Переносное радиовещательное радиоприемное устройство 0 группы сложности

Министерство  образования Республики Беларусь 

Учреждение  образования 

Факультет   радиотехники   и   электроники

Кафедра радиотехнических устройств

                                                           “К защите допускаю”

                                                             Руководитель  проекта Курочкин А.Е. 

                                                                           “____” _______________ 2004г. 
 
 
 
 

П О Я С Н И  Т Е Л Ь Н  А Я    З  А П И С К  А

к курсовому  проекту

по теме “Переносное радиовещательное радиоприемное  устройство 0 группы сложности” 
 
 
 

                                                                        Студент группы 141203

                                                                         Демидко А.Н.

                                                                                 Руководитель проекта

                                                                                  ___________ (Подпись) 
 
 

Минск 2004г.

Содержание 

         Введение....................................................................................................4

         Технические требования к проектируемому устройству.....................5

         1. Выбор и обоснование структурной схемы........................................8

         2. Предварительное проектирование  АМ тракта радиовещательного  приемника...............................................................................................................10

         2.1. Определение ширины полосы пропускания высокочастотного тракта......................................................................................................................10

         2.2. Выбор транзисторов и их режима...................................................10

         2.3. Выбор блока КПЕ и проверка  перекрытия диапазонов .............12

         2.4. Определение добротности и числа  контуров тракта радиочастоты.........................................................................................................15

         2.5. Проектирование избирательной системы  тракта ПЧ..................18

         2.6. Определение числа каскадов АМ  тракта......................................19

         2.7. Определение числа каскадов, охваченных системой АРУ.........21

         2.8. Предварительное проектирование тракта НЧ..............................21

         3. Электрический расчет диапазона КВ1............................................22

         3.1. Электрический расчет ВЦ.............................................................22

         3.2. Электрический расчет УРЧ............................................................28

         3.3. Электрический расчет преобразователя частоты.........................30

         3.3.1. Расчет сопряжения частот гетеродина и преселектора............30

         3.3.2. Расчет гетеродина и гетеродинной  части преобразователя с отдельным гетеродином........................................................................................33

         3.3.3. Расчет смесителя с ФСИ обычного  типа...................................36

         3.4. Электрический расчет УПЧ...........................................................39

         3.5. Электрический расчет схемы АРУ  с задержкой и усилением с помощью эмиттерного повторителя....................................................................41

         3.6. Электрический расчет совмещенного  детектора схемы АРУ и основного тракта....................................................................................................43

         4. Конструктивный расчет КПЕ............................................................46

         5. Моделирование на ЭВМ....................................................................47

         Заключение.............................................................................................48

         Список  используемых источников.......................................................49 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

      Радиоприемное устройство состоит из приемной антенны, радиоприемника и оконечного устройства предназначенного для воспроизведения  сигналов. Радиоприемники можно классифицировать по ряду признаков, из которых основными  являются: тип схемы, вид принимаемых сигналов, назначение приемника, диапазон частот, вид активных элементов, используемых в приемнике, тип конструкции приемника.

      По  типу схем различают приемники детекторные, прямого усиления (без регенерации  и с регенерацией), сверхрегенеративные и супергетеродинные приемники, обладающие существенными преимуществами перед приемниками других типов и широко применяемые на всех диапазонах приемников.

      Принимаемые сигналы служат для передачи сообщений  или измерения положения и  параметров относительного движения объектов. Сигналы могут передавать сообщения от одного источника или нескольких. Для передачи информации используется изменение одного из параметров сигнала по закону изменения информационного сигнала. Используются: непрерывные колебания с изменяемой (модулированной) амплитудой, частотой или фазой; колебания, скачкообразно изменяемые (манипулированные) по амплитуде, частоте, или разности фаз; колебания с изменяемой амплитудой, частотой или фазой, которые обусловлены видеоимпульсами с амплитудной, широтной, временной, или дельта-модуляцией, а также кодовыми группами видеоимпульсов.

      По  назначению различают приемники  связные, радиовещательные, телевизионные, радиорелейных и телеметрических  линий, радиолокационные, радионавигационные и другие. Связные радиоприемники чаще всего служат для приема одноканальных непрерывных сигналов с АМ (с несущей и боковыми полосами), ОБП (однополосной) и ЧМ или дискретных сигналов с амплитудной манипуляцией, частотной или фазовой. Радиовещательные приемники (монофонические) принимают одноканальные непрерывные сигналы с АМ на длинных, средних и коротких волнах и с ЧМ на ультракоротких волнах. Приемники черно-белых телевизионных программ принимают непрерывные сигналы с АМ и частичным подавлением одной боковой полосы частот и звуковые сигналы с ЧМ. Приемники цветных телевизионных программ принимают также сигналы, создающие цветное изображение. Приемники оконечных станций радиорелейных и телеметрических линий обычно предназначены для приема и разделения каналов многоканальных сигналов с частотным и временным уплотнением.

      Приемники промежуточных станций радиорелейных  линий (наземных и спутниковых) отличаются от приемников оконечных станций  тем, что в них не происходит разделения многоканальных сигналов.

      Импульсные радиолокационные приемо-передающие станции обычно излучают зондирующие радиоимпульсы с фиксированными периодами следования, длительностью импульсов, амплитудой и несущей частотой. Приемники таких станций служат для приема части энергии зондирующих сигналов, отраженной от целей. Отраженные сигналы могут быть импульсными или непрерывными, причем информация о целях может содержаться в изменении во времени амплитуды (или отношения амплитуд) и частоты (или спектре) сигналов.

      Согласно  рекомендации МККР (Международного консультативного комитета по радио) спектр радиосвязи делится на диапазоны. Наиболее широко распространенные приемники работают в диапазоне 30кГц – 300ГГц (на волнах 10км – 1мм).

      В качестве активных элементов каскадов приемников, работающих на частотах 30кГц – 300МГц, используются полупроводниковые приборы и электронные лампы. Предпочтение отдается полупроводниковым приборам благодаря их преимуществам (малые габаритные размеры и масса; низкие напряжения и токи питания; большой срок службы и механическая прочность). Состояние отечественной полупроводниковой и радиоприемной техники позволяет успешно преодолеть недостатки транзисторов (большой разброс и зависимость параметров от частоты, режима и температуры; низкие входные и выходные сопротивления; наличие внутренней обратной связи) и использовать их во всех каскадах приемников упомянутого диапазона без ухудшения работы приемников. Лампы применяются лишь в некоторых специальных приемниках и на более высоких частотах.

      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.

      Проектирование  радиоприемников выполняется согласно техническому заданию. Обычно в техническом задании указываются: общие требования, требования к электрических характеристикам (диапазон принимаемых частот, чувствительность, избирательность, качество воспроизведения сигналов, определяемое частотными, нелинейными и фазовыми искажениями, а также искажениями импульсных сигналов; данные входов и выходов радиоприемника; параметры ручных и автоматических регулировок; излучение напряжения гетеродина в антенну, которое характеризует электромагнитную совместимость и так далее), конструктивные, механические, климатические, экономические, эксплуатационные требования (надежность). Приводится также методика измерения электрических характеристик, климатических и механических испытаний.   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Технические требования к проектируемому устройству 

1. Таблица входящих компонентов:

2. Состав  и границы по диапазону:

3. Промежуточная частота: 465 ± 2 кГц (для АМ тракта), 10,7 ± 0,1 МГц (для ЧМ трак-та)
4. Чувствительность АМ тракта, ограниченная шумами, при отношении сигнал/шум не менее 20 дБ по напряжению, не хуже, в диапазонах: ДВ – 0,1 мВ/м, СВ – 0,5 мВ/м, КВ – 0,1 мВ/м.
5. Односигнальная избирательность АМ тракта по соседнему каналу при расстройке ±9 кГц – не менее 66 дБ.
6. Односигнальная избирательность АМ тракта по зеркальному каналу, дБ, не менее, в диапазонах: ДВ (на частоте 200 кГц) – 60; СВ (на частоте 1 МГц) –54; КВ (на частоте 11,8 МГц) – 40 дБ.
7. Односигнальная избирательность АМ тракта по промежуточной частоте на частотах 280 и 560 кГц – не менее 34 дБ.
8. Действие автоматической регулировки усиления в АМ тракте:

• Изменение уровня сигнала на входе – ≤6 дБ;

• Изменение уровня сигнала на выходе – ≤56 дБ.

9. Диапазон воспроизводимых частот всего АМ тракта по звуковому давлению при неравномерности 14 дБ в диапазоне СВ и 18 дБ в диапазоне ДВ – не хуже 200 – 3500 Гц.

10. Коэффициент гармоник АМ тракта по электрическому напряжению, на частотах модуляции свыше 400 Гц – не более 2 %.
11. Выходная мощность тракта УНЧ, при питании от автономного источника постоянного тока – не менее 1 Вт.
12. Диапазон воспроизводимых частот тракта УНЧ по электрическому напряжению на уровне 3 дБ – не хуже 40 – 16000 Гц.
13. Коэффициент гармоник тракта УНЧ по электрическому напряжению на частоте 1 кГц – не менее 0,5%.
14. Напряжение питания – 9 В +10(-30)%.
15. В трактах ЧМ должны быть обеспечены следующие потребительские удобства:
• Розетки для подключения внешней антенны и магнитофона на запись;
• Встроенная антенна;
• Индикатор наличия стереопередачи в стереофонических устройствах;
• Индикатор настройки;
• Бесшумная настройка
• Автоматическая настройка моно-стерео (отключаемая);
16. В трактах АМ должны быть обеспечены следующие потребительские удобства:
• Розетки для подключения внешней антенны и магнитофона на запись;
• Встроенная антенна;
• Регулятор полосы пропускания по промежуточной полосе;
• Индикатор настройки и уровня поля;
17. В трактах УНЧ должны быть обеспечены следующие потребительские удобства:
• Розетки для подключения внешних источников программ (“УНЧ – универсальный вход”);
• Розетки для подключения телефона;
• Регулятор тембра по низким частотам;
• Регулировка тембра по высоким частотам.
18. Свойства общего назначения должны быть обеспечены следующие потребительские удобства:
• Подсветка шкалы;
• Индикатор включения;
• Встроенный блок питания;
• Указатели рабочего положения регуляторов;
• Указатель рабочего положения регулятора.

19.   Нормы на параметры выхода для подключения внешних источников программ (“УНЧ – выход универсальный”):
• Выходное сопротивление – не менее 470 кОм;
• Минимальная э.д.с. источника сигнала – не менее 0,2 В.
20. Номинальное сопротивление нагрузки усилителя мощности звуковой частоты – 8 Ом.

1. Выбор и  обоснование структурной схемы

         Структурная схема  супергетеродинного приемника показана на рисунке 1.1. Основное усиление и частотную избирательность приемника обеспечивает усилитель промежуточной частоты (УСПЧ). Напряжение с промежуточной частотой образуется в одном из первых каскадов супергетеродинного приемника – в преобразователе частоты (ПЧ).

         Отличительной особенностью супергетеродинного приемника является то, что независимо от частоты принимаемого сигнала промежуточная частота фиксирована и величину её выбирают так, чтобы обеспечить требуемые усиление и избирательность. Таким образом, супергетеродинный приемник представляет своего рода комбинацию из преобразовательного каскада и приёмника прямого усиления, работающего на фиксированной частоте. Роль такого приёмника выполняет УПЧ и последующие за ним каскады. 

     А – антенна;

     ВЦ  – входная цепь;

     УРС – Усилитель радио частоты;

     СМ  – смеситель;

     Г – гетеродин;

     УСПЧ  – усилитель промежуточной частоты;

     АРУ – автоматическая регулировка усиления;

     Д – детектор;

     УСЗЧ  – усилитель сигналов звуковой частоты;

     ОУ  – оконечное устройство (динамик). 

Рисунок 1.1 

        Преобразовательный  каскад состоит из двух устройств: смесителя (СМ) и гетеродина (Г), представляющего собой маломощный генератор. Сигнал основной частоты fс преобразуется в колебания промежуточной частоты fп при одновременном воздействии сигнала и гетеродинного напряжения на смеситель. Выбор типа смесителя определяется конкретными требованиями к приёмнику, а также во многом зависит от частотного диапазона,  в котором должен работать приёмник. 

         По отношению к  сигналу, ввиду малости его амплитуды, смеситель можно рассматривать  как линейное устройство, параметр которого изменяются во времени с частотой под воздействием гетеродинного напряжения. В выходной цепи смесителя образуется множество колебаний с комбинационными частотами типа  

                                          fп  = (mfc + nfг),                                                 (1.1) 

где m = 1,2,3, ..., n = 1,2,3, ... .

        Одно из этих колебаний  используется в качестве напряжения промежуточной частоты и выделяется на нагрузки смесителя, представляющей резонансную систему, настроенную  на выбранное значение промежуточной частоты. Требуемое значение fп может быть обеспечено соответствующим выбором fг, m, n и знака в правой части (1).

        Как правило, промежуточную  частоту стремятся сделать меньше частоты сигнала. Очевидно, что этого  можно достичь, если в качестве промежуточной частоты выбрать из (1) одну из резонансных комбинаций 

                                         fп  = ( mfc – nfг ).                                                    (1.2)    

         В цепи смесителя  интенсивность высших гармоник сигнала весьма мала. Поэтому для сохранения высокого усиления приемника преобразование всегда производится на первой гармонике сигнала (m = 1).

         Наиболее распространенный случай, при котором преобразование осуществляется при m = n = 1: 

                                          fп  = ( fc – fг ).                                                         (1.3) 

         В диапазонных приёмниках для поддержания промежуточной  частоты постоянной при перестройке  сигнальных контуров необходимо также  перестраивать контурную систему  гетеродина. Обычно эта перестройка осуществляется одной ручкой управления.

         Обладая большими принципиальными достоинствами, супергетеродинные приемники не лишены некоторых недостатков. В первую очередь наличие паразитных каналов приёма. Основной паразитный канал приёма носит название зеркального или канала симметричной  станции. Частота зеркального канала fзк отличается от частоты сигнала fс на удвоенное значение промежуточной частоты. Таким образом супергетеродинный приемник оказывается настроенным на две частоты: fс и fзк, симметрично расположенные относительно частоты гетеродина. Ослабление помех, действующих на частоте fзк, возможно только с помощью избирательных систем, включённых до преобразователя, т.е. сигнальных контуров входной цепи и УРЧ. Степень подавления помех, действующих на частоте fзк, можно повысить, увеличив промежуточную частоту. Однако при этом надо иметь ввиду, что увеличение fп может привести к недопустимому расширению полосы пропускания УПЧ и снижению избирательности по соседнему каналу.  

         Другой недостаток  супергетеродинных приемников состоит в возможности возникновения так называемых комбинационных свистов. Это связано с тем, что помимо основной разностной комбинации fп = fг – fс существуют и другие, вида f`п = mfc – nfг, такие, что разность |fп – f`п| весьма мала. Эти колебания взаимодействуя в тракте УПЧ, образуют биения с разностной частотой, которые далее детектируются и прослушиваются на выходе приёмника в виде свиста. Основной мерой для подавления этого эффекта является снижение уровня гармонических составляющих гетеродинного напряжения и сигнала выбором соответствующего режима работы смесителя.

         Следует отметить, что  гетеродин, как маломощный передатчик, может создавать помехи для близко расположенных радиоприемных устройств. Этот недостаток устраним применением экранировки и развязывающих цепей.

         Характеризуя достоинства  супергетеродинного приемника, можно утвердить, что этот тип приёмника является единственным, который способен обеспечить высокие усиление и избирательность во всех радиочастотных диапазонах.                                                        
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Предварительное  проектирование АМ  тракта 

радиовещательного приемника 

2.1 Определение ширины пропускания высокочастотного тракта 

   Полоса  пропускания высокочастотного тракта:

   где – верхняя частота диапазона воспроизводимых частот по звуковому давлению при неравномерности не более 14 дБ, в диапазоне СВ и 18 дБ, в диапазоне ДВ. 

2.2 Выбор транзистора  и режимов их  работы 

   Выбираем  транзисторы КТ399А и КТ315Г, их параметры  приведены в таблице 2.2.1. 

   Зададимся током коллектора 1 мА.

Таблица 2.2.1

Параметры транзисторов КТ399А и КТ315Г

2.2.1. Расчет транзистора  КТ399А 

    Статический коэффициент усиления тока базы:

    Определяем  коэффициенты: