Расчет радиоприемного устройства КВ диапазона (31 м)

Курсовой проект на тему: «Расчёт радиоприёмного устройства КВ диапазона (31 м)»

Техническое задание

1. Диапазон принимаемых частот — КВ (9.5 — 9.775 МГц)

2. Максимальная чувствительность — при =50 мВт, не хуже 50 мкВ

3. Реальная чувствительность — не хуже 100 мкВ

4. Избирательность по соседнему каналу — не менее 40 дБ

5. Избирательность по зеркальному каналу — не менее 20 дБ

6. Действие АРУ — при изменении напряжения сигнала на входе РпрУ 30 дБ, изменение уровня выходного сигнала не более 4 дБ

7. Полоса воспроизводимых звуковых частот 100 — 3550 Гц

8. Чувствительность со входа УНЧ — не менее 0.25 В

9. Номинальная выходная мощность при коэффициенте гармоник не более 4% - 4Вт

10. Эквивалентная схема штыревой антенны — конденсатор ёмкостью 80 пФ

Радиоприёмное устройство — это система узлов и блоков, предназначенных для выделения полезного радиосигнала из совокупности поступивших от приёмной антенны электромагнитных колебаний, усиление и преобразование сигналов к виду, необходимого для нормальной работы оконечных устройств.

Сложность и многообразие различных радиотехнических систем, в которых используется приёмные устройства, привели к развитию различных ветвей этой области радиоэлектроники. В основном, это все более расширяющееся применение интегральных схем и, использование цифровой техники не только для управления и регулирования, но и для передачи сигналов. Вид принимаемых сигналов и характер переносимой информации в значительной степени зависят от назначения радиотехнической системы.

В основном, при обработке сигналов в электрических звуковых устройствах, стремятся по возможности более полно сохранить содержащуюся в сигналах информацию, при этом объективная оценка качества звукотехнических устройств осуществляется по следующим основным показателям:

— линейные искажения (неравномерность амплитуднои фазочастотной характеристик),

— нелинейные искажения и паразитная модуляция (появление новых составляющих в частотном спектре сигнала, вариации уровня и частоты подаваемых сигналов — детонация),

— относительный уровень помех (отношение сигнал / помеха) и так далее.

Совершенствующиеся методы анализа тех или иных явлений позволяют определять причины, приводящие к искажениям при передаче, приеме и воспроизведении сигналов. Решающую роль при проектировании устройств играют расчеты и моделирование на ЭВМ, а при конструировании — машинное проектирование, а также испытания полученного устройства. Только благодаря новым методам и средствам измерений стало возможным объективное подтверждение самых различных эффектов, предсказуемых на основе расчетов.

Радиовещание является одной из областей массовой технологической деятельности, при которой средствами электроники осуществляется обработка, накопление и распространение в электрической форме сигналов звукового диапазона частот. Современное радиовещание направлено на удовлетворение потребностей человека в знаниях, культуре, образовании. Благодаря повсеместному распространению радоиоприемных устройств в сочетании со средствами массовой аудиовизуальной информации и коммуникации формируется та содержательная часть окружающей человека искусственной акустической среды, которая оказывает, как правило, позитивное рациональное и эмоциональное воздействие на людей.

Основными показателями качества радиоприемника являются

Чувствительность радиоприемника — мера способности обеспечивать прием слабых сигналов (ГОСТ 24 375−80) или минимальный уровень принимаемого сигнала, при котором переданная информация (программа) воспроизводится удовлетворительно. Критерий качества воспроизведения программы устанавливается в зависимости от вида принимаемых сигналов. Так, для приема радиовещательных программ и телефонной радиосвязи критерием, для приема радиовещательных программ и телефонной радиосвязи критерием качества является соотношение мощностей или напряжений сигнала и внутреннего шума на выходе приемника. Чувствительность может быть выражена напряжением или мощностью сигнала на входе приемника или напряженностью поля (для приемников с внутренней антенной).

Чувствительность, ограниченная шумами, — чувствительность при заданных выходной мощности, отношении сигнал/шум на выходе и параметрах сигналах на входе. Для радиовещательных приемников установлена стандартная (испытательная) выходная мощность Р_ст =50 мВт (для приемников с номинальной выходной мощностью Р_ном < 50 мВт) и 5 мВт (для приемников с Р_ном < 150 мВт). Отношение сигнал/шум должно быть не менее 20 дБ при приеме сигналов с АМ и не менее 26 дБ при приеме сигналов с ЧМ. При намерении чувствительности используется сигнал с АМ глубиной 30% или с ЧМ (девиация частоты составляет 30% максимальной). Частота модуляции 400 или 1000 Гц.

Селективность (избирательность) приемника — способность отделять полезный сигнал от мешающих сигналов побочных каналов приема. Количественной мерой селективности служит относительная интенсивность мешающих сигналов, при которой их влияние на чувствительность и качество воспроизведения сообщения становится больше допустимого предела. Селективность выражают в децибелах.

Различают односигнальную и многосигнальную селективности. Односигнальная (линейная) селективность определяется при неодновременном действии полезного и мешающего сигналов, уровни которых недостаточны для того, чтобы вызвать нелинейные явления. Ее характеризуют следующие параметры приемника:

а) односигнальная селективность по соседнему каналу (канал приема, имеющий наименьшую возможную для принятой системы радио вещания или связи расстройку по отношению к основному каналу);

б) односигнальная селективность по зеркальному каналу (канал,

смещенный относительно основного на удвоенную промежуточную частоту в сторону частоты гетеродина);

в) односигнальная селективность по промежуточной частоте;

г) односигнальная селективность по другим побочным каналам

приема, которые могут образоваться на частотах /" - (т/_г — /_пр) / я,

где т и п — любые целые числа; /_г — частота гетеродина; /_пр ;

промежуточная частота.

Двухсигнальная селективность отражает влияние нелинейных явлений в тракте приемника до демодулятора и определяется при одновременном действии полезного и мешающего сигналов.

Характеристика частотной селективности приемника — зависимость селективности от расстройки мешающего сигнала.

1. Предварительная расчётная часть

1.1 Выбор и расчёт блок-схемы приёмника

При проектировании профессионального радиоприёмника КВ диапазона выберем супергетеродинную блок-схему приёмника, которая представлена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 — Структурная схема КВ приемника

Данный выбор основан на том, что радиоприемники такого типа обладают следующими достоинствами:

1. Входное устройство и усилитель радиочастоты осуществляют предварительную селекцию сигнала, что способствует уменьшению искажение радиоприемного устройства.

2. Обладают высокой избирательностью по соседнему каналу.

3. Малая зависимость полосы пропускания радиоприемного устройства от принимаемого сигнала.

4. Обладают достаточно малыми собственными шумами.

5. Малое количество одновременно перенастраевамых контуров по сравнению с радиоприемными устройствами прямого усиления и так далее.

1.2 Расчёт полосы пропускания приёмника

приемник пропускание преселектор гетеродин

Полоса пропускания до детектора и форма амплитудно-частотной характеристики в пределах полосы частот принимаемого сигнала должны удовлетворять требованиям допустимых искажений. Необходимая полоса пропускания определяется реальной шириной спектра частот принимаемого сигнала Дf_с и запасом по полосе пропускания Дf_зап, зависящая от нестабильностей частот принимаемого сигнала и гетеродина приемника, а также от погрешности при настройке отдельных контуров. Полоса пропускания определяется по следующей формуле (1.1).

Определим ширину спектра звуковой частоты по формулам, соответствующим типу сигнала.

Для телефонного сигнала ширина спектра определяется по формуле (1.2).

Гц.

Для телеграфного сигнала при тональной модуляции ширина спектра определяется по формуле (1.3).

Для телеграфного сигнала без тональной модуляции ширина спектра определяется по формуле (1.4).

Таким образом, согласно исходным данным ширина спектра воспроизводимых звуковых частот равно .

Определим нестабильность воспроизводимой частоты по формуле (1.5).

Принимаем значение относительной нестабильности несущей частоты сигнала b_Н = 0, так как мы не учитываем нестабильность частоты, связанной с нестабильностью передаваемого сигнала радиостанцией и девиацией частоты при распространении принимаемого сигнала в пространстве. В связи с тем, что сейчас производится предварительный расчет радиоприемного устройства, устанавливаем нестабильность частоты кварцевого гетеродина приёмника b_Г = 10^-5 и нестабильность частоты при прохождении сигнала через прямой канал b_ПК = 0 (используется линейная вольтамперная характеристика нелинейных элементов).

Исходя из выше сказанного, формула (1.5) преобразуется в формулу (1.6).

Гц.

Таким образом, запас по промежуточной частоте составляет:

.

Исходя из формулы (1.1) определяем полосу пропускания приемника.

Гц.

приемник пропускание преселектор гетеродин

1.3 Выбор промежуточной частоты радиоприемника

Для радиоприемников промежуточная частота трактов сигналов с АМ и ЧМ установлены ГОСТами. При выборе, необходимо руководствоваться следующим правилам:

а) промежуточная частота должна быть вне диапазона рабочих частот приемника и отстоять как можно дальше от его границ;

б) промежуточная частота выбирается как можно дальше от частот, на которых работают мощные радиостанции;

в) при более высокой промежуточной частоте:

г) при более высокой промежуточной частоте выше селективность по зеркальному каналу и другим побочным каналам приемника;

д) при более низкой промежуточной частоте приемника можно получить:

Определяем минимальное значение промежуточной частоты по формуле (1.7).

Гц.

Исходя из выше сказанных требований и удовлетворяя неравенству (1.8), для коротковолнового диапазона принимаем промежуточную частоту равной 465 кГц.

.

Следовательно .

1.4 Распределение допустимой неравномерности частотной характеристики по каскадам радиоприемника

Основную неравномерность в тракте приема сигнала амплитудной модуляции можно распределить следующим образом:

— входная цепь и усилитель радиочастоты 1ч2 дБ;

— усилитель промежуточной частоты 2ч5 дБ;

— детектор 0,5ч1 дБ;

— усилитель звуковой частоты 3ч4 дБ;

— акустических систем 4 дБ.

Определяем неравномерность частотной характеристики по формуле (1.9).

.

Переведем значение неравномерности частотной характеристики радиоприемного устройства в относительные величины по формуле (1.10).

.

Таким образом, неравномерность частотной характеристики радиоприемного устройства составляет d_П=1,8221.

1.5 Выбор числа контуров преселектора

Так как контуры преселектора приемников перестраиваются, то увеличение их числа очень усложняет приемник (увеличивается число элементов настройки). В начале контуров принимают равным единице, затем находят максимально допустимую добротность контура Q_Э для наименьшей частоты по формуле (1.11).

.

Определим необходимое число контуров преселектора для обеспечения ранее найденной эквивалентной добротности. При расчете нужно учесть, что в практике на КВ диапазоне, добротность контура составляет 60ч100, применим формулу (1.12).

.

Приняв число контуров преселектора N=2, определим, какая равная эквивалентная добротность контура приходится на один контур преселектора по формуле (1.13).

.

Селективность по зеркальному каналу d_З определяется на максимальной частоте диапазона по формуле (1.14).

.

Произведем проверку полученного значения избирательности по зеркальному каналу с заданным, для этого переведем заданное значение d_{З ЗАД (дБ)} в относительные величины по формуле (1.15).

.

Рассчитанная избирательность по зеркальному каналу должна удовлетворять условию (1.16), что соответствует о правильности расчета.

.

1.6 Выбор селективной системы усилителя промежуточной частоты

В сравнительно простых приемниках, в которых пропускание не регулируется, в качестве селективных элементов усилителя промежуточной частоты обычно применяю фильтры сосредоточенной селекции на входе (в качестве нагрузки преобразователя частоты). Последний каскад усилителя промежуточной частоты выполняют с одиночным колебательным контуром, остальные — с апериодическими. Полоса пропускания последнего каскада в два-три раза шире полосы пропускания приемника, поскольку требуемая амплитудно-частотная характеристика усилителя промежуточной частоты формируется в фильтрах сосредоточенной селекции.

Учитывая выше сказанные требования, используя справочную литературу выбираем фильтр сосредоточенной селекции, используя следующие параметр:

— средняя частота 465 кГц;

— селективность по соседнему каналу, не хуже 30 дБ.

Таким образом, выбираем фильтр типа ФП1П-1М, обладающий следующими параметрами:

— средняя частота полосы пропускания кГц;

— полоса пропускания на уровне 6 дБ 7,0ч9,5 кГц;

— селективность при раскройке на ±9 кГц, не менее 40 дБ;

— входное сопротивление 1,2 кОм;

выходное сопротивление 0,6 кОм;

— коэффициент усиления в полосе пропускания, не более 0,5.

Остальные параметры будут представлены в основной расчетной части.

1.7 Определение необходимого числа каскадов усиления

Так на КВ диапазоне в основном применяется внешняя антенна, то в начале, перед тем как определить необходимое число каскадов усиления, определим входное напряжение наводимое на антенне по формуле (1.17).

Для КВ диапазона К_ВУ=2ч3 при Q_{Э К}=40ч100 и р=0,05ч0,15, если первый каскад выполнен на биполярном транзисторе. Таким образом, получаем:

.

Необходимый коэффициент усиления от входа первого каскада до входа детектора определяется формулой (1.18).

Так как в качестве детектора используется диод, то напряжение на входе можно принимать в пределах 0,005ч0,5 В, следовательно коэффициент усиления равен следующему значению.

.

Максимальный коэффициент усиления каскадом усилителя промежуточной частоты на биполярном транзисторе с общим эмиттером определяем по формуле (1.19).

Перед тем как производить расчет максимального устойчивого коэффициента усиления селективного каскада, произведем выбор биполярного транзистора согласно справочной литературы таблица 1.1.

Таблица 1.1. Электрические параметры транзисторов малой и средней мощности

Из таблицы 1.1 для каскадов усиления выбираем маломощные транзисторы типа КТ315Г, так как они обладаю высокой граничной частотой и коэффициентом усиления, имеют малую стоимость и в настоящее время они получили широкое применение в радиоэлектронной аппаратуре.

Произведем проверку выбранного транзистора КТ315Г.

Определим максимальную частоту усиления биполярного транзистора при максимальном коэффициенте усиления по формуле (1.20).

.

Определяем выполнение условия (1.21), что соответствует правильности выбора транзистора.

.

Условие (1.21) не выполнилось, поэтому мы не можем применить данный транзистор при максимальном коэффициенте усиления. Исходя из этого примет коэффициент усиления, приходящийся на один каска (транзистор), равным 50 (уменьшение коэффициент усиления улучшает амплитудно-частотную характеристику транзистора). Повторим расчеты по формулам (1.20) и (1.21).

.

Условие выполнено, в данном режиме транзистор полностью удовлетворяет требованиям, и в дальнейшем коэффициент усиления транзистора КТ315Г принимает равным 50.

Определяем коэффициент усиления преобразователем частоты по формуле (1.22).

.

После выбора транзистора, определяем максимальный коэффициент усиления каскада усилителя промежуточной частоты, используя выше приведенную формулу (1.19), при этом учтем, что усилитель радиочастоты состоит из одного каскада (так как число контуров преселектора N=2, один из которых стоив во входной цепи приемника) и обладающий К_U=50 (определен ранее).

.

Определяем количество каскадов усилителей промежуточной частоты по формуле (1.23).

.

Принимаем общее число каскадов усилителей промежуточной частоты равной N_УПЧ=2.

Исходя из найденного N_УПЧ, определяем средний коэффициент усиления, приходящийся на один усилитель промежуточной частоты, по формуле (1.24).

.

Таким образом, получаем следующее число каскадов усиления и их соответствующие коэффициенты усиления, представленные в виде таблицы 1.2.

Таблица 1.2. Некоторые параметры каскадов приемника

2. Основная расчётная часть

2.1 Расчет детектора АМ диапазона

Произведем расчет диодного амплитудного детектора проектируемого радиоприемника по ниже представленной схеме (рисунок 2.1). Для снижения искажений и улучшения фильтрации сопротивление нагрузки детектора разделено на две части (R1 и R2). Потенциометр R2 является одновременно регулятором напряжения подаваемого на усилитель звуковой частоты (потенциометр R₂ желательно применять как регулятор громкости, так как выходное напряжение детектора 1-ы мВ, что может привести к уменьшению параметра сигнал/шум, то есть увеличение искажений).

Рисунок 2.1 — Схема диодного детектора

Выпишем основные исходные данные для расчета диодного детектора:

— нормальный коэффициент модуляции m_Н = 0,3;

— максимальный коэффициент модуляции m_MAX = 0,9;

— частота промежуточной частоты f_ПЧ=465±2 кГц;

— ориентировочное напряжение на диоде U_{ВХ Д}=0,1 В

— входная емкость усилителя звуковой частоты С_ВХ УЗЧ=1 нФ;

— входное сопротивление усилителя звуковой частоты R_ВХ УЗЧ=10 кОм;

— неравномерность амплитудно-частотной

характеристики усилителя звуковой частоты M_Н=M_В=1,01.

Перед расчетом произведем выбор диода из таблицы 2.1, используя справочную литературу.

Таблица 2.1. Справочные данные диодов

Так как диод работает на частоте f_ПЧ=465±2 кГц и должен обладать минимальным прямым сопротивлением и по возможности большим обратным сопротивлением. Исходя из выше сказанного, выбираем диод Д11, который полностью удовлетворяет требованиям и имеет малую цену.

Определяем прямое и обратное сопротивления выбранного диода по формулам (2.1) и (2.2).

.

Расчет детектора проводится для режима сильных сигналов. Выбираем сопротивление нагрузки детектора для постоянного тока R_ПТ=10ч20 кОм и производим расчет значений сопротивлений R₁ и R₂ по формулам (2.3).

.

Из ряда номинальных сопротивлений, используя справочную литературу [1], выбираем номиналы сопротивлений R₁=6,2 кОм и R₂=3,9 кОм.

Рассчитываем сопротивление нагрузки детектора для переменного тока с частотой модуляции по формуле (2.5).

.

Определяем входное сопротивление детектора по формуле (2.6).

.

Выбираем емкость нагрузки детектора из двух условий:

— допустимых линейных искажений на максимальной частоте модуляции, формула (2.7).

— малых нелинейных искажений, обусловленных избыточной постоянной времени нагрузки детектора, формула (2.8).

Произведем расчет по выше приведенным формулам.

.

Из двух значений выбираем меньшее С_Н=4,8252· 10^-9.

Производим расчет емкостей С₁ и С₂ по формулам (2.9) и (2.10).

.

Из рядя номинальных емкостей, используя литературу [1], выбираем значения емкостей С₁=2,4 нФ и С₂=1,3 нФ.

Определяем емкость разделительного конденсатора, исходя из допустимых искажений в области нижних частот модуляции по формуле (2.11).

.

Из рядя номинальных емкостей, используя литературу [1], выбираем значение емкости С_Р=1 мкФ.

Определяем коэффициент фильтрации напряжения промежуточной частоты элементами схемы детектора по формулам (2.11) — (2.14).

— фильтром, образованным R_{ВХ Д}, C₁:

— фильтром, образованным R₁, C₂:

— общий коэффициент фильтрации

По выше приведенным формулам произведем расчет.

.

Рассчитываем угол отсечки тока диода по формуле (2.15).

.

Определяем коэффициент передачи детектора по формуле (2.16).

.

Оцениваем напряжение на входе УЗЧ на средних частотах модуляции по формуле (2.17).

.

После полного расчета диодного детектора, сведем номиналы полученных значений резисторов и конденсаторов в таблицу 2.2.

Таблица 2.2. Сводная таблица

2.2 Расчет усилителя звуковой частоты

Исходными данными для расчета усилителя звуковой частоты являются:

— максимальное входное напряжение, Uвх 0,01 В;

— выходная мощность, Pн 4 Вт;

— минимальная частота, fmin 100 Гц;

— максимальная частота, fmax 3550 Гц;

— коэффициент гармоник не более, К_Г 4%;

— неравномерность амплитудно-частотной характеристики 1,01;

— сопротивление нагрузки, Rн 4 Ом.

Выбор микросхемы усилителя звуковой частоты зависит от требуемой выходной мощности усилителя, коэффициента усиления, типа источника (принимаем напряжение источника питания 12 В) и требований предъявляемых к коэффициенту гармоник.

Используя справочную литературу, выбираю усилитель звуковой частоты в микросхемном исполнении из таблицы 2.3.

Таблица 2.3. Основные параметры микросхем усилителей звуковой частоты

Для проектируемого устройства выбираю микросхему К174УН14, так как она соответствует оговоренным выше требованиям, но в связи с тем, что чувствительность усилителя звуковой частоты в микросхемном исполнении больше выходного напряжения детектора, то применим предварительное усиление. Исходя из этого, произведем выбор предварительного усилителя из таблицы 2.4.

Таблица 2.4 Основные параметры микросхем предварительных усилителей звуковой частоты

Из таблицы 2.5 выбираем предварительный усилитель в микросхемном исполнении типа К157УН1Б, так как он удовлетворяет всем выше указанным требованиям.

После выбора микросхем, получаем следующую типовую схему, показанную на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 — Типовая схема усилителя звуковой часты

Производим расчет усилителя мощности звуковой частоты

Определяю выходное напряжение, которое должен обеспечить усилитель при выходной мощности 4 Вт и сопротивлением нагрузки 4 Ом, по формуле (2.17).

.

Определяю коэффициент усиления напряжения К_U по формуле (2.18), приходящийся на весь каскад усиления звуковой частоты.

.

Определяем необходимый коэффициент усиления усилителем мощности, основываясь на техническое задание, по формуле (2.19).

.

Приняв номинальное сопротивление резистора R₆=1 кОм, который вместе с резистором R₅ образует делитель напряжения отрицательной обратной связи, определяем величину резистора R₅ по формуле (2.20).

Ом.

Выбираю из ряда номинальных сопротивлений, используя справочную литературу [1], величину резистора R₅=68 Ом.

Определяю емкость разделительного конденсатора С₈ в цепи делителя напряжения отрицательной обратной связи по формуле (2.21).

Ф.

Выбираю из ряда номинальных емкостей, используя справочную литературу [1], величину конденсатора С₈=168 мкФ.

Определяю емкость входного разделительного конденсатора С₇ по формуле (2.22).

Ф.

Выбираю из ряда номинальных емкостей, используя справочную литературу [1], величину конденсатора С₇=1 мкФ, так как увеличение емкости ведет к расширению полосы пропускания усилителя звуковой частоты, что улучшает параметры его параметры.

Определяю емкость выходного разделительного конденсатора С₁₀ по формуле (2.23).

Ф.

Выбираю из ряда номинальных емкостей, используя справочную литературу [1], величину конденсатора С₁₀=3000 мкФ.

Принимаем сопротивление резистора R₇=1 Ом, который вместе с конденсатором С₁₁ образует фильтр по высоким частотам, и определяем емкость конденсатора С₁₁ по формуле (2.24).

Ф.

Выбираю из ряда номинальных емкостей, используя справочную литературу [1], величину конденсатора С₁₁=330 мкФ.

Производим расчет предварительного усилителя

Так как схема предварительного усилителя является типовой, то номиналы элементов приведенных в таблице 2.5 не рассчитываются.

Таблица 2.5. Номиналы элементов предварительного усилителя

Производим расчет входного сопротивления по переменной составляющей предварительного усилителя звуковой частоты по формуле (2.25).

Ом.

Определяем емкость разделительного конденсатора С₂, исходя из допустимых искажений в области нижних звуковых частот по формуле (2.26).

Ранее при расчетах было принято, что входное сопротивление усилителя звуковой частоты равно R_ВХ УЗЧ=10 кОм, но при выборе предварительного усилителя звуковой частоты в микросхемном исполнении реальное R_{ВХ УЗЧ Р} больше (увеличение R_ВХ УЗЧ приводит к улучшению параметров, рассчитываемых в пункте 2.1).

Ф.

Из рядя номинальных емкостей, используя литературу [1], выбираем значение емкости, округлив в большую сторону, С₂=1 мкФ.

Определяем коэффициент усиления приходящийся на предварительный усилитель по формуле (2.27).

.

Определяем номинал сопротивления резистора R₃ по формуле (2.28).

Ом.

Выбираю из ряда номинальных сопротивлений, используя справочную литературу [1], величину резистора R₃=27 кОм.

Производим расчет сопротивления R₄ по формуле (2.29), выполняющий функцию регулятора громкости, при этом нужно учесть, чтобы входной ток усилителя мощности слабо влиял на выходное напряжение предварительного усилителя.

Ом.

Выбираю из ряда номинальных сопротивлений, используя справочную литературу [1], величину резистора R₄=6,8 кОм.

Сведем полученные данные в таблицу 2.6 при полном расчете усилителя звуковой частоты.

Таблица 2.6. Сводная таблица

2.3 Расчет входной цепи

Рассчитываемая схема представлена на рисунке 2.3 с внешней емкостной связью.

Рисунок 2.3 — Схема входной цепи

Для начала определим величину ёмкости связи С_СВ. От её величины зависит влияние антенной цепи на входной контур. С увеличением этой ёмкости за счёт большого влияния цепи антенны расширяется полоса пропускания входной цепи, ухудшается избирательность и изменяется настройка контура. Малая ёмкость связи вызывает уменьшение коэффициента передачи входной цепи. С учётом ранее сказанного на КВ диапазоне емкость связи выбирается в пределах С_СВ=(10ч20) пФ. Из выше сказанного, выберем С_СВ=15пФ.

Рассчитываем ёмкость контура с учётом влияния антенны по формуле (2.30), выбрав в качестве переменного конденсатора С_К типа КПЕ-3 номиналом С_К=7ч240 пФ.

.

Определяем индуктивность катушки колебательного контура входной цепи по формулы (2.31).

Гн.

Таким образом, при расчете получили индуктивность катушки L_К=2,02 мкГн.

Из предварительных расчетов, получив добротность контура входной цепи Q_ЭК=44,836, найдём необходимую величину собственной добротности контура по формуле (2.32).

.

Вычисляем сопротивление потерь контура по формуле (2.33).

Но перед данным расчетом, определим характеристическое сопротивление контура по формуле (2.34).

Ом Отсюда вычислим сопротивление потерь контура по формуле (2.33).

Ом.

Определяем коэффициент передачи входной цепи при коэффициенте включения n=1 по формуле (2.35).

.

Рассчитаем коэффициент включения усилителя радиочастоты к контуру входной цепи по формуле (2.36).

.

Определяем коэффициент передачи контура при коэффициенте включения усилителя радиочастоты к контуру входной цепи n_К=0,2226 по формуле (2.37).

.

После определения коэффициента передачи контура, рассчитаем индуктивность катушки связи по формуле (2.38).

.

Получаем индуктивность величиной L_СВ= Гн.

Сведем полученные данные в таблицу 2.7 при полном расчете входной цепи.

Таблица 2.7. Сводная таблица

2.4 Расчёт усилителя радиочастоты

Изобразим выбранную схему усилителя радиочастоты на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4 — Схема усилителя радиочастоты

Будем предварительно полагать полное включение контура в цепь коллектора (р₁=1) и неполное — ко входу следующего каскада с р₂=0,152. Примем собственную ёмкость катушки С_L=3 пФ; среднюю ёмкость подстроечного конденсатора Сп=10 пФ; ёмкость монтажа С_М=10 пФ состоящей ёмкости монтажа в цепи коллектора С_М1=5 пФ и в цепи базы С_М2=5 пФ; минимальную ёмкость контурного конденсатора С_МИН=7 пФ. Ёмкость контура без учёта подстроечной ёмкости будет определяться формулой (2.39).

.

Минимальная индуктивность L_MIN=(0,2ч0,3) мкГн.

Вычислим сопротивления цепи питания транзистора, полагая что:

— допустимое падение напряжения на сопротивлении фильтра коллекторной цепи U_RФ=1В;

— требуемый коэффициент стабильности коллекторного тока =(1,53);

— интервал температур в градусах Цельсия, в пределах которого должна обеспечиваться температурная компенсация коллекторного тока Т=40С.

Исходя из выше сказанного, определяем величину резистора R1 по формуле (2.40).

.

Выбираю из ряда номинальных сопротивлений, используя справочную литературу [1], величину резистора R₁=1,2 кОм. При этом принимаем величину R'₁ в десятикратном размере больше чем R₁, то есть R'₁=12 кОм.

Производим расчет сопротивление резистора R₃ по формуле (2.41).

.

Выбираю из ряда номинальных сопротивлений, используя справочную литературу [1], величину резистора R₃=5,6 кОм.

Производим расчет величины резистора R₂ по формуле (2.42).

.

Выбираю из ряда номинальных сопротивлений, используя справочную литературу [1], величину резистора R₂=4,3 кОм.

Шунтирующую ёмкость С₁, предотвращающую образование отрицательной обратной связи, вычисляем по формуле (2.43).

Ф.

Из рядя номинальных емкостей, используя литературу [1], выбираем значение емкости, округлив в большую сторону, С₁=8,2 нФ.

Определяем сопротивление фильтра по формуле (2.44).

Ом.

Выбираю из ряда номинальных сопротивлений, используя справочную литературу [1], величину резистора R₄=162 Ом.

Ёмкость С_Б2 должна удовлетворять неравенству (2.45).

Ф.

Принимаем С_Б2=62 нФ.

Определим индуктивность контурной катушки, используя выражение (2.46).

Используя справочную литературу [1], берем в качестве подстроечного конденсатора С₂ типа КТ4−25а номиналом С₂=(6ч30) пФ.

Гн.

Таким образом, получаем величину индуктивности L₁=15,15 мкГн.

Вычислим параметры эквивалентной схемы каскада по формулам (2.47) и (2.48).

;

.

После этого рассчитаем максимально возможный коэффициент усиления каскада по формуле (2.49).

Таким образом, получаем, что максимальный коэффициент усиления составляет К_0 М=53,375, что в свою очередь, основываясь на предварительные расчеты, К_U=50. Поэтому принимаем К_0 М=50.

Теперь рассчитаем коэффициенты включения по формулам (2.50) и (2.51).

.

.

Сведем полученные данные в таблицу 2.8 при полном расчете усилителя радиочастоты.

Таблица 2.8. Сводная таблица

2.5 Расчет смесителя частоты

Произведем расчет ниже приведенной схемы, представленной на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 — Схема смесителя частоты Определяем параметры транзистора в режиме преобразования частоты по формулам (2.52) — (2.56).

Производим по выше приведенным формулам.

пФ,

пФ.

Согласование транзистора смесителя с фильтром осуществляем через широкополосный контур. Определим коэффициент шунтирования контура входным сопротивлением фильтра и выходным сопротивлением транзистора, допустимый из условий обеспечения согласования по формуле (2.57).

.

Определим конструктивное и эквивалентное затухание широкополосного контура по формулам (2.58) (2.59).

.

Определяем характеристическое сопротивление контура, принимая коэффициент включения в цепи коллектора m₁=1, по формуле (2.60).

.

Определим коэффициент включения контура со стороны фильтра по формуле (2.61).

.

Эквивалентная ёмкость схемы определяется формулой (2.62).

.

Ёмкость контура определяется по формуле (2.63).

.

Из рядя номинальных емкостей, используя литературу [1], выбираем значение емкости подстроечного конденсатора С₂=8ч150 пФ типа КПВ.

Определяем действительную эквивалентную ёмкость схемы по формуле (2.64).

пФ.

Индуктивность контура определяется формулой (2.65).

мкГн.

Действительное характеристическое сопротивление определяется формулой (2.66).

.

Определяем резонансный коэффициент усиления преобразователя по формуле (2.67).

.

Определяем индуктивность катушки связи с фильтром по формуле (2.68), приняв k_СВ=0,5.

мкГн.

Определим емкость конденсатора С₃ по формуле (2.69).

нФ.

Из рядя номинальных емкостей, используя литературу [1], выбираем значение емкости С₃=30 нФ.

Рассчитываем емкость конденсатора по формуле (2.70).

пФ.

Из рядя номинальных емкостей, используя литературу [1], выбираем значение емкости С₁=100 пФ.

Определяем резистора R₃ по формуле (2.71).

.

Выбираю из ряда номинальных сопротивлений, используя справочную литературу [1], величину резистора R₃=1,2 кОм.

Производим расчет сопротивление резистора R₂ по формуле (2.72).

.

Выбираю из ряда номинальных сопротивлений, используя справочную литературу [1], величину резистора R₂=5,6 кОм.

Производим расчет величины резистора R₁ по формуле (2.73).

.

Выбираю из ряда номинальных сопротивлений, используя справочную литературу [1], величину резистора R₁=4,3 кОм.

Сведем полученные данные в таблицу 2.9 при полном расчете смесителя частоты.

Таблица 2.9. Сводная таблица

2.6 Расчет усилителя промежуточной частоты

Схема усилителя промежуточной частоты приведена на рисунке 2.6.

Рисунок 2.6 — Схема усилителя промежуточной частоты

Выпишем данные параметров транзистора на промежуточной частоте f_ПЧ:

— напряжение коллектора Uк=5 В;

— ток покоя коллектора в режиме, А Iк=1 мА;

— крутизна S₀=Y₂₁=26мА

— проводимость g₁₂=4,5 мкСим;

g_ВХ=0,21 мСим;

g_ВЫХ=4,5 мкСим,

— входная емкость С_ВХ=21 пФ;

— выходная емкость С_ВЫХ=11,8 пФ;

— емкость коллекторного проблема С_К=5 пФ;

— ток утечки коллектора I_К0=5 мкА;

— коэффициент трансформации N_Т=9,5.

Будем полагать, что монтажные ёмкости цепи коллектора и базы, соответственно равны С_М1=С_М2=10пФ. Ранее была принята схема с общим эмиттером при нагрузке из двух связанных контуров при максимальной связи и выбрано значение емкости подстроечного конденсатора С₂=8ч150 пФ типа КПВ. Положим =3, U_RФ=1 В и Т=40С, тогда расчёт элементов схемы питания УПЧ такой же, как и в УРЧ.

Исходя из выше сказанного, определяем величину резистора R1 по формуле (2.40).

.

Выбираю из ряда номинальных сопротивлений, используя справочную литературу [1], величину резистора R₁=1,2 кОм.

Производим расчет сопротивление резистора R₃ по формуле (2.41).

.

Выбираю из ряда номинальных сопротивлений, используя справочную литературу [1], величину резистора R₃=5,6 кОм.

Производим расчет величины резистора R₂ по формуле (2.42).

.

Выбираю из ряда номинальных сопротивлений, используя справочную литературу [1], величину резистора R₂=4,3 кОм.

Шунтирующую ёмкость С₁, предотвращающую образование отрицательной обратной связи, вычисляем по формуле (2.74).

.

Из рядя номинальных емкостей, используя литературу [1], выбираем значение емкости, округлив в большую сторону, С₁=9,1 пФ.

Определяем сопротивление фильтра по формуле (2.44).

.

Выбираю из ряда номинальных сопротивлений, используя справочную литературу [1], величину резистора R₄=162 Ом.

Ёмкость С_Б2 должна удовлетворять неравенству (2.75).

.

Принимаем С_Б2=662 нФ.

Согласно предварительному расчёту К_U=45,43.

При четырех каскадах УПЧ эквивалентное затухание контуров определяется формулой (2.76).

.

Положив значение возможного относительного изменения входной и выходной ёмкости транзистора b=0,1, определим минимально допустимое отношение эквивалентной ёмкости контура каскада к ёмкости, вносимой в контур транзисторами по формуле (2.77).

.

Вычислим параметры эквивалентной схемы каскада по формулам (2.47) и (2.48).

;

.

Предельное затухание контуров определим по формуле (2.78).

.

Находим коэффициент усиления каскада, учитывая, что при четырех каскадах _MAX=1,63, по формуле (2.79).

.

В результате получаем превышенную требуемую величину.

Полагая р₁=1, определим эквивалентную ёмкость контура и его индуктивность по формулам (2.80) и (2.81).

.

Теперь рассчитаем коэффициенты включения контуров по формуле (2.82) при р₁=1.

.

Определим индуктивность контурной катушки, используя выражение (2.83).

.

Сведем полученные данные в таблицу 2.10 при полном расчете усилителя промежуточной частоты.

Таблица 2.10. Сводная таблица

2.7 Расчет гетеродина

Представим выбранную схему гетеродина на рисунке 2.7.

Рисунок 2.7 — Схему гетеродина

Исходными данными для расчета являются:

— напряжение источника питания U_П =12 В;

— среднее значения параметра h21=50;

— минимальный ток обратно смещенного коллекторного

перехода I_0K =5· 10^-6;

— максимальная температура среды t_МАКС=40єС.

Выбираем ток покоя транзистора (при отсутствии генерации) I_Э=5 мА и производим расчет сопротивления резистора фильтра в цепи питания по формуле (2.84).

.

Выбираю из ряда номинальных сопротивлений, используя справочную литературу [1], величину резистора R_Ф=240 Ом.

Определяем допустимое относительное изменение тока покоя при повышении температуры среды от +20єС до t_MAX по формуле (2.85).

.

Выбираем значение R'_Э, удовлетворяющее условию (2.86).

.

Сравниваем со значениями R'_Э, приведенными в таблице 2.11.

Таблица 2.11 Сопротивления резистора R'_Э, оптимальные с точки зрения температурной стабильности

Выбираем величину эмиттерного резистора R'_Э=680 Ом.

Определяем общее сопротивление цепи смещения транзистора по формуле (2.87).

.

Определяем значение тока базового делителя по формуле (2.88).

.

Рассчитываем сопротивления делительной цепочки, создающую напряжение смещения транзистора по формулам (2.89) (2.90).

Выбирав, из ряда номинальных сопротивлений, используя справочную литературу [1], величину резистора R_Б2=8,2 кОм, определяем сопротивление R_Б1 по выше приведенной формуле.

.

Выбираю из ряда номинальных сопротивлений, используя справочную литературу [1], величину резистора R_Б1=9,1 кОм.

Блокировочные и разделительные конденсаторы следует выбирать не менее 3 нФ при частотах выше 5 МГц и не менее 47 нФ для более низких частот. исходя из этого получаем:

Определяем сопротивление R_Э4 по формуле (2.91).

.

Выбираю из ряда номинальных сопротивлений, используя справочную литературу [1], величину резистора R_Э4=200 Ом.

Так как величина резистора R_Э3 выбирается равным R_Э4, то следовательно получаем величину резистора R_Э по формуле (2.92).

.

Выбираю из ряда номинальных сопротивлений, используя справочную литературу [1], величину резистора R_Э=270 Ом.

Исходя из предыдущих расчетов, был произведен выбор переменного конденсатора, который ставится во входной цепи и цепях усилителя промежуточной частоты, поэтому принимаем С_Н=7ч240 пФ типа КПЕ-3.

Сведем полученные данные в таблицу 2.12 при полном расчете гетеродина.

Таблица 2.12. Сводная таблица

Вывод

В ходе курсового проекта, на основании полученного задания, был спроектирован радиоприемник КВ диапазона.

Также был сделан выбор и обоснование структурной схемы. На основании структурной схемы была выбрана электрическая принципиальная схема и произведен полный электрический расчет всего устройства.

В перспективе допускается продолжение темы настоящего курсового проекта при иных заданных технических условиях и характеристиках с использованием других схемотехнических решений.

Список источников информации

1. Терещук Р. М., Терещук К. М., Седов С. А. Справочник радиолюбителя. — К.: Наукова думка, 1982.-971 с.

2. Капустян А. М. Методические указания к курсовому проектированию по курсу «Электроника и микросхемотехника» для студентов специальности 0654. — Харьков: ХПИ. 1988 — 30 с.

3. Гоноровский И. С. Радиотехнические цепи и сигналы: второе издание, исправленное. — Л.: Ленинградская типография № 15, 1964 — 696 с.

4. Баскаков С. И. Радиотехнические цепи и сигналы. — М.: Высшая школа, 1983 — 536 с.

5. Гутников В. С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. — 2-е изд., перераб. и доп. — Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1988;304 с.

6. Вениаминов В. Н., Лебедев О. Н., Мирошниченко А. И. Микросхемы и их применение: Справ. пособие. 3-е изд., перераб. и доп.-М.: Радио и связь, 1989.-240 с.

7. Горюнов Н. Н. Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам. Изд. 4-е, перераб. и доп.-М.: Энергия, 1977.-744 с.

8. Якубовский С. В., Ниссельсон Л. И., Кулешов В. И. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы: Справочник. — М.:Радио и связь, 1990.-496 с.

9. Кудряшов Б. П., Назаров Ю. В., Тарабрин Б. В., Убышев В. А. Аналоговые интегральные микросхемы: Справочник. — М.: Радио и связь, 1981;160 с.