Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Курсовой по приемникам

Содержание:

Введение………………………………………………………………………….3

1. Обоснование схемы электрической структурной………….………………4

2. Эскизный расчёт………………………………………………………………6

3. Выбор и обоснование схемы электрической принципиальной…………...21

4. Электрический расчет схемы приемника…………..……………………...22

5. Список используемых источников………………………………...………..28

Введение

На основе достижений современной физики в настоящее время широкое развитие получила полупроводниковая электроника. В конце 40-х и начале 50-х годов были созданы первые полупроводниковые усилительные приборы: точечные транзисторы (1948 г.) и плоскостные (1949-1950 гг.), отличающиеся от электронных ламп малыми геометрическими размерами, незначительной потребляемой электрической энергией и продолжительным сроком службы. Применение получили главным образом разновидности плоскостных транзисторов. В первой половине XX-века практически все приемники работали с амплитудно-модулированным сигналом (являлись АМ-приемниками)

Развитие техники радиосвязи шло в начале по пути усложнения либо модификации схем АМ-приемников. Вариантов схем АМ-приемников предлагалось множество: прямого усиления (сигнал проходит через усилители радиочастоты, затем через детектор и, наконец через УРЧ), рефлексный (УРЧ является одновременно и УЗЧ), супергетеродинный (выделенный сигнал радиочастоты преобразуется в сигнал промежуточной частоты путем перемножения его с немодулированным сигналом ПЧ от отдельного генератора - гетеродина).

Последняя схема построения приемника является наиболее надежной и обладает наилучшими показателями. Практически все современные АМ-приемники строятся именно по супергетеродинной схеме.

Правда, главный их недостаток является неустранимым – чувствительность к помехам, содержащимся в спектре полезного сигнала. Поэтому появились другие способы модуляции, решающие эту проблему.

Частотная модуляция

Но АМ сигнал и в современной технике прочно держит свои позиции.

Главные его преимущества таковы:

Простота реализации детектора
Нечувствительность к «уходу» частоты несущей (Детектор
АМ-приемника, как правило, просто выделяет огибающую АМ-сигнала, подавляя при этом его ВЧ составляющие.)
Детектор АМ-приемника работает с узкой полосой частот, занимаемой одной радиостанцией.

Последнее достоинство особенно актуально сейчас, когда множеству радиостанций «тесно» в эфире.

Приемники конструктивно выполняются из отдельных (навесных) активных и пассивных элементов с печатным или объемным монтажом или из готовых интегральных микросхем, представляющих собой каскады, узлы приемников и даже целые приемники.

Раздел 1: Обоснование схемы электрической структурной.

По принципу усиления принимаемого сигнала радиовещательные приёмники делятся на приемники прямого усиления и супергетеродины.

В приёмнике прямого усиления (рис. 1) сигнал усиливается непосредственно. В его состав входят: входная цепь, которая выделяет сигнал, принятый антенной; усилитель радиочастоты (УРЧ), который усиливает поступившие полезные сигналы из входной цепи и осуществляет дальнейшее ослабление сигналов мешающих станций; детектор, который должен преобразовать модулированное колебание высокой частоты в колебания низкой частоты; усилитель низкой частоты (УНЧ), усиливающий колебания низкой частоты до заданной выходной мощности; нагрузка; и блок питания.

Рис. 1. Структурная схема приёмника прямого усиления.

Приёмник прямого усиления не может обеспечить высокую чувствительность и удовлетворительную избирательность, так как характеристики УРЧ и детектора сильно зависят от частоты несущей, которая к тому же меняется в достаточно широком диапазоне. Для приемника, разрабатываемого в курсовом проекте, такая схема не подходит.

В супергетеродинном приемнике выполняется преобразование радиосигнала в радиосигнал промежуточной частоты (ПЧ). Применение такой схемы построения приемника (являющейся основной схемой построения АМ-приемников) дает следующие преимущества:

Повышение чувствительности приёмника, так как при понижении частоты транзистор может обеспечить большее усиление.
Постоянство параметров приёмника по диапазону, так как промежуточная частота постоянна.
Повышение избирательности супергетеродина вследствие возрастания относительной расстройки при неизменной абсолютной расстройке колебательной системы, возможность применить на ПЧ сложные фильтры с прямоугольной АЧХ, что также способствует улучшению избирательности.
Устойчивость супергетеродина обеспечивается в результате распределения усиления по трём каналам частот вместо двух в приёмнике прямого усиления. За счёт существующих паразитных обратных связей уменьшается опасность самовозбуждения усилителей при сокращении числа каскадов, работающих на одной частоте.

Структурная схема разрабатываемого приемника приведена на рисунке 2.

Рис. 2. Структурная схема разрабатываемого приёмника.

Сигнал с антенны проходит через входную цепь, обеспечивающую выделение выбранной станции.

Далее он подвергается предварительному усилению с помощью усилителя радиочастоты (УРЧ).

Смеситель и гетеродин образуют преобразователь частоты. Гетеродин вырабатывает сигнал промежуточной частоты (ПЧ), а преобразование частоты осуществляется в смесителе. На смеситель воздействует два высокочастотных колебания: колебание сигнала, входной радиосигнал и сигнал ПЧ, смеситель осуществляет операцию их перемножения. Для выделения сигнала ПЧ, модулированного полезным сигналом нагрузка смесителя содержит избирательную систему, настроенную на нужную частоту – промежуточную частоту.

Последующее усиление сигнала происходит на этой частоте. Усилитель промежуточной частоты (УПЧ) обеспечивает требуемое усиление сигнала до нужного значения, необходимого для корректной работы детектора. Применение УПЧ позволяет получить высокую избирательность и равномерное усиление в полосе пропускания.

Далее продетектированный сигнал усиливается с помощью усилителя низкой частоты (УНЧ) и подается на оконечное устройство.

Раздел 2: Эскизный расчет.

2.1 Эскизный расчет высокочастотной части приемника.

2.1.1 Выбор транзистора для высокочастотной части приёмника и расчет его параметров.

Выбираем транзистор , он подходит по граничной частоте, так как выполняется условие:

fmax=6 МГц < 0,1fгр=0,1*80 MГц

Данные транзистора:

fгр = 80 MГц

h11б = 21,21 Ом

h22б =20 мкСм

h21э = 10-100

Ск = 7 пФ

rбск = 500 пс

- Рассчитываем S, мА/В, по формуле (1).

S = (1)

где S - крутизна проходной характеристики.

h11э – входное сопротивление транзистора.

S = = 47.1

- Рассчитываем входное сопротивление в схеме с о.э. h11э, по формуле (2).

h11э = h11б * h21э (2)

где h11э – входное сопротивление транзистора.

h21э – входная проводимость.

h11э =21,21*55 =1166 Ом

- Рассчитываем сопротивление базы rб , по формуле (3).

(3)

где rб – сопротивление базы.

rбСк – постоянная времени цепи обратной связи.

- Рассчитываем коэффициент частотного искажения, по формуле (4).

а = = * (4)

где а – коэффициент частотного использования транзистора.

fmax – максимальная частота рабочего диапазона приёмника.

fs - граничная частота по крутизне.

fгр – граничная частота коэффициента передачи тока.

Транзистор выбран правильно так как а=0,25 < 0,3.

- Рассчитаем активную составляющую входной проводимости g11 , по формуле (5).

(5)

где g11 – входная проводимость транзистора.

-Рассчитаем активную составляющую выходной проводимости g22 , по формуле (6).

(6)

где g₂₂ – активная составляющая входной проводимости.

h_22б – входная проводимость.

- Рассчитаем активную составляющую входной проводимости в режиме преобразования, по формуле (7).

g11пр = 0,6*g₁₁ (7)

где g11пр – входная проводимость в режиме преобразования.

g11пр = 0,6*9,61мСм = 5,766 мСм

- Рассчитаем активную составляющую выходной проводимости в режиме преобразования, по формуле (8).

g_22пр = 0,6*g₂₂ (8)

где g22пр – входная проводимость в режиме преобразования.

g22пр = 0,6*2,29мСм = 1,374 мСм

- Рассчитаем Sпр (мСм), по формуле (9).

Sпр = 0,6*S (9)

где Sпр – крутизна проходной характеристики в режиме преобразования.

S_пр = 0,6*47,1мА/В = 28,26мА/В

2.1.2. Определение эквивалентной добротности контуров преселектора и обоснование необходимости применения УРЧ.

Расширяем заданный рабочий диапазон частот по формулам

(10)

(11)

где - максимальная частота рабочего диапазона.

- минимальная частота рабочего диапазона.

максимальная расширенная частота рабочего диапазона.

минимальная расширенная частота рабочего диапазона

Минимальная эквивалентная добротность контура Q_эи, обеспечивающая заданную избирательность по ЗК при применении в преселекторе одного колебательного контура определяется по формуле.

(12),

где Sезк – заданная избирательность по зеркальному каналу из задания

Sезк=20дБ=10 раз

используем Sезк в разах.

- максимальная расширенная частота рабочего диапазона.

- частота зеркального канала. Её определим по формуле. (12)

(13)

Расчет Q_эп не производим, так как частотные искажения в диапазоне КВ отсутствуют, М=0. Эффективную добротность контуров преселектора определим из условия

Q_э=(1,1 – 1,2)*Q_зк (14)

Q_э=1,2*30,57=36,68

Один контур преселектора обеспечивает избирательность по зеркальному каналу, поэтому УРЧ не применяем.

Определяем конструктивную добротность контура Q_к

(15)

где Qк – конструктивная добротность контура

ψ – коэффициент шунтирования контура, учитывающий шунтирующее действие входного сопротивления транзистора. Ψ=0,5

Определяем значение добротности на минимальной частоте по формуле:

(16)

где Qэ(min) – добротность на минимальной частоте

dэ(min) – затухание на минимальной частоте и определяется по формуле:

(17)

где d – затухание контура, определяется по формуле:

(18)

dэ(max) определяется по формуле:

(19)

2.1.3. Проверка избирательности на частоте равной промежуточной.

Согласно ГОСТу 20842 – 75 принимаем промежуточную частоту

fпр = 465 кГц=0,465 МГц.

Для избирательности должно выполняться условие:

(20)

где Se пр – избирательность по частоте равной промежуточной, дБ

f_пр – промежуточная частота, МГц

f_пр=465КГц=0,465МГц.

–крайняя частота диапазона наиболее близкая к промежуточной, кГц

n=1

Переведем в децибелы:

больше заданного значения (), значит в применении запирающего или пропускающего фильтра, нет необходимости.

2.1.4. Распределение между трактами приемника частотных искажений.

В диапазоне КВ частотные искажения на один контур преселектора Мсч=0 дБ

Частотные искажения низкочастотной части приемника принимаем

Мнч=3 дБ

Тогда частотные искажения тракта ПЧ:

(21)

МПЧ =0+4+3=7 дБ

2.1.5 Определение числа поддиапазонов:

Требуемый коэффициент диапазона по частоте определяется по формуле:

(22)

Коэффициент диапазона, определяемый через емкости

(23)

где Сmax – максимальная емкость конденсатора, пФ

Сmin – минимальная емкость конденсатора, пФ

Ссх – емкость схемы, пФ. Для КВ-диапазона принимаем

Ссх=15 пФ

В соответствии с рекомендациями Методического пособия для нашего рабочего диапазона частот (4..6 МГц) выбираем конденсатор переменной емкости КПЕ, предназначенный для работы в КВ-диапазоне (1,5-6,0 МГц). Его параметры должны лежать в пределах:

Сmax=150-250 пФ

Сmin= 8-12 пФ

Выбираем конденсатор с переменной ёмкостью марки КПЕ. Его параметры таковы:

Сmax=270 пФ Сmin=9 пФ

K_дс=3,44>K_д=1,56 следовательно выбранный КПЕ способен обеспечить требуемый диапазон частот и деление на поддиапазоны не требуется.

2.1.7 Выбор схемы входной цепи приемника.

Применяем одноконтурную входную цепь. Связь контура входной цепи с транзистором первого каскада выберем индуктивной. Выбираем одноконтурную схему входной цепи с индуктивной связью с антенной.

2.1.8 Выбор схемы преобразователя частоты.

Так как приемник рассчитан на прием волн коротковолнового (КВ) диапазона, то применяем схему преобразователя частоты (ПЧ) с отдельным гетеродином. Эта схема работает в КВ-диапазоне более устойчиво, чем схема с совмещенным гетеродином.

2.1.9 Выбор избирательной системы тракта промежуточной частоты.

Т.к. 2 двухконтурных фильтра обеспечивают заданную избирательность по соседнему каналу 20 дБ, то в качестве избирательной системы применяем 2 двухконтурных фильтра. Первый включаем в виде нагрузки смесителя, второй в первый каскад УПЧ.

Определяем эквивалентную добротность контуров фильтра.

Для этого предварительно находим частотные искажения на одну пару контуров.

M= (24)

где m-число двухконтурных фильтров

Задаемся значением параметра связи η=1

По кривой графика (рис. 3) соответствующей коэффициенту М, находим значение обобщенной расстройки Х1, по которому определяем добротность.

Рисунок 3. График частотных искажений.

Х1 принимаем равным 1.35

Q_э= (25)

Где fпр – промежуточная частота;

X1- значение обобщенной расстройки

2∆F- значение расстройки по СК

Q_э=

Проверяем возможность получения заданной избирательности

(24)

где ( 25)

2.1.10 Определение необходимого коэффициента усиления от входа до детектора.

В диапазоне КВ прием производим на ферритовую антенну.

(26)

где Ud – напряжение на входе детектора. Примем Ud =1 В

Uвх – напряжение сигнала на входе первого каскада приемника

Uвх=

E_А – чувствительность приемника равная 120 мкВ

- действующая высота ферритовой антенны. Принимаем =0,03

- коэффициент включения входного каскада в базовую цепь транзистора первого каскада

(27)

где - характеристическое сопротивление контура

(28)

Rвх-входное сопротивление транзистора первого каскада

Rвх= (29)

Rвх= Ом

Ом

(30)

(31)

p_вх=

Uвх=0,9*10^-3*0,03*30,57*1,51=1,25 мВ

(32)

Необходимый коэффициент усиления берут с запасом

( 33)

2.1.11 Определение устойчивого коэффициента усиления каскадов.

Устойчивый коэффициент усиления преобразователя частоты

(34)

где Sпр – крутизна вольтамперной характеристики в режиме преобразования, мА/В,

Ск – проходная емкость транзистора, пФ

f'max – расширенная максимальная рабочая частота транзистора, МГц

Устойчивый коэффициент усиления УПЧ:

(35)

где S – крутизна вольтамперной характеристики

С_к – проходная емкость транзистора, пФ

f_пр – промежуточная частота, МГц

2.1.12 Определение числа каскадов высокочастотной части приемника.

Составим структурную схему ВЧ части приемника (рис. 4) и выберем вероятные коэффициенты усиления каскадов, полагая, что должно соблюдаться соотношение:

К_вер < К_уст.

где Квер- вероятный коэффициент усиления каскадов.

Куст - устойчивый коэффициент усиления каскадов.

Тогда для высокочастотной части приемника

Квер= Кпр* Купч (36)

где Кпр - коэффициент усиления преобразователя частоты

Купч - коэффициент усиления УПЧ

Квер=5*23=122,67 < К'н

Рисунок 4. Структурная схема ВЧ части приемника.

Добавим каскад УПЧ. Второй каскад УПЧ берем широкополосным.

Рисунок 5. Итоговая структурная схема ВЧ части приемника.

Квер= Кпр* Купч1*Купч2 (37)

где К_пр - коэффициент усиления преобразователя частоты

Купч1 - коэффициент усиления УПЧ1

Купч2 - коэффициент усиления УПЧ2

Квер=5*23*10 =1150

Условие Квер > К'н, 1150>1120 выполняется

2.2 Эскизный расчет низкочастотной части приемника.

2.2.1 Выбор схемы детектора и определение напряжения на выходе детектора.

Выбираем схему последовательного диодного детектора с разделенной нагрузкой, так как она обладает лучшей фильтрацией напряжения промежуточной частоты и большим входным сопротивлением по сравнению с параллельной.

Выбираем диод Д2А, для которого:

S = 50 мА/В

Rd = 1.2 кОм

Тогда прямое сопротивление диода Rd равно:

По графику (Рисунок 5) при Rd*S=1,2кОм*50мА/В=60, определяем коэффициент передачи детектора, Кд=0,8

Рисунок 6. График коэффициента передачи детектора.

Определяем напряжение на выходе детектора

(38)

где m – коэффициент модуляции, m=0,8

Ud – напряжение подаваемое на вход детектора, В

2.2.1 Выбор типа схемы и транзисторов для выходного каскада.

Выбираем двухтактный бестрансформаторный выходной каскад, работающий в режиме А. Выходная мощность, приходящаяся на один транзистор:

(39)

Рассеиваемая на коллекторе мощность:

(40)

где ε – коэффициент использования коллекторного напряжения. Принимаем ε = 0,95

– Бестрансформаторная схема. Принимаем

Выбираем транзистор КТ801А . Его параметры:

Pк доп= 5 Вт

Uк доп=80 В

Iк доп= 2А

β=13…50

Для предварительных каскадов УЗЧ выбираем транзистор КТ801Б, у которого:

Pк доп=5Вт

Uк доп=60 В

Iк доп= 2А

β=30

в) Расчет усилителя мощности.

Амплитуда тока коллектора обеспечивающая заданную выходную мощность оконечного каскада

(41)

где Uк – напряжение на коллекторе транзистора, В

Принимаем Uк=0,4*80=24 В

Амплитуда тока базы оконечного каскада

(42)

г) Определение требуемого предварительного усиления и числа предварительных каскадов.

Ток базы первого каскада

(43)

Требуемое усиление по току предварительного УЗЧ

(44)

С учетом разброса параметров

(45)

Необходимое число каскадов предварительного УЗЧ

(46)

В предварительном УЗЧ 1 каскад

На рисунке 7 приведена развернутая схема приемника, полученная при эскизном расчете.

Рис 7. Развернутая структурная схема разрабатываемого приемника.

3. Выбор и обоснование схемы электрической принципиальной

Так как нам необходимо выделить одну частоту, то есть обеспечить избирательность по зеркальному каналу, используем входную цепь. Применяем входную цепь (преселектор) с ферритовой антенной. Выбираем одноконтурную схему входной цепи с индуктивной связью с антенной.

Так как один контур преселектора обеспечивает заданную избирательность по зеркальному каналу то усилитель радиочастоты не применяем.

Для перехода от сигнала принятой станции к сигналу промежуточной частоты применяем преобразователь частоты. Его выполняем по схеме с отдельным гетеродином, что обосновано в эскизном расчете.

В качестве избирательной системы тракта промежуточной частоты используем два двухконтурных фильтра. Первый включается в качестве нагрузки смесителя, второй – в качестве нагрузки первого каскада УПЧ.

Для обеспечения заданной величины напряжения на входе детектора, ставим два каскада УПЧ .В качестве нагрузки первого каскада двухконтурный фильтр, в нагрузке второго каскада УПЧ установлен широкополосный контур для лучшего согласования последнего каскада УПЧ с входом детектора.

Назначение детектора – демодуляция АМ-сигнала с целью выделения из него звуковых частот.

Так как последовательная схема детектора по сравнению с параллельной обладает лучшей фильтрацией напряжения промежуточной частоты и большим входным сопротивлением, а раздельная нагрузка позволяет обеспечить лучшее согласование выхода детектора с входом первого каскада УЗЧ, выполним диодный детектор по последовательной схеме с разделенной нагрузкой.

Для оконечного УЗЧ каскада выбираем бестрансформаторную двухтактную схему, транзисторы работают в режиме класса А. Этот каскад является последним, он нагружен на громкоговоритель ВА1.

Сигнал на вход приёмника поступает с разной величиной, поэтому в данной схеме приемника использована автоматическая регулировка усиления. Из множества способов автоматически регулировать усиление выбрана простая обратная АРУ.

4. Электрический расчет схемы приемника.

Электрический расчёт последнего каскада УПЧ и детектора.

4.1.1 Электрический расчёт последнего каскада УПЧ и детектора.

На рис. 5 приведена схема широкополосного каскада УПЧ. Он нагружен колебательным контуром C33L10. Через L10 осуществляется индуктивная связь с детектором.

Рисунок 8 – широкополосный каскад УПЧ.

Исходные данные, полученные в эскизном расчете:

Частота настройки fпр = 465 кГц.

Полоса пропускания УПЧ:

Минимальный коэффициент усиления Кшпч = 25.

Тип транзистора и его параметры.

Входная проводимость последующего каскада gвх = 1,2*10³

Определить:

Параметры контура L10, C33, Qэ.

Коэффициенты включения p1, p2.

Индуктивность катушки связи L9.

Определим полосу пропускания ШУПЧ, по формуле (45).

= (2 – 5) * (47)

= 3 * 35 =105 кГц

Находим эквивалентную добротность контура, по формуле (48).

(48)

Вычисляем коэффициент устойчивого усиления.

Куст = 6,3 * (49)

Куст = 6,3 * = 28,35

Кшпч = 25 , а Куст = 28,35 следовательно .

Это отношение меньше 1 , следовательно каскад устойчивый и поэтому схему выбираем без нейтрализации.

5. Определяем коэффициент подключения р2, контура к входу последующего каскада, пологая при этом , что р1 = 1.

Курсовой по приемникам 📙 Курсовая → 🆔 114549