ — 65,8…74,0МГц (4,56−4,06 м).

Промежуточная частота: 465 2 кГц (АМ тракт), 10,7 0,1 МГц (ЧМ тракт).

Чувствительность АМ тракта, ограниченная шумами, при соотношении сигнал/шум не менее 20 дБ по напряженности, мВ/м, не хуже, в диапазонах:

ДВ — 1;

СВ — 0,5;

КВ — 0,1.

Односигнальная избирательность АМ тракта по соседнему каналу при рас стройке 9 кГц не менее 56 дБ.

Односигнальная избирательность по зеркальному каналу, дБ, не менее, в диапазонах:

ДВ (на частоте 200 кГц) — 60;

СВ (на частоте 1000 кГц) — 60;

КВ (на частоте 11,8 МГц) — 30.

8. Односигнальная избирательность АМ тракта по промежуточной частоте на частотах 280 кГц и 560 кГц, не менее 34 дБ.

9. Действие автоматической регулировки усиления в АМ тракте.

— изменение уровня сигнала на входе — 60 дБ;

— изменение уровня сигнала на выходе — не более 6 дБ.

10. Диапазон воспроизводимых частот всего тракта по звуковому давлению при неравномерности 14 дБ в диапазоне СВ и 18 дБ в диапазоне ДВ — не уже 80…5000 Гц.

11. Коэффициент гармоник АМ тракта по электрическому напряжению на частотах модуляции свыше 400 Гц, не больше 2 .

12. Выходная мощность тракта УНЧ при питании от автомобильного источника постоянного тока — 1 Вт.

13. Диапазон воспроизводимых частот тракта УНЧ по электрическому напряжению на уровне 3 дБ — не менее 40 — 16 000 Гц.

14. Коэффициент гармоник тракта УНЧ по электрическому напряжению на частоте 1000 Гц, не более 0,5 .

15. В трактах АМ и ЧМ должны быть предусмотрены следующие потребительские удобства:

— розетка для подключения внешней антенны;

— розетка для подключения магнитофона на запись;

— встроенная антенна;

— индикатор настройки;

— регулятор полосы пропускания по промежуточной частоте («широкая — узкая»).

16. В тракте УНЧ должны быть предусмотрены следующие потребительские удобства:

— розетка для подключения головного телефона;

— регулятор тембра по низким и высоким звуковым частотам.

17. Дополнительно должны быть предусмотрены следующие свойства общего назначения:

— подсветка шкалы;

— индикатор включения;

— встроенный блок питания;

— указатель рабочего положения регуляторов.

18. Нормы на параметры входа для подключения внешних источников программ («УНЧ — универсальный вход»):

входное сопротивление — не менее 470 кОм;

минимальная ЭДС источника сигнала не менее 0,2 В.

19. Нормы на параметры выходов трактов АМ и ЧМ для подключения магнитофона на запись:

выходное сопротивление нагрузки — не более 150 кОм;

номинальное сопротивление нагрузки — 47 кОм;

— минимальный выходной ток — не менее 0,2 мВ/кОм.

2. Выбор и обоснование структурной схемы Структурные схемы приемников различаются построением тракта радиочастоты, в котором может осуществляться прямое усиление входных сигналов и усиление их с преобразованием частоты.

В приемниках прямого усиления тракт радиочастоты содержит входную цепь (ВЦ) и усилитель поступающего с антенны радиосигнала — так называемый усилитель радиосигнала (УРС). В этом случае все резонансные цепи настроены на частоту принимаемого радиосигнала, на которой и осуществляется усиление. Входная цепь обеспечивает предварительную частотную селекцию до первого каскада УРС, а сам УРС — основную частотную селекцию и до детекторное усиление сигналов. Резонансные контуры ВЦ и УРЧ перестраиваются в пределах нужного диапазона рабочих частот. Так как обычно необходима высокая избирательность и усиление, то может потребоваться несколько усилительных каскадов и резонансных контуров. Из-за конструктивной сложности реализации перестройки число контуров редко превышает 3…4. При этом усиление на радиочастоте может оказаться неустойчивым, а селективность недостаточной.

Для уменьшения числа усилительных каскадов и упрощения конструкции в тракте радиочастоты приемников прямого усиления используются регенеративные и суперрегенеративные усилители. В приемнике с регенеративным усилителем за счет положительной обратной связи в резонансный контур вносится отрицательное сопротивление, частично компенсирующее потери в нем, что увеличивает коэффициент усиления. Однако такие приемники обладают невысокой устойчивостью, так как работают в режиме близком к самовозбуждению. При этом возможно проникновение генерируемых колебаний в антенну, а их излучение ведет к усилению помех другим приемником, что крайне нежелательно с точки зрения электромагнитной совместимости.

В суперрегенеративном приемнике положительная обратная связь с УРС периодически изменяется с некоторой вспомогательной частотой, значительно превышающей частоту модуляции сигнала. Суперрегенеративному приемнику, как и регенеративному, свойственны искажения сигналов и интенсивные паразитные излучения, что не отвечает требованиям электромагнитной совместимости. Их достоинством является малая мощность источников питания при минимальных размерах и массе. Поэтому подобная структура используется для портативных приемников, допускающих большой уровень искажений.

Наибольшее распространение для подавляющего большинства радиосистем различного назначения получила супергетеродинная структура приемника с одноили многократным преобразованием частоты (рис. 2.1).

Часть приемника — преселектор, включающий ВЦ и УРС, подобен структуре приемника прямого усиления и обеспечивает чувствительность и предварительную селекцию по частоте. С выхода преселектор напряжение сигналов и помех поступает на преобразователь частоты (ПЧ), где происходит изменение несущей частоты сигнала.

Рис. 2.1. Структурная схема приемника супергетеродинного типа Для этого сигнал и колебания местного генератора — гетеродина (Г) одновременно воздействуют на смеситель (См), представляющий собой нелинейный или параметрический элемент.

В результате на выходе смесителя возникает колебание, содержащие составляющие с частотой сигнала и его гармоник, гетеродина и его гармоник и большое число комбинационных составляющих с частотами (n, m=0,1,2…- целые числа). Одна из этих комбинационных частот и используется в качестве новой несущей частоты выходного сигнала, называется промежуточной частотой:

(2.1).

Поскольку сигнал несет в себе полезную информацию, в процессе преобразования частоты эта информация должна сохраняться, то есть ПЧ должен быть линейным. Таким образом, в процессе преобразования частоты происходит перенос спектра сигнала в область промежуточной частоты без нарушения амплитудных и фазовых соотношений его составляющих. Частотно-избирательные блоки, расположенные за смесителем, настроены на частоту и называются усилителями сигналов промежуточной частоты (УСПЧ). Промежуточная частота всегда фиксирована, не зависит от частоты принимаемого сигнала и выбирается намного ниже частоты сигнала. Поэтому на частоте легко обеспечить требуемое устойчивое усиление. Так как УСПЧ не перестраивается по частоте, то это позволяет получить в супергетеродинном приемнике высокую частотную избирательность при неизменной полосе пропускания, а также реализовать оптимальную фильтрацию сигнала от помех, применяя согласованные фильтры на промежуточной частоте. Таким образом, в супергетеродинном приемнике устраняются основные недостатки приемника прямого усиления.

3. Предварительное проектирование приемника в диапазонах СВ, ДВ, КВ1, КВ2,КВ3,КВ4,КВ5,УКВ.

3.1 Определение ширины полосы пропускания тракта высокой частоты Полоса пропускания высокочастотного тракта определяется по формуле.

(3.1.1).

3.2 Выбор блока КПЕ и проверка перекрытия диапазонов Проверяем правильность выбора блока КПЕ для диапазона СВ, так как это диапазон с наибольшим коэффициентом перекрытия. Зададимся минимальным и максимальным значениями емкости КПЕ Границы диапазона СВ с обеспечением производственного запаса.

(3.2.2).

(3.2.3).

Коэффициент перекрытия с учетом запаса.

(3.2.4).

Вычисляем эквивалентную емкость схемы, включенной паралельно емкости КПЕ и ограничиваемой коэффициент перекрытия ВЦ или УРС.

(3.2.5).

где — емкость монтажа,.

— собственная емкость катушки контура,.

— емкость, вносимая в контур со стороны источника сигнала и нагрузки,.

— среднее значение емкости подстроечного конденсатора.

(3.2.6).

Определим требуемую емкость схемы, при которой выбранный блок КПЕ обеспечивает перекрытие диапазона.

(3.2.7).

Дополнительная емкость, которую необходимо включить в контур для получения заданного перекрытия.

(3.2.8).

Для данного диапазона рассчитываем минимальную и максимальную эквивалентные емкости контура, значения которых понадобятся при оценке требуемого усиления до детектора и в электрическом расчете.

(3.2.9).

(3.2.10).

Аналогично определим предельные значения эквивалентной емкости контуров на диапазоне ДВ. Границы диапазона ДВ с обеспечением производственного запаса.

(3.2.11).

(3.2.12).

Коэффициент перекрытия с учетом запаса.

(3.2.13).

Вычисляем эквивалентную емкость схемы, включенной параллельно емкости КПЕ и ограничиваемой коэффициент перекрытия ВЦ или УРС.

(3.2.14).

Определим требуемую емкость схемы, при которой выбранный блок КПЕ обеспечивает перекрытие диапазона.

(3.2.15).

Дополнительная емкость, которую необходимо включить в контур для получения заданного перкрытия.

(3.2.16).

Для данного диапазона рассчитываем минимальную и максимальную эквивалентные емкости контура.

(3.2.17).

(3.2.18).

Для диапазона КВ1 используем параллельно — последовательную схему (рис. 3.2.2).

Рис. 3.2 Параллельно — последовательная схема уменьшения коэффициента перекрытия контура Определяем емкость схемы.

(3.2.19).

Выбираем эквивалентную емкость схемы Границы диапазона КВ1 с обеспечением производственного запаса.

(3.2.20).

(3.2.21).

Коэффициент перекрытия с учетом запаса.

(3.2.22).

Определяем вспомогательный коэффициент.

(3.2.23).

Где.

. (3.2.24).

Определим дополнительные емкости.

(3.2.25).

(3.2.26).

Где.

(3.2.27).

Выбираем подстроечный конденсатор, так чтобы выполнялось условие.

. (3.2.28).

Берем конденсатор КТ4−21Б с параметрами: ,.

Определяем емкость уравнительного конденсатора.

. (3.2.29).

Определяем максимальную и минимальную емкости контура.

(3.2.30).

(3.2.31).

(3.2.32).

. (3.2.33).

Для диапазона КВ2.

Границы диапазона КВ2 с обеспечением производственного запаса.

(3.2.34).

(3.2.35).

Коэффициент перекрытия с учетом запаса.

(3.2.36).

Определяем вспомогательный коэффициент.

(3.2.37).

Где.

. (3.2.38).

Определим дополнительные емкости.

(3.2.39).

(3.2.40).

Где.

(3.2.41).

Выбираем подстроечный конденсатор, так чтобы выполнялось условие.

. (3.2.42).

Берем конденсатор КТ4−21Б с параметрами: ,.

Определяем емкость уравнительного конденсатора.

. (3.2.43).

Определяем максимальную и минимальную емкости контура.

(3.2.44).

(3.2.45).

(3.2.46).

. (3.2.47).

Для диапазона КВ3.

Границы диапазона КВ3 с обеспечением производственного запаса.

(3.2.48).

(3.2.21).

Коэффициент перекрытия с учетом запаса.

(3.2.49).

Определяем вспомогательный коэффициент.

(3.2.50).

Где.

. (3.2.51).

Определим дополнительные емкости.

(3.2.52).

(3.2.53).

где.

(3.2.54).

Выбираем подстроечный конденсатор, так чтобы выполнялось условие.

. (3.2.55).

Берем конденсатор КТ4−21Б с параметрами: ,.

Определяем емкость уравнительного конденсатора.

. (3.2.56).

Определяем максимальную и минимальную емкости контура.

(3.2.57).

(3.2.58).

(3.2.59).

. (3.2.60).

Для диапазона КВ4.

Границы диапазона КВ4 с обеспечением производственного запаса.

(3.2.61).

(3.2.62).

Коэффициент перекрытия с учетом запаса.

(3.2.63).

Определяем вспомогательный коэффициент.

(3.2.64).

Где.

. (3.2.65).

Определим дополнительные емкости.

(3.2.66).

(3.2.67).

Где.

(3.2.68).

Выбираем подстроечный конденсатор, так чтобы выполнялось условие.

. (3.2.69).

Берем конденсатор КТ4−21Б с параметрами: ,.

Определяем емкость уравнительного конденсатора.

. (3.2.70).

Определяем максимальную и минимальную емкости контура.

(3.2.71).

(3.2.72).

(3.2.73).

. (3.2.74).

Для диапазона КВ5.

Границы диапазона КВ5 с обеспечением производственного запаса.

(3.2.75).

(3.2.76).

Коэффициент перекрытия с учетом запаса.

(3.2.77).

Определяем вспомогательный коэффициент.

(3.2.78).

Где.

. (3.2.79).

Определим дополнительные емкости.

(3.2.80).

(3.2.81).

Где.

(3.2.82).

Выбираем подстроечный конденсатор, так чтобы выполнялось условие.

. (3.2.83).

Берем конденсатор КТ4−21Б с параметрами: ,.

Определяем емкость уравнительного конденсатора.

. (3.2.84).

Определяем максимальную и минимальную емкости контура.

(3.2.85).

(3.2.86).

(3.2.87).

. (3.2.88).

3.3 Распределение заданной неравномерности усиления в полосе пропускания В соответствии с ГОСТ 5651–82 неравномерность по звуковому давлению в номинальном диапазоне воспроизводимых частот не должна превышать 14дБ в диапазоне СВ и 18дБ в диапазоне ДВ.

С учетом производственного запаса 2…3 дБ, допустимая неравномерность АМ тракта (ослабление на краях полосы) составляет 11…12 дБ в диапазоне СВ и 15…16 дБ в диапазоне ДВ. Это ослабление распределяем между трактом радиочастоты (РЧ), трактом промежуточной частоты (ПЧ) и детектором АМ сигнала. Распределение ослабления на краях полосы пропускания приведено в таблице 3.3.2.

3.4 Определение добротности и числа контуров тракта радиочастоты Расчет ведется отдельно на диапазонах ДВ, СВ, КВ1.5,УКВ. Исходными данными к расчету являются избирательность по зеркальному каналу и ослабление на краях полосы пропускания тракта РЧ (табл.3.3.2). Расчёт диапазона ДВ.

.

Выбираем одноконтурную ВЦ с индуктивной связью с антенной и резонансный УРС. Тогда число контуров n=2.

Определяем максимально допустимую добротность контуров, обеспечивающую заданное ослабление на краях полосы :

(3.4.89).

Определяем минимальную допустимую добротность, обеспечивающую заданную избирательность по зеркальному каналу.

(3.4.90).

Где.

(3.4. 91).

для диапазона ДВ.

Эквивалентная добротность контура должна удовлетворять условиям:

,. (3.4.92).

Выбираем .

(3.4.93).

Поскольку, то расчет произведен правильно.

Для выбранных n и в худших точках диапазона производим контрольный расчет показателей.

(3.4.94).

(3.4.95).

Где.

(3.4.96).

(3.4.97).

(3.4.98).

при (3.4.99).

По вышеописанной методике осуществим предварительный расчет для диапазона СВ.

.

(3.4.100).

Определяем минимальную допустимую добротность, обеспечивающую заданную избирательность по зеркальному каналу.

(3.4.101).

Где.

(3.4.102).

для диапазона CВ.

Эквивалентная добротность контура должна удовлетворять условиям:

, (3.4.103).

Выбираем .

(3.4.104).

Поскольку, то расчет произведен правильно.

Для выбранных n и в худших точках диапазона производим контрольный расчет показателей.

(3.4.105).

(3.4.106).

Где.

(3.4.107).

(3.4.108).

(3.4.109).

при (3.4.110).

Аналогичный расчет произведем для диапазона КВ1.

(3.4.111).

Определяем минимальную допустимую добротность, обеспечивающую заданную избирательность по зеркальному каналу.

(3.4.112).

Где.

(3.4.113).

для диапазона КВ1.

Эквивалентная добротность контура должна удовлетворять условиям:

,. (3.4.114).

Выбираем .

(3.4.115).

Для выбранных n и в худших точках диапазона производим контрольный расчет показателей.

. (3.4.116).

Аналогичный расчет произведем для диапазона КВ2.

(3.4.117).

Определяем минимальную допустимую добротность, обеспечивающую заданную избирательность по зеркальному каналу.

(3.4.118).

Где.

(3.4.119).

для диапазона КВ2. Эквивалентная добротность контура должна удовлетворять условиям:

,. (3.4.120).

Выбираем .

. (3.4.121).

Для выбранных n и в худших точках диапазона производим контрольный расчет показателей.

. (3.4.122).

Аналогичный расчет произведем для диапазона КВ3.

(3.4.123).

Определяем минимальную допустимую добротность, обеспечивающую заданную избирательность по зеркальному каналу.

(3.4.124).

Где.

(3.4.125).

для диапазона КВ3.

Эквивалентная добротность контура должна удовлетворять условиям:

,. (3.4.126).

Выбираем .

. (3.4.127).

Для выбранных n и в худших точках диапазона производим контрольный расчет показателей.

. (3.4.128).

Аналогичный расчет произведем для диапазона КВ4.

(3.4.129).

Определяем минимальную допустимую добротность, обеспечивающую заданную избирательность по зеркальному каналу.

(3.4.130).

Где.

(3.4.131).

для диапазона КВ4.

Эквивалентная добротность контура должна удовлетворять условиям:

,. (3.4.132).

Выбираем .

. (3.4.133).

Для выбранных n и в худших точках диапазона производим контрольный расчет показателей.

. (3.4.134).

Аналогичный расчет произведем для диапазона КВ5.

(3.4.135).

Определяем минимальную допустимую добротность, обеспечивающую заданную избирательность по зеркальному каналу.

(3.4.136).

Где.

(3.4.137).

для диапазона КВ5.

Эквивалентная добротность контура должна удовлетворять условиям:

,. (3.4.138).

Выбираем .

. (3.4.139).

Для выбранных n и в худших точках диапазона производим контрольный расчет показателей.

. (3.4.140).

3.5 Проектирование избирательной системы тракта промежуточной частоты Избирательную систему тракта промежуточной частоты построим при помощи пьезокерамического фильтра (ПКФ), который при небольших габаритах и массе обеспечивает высокую избирательность по соседнему каналу. Выберем из таблицы 3.3 стандартный ПКФ — ПФ1П-2. Он имеет следующие параметры:

— полоса пропускания на уровне -6дБ — 8,5…12,5 Кгц;

— избирательность при расстройке 9 кГц — 40 дБ;

— коэффициент передачи ПКФ на средней частоте полосы пропускания, не менее -8 дБ;

— сопротивление источника сигнала ;

— сопротивление нагрузки ;

— неравномерность коэффициента передачи в полосе пропускания не превышает 2 дБ.

Но этот фильтр не обеспечивает в полной мере требуемую избирательность по соседнему каналу. Недостающую избирательность сформируем при помощи добавления двух настроенных каскадов. Сделаем их более широкополосными.

. (3.5.141).

С учетом допустимого подавления полосы сигнала на 8дБ, и ослабления ПКФ на краях полосы на 6дБ выбираем для заданного значения значение обобщенной расстройки на краях полосы пропускания о=0,56. Вычисляем необходимую добротность.

(3.5.142).

.

Так как-то принимаем .

(3.5.143).

Тогда по графику определяем избирательность по соседнему каналу.

3.6 Определение числа каскадов АМ тракта Первоначально определим тип детектора. Используем последовательный диодный детектор с предварительным смещением. Методика определения параметров такого детектора следующая:

— задаемся величиной входного сопротивления тракта НЧ ;

— задаемся величиной сопротивления нагрузки детектора по постоянному току ;

— номинальное сопротивление нагрузки ;

Так как, то необходимо разделить нагрузку. Для этого определим коэффициент передачи разделенной нагрузки.

(3.6.144).

Определим верхнее и нижнее сопротивления разделенной нагрузки:

(3.6.145).

. (3.6.146).

Определим действующее выходное напряжение детектора.

(3.6.147).

где для кремниевых транзисторов.

Определим требуемое усиление до детектора. Поскольку прием осуществляется на наружную антенну, то требуемое усиление рассчитывается по формуле.

(3.6.148).

ДВ диапазон Определяем напряжение на входе первого каскада РВП, мВ:

где.

где E — чувствительность по полю, мВ/м; - действующая высота встроенной антенны, м; - эквивалентная добротность контура ВЦ; m — коэффициент включения первого усилительного прибора в контур ВЦ.

Требуемое усиление на всех диапазонах увеличивается с целью обеспечения производственного запаса.

. (3.6.70).

СВ диапазон Определяем напряжение на входе первого каскада РВП, мВ:

где.

где E — чувствительность по полю, мВ/м; - действующая высота встроенной антенны, м; - эквивалентная добротность контура ВЦ; m — коэффициент включения первого усилительного прибора в контур ВЦ.

Требуемое усиление на всех диапазонах увеличивается с целью обеспечения производственного запаса.

.

КВ1 диапазон КВ2 диапазон КВ3 диапазон КВ4 диапазон КВ5 диапазон Наибольший требуемый коэффициент усиления будет в диапазоне ДВ и СВ, его и примем для расчета числа каскадов.

Требуемое усиление на всех диапазонах увеличивается с целью обеспечения производственного запаса.

(3.6.150).

Определим количество каскадов тракта УПЧ.

Максимальный устойчивый коэффициент усиления:

где Y21 — крутизна транзистора на ПЧ, мА/В;

fпч — промежуточная частота в МГц;

Скб — емкость коллектор-база, пФ.

Расчеты приведены для транзистора КТ315Б.

Наибольший достижимый коэффициент усиления каскада в режиме согласования по мощности:

.

.

Коэффициент передачи преобразователя частоты: .

Тогда требуемое число каскадов УПЧ рассчитываем следующим образом:

.

Число каскадов усиления тракта ПЧ примем равным 3.

3.7 Определение числа каскадов, охваченных схемой АРУ Порядок определения числа каскадов, охваченных схемой АРУ следующий:

— выбираем изменение усиления, практически легко осуществимое в одном каскаде ;

— определяем требуемое изменение коэффициента усиления приемника под действием АРУ.

(3.7.153).

где, .

Определяем необходимое число регулируемых каскадов.

. (3.7.154).

3.8 Предварительное проектирование тракта низкой частоты В качестве усилителя низкой частоты применим интегральную микросхему (ИМС) К174УН14, имеющую следующие параметры:

;; ;; ;; .

После детектора используем усилительный каскад на полевом транзисторе КП307Д с крутизной. В этом каскаде с легкостью можно получить коэффициент усиления 10 раз. Между полевым транзистором и ИМС используем двухполосный пассивный регулятор тембра. Итак, при выходной мощности 3Вт нам необходимо на выходе детектора иметь амплитуду напряжения порядка 50 мВ. В результате предварительного расчета имеем .

4. Электрический расчет диапазона СВ.

4.1 Расчет контура входной цепи Принципиальная схема входной цепи (магнитной антенны) представлена на рисунке 4.1.

Рис. 4.1. Схема входной цепи Определяем индуктивность контура по формуле:

(мкГн), (4.1.1).

где — коэффициент перекрытия диапазона,.

— верхняя граница диапазона СВ, увеличенная с целью обеспечения производственного запаса,.

— максимальная и минимальная емкости контура соответственно.

Далее, по заданной избирательности входной цепи, рассчитываем индуктивность катушки связи:

(мкГн), (4.1.2).

гдеэквивалентное затухание контура, при котором достигается заданная избирательность ВЦ,.

=0.01 — конструктивное затухание контура ненагруженной магнитной антенны,.

=0.8 — коэффициент связи между контуром катушки и катушкой связи.

При индуктивно-емкостной связи со входом каскада УРЧ, при заданном эквивалентном затухании, емкость конденсатора связи определяется уравнением:

(4.1.3).

4.2 Расчет усилителя радиочастоты В качестве УРЧ выбираем схему с включением транзистора с ОЭ. Схема представлена на рис. 4.2.

Рис. 4.2.-Схема каскада УРЧ.

В качестве усилительного элемента выбирается биполярный транзистор с малым коэффициентом шума КТ368А.

Исходные данные для расчета: В; В; мА; мкА;; В; пс; пФ; С.

Ом, (4.2.1).

См. (4.2.2).

Вычисляем :

(мкА). (4.2.3).

Определяем :

(В). (4.2.4).

Определяем :

(мА). (4.2.5).

Рассчитываем :

(Ом), (4.2.6).

откуда выбираем Ом.

Рассчитываем :

(Ом), (4.2.7).

откуда выбираем Ом.

Находим сопротивления делителя (вх.урс.) в цепи питания базы:

(кОм). (4.2.8).

Сопротивления резисторов и :

(кОм), (4.2.9).

откуда выбираем кОм;

(кОм), (4.2.10).

откуда выбираем кОм;

Рассчитываем емкость конденсаторов:

(мкФ), (4.2.11).

откуда выбираем 0.68мкФ;

(нФ), (4.2.12).

откуда выбираем 9нФ.

Разделительные конденсаторы:

(пФ), (4.2.13).

откуда выбираем 27пФ.

Произведём расчёт каскада УРЧ по переменному току.

В качестве избирательной нагрузки каскада УПЧ используем контур, рассчитанный для входной цепи.

Исходные данные:

,, мА/В Определим характеристическое сопротивление контура на крайних частотах поддиапазона:

(4.2.14).

(4.2.15).

Коэффициент включения контура со стороны коллектора, исходя из условия получения максимального устойчивого усиления на максимальной частоте поддиапазона, находим по формуле:

(4.2.16).

где (берём из предварительного расчёта) (4.2.17).

— коэффициент включения контура предыдущего каскада во входную цепь транзистора.

(4.2.18).

Коэффициент включения контура со стороны коллектора исходя из условия получения оптимального согласования на минимальной частоте поддиапазона:

(4.2.19).

Где.

(4.2.20).

Для m₁ принимается меньшее из m_Y и m_ОПТ: m₁=0,065.

Берём индуктивность контура =170мкГн, равную вычисленной для входной цепи. Вычисляем коэффициент подключения m₂:

; (4.2.21).

_..

Для обеспечения требуемого ослабления по зеркальному каналу, выбираем m₂=0,071.

Определяем резонансный коэффициент усиления каскада на максимальной частоте:

; (4.2.22).

.

Эквивалентное затухание каскада на частоте :

; (4.2.24).

;

Рассчитываем напряжение на выходе каскада УРЧ:

; (4.2.25).

мкВ.

4.3 Расчёт сопряжения тракта гетеродина и преселектора Обеспечить сопряжение настроек гетеродина и преселектора — значит сделать так, чтобы при всех положениях ручки настройки приёмника частота гетеродина отличалась от частоты настройки преселектора в большую (верхнее сопряжение) сторону на промежуточную частоту, т. е. чтобы имело место равенство:

Контур гетеродина перестраивается в диапазоне частот:

(4.3.1).

кГц.

(4.3.2).

кГц Контур гетеродина имеет коэффициент перекрытия по частоте:

(4.3.3).

.

отличающийся от коэффициента перекрытия по частоте контура преселектора:

(4.3.4).

Рассчитываем частоты сопряжения:

(4.3.5).

кГц.

(4.3.6).

кГц.

(4.3.7).

кГц При точном сопряжении в трёх точках контур гетеродина выполняется по схеме рис 4.3.

Рис. 4.3. Контур гетеродина Находим вспомогательные коэффициенты:

(4.3.8).

(4.3.9).

(4.3.10).

(4.3.11).

(4.3.12).

(4.3.13).

(4.3.14).

(4.3.15).

Рассчитываем значения емкостей:

(4.3.16).

(4.3.17).

(4.3.18).

(4.3.19).

По ГОСТ выбираем %, %, %.

Произведём проверку правильности выполнения расчета:

(4.3.20).

(4.3.21).

Если расчёт выполнен правильно, то, с небольшой погрешностью, должно выполняться следующее равенство:

(4.3.22).

(4.3.23).

Расчёт проведён правильно.

Рассчитываем индуктивность катушки контура гетеродина:

(4.3.24).

4.4 Расчёт гетеродина Схема гетеродина представлена на рис. 4.4.

Рис. 4.4- Схема гетеродина Выбираем постоянную составляющую тока эмиттера при отсутствии генерации (отсутствия обратной связи) и минимальную амплитуду напряжения эмиттер-база:

.

С уменьшением в преобразователе уменьшается крутизна преобразования. Увеличение сверх 1мА, не давая существенных преимуществ, приводит к нежелательному росту потребления электроэнергии от источника. Уменьшение ведет к уменьшению надежности генерации.

Выбираем и рассчитываем:

(4.4.1).

где — минимальное значение температурного изменения у транзистора.

Рассчитываем:

(4.4.2).

где , — допустимые величины относительных отклонений тока эмиттера.

Рассчитываем внутренние сопротивления:

где — период удвоения тока.

(4.4.3).

Рассчитываем сопротивление цепей питания эмиттера и базы:

(4.4.4).

(4.4.5).

(4.4.6).

По ГОСТ выбираем ,.

Должно выполняться следующее условие:

.

Где.

(4.4.7).

С увеличением растёт и, как следствие, увеличивается сопротивление, вносимое в контур транзистором.

Находим отношение наибольшей амплитуды напряжения на коллекторе к наименьшей амплитуде этого напряжения:

(4.4.8).

где.

(4.4.9).

Находим наибольшее допустимое значение амплитуды коллекторного напряжения:

(4.4.10).

Где.

(4.4.11).

Находим добротность контура с учётом сопротивления, вносимого из цепи эмиттер-база:

(4.4.12).

Находим минимальное значение постоянной составляющей тока эмиттера при наличии генерации:

Определяем наименьшую амплитуду тока коллектора:

(4.4.13).

Минимальное значение эквивалентного сопротивления контура:

(4.4.14).

Где.

(4.4.15).

Коэффициенты включения контура в коллекторную цепь:

(4.4.16).

в эмиттерную или базовую цепь:

(4.4.17).

Определяем индуктивности катушек:

(4.4.18).

(4.4.19).

Должны выполняться условия:

(4.4.20).

(4.4.21).

Принимаем.

%, %.

Находим значения ёмкостей:

(4.4.22).

Выбираем.

%, %.

4.5 Расчет смесителя Рис. 4.5 Схема смесителя сигналов Основные параметры ПКФ ПФ1П-2:

R_г =1,2 кОм;; (4.5.1).

R_н =0,6 кОм; (4.5.2).

где и — характеристические проводимости со стороны соответственно входных и выходных зажимов.

Основные параметры транзистора КТ368:

= 38 мСм, = 1,35 мСм,.

= 20 мкСм, = 0,094 мСм,.

= 63,8 20 мкСм, = 0,94 мСм.

Находим допустимое значение обобщенного показателя связи:

(4.5.3).

(4.5.4).

где = 0,2 .

Рассчитаем значения показателя, характеризующего степень связи входа транзистора смесителя с УРС:

(4.5.5).

(4.5.6).

Где.

= 28,71 (кОм), = 56,36 (кОм), = 0,052, = 0,013.

Показатели связи:

(4.5.7).

(4.5.8).

где q = 1.

Находим наименьшее значение А₂, при котором обратная связь через транзистор по промежуточной частоте еще не оказывает существенного влияния на работу преобразователя:

Где.

= (4.5.9).

Находим наименьшее значение А_2, при котором обратная связь через транзистор на частоте сигнала еще не оказывает существенного влияния на работу преобразователя:

(4.5.10).

Где = 4= (кГц) — полоса пропускания вспомогательного эквивалентного контура и =0.

Находим минимальные значения показателей А₂ и А_{1 сл} :

(4.5.11).

где =1.

Большее из найденных А_{2 ,} А_2ПЧ, А_2с обозначаем А_2о.с: А_{2 о. с} = 29,165.

Большее из , —: = 4.

Большее из, обозначаем А₂: А₂ = 4.

Находим следующие параметры:

1) величину емкости:

(4.5.12).

По ГОСТ выбираем С_к = 2,2 (нФ)±10%.

2) конструктивную добротность:

(4.5.13).

3) коэффициент включения :

(4.5.14).

Находим индуктивность катушки :

(мкГн) (4.5.15).

Принимаем с и находим.

(4.5.16).

. (4.5.17).

Принимаем .

Находим коэффициент усиления преобразователя:

(4.5.18).

где (4.5.19).

b₀ = 8 дБ — собственное затухание фильтра.

Т.к. коэффициент усиления преобразователя не соответствует полученному в ходе предварительного расчёта, то необходимо принять меры по его уменьшению. Для этого нам необходимо уменьшить. Зададимся, т. е. в 5 раз меньше, чем сразу. Т.к., то с уменьшением в 5 раз во столько же увеличится. А исходя из формулы мы видим, что с увеличением растёт. Следовательно уменьшиться в связи с обратно пропорциональной зависимостью и .

Пересчитаем:

4.6 Расчёт тракта УПЧ Исходными данными к расчёту тракта УПЧ является: количество каскадов тракта УПЧ; вид избирательной системы; добротности избирательных систем, обеспечивающих заданное подавление соседнего канала при заданном подавлении полосы пропускания; коэффициент усиления каскада УПЧ.

Схема 1-го каскада УПЧ представлена на рис. 4.5.

Рис. 4.6.1 Схема 1-го каскада УПЧ.

Рассчитаем параметры избирательной системы.

Эквивалентная добротность тракта (по полосе пропускания), обеспечивающая заданное подавление соседнего канала, равна .

По таблицам находим для заданного типа избирательной систем (одиночный резонансный контур) вспомогательные величины:

;

.

Эквивалентное затухание контура:

. (4.6.1).

Абсолютные отклонения емкостей транзистора КТ315Б равны:

;

.

Тогда минимально допустимая эквивалентная ёмкость рассчитывается следующим образом:

. (4.6.2).

Определяем индуктивность контурной катушки:

. (4.6.3).

Пологая собственное затухание контуров равным, находим проводимости g и :

; (4.6.4).

. (4.6.5).

Рассчитываем N и М:

; (4.6.6).

. (4.6.7).

Определяем коэффициенты включения контурной катушки с цепью коллектора и последующего каскада соответственно:

; (4.6.8).

. (4.6.9).

Полагая монтажные и паразитные ёмкости равными:

.

находим ёмкость в контуре:

. (4.6.10).

Выбираем ёмкость из стандартного ряда: .

(4.6.11).

Рассчитаем сопротивления резисторов и ёмкости конденсаторов, обеспечивающих режим работы транзистора.

Принимаем падение напряжения на резисторе фильтра и находим его сопротивление.

. (4.6.12).

Определяем ёмкость конденсатора :

. (4.6.13).

Принимаем .

Вычисляем напряжение на эмиттерном сопротивлении:

. (4.6.14).

Ток базы:

. (4.6.15).

Вычисляем сопротивление резистора :

. (4.6.16).

Определяем ёмкость конденсатора :

. (4.6.17).

Принимаем .

Положим. Тогда:

. (4.6.18).

Ток через делитель в цепи базы:

. (4.6.19).

Тогда сопротивления в цепи базы рассчитываются следующим образом:

; (4.6.20).

. (4.6.21).

Сопротивления резисторов делителя базы выбираем из стандартного ряда сопротивлений:

;

.

Характеристическое сопротивление контура :

(4.6.22).

Резонансный коэффициент усиления:

(4.6.23).

Расчёт второго каскада аналогичен.

Рассчитаем 3-й каскад УПЧ.

Рассчитаем параметры избирательной системы.

Т.к. каскад должен быть широкополосным, то добротность избирательной системы должна быть малой. Пусть .

По таблицам находим для заданного типа избирательной систем (одиночный резонансный контур) вспомогательные величины:

;

.

Эквивалентное затухание контура:

. (4.6.24).

Тогда минимально допустимая эквивалентная ёмкость рассчитывается следующим образом:

. (4.6.25).

Определяем индуктивность контурной катушки:

. (4.6.26).

Пологая собственное затухание контуров равным, находим проводимости g и :

; (4.6.27).

. (4.6.28).

Рассчитываем N и М:

; (4.6.29).

. (4.6.30).

Определяем коэффициенты включения контурной катушки с цепью коллектора и детектором соответственно:

; (4.6.31).

. (4.6.32).

Полагая монтажные и паразитные ёмкости равными:

.

Находим ёмкость в контуре:

. (4.6.33).

Выбираем ёмкость из стандартного ряда: .

(4.6.34).

Расчет по постоянному току такой же как и для 1-го каскада УПЧ.

Характеристическое сопротивление контура :

(4.6.35).

Резонансный коэффициент усиления:

(4.6.36).

4.7 Расчёт АМ детектора В качестве амплитудного детектора был выбран последовательный диодный детектор, работающий в режиме линейного детектирования, т.к. он имеет относительно большое входное сопротивление.

Схема детектора представлена на рис. 6.

Рис. 6. Схема последовательного детектора.

Исходные данные для электрического расчёта:

— Напряжение несущей на входе детектора: .

— Максимальный коэффициент модуляции: m=0.8.

— Диапазон модулирующих частот: 80…5000Гц Выбираем диоды с малы внутренним сопротивление, малой ёмкостью и большим обратным сопротивлением:

Д9Б:;; .

Определяем требуемое входное сопротивление детектора:

. (4.7.1).

Сопротивление нагрузки:

. (4.7.2).

Эквивалентная ёмкость нагрузки детектора:

(4.7.3).

Рассчитываем сопротивления резисторов, :

(4.7.4).

Выбираем .

. (4.7.5).

Выбираем.

Определяем ёмкости конденсаторов:

(4.7.6).

где — ёмкость монтажа.

(4.7.7).

Выбираем .

(4.7.8).

Выбираем .

4.8 Расчёт схемы АРУ Согласно результата предварительного проектирования, системой АРУ следует охватить 3 каскада: УРЧ и 2 первых каскада УПЧ.

Будем использовать задержанную АРУ. В приёмнике 0 для системы АРУ применяется отдельный выпрямитель. Схема задержанной АРУ изображена на рисунке 4.8.

Рис. 4.8. Схема задержанной АРУ Выбираем диод выпрямителя АРУ типа Д9 В.

Принимаем. Максимальный коллекторный ток примем равным .

Определяем параметра :

(4.8.1).

Для максимального коллекторного тока принимаем:

;; ;; .

Рассчитаем сопротивление резистора фильтра АРУ:

. (4.8.2).

Выбираем .

Емкость фильтра конденсатора:

. (4.8.3).

Выбираем .

Коэффициент управления:

. (4.8.4).

Полагаем. Коэффициент передачи цепи управления равен .

(4.8.5).

Возьмем.

(4.8.6).

(4.8.7).

(4.8.8).

(4.8.9).

Устойчивый коэффициент усиления:

. (4.8.10).

Вычисляем коэффициенты включения с коллектором транзистора:

. (4.8.11).

Находим необходимую проводимость на выходе транзистора:

. (4.8.12).

Коэффициент включения с детектором:

. (4.8.14).

При этих коэффициентах включения для максимального регулирующего напряжения будем иметь:

. (4.8.15).

Минимальный коэффициент усиления каскада:

(4.8.16).

что больше устойчивого.

Снизим коэффициент включения:

. (4.8.17).

Глубина регулировки для УРЧ (таблица 11−12[4]):

(4.8.18).

(4.8.19).

Для первого каскада УПЧ:

(4.8.20).

Для второго каскада УПЧ:

(4.8.21).

Глубина регулирования всей системы АРУ:

. (4.8.22).

Таким образом, рассчитанная система АРУ обеспечивает заданную глубину регулирования усиления приёмника.

5. Поверочный расчет на ЭВМ Произведем поверочный расчет 3-го каскада УПЧ. Данная схема промоделирована в Micro-Cap.

Рис. 5.1. — схема 3-го УПЧ Рис. 5.2. — зависимость U_вых от частоты.

6. Конструктивный расчет магнитной антенны Входная цепь с магнитной антенной обычно является входным контуром приемника. Она содержит конденсатор и катушку индуктивности, внутри которой помещен магнитный стержень. Такого типа магнитная антенна при правильном ее исполнении сравнима по эффективности со штыревой антенной высотой 1−2 метра.

Для уменьшения длины соединительных проводов магнитную антенну необходимо устанавливать как можно ближе к входному каскаду приемника. Вблизи от антенны не должно быть короткозамкнутых витков.

Закреплять антенну необходимо в держателях с мягкими прокладками. Во избежание увеличения собственной емкости магнитная антенна должна быть удалена от шасси на расстояние не менее 3 см, а также максимально удалена от трансформаторов и электродинамического громкоговорителя.

1. Из таблицы 11.5 выбираем тип и размеры сердечника антенны:

, µ=1000 с граничной частотой f_гр=2Мгц.

2. По графику рис. 11.9 при µ=1000 и определяем эффективную магнитную проницаемость сердечника .

3. Ориентировочное значение действующей магнитной проницаемости антенны.

(6.1).

4. Ориентировочная расчетная индуктивность антенной катушки.

(6.2).

5. Вибираем вид намотки катушки антенны — однослойная сплошная намотка на каркасе диаметром D=9мм.

6. Вибираем для намотки провод типа ПЭВ-2, для которого d=0.25 мм, do=0.3, .

7. Число витков на один сантиметр длины намотки.

(6.3).

8. Вспомогательный параметр

(6.4).

9. По графику рис. 11.6 и значению определяем точку, для которой .

10. Длина намотки.

(6.5).

11. Число витков намотки.

(6.6).

12. Действующая высота антенны.

(6.7).

13. Величины вспомогательных коэффициентов.

(6.8).

электрический приемник антенна частота По графику рис. 11.11. и отношению получается, по графику рис. 11.12. и отношению получается .

14. Точное значение действующей магнитной проницаемости антенны.

(6.9).

5. Тоочная расчетная индуктивность антенной катушки.

(6.10).

(6.11).

(6.12).

По графику 5.7 находим a'=5мм.

Для магнитной антенны принимают :

Заключение

В данном курсовом проекте согласно заданию разработали радиовещательный переносной приемник нулевой группы сложности.

Произвели расчет основных качественных показателей и полный электрический расчет блоков приемника для диапазона СВ. Выполнили конструктивный расчет магнитной антенны.

Разработанный РВП отвечает требованиям технического задания и обеспечивает необходимую чувствительность, избирательность и диапазон воспроизводимых частот.

Литература

Окулич Н. И. Методическое пособие по курсовому проектированию по курсу «Радиоприемные устройства» (предварительное проектирование радиовещательных приемников)./ Под редакцией Б. М. Богдановича. -Мн.: МРТИ, 1986 г.

Сиверс А. П. Проектирование радиоприемных устройств. -М., Сов. Радио, 1976 г.

Екимов В. Д. Павлов К.М. Проектирование радиоприемных устройств. -М., Связь, 1968 г.

Бобров Н. В. Расчет радиоприемников. -М., Радио и Связь, 1981 г.

Музыка З. Н., Пустовалов В. Е., Синицкий Б. Г. Расчет высокочастотных каскадов радиоприемных устройств на транзисторах. -М., Энергия, 1975 г.