Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Приёмник связной радиостанции

Министерство образования и науки РФ

Рязанский Государственный Радиотехнический университет

Кафедра РТУ

пояснительная записка

к курсовому проекту по дисциплине:

«Устройства приема и обработки сигналов»

Выполнил ст.гр.715

Точилин Д.В.

Проверил:

Комиссаров А.В.

Рязань 2011

Содержание

Введение……………………………………………………………………..….4
Выбор элементной базы…………………………………………………..…....5
Проектирование структурной схемы…………………………………….……6
Расчет частотного плана………………………………………………………..6
Расчет энергетического плана……………………………………………….....8
Расчет усилительных свойств радиоприемника ……………………………...9
Расчет усилителя радиочастоты

по постоянному току………………………………………………….…11
по переменному току………………………………………………….…12

Расчет контура частотного детектора…………………………………….…...17
Требования к синтезатору частот………………………………………….…..19
Вывод……………………………………………………………………………20
Список используемой литературы…………………………………………….21
Приложение………………………………………………………………….…22

Введение

Радиоприемное устройство – одно из важнейших и необходимых элементов любой радиотехнической системы передачи сообщений. Оно обеспечивает: улавливание энергии электромагнитного поля, несущего полезную информацию; усиление мощности сигнала и преобразование его в сообщение, поступающее к получателю. В месте приема существуют посторонние электромагнитные поля, создаваемые источниками радиопомех естественного и искусственного происхождения. Эти электромагнитные поля искажают полезный сигнал и вызывают ошибки в приеме сообщений.

В связи с насыщением окружающего пространства радиотехническими средствами неизбежно увеличивается уровень радиопомех искусственного происхождения, возможно также появление умышленных радиопомех. В этих условиях обеспечение высокой достоверности приема сообщений становится более сложным. Необходимая достоверность приема сообщений может быть реализована только на основе комплексного подхода к построению помехоустойчивых систем передачи сообщений. А также учитывая, что реальные условия приема сигналов изменяются во времени, структура приемника и режимы его элементов должны оптимизироваться с целью обеспечить минимальную величину ошибки в приеме сообщений. Поэтому в приемнике предусматриваются автоматические регулировки усиления, избирательности, формы характеристик, обеспечивающие адаптацию приемника к изменяющимся условиям приема сигналов.

Таким образом, современное профессиональное радиоприемное устройство представляет собой адаптивный комплекс элементов, обеспечивающий оптимальную обработку смеси полезного сигнала и радиопомех. Этот комплекс обеспечивает три операции:

1) улавливание электромагнитных колебаний полезного радиосигнала из окружающего пространства и передачу их приемнику;

2) оптимальную обработку смеси сигнала и радиопомех с целью выделения первичного электрического сигнала, соответствующего сообщению (выделение спектра полезного сигнала, усиление, детектирование, декодирование);

3) преобразование первичного электрического сигнала в сообщение.

Выбор элементной базы

Для фильтрации заданного диапазона частот 146-166 МГц, во входной цепи поставим полосовой фильтр ФПА1-153-13Б. Характеристики данного фильтра приведены в следующей таблице:

Таблица 1. «Параметры фильтра ФПА1-153-13Б»

Центральная частота, МГц	Полоса на уровне -2дБ, МГц	Потери, дБ	Подавление, дБ	Входное и выходное сопротивления, Ом
156	21	4	60	50

Основной каскад выполним на микросхеме ИМС MC13135 фирмы Motorola(спецификация приведена в приложении). Данная микросхема представляет собой узкополосный ЧМ приемник с двойным преобразованием частоты. Основные функции: двойное преобразование частоты, усиление, ограничение по амплитуде и детектирование сигнала.

На первую промежуточную частоту выберем фильтр ФП2ПЧ-10,7-28 со следующими основными характеристиками:

Таблица 2. «Параметры фильтра ФП2ПЧ-10,7-28»

Центральная частота, МГц	Полоса на уровне – 3 дБ, кГц	Полоса на уровне – 65 дБ, кГц	Потери, дБ
10,7	28	100	3

Избирательность по соседнему каналу обеспечивает фильтр ФП2ПЧ-10,7-28.

На вторую промежуточную частоту выберем фильтр PFWLA450KS2A-B0, со следующими основными характеристиками:

Таблица 3. «Параметры фильтра PFWLA450KS2A-B0»

Центральная частота, кГц	Полоса на уровне – 3 дБ, кГц	Полоса на уровне – 40 дБ, кГц	Потери, дБ
455	50	100	6

В качестве усилительного прибора для усилителя радиочастоты возьмем транзистор 1Т314А со следующими основными параметрами:

Таблица 4. «Параметры транзистора 1Т314А»

Iкм, мА

Uкэм, В

Uэб0, В

Iэ0, мА

fгр, ГГц

h21э

Kш, дБ

Cк, пФ

Tк,

пс

0,3

1,5

15…250

4,5

0,8

Проектирование структурной схемы

Расчет частотного плана

Рис.1 «Частотный план»

(МГц)

( МГц)

(кГц)

(МГц)

Необходимо обеспечить фильтром преселектора избирательность по побочным каналам. Избирательность по побочным каналам:

, где - подавление вне основной полосы частот, - потери. Получившееся значение не удовлетворяет техническому заданию (по ТЗ ). Необходимо использовать два фильтра ФПА1-153-13Б.

При этом избирательность по побочным каналам получается равной:

, что полностью соответствует техническому заданию.

Фильтры на первой и второй промежуточных частотах, должны обеспечивать необходимую избирательность по соседним каналам (по ТЗ ). Для выбранных типов фильтров избирательность получается равной:

, что полностью удовлетворяет ТЗ.

Исходя из частотного плана, структурная схема радиоприемника примет следующий вид:

Рис.2 «Структурная схема радиоприемника»

А – антенна,

УРЧ – усилитель радиочастоты (малошумящий усилитель),

Ф1,Ф2 – фильтры радиочастоты,

СМ1, СМ2 – смесители частоты,

Г1, Г2 – гетеродины,

Фпч1, Фпч2 – фильтры промежуточных частот,

УПЧ – усилитель промежуточной частоты,

ОА – ограничитель амплитуд,

ЧД – частотный детектор,

ФНЧ – фильтр нижних частот,

УЗЧ – усилитель звуковой частоты.

Назначение и структура каскадов супергетеродинного приемника с двойным преобразованием частоты:

Преселектор - состоит из фильтра входной цепи(Ф1) и фильтра УРЧ (Ф2). Ф1 предназначен для предварительной фильтрации принимаемого полезного сигнала из множества сигналов, поступающих на антенну. Так же Ф1 и Ф2 необходимы для обеспечения избирательности по первому зеркальному каналу и каналу прямого прохождения.

Усилитель радиочастоты (УРЧ) требуется для увеличения уровня сигнала, поступающего с фильтра входной цепи, до минимального уровня требуемого микросхемой.

Смесители частоты (СМ1, СМ2) предназначены для переноса спектра сигнала на промежуточную частоту (ПЧ).

Гетеродины (Г1, Г2) требуются для осуществления преобразования частоты в смесителях.

Фильтры промежуточных частот (Фпч1, Фпч2) требуются для обеспечения избирательности по второму зеркальному каналу и по соседним каналам приема.

Усилитель промежуточной частоты (УПЧ) обеспечивает основное усиление сигнала по напряжению.

Ограничитель амплитуд (ОА) позволяет устранить нежелательные изменения амплитуды сигнала.

Частотный детектор (ЧД(демодулятор)) преобразует принимаемый модулированный сигнал в напряжение, соответствующее передаваемому сообщению.

Расчет энергетического плана

Проведем расчет энергетического плана с целью определения - соответствует ли отношение сигнал/шум на выходе приемника ТЗ при выбранной элементной базе.

Отношение сигнал/шум на входе приемника:

где - мощность сигнала на входе приемника, - мощность шума на входе приемника.

где - чувствительность приемника, - сопротивление антенны приемника.

где по формуле Найквиста - полоса пропускания.

(дБ)

Рис.3

Выражение для коэффициента шума радиоприемника можно записать следующим приближенным выражением:

где - коэффициент передачи по мощности соответствующих каскадов, - коэффициенты шума соответствующих каскадов.

Коэффициенты шума и передачи соответствующих каскадов:

, где - потери фильтра;

(дБ)

(раз)

Зададим Нурч=27

Тогда коэффициент шума радиоприемника равен:

Отношение сигнал/шум на выходе приемника:

Получившийся при вычислении отношение сигнал/шум на выходе приемника соответствует ТЗ (по ТЗ 10дБ).

Расчет усилительных свойств радиоприемника

Определим усилительные свойства разрабатываемого радиоприемника.

Используемая микросхема MC13135 при заданной девиации частоты и при необходимом уровне сигнала на входе, на выходе дает напряжение 0,6В (при сопротивлении R=39 кОм (рис.4)). Следовательно, необходимо обеспечить необходимый уровень сигнала на входе микросхемы.

Рис.4

Определим усилительные свойства разрабатываемого радиоприемника.

Определим необходимый коэффициент передачи по напряжению УРЧ:

При чувствительности приемника и при соответствующем коэффициенте передачи фильтров Ф1 и Ф2 напряжение на выходе УРЧ должно быть не менее 1мкВ.

При чувствительности микросхемы В и при коэффициенте передачи фильтра Ф1: напряжение на входе УРЧ должно быть не менее

;следовательно, коэффициент передачи УРЧ по напряжению должен быть не менее:

Расчет усилителя радиочастоты

Рис.5 «Электрическая схема простейшего УРЧ»

Расчет УРЧ по постоянному току

Рис.6 «Электрическая схема УРЧ по постоянному току»

Обычно, падение напряжения на резисторе составляет примерно 20% от напряжения питания:

(В)

Тогда сопротивление резистора равно:

Падение напряжения на базовом делителе равно:

(В)

Постоянный ток базы приблизительно равен:

(мкА)

Ток делителя, должен быть, по крайней мере, на порядок больше тока базы :

(мА)

Тогда сопротивление делителя равно:

Как видно

Сопротивление резистора равно:

(кОм)

Тогда сопротивление резистора равно соответственно:

(кОм)

Так как , тогда

Расчет УРЧ по переменному току

Расчет по переменному току производится с целью определения коэффициента усиления УРЧ по напряжению.

Как известно, коэффициент усиления УРЧ определяется из выражения:

где - крутизна проходной характеристики транзистора, - эквивалентное резонансное сопротивление контура на выходе транзистора, , - коэффициенты включения в контур транзистора и нагрузки соответственно.

Рис.7 «Схема замещения транзистора по Y – параметрам»

Где - входная проводимость транзистора, - выходная проводимость транзистора, - обратная проводимость транзистора, она мала, поэтому ее влияние можно не учитывать.

Определим Y- параметры транзистора:

Рис.8 «Физическая эквивалентная схема транзистора»

Где - распределенное сопротивление базы, - зарядная емкость эмиттерного перехода, - активная и периферийная емкости коллекторного перехода, - сопротивление эмиттерного перехода, - ток эмиттера (мА), а – коэффициент усиления по току в схеме с ОБ, - активная составляющая выходной проводимости на низкой частоте, - входной ток теоретической модели транзистора.

- полная емкость коллекторного перехода.

Сопротивление эмиттерного перехода:

(Ом)

Активная и полная емкости коллекторного перехода связаны между собой следующим соотношением:

Тогда активная емкость коллекторного перехода оказывается равной:

(пФ)

Распределенное сопротивление базы равно:

(Ом)

Входное сопротивление в схеме с ОБ равно:

где - контактное сопротивление в эмиттерной цепи. Для кремниевых транзисторов им обычно пренебрегают.

(Ом)

Частота единичного усиления транзистора:

(рад/с)

Тогда граничная частота по крутизне равна:

(рад/с)

Коэффициент передачи по току в схеме с ОБ:

(МГц)

После произведенных вычислений, можно определить Y- параметры транзистора:

Входная проводимость – Y11:

(мСим)

Выходная проводимость – Y22:

(мСим)

Крутизна проходной характеристики транзистора – Y21:

Обычно на практике задаются , выберем .

Определим устойчивый коэффициент усиления транзистора:

Рассчитаем резонансные согласующие контуры УРЧ.

Контур на выходе УРЧ:

С точки зрения частотных искажений, должно выполняться следующее условие:

выбираем эквивалентную добротность

Задаемся эквивалентной емкостью контура (пФ), которая для диапазона частот 200…1000 МГц лежит в пределах 10…50 пФ.

При этом индуктивность контура равна:

При данном значении индуктивности, катушки изготавливают из посеребренного провода, при этом добротность контурной катушки лежит в пределах 100…250, выберем Q=160.

Характеристическое сопротивление контура:

Сопротивление нагруженного контура:

Рассчитаем коэффициент:

Коэффициент включения со стороны фильтра Ф2:

Коэффициент включения со стороны транзистора:

Расчет коэффициента усиления по напряжению:

().

Контур на входе УРЧ:

Параметры данного контура аналогичны параметрам контура на выходе УРЧ, однако, с другими коэффициентами включения.

Коэффициент включения со стороны транзистора:

(Ом)

Коэффициент включения со стороны фильтра Ф1:

Далее рассчитаем вспомогательные элементы:

Разделительный конденсатор:

Блокировочный конденсатор:

Обычно, внутреннее сопротивление источника питания лежит в пределах 5-10 Ом, пусть

Емкость в цепи эмиттера :

Расчет контура частотного детектора

Рис.9

R=39 (кОм);

f=455 (кГц);

Рассчитаем добротность контура:

При этом эквивалентное сопротивление контура должно быть равное:

Также должно выполняться условие:

Из данного выражения получается, что:

Найдем параметры контура L и C:

На этом расчет контура частотного детектора закончен.

Определим коэффициент нелинейных искажений радиоприемника:

Рис.10 «Зависимость коэффициента нелинейных искажений от девиации частоты»

Из зависимости видно, что при R=39 (кОм) и при девиации частоты равной 5 (кГц), коэффициент нелинейных искажений приблизительно равен:

;

Что полностью удовлетворяет техническому заданию ( по ТЗ)

На этом расчет радиоприемника закончен.

Требования к синтезатору частот

Синтезатор частот должен удовлетворять следующим требованиям:

Диапазон генерируемых частот: 135,3-155,3 МГц.
перестройка по частоте с шагом, не более: 25 кГц.
Наличие схемы ФАПЧ.
Напряжение питание, не более: 5,5 В.
Стабильность частоты.
Амплитуда колебаний должна быть по возможности неизменной и достаточной для эффективной работы смесителя.
Частоты колебаний должна отличаться от резонансной частоты входных высокочастотных контуров на величину промежуточной частоты.

Вывод

В данном курсовом проекте было спроектировано радиоприемное устройство связной радиостанции диапазона 146-166 МГц. Радиоприемник выполняли на микросхеме MC13135 большой степени интеграции, фирмы Motorola. Характеристики полученного устройства полностью удовлетворяют параметрам технического задания.

В частности, устройство обладает высокой чувствительностью, малыми искажениями, а также высокой избирательностью в отдельных частях линейного тракта приемника, что обеспечивает высокую селективность, присущую устройству в целом.

Список используемой литературы

Сиверс А.П. Проектирование радиоприемных устройств. – М.: Советское радио, 1976.
Уточкин Г.В. Интегральные и многотранзисторные каскады избирательных усилителей. – М.: Энергия, 1978.
Аксенов А.И., Нефедов А.В. Отечественные полупроводниковые приборы специального назначения. – М.: Солон – Р, 2002.
Электронный справочник радиолюбителя.
Чистяков Н.И., Сидоров В.М. Радиоприемные устройства. Учебник для вузов. М., Связь, 1974.
Проектирование радиоприемных устройств: Методические указания. Часть 1/РГРТА; сост. Паршин Ю.Н., Салтыков Е.Н.; под редакцией Паршина Ю.Н. Рязань, 2003.
Петухов В.М. Транзисторы и их зарубежные аналоги. Справочник. Том 1-М:Радиософт,1999

Приложение

Микросхема MC13135: