Расчет гетеродина. 2

Содержание

 

Исходные данные ……………………………………………...……….………...2

Введение 3

1. Структура  селектора каналов СК-Д-24 и его  параметры 5

2. Гетеродин  дециметрового диапазона (функциональное  назначение, особенности, входные  и выходные параметры) 9

3. Расчет  гетеродина дециметрового диапазона 11

4. Модернизация  канала в телевизорах 4-6 поколений 19

5. Диагностика  и регулировка 21

Перечень  литературных источников 24

 

Введение

Телевидением называется область современной радиоэлектроники, которая занимается передачей и  приемом неподвижных и подвижных  изображений электрическими средствами связи в реальном и измененном масштабе времени. Задачей телевидения  является получение на приемном телевизионном  устройстве изображения, соответствующего объекту передачи. Эта задача решается сложным комплексом аппаратуры передачи, кодирования, декодирования, преобразования, отображения и другими операциями по обработке визуальной информации.

В основе телевидения лежат 3 физических процесса: преобразование световой энергии в электрические  сигналы; передача и прием электрических  сигналов;  преобразование электрических  сигналов в оптическое изображение.

Современное телевидение  базируется на двух основных принципах, первый из которых заключается в  разбивке изображения передаваемого  объекта на отдельные элементарные площадки, а второй - в поочередной  передачи яркостей этих элементарных площадок(последовательная передача элементов изображения).

Как только человеческое общество делало шаг вперед в своем развитии, происходило усовершенствование средств связи. Телевидение - прежде всего как средство связи - также прошло длительный путь развития, начиная от первых нереализованных проектов через этап механического телевидения до современного цифрового.

Выпуск унифицированных  стационарных цветных телевизоров третьего поколения 3УСЦТ в нашей стране начался в середине 80-х годов. Они являются основной (массовой) моделью, выпускаемые отечественной промышленностью. Видоизменения этой модели на кинескопах с размером по диагонали 51,61 и 67 см изготавливаются различными заводами под названиями «Электрон Ц-280», «Электрон Ц-282», «Рекорд Ц-381» и др.

Унифицированные стационарные цветные телевизоры 3УСЦТ полностью  выполнены на микросхемах и транзисторах. От более ранней модели они отличаются меньшим числом дискретных радиодеталей, меньшей потребляемой мощностью  и металлоемкостью и более  высокой надежностью. Этому способствует применение новых микросхем, выполнение строчной развертки на транзисторах, применение импульсного модуля питания  и кинескопов с самонаведением электронных  лучей.

Основные параметры телевизоров 3УСЦТ устанавливаются ГОСТ 18189-79 и  ГОСТ 24330-80.

В данном курсовом проекте  произведен расчет гетеродина дециметрового  диапазона волн, входящего в состав селектора каналов телевизионного приемника 3-го поколения. Проект состоит  из анализа и выбора схемотехнического  решения гетеродина, расчета принципиальной схемы гетеродина рассчитанного  на прием 32-го радиоканала, расчета  функционального узла на печатной плате, формулировки путей дальнейшей модернизации селектора ДМВ, проектирования графической  документации на разработанный гетеродин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Структура селектора каналов СК-Д-24 и его параметры

В данном курсовом проекте  необходимо рассмотреть селектор каналов  СК-Д-24. В селекторе каналов осуществляется настройка на прием сигналов телецентра, усиление их и преобразование в сигналы  промежуточной частоты.

Для телевизионного вещания  используются диапазоны:

I – 48.5…66 МГц (каналы 1 и 2);

II – 76…100 МГц (каналы 3-5);

III – 174…230 МГц (каналы 6-12)

IV и V– 470…790 МГц  (каналы 21-60)

В каждом канале разность между  несущей звука и несущей изображения  составляет 6.5 МГц, а между частотой гетеродина и несущей изображения 38 МГц.

Прием на частотных диапазонах I – III осуществляется СК-М, а на диапазоне  IV СК-Д. Основные технические характеристики СК-Д приведены в табл. 1.

Таблица 1.

Параметр	Тип селектора
	СК-Д-20	СК-Д-22	СК-Д-24	СК-Д-30
Коэффициент усиления, дБ	9	7	7	10
Коэффициент шума, дБ	10.8	12	12	-
Коэффициент отражения, раз	0.7	0.72	0.75	-
Избирательность по промежуточной  частоте, дБ	60	60	60	60
Избирательность по зеркальному  каналу, дБ	40	30	30	30
Ток потребления, мА	15	15	15	15
Напряжение питания, В	12	10.5	12	10.5
Габаритные размеры, мм	126*54*40	95*52*26	86*60*25	90*62*22
Масса, г	250	100	150	110

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1. Функциональная схема связи селектора каналов с другими устройствами телевизионного приемника

 

 

 

 

Рис. 2. Структурная схема селектора каналов дециметрового диапазона

 

Принципиальная схема  селектора каналов СК-Д-24 представлена на рисунке 3.

Рис. 3. Принципиальная схема селектора каналов СК-Д-24

 

Селектор каналов СК-Д-24 обеспечивает прием радиосигналов  вещательного ТВ в диапазоне частот 470…790 МГц. Селектор состоит из входной  цепи, усилителя высокой частоты, преобразователя частоты и фильтра  промежуточной частоты. Электронная  перестройка каналов ДМВ диапазона  осуществляется изменением напряжений смещения на варикапах VD 2, VD3, VD 4.

Радиосигнал через антенное гнездо поступает на входную цепь, выполненную в виде неперестраиваемого фильтра верхних частот. Она состоит из конденсаторов С1, С2 и катушки индуктивности L2. Конденсатор С4 служит для частичной компенсации реактивной составляющей входного сопротивления транзистора VT1, катушка индуктивности L1 обеспечивает подавление сигналов с частотами, расположенными ниже частот диапазона ДМВ. Катушка индуктивности L2 выполнена на плате печатным монтажом.

 Усилитель высокой  частоты собран на транзисторе  VT1 по схеме общей базы, что позволяет обеспечить хорошее согласование волновым сопротивлением антенного кабеля. Коллекторная цепь транзистора нагружена двухконтурным полосовым фильтром, состоящим из полуволновых коаксиальных линий  L6, L10, закороченных конденсаторами С8, С10, С12, С14 в одном конце линий и варикапами VD2, VD3 в другом. Полосовой фильтр перестраивается по диапазону частот при подаче напряжения через резисторы R4 и R5 на варикапы VD2, VD3.

Элементами настройки  фильтра в нижнем конце диапазона  служат короткозамкнутые петли связи  L5, L8, а в верхнем конце- катушки индуктивности L4, L12. Связь между контурами полосового фильтра осуществляется петлями связи L7 и L9. Усиление регулируется изменением управляющего напряжения АРУ, поступающего на базу транзистора VT1 с контакта 4 соединителя Х1(А1) селектора через резистор развязки R3. Регулировка усиления прямая – при снижении управляющего напряжения АРУ увеличивается ток коллектора. Глубина регулирования усиления 24дБ (16раз) обеспечивается изменением напряжения АРУ в пределах 2.5… 8 В.

Диод VD1, включенный в цепь эмиттера транзистора VT1, служит для предотвращения подачи постоянного подключенного управляющего напряжения АРУ на каскад преобразователя при отключении напряжения питания.

 

 

2. Гетеродин дециметрового диапазона (функциональное назначение, особенности, входные и выходные параметры)

Принципиальная схема  смесителя  представлена на рисунке 4. Преобразователем частоты служит автогенерирующий смеситель, собранный на транзисторе VT2, включенном по схеме с общей базой. Для обеспечения оптимального преобразования и стабильности частоты гетеродина ток коллектора VT2 установлен около 1.8 мА. Связь с полосовым фильтром усилителя высокой частоты обеспечивается петлей связи L 11. В конце этой петли включен контур L13 С17, обеспечивающий режим короткого замыкания на промежуточной частоте, что повышает усиление преобразователя частот.

Рис. 4. Принципиальная схема гетеродина селектора каналов СК-Д-24

 

Коллекторная цепь преобразователя  через конденсатор С22 нагружена  гетеродинным контуром в виде полуволновой линии L16, укороченной конденсатором С24 и варикапом VD4, служащим для перестройки контура по диапазону частот, и полосовым фильтром промежуточной частоты С25 L19 L20 С26 С28.

Катушка индуктивности L21 обеспечивает необходимую связь между контурами фильтра. Дроссель L18 служит для развязки по высокой частоте между фильтрами промежуточной частоты и контуром гетеродина. Короткозамкнутая петля L15 служит для подстройки контура гетеродина в нижней части диапазона, а катушка индуктивности L14 – в его верхней части. Емкость конденсатора С18 обеспечивает требуемую величину обратной связи между контуром гетеродина и выходом преобразователя.

Температурная  стабилизация частоты  гетеродина обеспечивается подбором температурного коэффициента емкости конденсаторов  С 18, С 24, С 15.

Сопряжение контуров полосового фильтра  и гетеродина СК – Д – 24 обеспечивается сопряжением характеристик варикапов  VD 2,  VD 3, VD 4 и подбором элементов контуров.

Селектор СК – Д – 24 подключается к УПЧИ телевизора через смеситель  селектора СК – М – 24 – 2, работающим в режиме усилителя ПЧ. Селектор СК –Д – 24 и смеситель СК – М  – 24 – 2 включаются подачей напряжения питания на селектор СК – Д – 24.  

Рис. 5. Конструкция модуля радиоканала:

1- Модуль радиоканала МРК; 2- держатели; 3- Субмодуль синхронизации УСР; 4 - плата субмодуля радиоканала СМРК; 5 – экран субмодуля радиоканала; 6- паз в экране субмодуля.

3. Расчет  гетеродина дециметрового диапазона

Первоначально необходимо произвести выбор активного элемента.

Для того чтобы транзистор считался безинерционным, его граничная частота должна удовлетворять условию: 0.5 f₀ < f_т, где f_т - граничная частота транзистора. При невыполнении условий по частоте, стабильность генерируемой частоты ухудшается.

Для повышения стабильности генерируемой частоты активный элемент должен работать в облегченном режиме.

Условия работы транзистора  для повышение стабильности:

Ек_доп > (0.3 - 0.5)Ек

Iк_доп > (0.2 - 0.4)Iк

где Ек_доп - допустимой максимальное напряжения на коллекторе;

Iк_доп - допустимой максимальный ток коллектора;

Данным условием удовлетворяет  транзистор КТ337В. Он представляет собой кремниевый эпитаксиально-планарной структуры р-n-р транзистор. Предназначены для применения в усилителях высокой и сверхвысокой частот и переключающих устройствах.

Электрические параметры транзистора:

Предельные эксплуатационные данные:

Для получения высокой стабильности генерируемой частоты угол отсечки  θ транзисторного АГ желательно выбирать так, чтобы токи и напряжения на переходах  транзистора были по форме близки к синусоиде. Чем больше θ, тем лучше форма тока. Однако с приближением к 180 (мягкий колебательный режим) снижается стабильность амплитуды колебаний вследствие того, что колебательная характеристика и прямая обратной связи пересекаются под очень острым углом.

При уменьшении θ ток обогащается гармониками, что вызывает понижение стабильности генерируемой частоты. Однако работа с θ < 90 (жесткий колебательный режим) позволяет обеспечить меньшее тепловое рассеяние на выходном электроде транзистора (более высокий КПД) и более высокое значение входного сопротивления транзистора, что способствует повышению стабильности частоты АГ. Но мягкое самовозбуждение удобнее в эксплуатации, поскольку авто колебания возникают и состоятельно устанавливаются при произвольных условиях В момент включения АГ. Компромиссное решение, при котором в момент включения АГ начинает работать с отсечки (в режиме мягкого самовозбуждения) с последующим автоматическим переходом его в жесткий режим,. предусматривает автоматическое изменение, напряжения смещения её нарастания амплитуды колебаний АГ. При этом угол отсечки в θ являющемся режиме автоколебаний транзисторного АГ обычно выбирают равным (60 ... 75)⁰. Целью автоматического смещения в схеме АГ за счет RС-цепочки, запирающее напряжение на которой создается работа с отсечкой.

Расчет автогенератора. Выбираем коэффициент обратной связи в автогенераторе Кос= 1, угол отсечки θ =600. Тогда коэффициент Берга а₀=0.218 ; а₁=0.391 ; у₀=0.109. Расчет режима транзистора можно проводить по известной общепринятой методике с использованием коэффициентов Берга.

I_km = 0.3· I_кmax = 0.3*10мА= 3 мА;

I_к0 = а ·I_км = 0.218· 3 мА = 0.648 мА

Есм = Еотс - U ₆₁ • cosθ = 0.6 -8.64*0.5 = -3.72В

 

Расчет выходной мощности и КПД:

Р₀ =0.5· Iк₀ ·

=0.5·3мА·8.64В= 13 мВт

Р₁= Iк₀ • Ек = 0.648 мА ·l2 В = 7.7 мВт

Р_к = (Ро -Р₁) = 13мBт - 7.7мВт = 5.3мВт ≥ Р_кдоп = 50 мВт

Расчет колебательной  системы АГ. При расчете колебательной система как правило задаются с добротностью Q=(100-250)=100 для ненагруженного контура с волновым сопротивлением р =50 .. 200 0м.

В дециметровом диапазоне  колебательными системами чаще всего  служат коаксиальные, полосковые и объемные резонаторы.

Найдем волновое сопротивление  коаксиального отрезка. Учитывая, что  на максимальной частоте диапазона  желательно получить максимальное резонансное  сопротивление при приемлемых конструктивных размерах резонатора, выбираем 2πl/λ = 400. Характеристическое сопротивление резонатора на частоте f равна:

Для подстройки частоты АГ ,будем изменять напряжения настройки R_Kc:

Из ряда Е24 номинальных  сопротивлений резисторов выбираем номинал резистора = 62 кОм.

Из ряда Е24 номинальных  емкостей конденсаторов выбираем номинал  конденсатора = 33 пФ.

Выбор варикапа производим по справочным параметрам: граничной частоте и  добротности. Выбираем варикап КВ109Г, параметры варикапа:

Qспр=160 U_ОБРМАХ=3B

F_СПР=50МГц С_МIN=8пФ С_MAX=17пФ

Iобр=0.5мкА

∆С =4.5 пФ - изменение емкости при изменении от U1 дО U2 Кс=4 - коэффициент перестройки

U1=3 В

U2=25B

f_ГP = f_СПР . Q_СПР= 50МГц ·160 =8ГГц

При напряжение Uобр=3В, емкость варикапа C_VD=12.5 пФ.

С6 + C_VD / Кос = С5 = 158пФ

Из ряда Е24 номинальных емкостей конденсаторов выбираем номинал  конденсатора = 160 пФ.

Из ряда Е24 номинальных емкостей конденсаторов выбираем номинал  конденсатора = 150 пФ.

Из ряда Е24 номинальных  сопротивлений резисторов выбираем номинал резистора = 820 Ом.

Из ряда Е24 номинальных емкостей конденсаторов выбираем номинал  конденсатора = 36 пФ.

Расчет цепей  смещения и питания транзистора. На сопротивления R5 фильтра по питания, падения напряжения составляет 10% от напряжения питания. Цепь смещения создается R4,C2 и делителем напряжения Rl ,R2. Расчет цепи смещения:

Из ряда Е24 номинальных  сопротивлений резисторов выбираем номинал резистора = 5.6 кОм.

Из ряда Е24 номинальных  сопротивлений резисторов выбираем номинал резистора = 1.1 кОм.

Из ряда Е24 номинальных  сопротивлений резисторов выбираем номинал резистора 470 Ом.

Из ряда Е24 номинальных  сопротивлений резисторов выбираем номинал резистора = 560 Ом.

Из ряда Е24 номинальных  сопротивлений резисторов выбираем номинал резистора = 750 Ом.

Из ряда Е24 номинальных  сопротивлений резисторов выбираем номинал резистора = 1.1 МОм.

Расчет блокировочных элементов:

Из ряда Е24 номинальных емкостей конденсаторов выбираем номинал  конденсатора = 4.7 пФ.

Из ряда Е24 выбираем номинал индуктивности = 240 мкГн.

 

Из ряда Е24 выбираем номинал  индуктивности = 1.8 мкГн

Расчет емкостей С 1 и С2 :

Распределим частотные искажения  между емкостями, таким образом, чтобы С 1 >С2 .

Мн=0.98

Мн= МСр' Мсэ=0,999'0,999=0,98;

МСр=0,999; Мсэ=0,999;

Определяем значение разделительной емкости:

Из ряда Е24 номинальных емкостей конденсаторов выбираем номинал  конденсатора = 18 пФ.

Определяем значение эммитерной емкости:

где F - фактор обратной связи

Выбираем значение емкости  из стандартного ряда С2 = 1 нФ

 

4. Модернизация канала в телевизорах 4-6 поколений

Настройка на частоты телевизионных  каналов, а также усиление сигналов ВЧ и преобразование их в более  низкие промежуточные частоты осуществляются селекторами каналов. В стационарных цветных телевизорах применялись селекторы с электронной настройкой и переключением каналов. Они разделяются на селекторы, предназначенные для приема в МВ (СК-М-24-2) и в ДМВ (СК-Д-24).

Для увеличения чувствительности телевизора при приеме сигналов в  диапазоне ДМВ выход селектора  СК-Д-24 подсоединяется ко входу смесителя  СК-М-24-2, который используется как  дополнительный УПЧ.

С выхода селектора каналов  сигналы ПЧ поступают на вход радиоканала, где происходит их усиление, детектирование, а также выделение разностной частоты 6.5 МГц и преобразование ее в звуковую частоту.

В радиоканале имеются  устройства АРУ и АПЧГ. Параметры  радиоканала, как и селектора, определяют чувствительность, избирательность, качество звукового сопровождения, устойчивость синхронизации, а вместе с каналом  яркости - и разрешающую способность  телевизора.

Селектор каналов СК-М-24-2 рассчитан на прием телевизионных  каналов в трех диапазонах:

I – 48.5…66 МГц (первый и второй радиоканалы);

II – 76…100 МГц (третий, четвертый, пятый радиоканалы);

III – 174…230 МГц (шестой - двадцатый радиоканалы).

Селектор каналов СК-Д-24 рассчитан на прием телевизионных каналов в IV – V диапазонах 470..790 МГц (двадцать первый – шестидесятый радиоканалы).

Модернизацией селекторов можно  считать использование СК-В-1 или  СК-В-2. Селектор телевизионных каналов  СК-В рассчитан на прием всех телевизионных  каналов.

Всеволновый селектор представляет собой по конструкций объединенные в одном корпусе селекторы  каналов метрового и дециметрового  диапазонов. Например, основу СК-В-2 составляют СК-М-23 и СК-Д-22.

Блоки СК-В-1 и СК-В-2 имеют  электронную настройку и возможность  переключения диапазонов. Все телевизионные  каналы метрового и дециметрового  диапазонов телевизионного вещания  в СК-В-1 перекрываются четырьмя диапазонами, а в СК-В-2 – тремя.

В 6 поколение использование  SMD радиокомпонентов привело к уменьшению размеров и габаритов селектора канала, это тоже можно считать существенными достоинствами.

Еще можно отметить, что в последующих поколениях селекторов канала были уменьшены шумы и  увеличена чувствительность данного канала.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Диагностика  и регулировка

Изображение слабоконтрастное в шумах. Алгоритм нахождения ошибки смотреть в графической части курсового проекта.

Регулировка  полосового фильтра  УВЧ.

При настройке полосового фильтра УВЧ  учитывают следующее:

1. Петли настройки L5, L8,L15 служат только для настройки коаксиальных контуров в нижнем конце диапазона;
2. Пригибание петель настройки L5, L8,L15 к линиям коаксиальных контуров L6, L10, L16 повышает частоту настройки контуров, и, наоборот,  отгибание петель настройки от линии коаксиальных контуров понижает частоту настройки коаксиальных контуров;
3. Связь между контурами настраивается петлей L7, полоса фильтра увеличивается при пригибании петли L7 к L6;
4. Петля L9 должна находиться между линией 10 и петлей связи L11(менять ее положение не рекомендуется)
5. Полоса частот фильтра также увеличивается приближением петли  связи L11 к линии L10;
6. Катушка L4, L12, L14 служат только для настройки коаксиальных контуров в верхнем конце диапазона;
7. При растяжении витков L4, L12, L14 повышается частота настройки коаксиальных контуров, а при сжатии – частота понижается;
8. Приближением петли связи преобразователя L11 к линии L10 увеличивается связь с полосовым фильтром и усилении селектора, однако при слишком близком прижатой петле L11 к линии L10 усиление уменьшается из-за изменения режима гетеродина.

Регулировка  полосового фильтра  ПЧ.

Структурная схема соединения приборов для настройки полосового фильтра ПЧ приведена на рис1.

Рис 6. Структурная схема соединения приборов настройки полосового фильтра ПЧ

 

На селектор каналов СК-Д  подается питающее напряжение. К Соединителю  селектора «Вход ДМВ» с помощью  кабеля, заканчивающегося штекером, подается сигнал с гнезда «Выход ВЧ» ИЧХ. Уровень  выходного сигнала устанавливают, исходя из требования отсутствия ограничения  в селекторе, в пределах 1…5 мВ. К  концу жгута через разделительный конденсатор подключают детекторную  головку из комплекта ИЧХ, зашунтированную  резистором сопротивления 75Ом. Головку  подключают в выходу ПЧ селектора (ХN1), куда одновременно через емкость 2.2пФ подключается генератор Г1. Частоту генератора выставляют по маркерным меткам ИЧХ на среднюю промежуточную частоту Уровень сигнала выставляют таким, чтобы на экране ИЧХ была видна маркерная метка (в пределах 20мВ). Плавно изменяя напряжения управления варикапов, устанавливают АЧХ на середине экрана ИЧХ. При правильной настройке контуров полосового фильтра вращение сердечников катушек L19, L20 приводит к опусканию одного горба АЧХ с одновременным поднятием другого. Допускается провал между горбами АЧХ не более 3дБ (30%), что соответствует двум клеткам масштабной сетки при высоте кривой, равной шести клеткам. Если расстояние между горбами АЧХ больше расстояния между метками или провал превышает 3дБ (30%), нужно ширину АЧХ уменьшить растяжением витков катушки L21. Промежуточные частоты изображения   и звука  отчитывают по маркерным меткам ИЧХ относительно метки, поступающей от генератора Г1.

Рис. 7. Алгоритм поиска неисправности 
Перечень литературных источников

1. ГОСТ 18189-79 и ГОСТ 24330-80.
2. Гвоздарев И. А., Коробенко Э. А., Медведев Ю. А., под ред. Смердова А. А., - Телевизоры «Электрон»: Справочник. - М.: Радио и связь, 1990г. – 224с.
3. Гедзберг Ю.М., Ремонт Цветных переносных телевизоров, - М.: Радио и связь, 1990г. - 192с.
4. Ельяшкевич С.А.,  Кишиневский С.Э. Блоки и модули цветных унифицированных телевизоров. М.: Радио и связь, 1984г.
5. Ельяшкевич С. А.  Цветные стационарные телевизоры и их ремонт: Справочное пособие.- 2изд., пераб. и доп. -  М.: Радио и связь, 1990г.
6. Комаров Ю.Л.,  Морозов О.Г., Румянцев Д. С.,  Основы телевидения: Учебное пособие по курсовому проектированию/ Казан.госуд.технич.университет,  Казань, 2007г., 37с.
7. Саппаров В.Е., Максимов А.А. Системы стандартов в электросвязи и радиоэлектронике. М.: Радио и связь, 1985г.