Расчет радиоприемного устройства

1. Предварительный расчет приемного устройства

1.1 Выбор структурной схемы В настоящее время приемники в связи с высокими требованиями к их характеристикам стояться по схеме супергетеродина т.к. это позволяет снизить изменение основных показателей радиотракта при перестройке и упростить сам процесс перестройки.

Поэтому для проектирования РПУ с заданными в ТЗ характеристиками была выбрана супергетеродинная схема с одним преобразованием частоты.

Использование только одного преобразования частоты объясняется тем что требования по ослаблению зеркального канала невелики, что позволяет при выборе более низкой промежуточной частоты и увеличении числа фильтрующих систем преселектора добиться выполнения требований ослабления, как по соседнему, так и по зеркальному каналу.

Для большого перекрытия по диапазону применим конденсаторы переменной емкости с воздушным диэлектриком.

1.2 Определение числа поддиапазонов Определим отношение максимальной заданной частоты всего диапазона к минимальной:

.

Т.к. работа РПУ будет вестись на коротких волнах, осуществим разбивку на поддиапазоны с равными коэффициентами перекрытия, выбрав .

Определим число диапазонов:

.

Таким образом число диапазонов N=4

Длина поддиапазона равна:

Гц.

Разбивая весь диапазон на поддиапазоны с учетом перекрытия по частоте, равным 2%, получаем:

1 поддиапазон 1 -2,8 МГц,

2 поддиапазон 2,75 — 5,7 МГц,

3 поддиапазон 5,5 — 8,5 МГц,

4 поддиапазон 8,25 — 12 МГц,

1.3 Расчет чувствительности приемника Рассчитаем чувствительность РПУ.

где К — постоянная Больцмана,

Т — абсолютная температура, равная 300 К, Ом — внутреннее сопротивление антенны,

— коэффициент шума РПУ,

— превышение мощности сигнала над мощностью шумов на выходе РПУ, кГц — полоса пропускания РПУ.

После подстановки получаем:

мкВ, получившаяся чувствительность ниже заданной.

1.4 Выбор промежуточной частоты и определение структуры преселектора Предварительный выбор промежуточной частоты необходим для того, чтобы выполнить требования к подавлению зеркального канала. При этом определяется число контуров преселектора.

Зависимость подавления зеркального канала от величины промежуточной частоты выглядит следующим образом:

где — эквивалентная добротность нагруженных контуров преселектора, — промежуточная частота, — максимальная частота принимаемого сигнала, n — число контуров преселектора.

При заданном =60дБ=1000раз можно найти нижнюю границу значения промежуточной частоты:

где .

Примем =75, n=2. Тогда

и МГц.

Промежуточная частота попадает в диапазон рабочих частот, поэтому для снижения ее значения увеличим число контуров и примем его равным n=3.

В этом случае получаем:

и кГц.

Получившееся значение минимальной промежуточной частоты позволяет выбрать кГц и воспользоваться стандартным фильтром сосредоточенной селекции.

Преселектор будет иметь следующий вид: одноконтурная входная цепь и УРЧ с нагрузкой в виде двух резонансных контуров с внешнеемкостной связью.

1.5 Определение структуры тракта промежуточной частоты Основной задачей тракта промежуточной частоты является обеспечение избирательности по соседнему каналу.

В современных РПУ тракт промежуточной частоты выполняется либо по схеме с сосредоточенной избирательностью, либо по схеме с распределенной избирательностью.

Так как выбранная промежуточная частота попадает в ряд стандартных значений то воспользуемся готовым фильтром промежуточной селекции.

Это фильтр ЭМФД со следующими характеристиками:

1.6 Предварительный расчет коэффициента усиления В радиовещательных транзисторных РПУ, где для детектирования амплитудно-модулированных сигналов обычно используется диодный детектор. Для качественного детектирования на входе детектора должно быть напряжение В. Поэтому общий коэффициент усиления линейного тракта РПУ при заданной чувствительности составит

.

Произведем примерный расчет коэффициента усиления по каскадам РПУ:

, ,, тогда

т.е. потребуется два дополнительных усилителя в тракте промежуточной частоты.

1.7 Выбор типа усилительных проборов В современных радиоприемных устройствах в качестве усилительных приборов используются как транзисторы (биполярные и полевые), так и микросхемы.

Для расчета РПУ были использованы биполярные и полевые транзисторы.

Для расчета УРЧ и УПЧ — КТ382Б с параметрами:

мА МГц В пФ мСм пФ мСм См См Для расчета смесителя — КП303Г с параметрами:

мА

В

2. Подробный расчет радиоприемного устройства

2.1 Расчет входной цепи Входная цепь, как составная часть преселектора РПУ, в значительной мере определяет его электрические характеристики по чувствительности и избирательности.

Так как требуется работа в широком диапазоне то входная цепь должна работать в режиме ненастроенной антенны. При этом входная цепь проектируется так, чтобы обеспечить передачу из антенны на вход первого каскада возможно большего напряжения сигнала.

Для того чтобы осуществить прием сигнала в достаточно широком диапазоне была выбрана схема одноконтурной входной цепи с электрической штыревой антенной.

Выберем для входного контура конденсатор переменной емкости с пФ и пФ.

Определим необходимую дополнительную емкость схемы, которая включается параллельно переменному конденсатору:

пФ, где — коэффициент перекрытия диапазона.

Найдем емкость дополнительного конденсатора с учетом емкости монтажа пФ и влияния входной емкости усилительного прибора УРЧ :

пФ,

где пФ,

n=0,6 — коэффициент включения транзистора УРЧ во входную цепь.

Определим минимальную эквивалентную емкость контура:

пФ.

Тогда индуктивность входного контура:

мкГн.

Коэффициент включения антенны найдем по следующей формуле:

.

Найдем индуктивность катушки связи с антенной:

где Ксв = 0,1; мкГн.

Рассчитаем резонансный коэффициент передачи входной цепи:

где — эквивалентная добротность контура,

пФ — эквивалентная емкость антенны (м — длина штыря)

2.2 Расчет усилителя радиочастоты В данной работе в качестве усилителя радиочастоты используется схема на биполярном транзисторе с общим эмиттером, которая обеспечивает в рабочем диапазоне частот наибольшее усиление полезного сигнала. Нагрузкой усилителя является резонансная система из двух контуров с внешнеемкостной связью.

Такой тип связи позволит упростить регулировку связи между контурами и уменьшить габариты прибор Номиналы емкостей Ск1, Ск2, Сдоп1, Сдоп2, и индуктивностей Lк1, Lк2 возьмем такими же как и во входной цепи.

Для начала рассчитаем элементы УРЧ по постоянному току. Выберем ЕП=9 В. Зададим ток коллектора Iк = 3 мА, тогда ток базы будет:

мкА.

Ток делителя ,

мА.

UR3 обычно равно 0,1•Еп; т.к. Еп = 9 В, соответственно, UR3 = 0,9.

Тогда ,

Ом.

Рассчитаем делитель напряжения:

.

Таким образом, КОм,

Ком.

Рассчитаем емкость Cбл:

пФ.

Рассчитаем характеристическое сопротивление контура:

Ом.

Определим коэффициент включения в контур транзистора УРЧ:

где =0,013 — эквивалентное затухание контура УРЧ, =0,01 — собственное конструктивное затухание контура, кОм — выходное сопротивление транзистора УРЧ.

Из соотношения

где m и n — коэффициенты включения предыдущего и последующего каскадов соответственно в систему контуров, — проводимость контура, и — входная и выходная проводимость транзисторов последующего и предыдущего каскадов, определим коэффициент включения транзистора последующего каскада в систему контуров:

Рассчитаем проводимость контура:

мСм.

Тогда коэффициент включения:

.

Определим минимальные эквивалентные емкости контуров, полагая, что в каждый контур вносятся емкости только с одной стороны:

пФ, пФ, где ==3 пФ — собственная емкость катушки индуктивности.

Результирующие затухания контуров, учитывая вносимые в каждый контур затухания только с одной стороны, будут равны:

.

Выберем связь между контурами критической, т.к. при этом обеспечивается минимальные искажения сигнала при максимальных значениях полосы пропускания, избирательности и коэффициента передачи. Т. е. .

Рассчитаем необходимый коэффициент связи между контурами:

.

Определим емкость контура внешнеемкостной связи:

пФ.

Т.к. Ссв соизмерима с емкостью монтажа, то применим неполную внешнеемкостную связь, подключив Ссв автотрансформаторно к обоим контурам с коэффициентом включения

Тогда

пФ.

Резонансный коэффициент усиления УРЧ:

где — крутизна транзистора.

Рассчитаем устойчивый резонансный коэффициент усиления

где Ку — коэффициент запаса устойчивости, обычно равный 0,8

Т.к. резонансный коэффициент усиления получился больше устойчивого, то для повышения эквивалентной добротности контура уменьшим коэффициенты включения до 0,1, а до 0,05. Тогда получаем:

Теперь условие выполняется.

2.3 Выбор схемы преобразователя частоты При выборе схемы преобразователя частоты задаются следующими требованиями:

— возможно больший коэффициент передачи при преобразовании;

— минимальный уровень шумов, вносимых преобразователем в тракт приемника;

— высокая стабильность работы гетеродина;

— минимальное просачивание энергии гетеродина в смеситель.

Исходя из подобных соображений, в данном курсовом проекте был выбран преобразователь частоты с внешним гетеродином, выполненный по схеме с общим истоком.

Кроме того, использование внешнего гетеродина позволит

— уменьшить взаимосвязь между входом контура преобразователя и контуром гетеродина;

— повысить стабильность работы гетеродина;

— облегчить настройку контуров;

— уменьшить просачивание энергии гетеродина в антенну;

— исключить непосредственную связь контура гетеродина с сигнала.

Так как транзистор должен работать в нелинейном режиме то выберем рабочую точку по ВАХ из справочника исходя из этих требований.

Пусть UСИ=2 В тогда IC=5,3мА при UЗИ=0 и UГ=1В

R4 возьмем равным 1МОм Потерями в колебательном контуре по постоянному току пренебрежем Найдем R5

Возьмем CК=10 нФ исходя из этого по формуле Томпсона найдем LК.

мкГн Рассчитаем характеристическое сопротивление контура:

Ом.

Найдем резонансное эквивалентное сопротивление контура.

Ом Рассчитаем коэффициент усиления по формуле:

Где m — коэффициент включения следующего каскада в контур, возьмем m=0,9

2.4 Расчет усилителей промежуточной частоты Сначала найдем необходимый коэффициент усиления

Таким образом, необходимо 3 каскада УПЧ два из которых будут апериодическими усилителями, а последний резонансным усилителем.

Расчет апериодического УПЧ:

В этом каскаде будем использовать транзистор КТ382Б в схеме с общим эмиттером для получения максимального коэффициента усиления. Нагрузкой будет являться входное сопротивление следующего каскада.

Для начала рассчитаем элементы по постоянному току. ЕП=9 В, Iк = 3 мА, тогда ток базы будет:

мкА.

Ток делителя ,

мА.

UR8 обычно равно 0,1•Еп; т.к. Еп = 9 В, соответственно, UR8 = 0,9.

Тогда ,

Ом.

Рассчитаем делитель напряжения:

.

Таким образом, КОм,

Ком.

Рассчитаем емкость Cбл:

пФ.

где Y21 — крутизна транзистора, а RН — входное сопротивление следующего каскада аналогичного данному.

Т.е. а RН =Rб1 Rб2 и Rвх транзистора включенные параллельно друг с другом

Ом

Rб1=5кОм, Rб2=28кОм Тогда RН =200 Ом Второй каскад УПЧ полностью совпадает с первым по характеристикам.

Расчет резонансного УПЧ:

Расчет по постоянному току такой же, как у апериодического усилителя.

Возьмем CК=5 нФ исходя из этого по формуле Томпсона найдем LК.

мкГн Рассчитаем характеристическое сопротивление контура:

Ом.

Найдем резонансное эквивалентное сопротивление контура.

Ом Определим коэффициент включения транзистора в контур:

Коэффициент включения детектора в контур n возьмем равным 0,8.

Рассчитаем резонансный коэффициент усиления по формуле:

Рассчитаем устойчивый резонансный коэффициент усиления где Ку — коэффициент запаса устойчивости, обычно равный 0,8

Т.к. резонансный коэффициент усиления получился больше устойчивого, то уменьшим коэффициент включения детектора до 0,1. Тогда получаем:

Теперь условие выполняется.

Проверим выполнение условия

Условие выполняется необходимый коэффициент усиления получен.

2.5 Выбор схемы детектора В современных транзисторных приемниках для детектирования непрерывных амплитудно-модулированных сигналов используют диодные и транзисторные детекторы.

Наибольшее распространение получили детекторы на полупроводниковых диодах из-за малых габаритов и меньших нелинейных искажений сигнала, обусловленных достаточно протяженным линейным участком детекторной характеристики.

В данном курсовом проекте была применена схема последовательного диодного детектора с раздельной нагрузкой, т.к. она

— обладает относительно высоким входным сопротивлением;

— обеспечивает лучшую (по сравнению с параллельной схемой) фильтрацию напряжения промежуточной частоты.

В детекторе будем использовать диод ГД403А как рекомендованный для использования в качестве детектора АМ сигналов в радиоприемных устройствах Обычно

RВХ.УНЧ для транзисторных приемников примерно 5…30кОм Обычно ;

Зададимся RН=3кОм тогда RН1=560Ом RН=2,4кОм Также обычно принимают пФ Таким образом пФ

Заключение

В данном курсовом проекте произведен расчет структурной схемы приёмника АМ-сигналов УКВ диапазона, а также произведен подробный расчет схемы электрической принципиальной преселектора и усилителя промежуточной частоты проектируемого приемника. Приемник обеспечивает ослабление по зеркальному каналу — 60 дБ, по соседнему каналу — 60 дБ. Чувствительность 10 мкВ при отношении сигнал/шум 10 дБ, диапазон частот 1 — 12 МГц, напряжение питания 9 В.

приемник сигнал частота преселектор

Список литературы

приемник сигнал частота преселектор Аржанов В. А. Устройства приема и обработки сигналов: Учеб.-метод. пособие. — Омск: Изд-во ОмГТУ, 2000. — 68 с.

Аржанов В. А, Науменко А. П. Проектирование устройств приема радиосигналов: Учебное пособие.- Омск: Изд-во ОмГТУ, 1998.-136 с.

Головин О.В. и др. Радиоприемные устройства: — Учеб для техникумов.-М.:Высш. Шк., 1987. 440 с.:ил.

ГОСТ 12 252–86. Радиостанции с угловой модуляцией сухопутной подвижной службы. — М.: Изд-во стандартов, 1986. — 51 с.

ГОСТ 16 019–78. Требования по устойчивости к механическим и климатическим воздействиям и методы испытаний. — М.: Изд-во стандартов, 1978. — 23 с.

Женатов Б. Д. Курсовое и дипломное проектирование. Методические указания для студентов специальности 201 200. — Омск: Изд-во ОмГТУ, 1997. — 40 с.

Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник / К. М. Брежнева, Е. И. Гантман, Т. И. Давыдова и др. Под ред.Б. Л. Перельмана.? М.: Радио и связь, 1981.? 656 с.

Цыкин Г. С. Усилительные устройства:-Связь:1971.-366 с.