Проектування радiомовних приймачiв

ВІДКРИТИЙ МІЖНАРОДНИЙ  УНІВЕРСИТЕТ РОЗВИТКУ ЛЮДИНИ

                                                   «УКРАЇНА» 
 
 

                                                                                   ЗАТВЕРДЖУЮ:

                                                          Проректор з навчально-методичної  роботи 

                                                                                  ___    _________ 2009 р. 
 
 
 
 

                            КУРСОВИЙ ПРОЕКТ   

З дисципліни:  «Радіоприймальні та підсилювальні пристрої» 
 
 

                     Освітньо – кваліфікаційний рівень : бакалавр        

                      Напрям підготовки : 6.0910 електронні апарати 

                      Спеціальність : 7.091000 електронна побутова апаратура 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                          КИЇВ 2009 р. 
 

Курсовий проект створений на основі: освітньої-професійної програми

Підготовки  бакалавра за напрямом «Електронні апарати»  
 

Автор : Танигін  Ю.І. , к.т.н. , доцент  ___________________ 
 

Матеріал Курсового  проекту розглянутий і затверджений на засіданні кафедри:

«Побутова електронна апаратура» 
 

Протокол   № ___   від  _____________ 
 

Зав.кафедри  ПЕА                      Жовнір Н.Ф. 
 
 
 
 

                       ПРОЕКТУВАННЯ   РАДІОМОВНИХ  ПРИЙМАЧІВ 

1.  МЕТА І ЗАДАЧІ КУРСОВОГО ПРОЕКТУВАННЯ

Курсовий проект по дисципліні "Радіоприймальні  пристрої" виконується студентами на заключному етапі вивчення курсу  і ставить наступну мету:

-     систематизація і розширення теоретичних і практичних знань по курсу;

-     оволодіння  методикою  дослідження  і   навичками  самостійної  роботи   при  рішенні інженерної задачі;

-    оволодіння  навичками роботи з технічною  літературою ;

-     розвиток  уміння використовувати при проектуванні обчислювальну техніку.

     В процесі курсового проектування студент повинен показати глибоке знання теоретичного курсу, уміння самостійно вирішувати інженерні задачі по розробці радіоприймальних пристроїв, уміння працювати з технічною літературою і навички використовування сучасної обчислювальної техніки.

     Всі питання проектування повинні бути лаконічно і технічно грамотно висловлені в записці пояснення, зі всіма необхідними розрахунками, схемами і графіками. Курсове проектування завершується захистом проекту. 

           2.  ЗАВДАННЯ НА КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

2.1. Визначить основні параметри радіоприймача згідно до  завдання,      

а) вибірковість по сусідньому і дзеркальному каналах,

б) чутливість,

в) ефективний діапазон частот, що приймаються,

г) загальні гармонічні спотворення,

д) динамічний діапазон приймача 

2.2. Вибрати структурну схему радіоприймача

2.3. Вибрати проміжну  частоту приймача

2.4. Розрахувати смугу пропускання лінійного тракту приймача

2.5. Розрахувати  коефіцієнт підсилення лінійного тракту приймача                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                             

2.6. Розрахувати електричний вузол згідно до завдання:

                                                                                                                         Табл. 1

3. МЕТОДІЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ВИКОНАННЯ КУРСОВОГО ПРОЕНТУ 

            3.1. Основні характеристики радіоприймачів

     Побутові  радіоприймачі мають деякий набір  електричних параметрів, що визначають  їх споживчі властивості. Згідно  до  ГОСТ – 5651 – 89 радіоприймачі  по своїм електричним та електоакустичним  параметрам розділяють на три  групи складності: Вищу (0), першу (1), другу (2).

    Діапазон  робочих частот – це зона можливих частот настройки радіоприймача. Зараз для побутових радіоприймачів встановлені такі діапазони частот і радіохвиль.                                       Табл.2. 

    У діапазонах DХ, СХ використується амплітудна модуляція –АМ з верхньою частотою модулюючого сигналу 8 – 10 кГц, у діапазоні КХ використується амплітудна модуляція –АМ  з верхньою частотою у 4,5 кГц. Різниця між сусідними станціями повинна бути у 9 кГц.

    У діапазоні УКХ використується частотна модуляція –ЧМ з максимальною девіацієй у 50 кГц. Різниця між  сусідними несівними частотами  повинна бути кратна 30 кГц (30, 60, 90, 120 кГц).

    Максимальний  коефіцієнт перекриття діапазону для КХ = 3,06, для СХ = 3,05. Допускається діапазон СХ поділити на 2 частини, а КХ поділити на декілька піддіапазонів: 19 м, 25 м, 31 м, 41 м, 49 м, 51 м.

    УКХ діапазон поділений на 2  частини:

    УКХ = 65,8 – 73,0 МГц та FM  = 87,5 – 108,0 МГц.

    Чутливість – це спроможність радіоприймача приймати слабкі сигнали. Кількісно чутливість оцінюється мінімальним рівнем сигнлу на вході приймача, що забезпечує певну потужність на виході його. Чутливість, що обмежується власними шумами приймача – це мінімальний рівень сигналу на вході приймача при певному відношенні сигнал / шум. Це відношення встановлюється у технічній документації і, як правило, визначається :

    Для АМ тракту  - 20 дБ

    Для ЧМ тракту  - 26 дБ (моно),  50 дБ (стрерєо).

    Потужність  вихідного сигналу – 50 мВт для апаратів с номінальною потужність виходу більше 150 мВт, та 5 мВт для апаратів с номінальною потужністю виходу менше 150 мВт. 

  Табл.3. Основні нормативи параметрів чутливості радіоприймачів:

    Селективність – це здатність приймача виділяти корисний сигнал від заважаючих. Вона заснована на використанні відмітних ознак між корисними та завжаючими сигналами: напрямку поширення, часу дії, амплітуди, частоти та фази. Перша ознака – напрямок поширення використується для конструювання спрямованих антен, друга – час дії – дозволяє здійснити часову селективність для приймання корисного сигналу у вибрані частки часу. Також можна створити селективність амплітудну, частотну і фазову. У частотній селективності визначають два види: односигнальну і двосигнальну (реальну).

    У таблиці 3 наведені норми частотньої селективністі згідно з ГОСТ 5651 – 89. 

                 Частотну характеристику за напругою по всьому тракту также звуть характеристикой вірності або кривою вірності. Кількісно нерівномірність частотної характеристики визначають за коефіцієнтами частотних спотворень на нижчих  М_Н та високих частотах   М_В .

                        М_Н = К(F₁₀₀₀) / K(F_Н) ;      М_В = K(F₁₀₀₀) / K(F_В) 

    Нижче, у таблиці 4 наведені норми для  АЧХ всього тракту:

                                                                                                        Табл. 4

Нелінійні спотворення  призводять до появи у спектрі вихідного сигналу приймача гармонічних складових таких, що відсутні у вхідних сигналах. Кількісно нелінійні спотворення оцінюються коефіцієнтом гармонік.                       

Основні норми  нелінійних спотворень за ГОСТ – 5651 – 89 наведені у

Таблиці 5.

    Динамічний діапазон  – радіоприймача – це межі зміни рівня вхідних сигналів, за яких забезпечується допустима втрата інформації, що утримується у корисному сигналі. Оцінюється відношенням найбільшого значення сигналу до найменшого значення сигналу при заданих обмеженнях:

                                                           D (дБ) = 20 lg ( U_{C max} / U_{C min})

Динамічний діапазон приймача повинен бути не менше динамічного 

Діапазону сигналу, тоді не буде нелінійних спотворень. Динамічний діапазон у приймачів різної групи складності вимірюється у 40-60 дБ.  

  3.2. Вибір типу структурної схеми радіоприймача

     Побутові радіоприймальні пристрої, приймачі, тюнери, радіоли, магнітоли і інші пристрої (надалі радіомовні приймачі) призначені для прийому програм звукового радіомовлення в діапазонах довгих (148 ... 285 кГц), середніх (525 ... 1607 кГц), коротких (3,95 .... 12,1 Мгц) хвиль з амплітудною модуляцією і в діапазоні ультракоротких хвиль (65,8 ... 74; 100 .... 108 Мгц) з частотною модуляцією, у тому числі прийому стереофонічних передач .

     Тюнери (звичайно стереотюнери УКВ) є налаштованими радіоприймальними пристроями. Призначені для прийому стереофонічних і монофонічних програм радіомовних станцій з використанням стереотелефонів або іншої побутової радіоелектронної апаратури, що має високоякісний стереофонічний ПЗЧ з акустичною системою.

     По  електричних, електроакустичних  параметрах і комплексі експлуатаційних  зручностей стаціонарні і переносні приймачі розділяють на чотири групи складності (0 — вищу, 1, 2, 3 ), автомобільні радіомовні приймачі на три групи (1, 2, 3 ), крім того, виділяють малогабаритні (кишенькові, сувенірні, мініатюрні) приймачі. Сучасні радіомовні приймачі АМ і ЧМ сигналів в більшості випадків будують по супергетеродинній схемі. Виняток становлять мініатюрні переносні приймачі, призначені для прийому місцевих станцій. Для транзисторних приймачів середніх груп складності звичайно застосовують частково комбіновану структурну схему з повним розділенням АМ і ЧМ трактів на частоті сигналу , комбінованим використовуванням підсилювальних приладів по обох трактах, починаючи із змішувачем або УПЧ . Повністю комбінована схема не використовується, оскільки викликає значне ускладнення комутації і регулювання, а також знижує стійкість. Систему повністю роздільних трактів (до УЗЧ) застосовують в приймачах вищих класів і в приймачах, побудованих на інтегральних схемах. 

3.3. Вибір проміжної частоти

Величина проміжної частоти вибирається з наступних міркувань:

1.  Проміжна  частота  не повинна знаходитися  в діапазоні частот приймача  або близько від меж цього  діапазону;

2.  Проміжна  частота не повинна співпадати  з частотою якого-небудь могутнього  передавача.

3.  Для отримання хорошої фільтрації проміжної частоти на виході детектора повинна бути виконаний наступна умова:

                                           fпр>10Fв,

 деFв - верхня частота модуляції.

4. Із збільшенням  проміжної частоти:

- збільшується  вибірковість по дзеркальному каналу;

- зменшується  вибірковість по сусідньому каналу;

- розширяється  смуга пропускання;

- зменшуються  вхідний і вихідний опори електронних  приладів, що приводить до збільшення  шунтування контурів, а так само  знижується крутизна характеристики транзисторів;

- погіршується  стійкість УПЧ;

-  зменшується  коефіцієнт посилення на каскад  за рахунок зменшення резонансного  опору контура і погіршення  параметрів електронних приладів;

-  зменшується  шкідливий вплив шумів гетеродина  на чутливість приймача;

-  полегшується  розділення трактів проміжної  і низької частоти, що дозволяє  спростити фільтр на виході  детектора;

збільшується    надійність    роботи    пристрою    автоматичного підстроювання  частоти;

- зменшуються  розміри контурів і блокувальних  конденсаторів.

5. Із зменшенням проміжної частоти:

- збільшується  вибірковість по сусідньому каналу;

- зменшується  вибірковість по дзеркальному  каналу;

- звужується  смуга пропускання;

-   збільшуються  вхідний і вихідний опори електронних  приладів, що приводить до зменшення шунтування контурів, а так само збільшується крутизна характеристики транзисторів;

- поліпшується  стійкість УПЧ;

- збільшується  коефіцієнт посилення на каскад;

- знижується  коефіцієнт шуму.                                                                                      

                                                                                                Табл. 6

Відповідно до таблиці №2,  вибираємо проміжну частоту рівну 465±2кГц. 

3.4. Розрахунок необхідної смуги пропускання лінійного тракту

Смуга пропускання  лінійного тракту, форма основних характеристик {АЧХ, ФЧХ) в межах смуги частот   сигналу , що приймається , повинні задовольнять вимогам допустимих  спотворень.   Необхідна   смуга пропускання визначається реальній шириною спектру сигналу, що приймається  ΔF_C , доплеровским зсувом частоти сигналу ΔFд і запасом ΔFзап., що залежить від нестабільності частот сигналу і гетеродинів, що приймається, погрішностей в налаштуванні окремих контурів і всього приймача, тобто:

Де: ΔF_C -  реальна ширина спектру сигналу залежить від виду первинного сигналу, параметрів модуляції і допустимих спотворень. Для АМ:

                                           ΔF_C = 2ΔF_Внч

ΔF_Внч – верхня частота АЧХ сигналу, що задається стандартом, можна взяти з таблиці                                                                                        

                                                                                                   Таблиця  7

Доплеровський зсув частоти сигналів, що приймаються від рухомого передавача

Де: υ — радіальна швидкість руху передавача; c — швидкість росповсюдження радіохвиль (с = 3 • 10⁸ км/с); f_с — частота сигналу.  

    Запас смуги Δf_ЗАП треба визначать для приймачів, що працюють без налаштування на прийом. При прийому з налаштуванням частоти різниця частот передавача і приймача усувається оператором. Значення  Δf _ЗАП вибирають у залежності від призначення приймача та вимог до рівня автоматизації зв’язку та стійкості прийому. Для  приймачів з однократним перетворенням частоти: 

Де δ_С і δ_Г – відносні нестабільності несівної частоти сигналу f_C і частоти гетеродина f_Г ; δ_С і δ_Г звичайно дорівнюють 0,01.

δ_Н – відносна похибка налаштування приймача,

 δ_ПР – відносна похибка і нестабільність частоти налаштування контурів тракту ПЧ  f_ПР .      Значення δ_Н визначається точністю налаштування контура гетеродина і має величину 0,003 – 0,01. Значення  δ_ПР залежить від параметрів контурів тракту ПЧ і має величину 0,0003- 0,003.

   3.5. Розрахунок підсилення лінійного тракту

     Коефіцієнт підсилення лінійного тракту приймача (до детектора) визначається як:                                                К_ЛТ = U_Д / Е_А  

Де  U_Д – напруга проміжної частоти, що необхідна для нормальній роботі детектора.

    Чутливість  з входу приймача визначають як :

                                                                              Е_А = Е_{А ТЗ} /а_Е ,

де Е_{А ТЗ} — норма  чутливості (згідно до технічного завдання);

 а_Е = 3 ... 5 — коефіцієнт запасу. 

Таблиця 8. Основні нормативи параметрів чутливості радіоприймачів: