Связной приемник

 

 

 


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ  БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ 

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО  ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ 
«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 
ИМЕНИ АКАДЕМИКА С.П. КОРОЛЁВА 
(НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)» (СГАУ)

 

 

 

Кафедра  РТУ

Связной приемник.

Пояснительная записка  к курсовому проекту.

 

Студент:  

Группа: 

Руководитель проекта: 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Самара  2013

 

 

 

 

Задание № 21  на курсовой проект студенту

1. Содержание задания

1.1. Спроектировать приемник прямого преобразования для радиоохраной сигнализации автомобиля

1.2. Смоделировать ФНЧ на ЭВМ

1.3. Оформить пояснительную записку и графическую часть КП

 

2.Исходные данные

2.1. Диапазон частот, Мгц...............................................................................................................26,945

2.2. Частотная точность...................................................................................................................

2.3. Чувствительность, мкВ..............................................................................................................2

2.4. Избирательность по  соседнему каналу, дБ.........................................................................….60

2.5. Структурная реализация  приемника...................................................прямого  преобразования

2.6. Вид модуляции.....................................................................….....кодово-импульсная частотная

2.7. Полоса пропускания, кГц.........................................................................................................12

2.8. Тип РПрУ......................................................................................................................переносной

2.9. Напряжение питания, В..............................................................................................................9

2.10 Девиация частоты,  кГц..…………………………………………………………………..…………3

 

3. Перечень  и объем графических документов

3.1. Связной радиоприемник. Схема электрическая принципиальная........................................1л.А3

3.2. Связной радиоприемник. Перечень элементов……………………………………................2л.А4

3.3. Пояснительная записка. Шрифт 14, 1,5 интервала  - 20...50л. или рукописный..............50 - 80 л.

 

РЕФЕРАТ

 

Курсовой проект.

Пояснительная записка:        с.19     рис. 9, таблиц 5, источников 5

Графическая документация:      л. А4      л. А3 1   

 

 

 

 

СВЯЗНОЙ РАДИОПРИЕМНИК, ПРИЕМНИК ПРЯМОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ, ИНТЕГРАЛЬНАЯ МИКРОСХЕМА, ТРАНЗИСТОР, избирательность, ФАЗОВАЯ АВТОМАТИЧЕСКАЯ ПОДСТРОЙКА ЧАСТОТЫ, чувствительность.

Разработано радиоприёмное устройство с заданными характеристиками и условиями эксплуатации. Проведены расчёты, синтезированы структурная и принципиальная схемы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ.

Введение………………………………………………………………..….…....5

1 Анализ задания. Выбор  и разработка структурной схемы  ………………..6

   1.1 Распределение избирательности по трактам …………………………...7

   1.2 Обеспечение требуемой чувствительности РПрУ……………………...7

   1.3 Составление полной структурной схемы………………………….…....8

2 Электрический расчёт РПрУ…………………………………….…………..9

    2.1 Гетеродин на микросхеме SA612…………………………..…………..9

    2.2 Расчет ФНЧ ............…………………………………………..………....10

    2.3 Усилитель высокой частоты ………………………...............................12

    2.4 Усилитель низкой частоты …………………………………………….14

    2.6 Согласующий усилитель ………………………………………….........15

Заключение…………………………………………………………...……..….17

Перечень принятых сокращений……………........……………………….......18

Список использованных источников …………………………………….......19

 

 

ВВЕДЕНИЕ.

Целью разработки данного  курсового проекта является закрепление знаний, полученных в курсе ”Устройства приёма и обработки сигналов”, овладение методами синтеза и расчёта принципиальной схемы радиоприёмного устройства, усвоение принципа работы и зависимости основных характеристик прибора от параметров элементов схемы, ознакомление с особенностями конструкции связных радиоприёмных устройств.

Развитие микроэлектроники налагает особенности на процесс проектирования. Разработанные на сегодняшний момент типовые модули на базе интегральных микросхем (ИМС) существенно упрощают расчёт и проработку отдельных каскадов радиоприёмного устройства и их согласование. Поэтому основная задача проектирования - разработать структурную  схему, а затем, ознакомившись с элементной базой выбрать ИМС, наиболее соответствующую требованиям, предъявляемым к разрабатываемому устройству.

 

    1. АНАЛИЗ ЗАДАНИЯ. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ

 

Блок-схема приемника прямого преобразования [1] приёмника частотно-модулированных сигналов показана на рисунке 1.

 

Рисунок 1 – Блок-схема приёмника амплитудно-модулированных сигналов

 

где,   УВЧ – усилитель высокой частоты,

См – смеситель,

ФНЧ – фильтр низкой частоты

УНЧ – усилитель низкой частоты,

Гет – гетеродин,

Д – обратная связь по частоте, через варикап.

 

В приемнике прямого преобразования спектр принимаемого сигнала переносится зразу в область звуковых частот. Этим он отличается от супергетеродина, где происходит одно или несколько преобразований сигнала сначала в промежуточные, а затем уже в звуковые частоты. Структурная схема приемника прямого преобразования показана на рисунке 1. Он содержит усилитель высокой частоты УВЧ (необязательно) смеситель СМ, гетеродин ГЕТ, ФНЧ и УНЧ.  Гетеродин настраивается на частоту сигнала (или половинную частоту в случае смесителя на встречно-параллельных диодах). Если гетеродин не синхронизирован с сигналом, то на вход ФНЧ поступает только сигнал биений между частотами и спектра сигнала и частотой гетеродина. Поэтому приемник прямого преобразования, показанный на рисунке 1, пригоден только для слухового приема телеграфных сигналов, или сигналов с однополосной модуляцией. Но если ввести обратную связь по частоте через варикап, на рисунке 1 показано пунктиром, то от этого недостатка можно избавится.

1.1 Распределение избирательности по трактам

В виду того что используется схема приемника с прямым преобразованием, избирательность по соседнему каналу будет реализована в фильтре низкой частоты, который должен обладать следующими характеристиками.

Полоса пропускания должна быть в приделах  от 0 до 12000 Гц, с неравномерностью 3дБ, при отстройке на 25000 Гц, должно обеспечиваться подавление сигнала на 60 дБ.

 

1.2 Обеспечение требуемой чувствительности РПрУ

 

Требования к чувствительности определены в задании как величина напряжения минимального сигнала в  антенне. В самом общем случае эта величина должна удовлетворять  уравнению

,                                                                  

где,  gвх – соотношение сигнал/шум на входе РПрУ;

Uп – напряжение внешних помех, В, в нашем случае оно равно нулю;

Uш – напряжение собственных шумов, В, приведенное ко входу РпрУ.

Соотношение сигнал/шум  на входе приемника:

;

;

где  К=3 для телефонных сигналов,

mа = 0.25 – Коэффициент модуляции,

Пэф= 1.1 П= 13,2кГц .

          gвых = 20 – соотношение сигнал/шум на выходе ЧМ приемника.

Исходя из заданной чувствительности можно по формуле (1) рассчитать допустимый коэффициент шума приемника, обеспечивающий требуемое соотношение С/Ш на выходе .

,                             (1)

где , k = 1,38×10-23  Дж/К – постоянная Больцмана;

Т0 = 290 0 – нормальная температура;

Ra = 50 Ом – активная составляющая сопротивления антенны.

Получим:  

Для ориентировочного расчета  при использовании преселектора без УРЧ N » 4Nтр , где Nтр – коэффициент шума транзистора, выбранный равным 1,45 для 2N4416ANS. Т.о. реальный коэффициент шума:

- следовательно, нужно использовать УРЧ.

При использовании преселектора с УВЧ N » Nтр, тогда реальный коэффициент шума:

- УВЧ нужен.

 

1.3 Составление полной структурной схемы.

 

В результате предварительного расчёта  РПрУ была составлена его структурная  схема, представленная на рисунке 2.

 

Рисунок 2 – Полная структурная схема

 

2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ  РПРУ

 

2.1 Гетеродин на микросхеме SA612

Гетеродин 1 построен на основе микросхемы SA612 [2], она представляет активный двойной балансный частотный смеситель рассчитанный на использование в радиоприемных устройствах, работающих в частотной полосе до 500 МГц. Кроме собственно смесителя, микросхема содержит встроенный гетеродин и цепи стабилизации напряжения.

Руководствуясь описанием [3], рассчитаем гетеродин, представленный на рисунке 3.

Рисунок 3 – Схема гетеродина

 

где,  С1 ,С2 – Емкость контура;

         QZ1 – Кварцевый резонатор;

               

В качестве резонатора выбран HC-49U с параметрами приведенными в таблице 1

 

Таблица 1 – параметры кварцевого резонатора HC-49U

Параметр

Значение

Резонансная частота, МГц

26,945

Рабочая температура, град.

-20...+70

Нагрузочная емкость, пф

32


 

2.2 Расчет ФНЧ

В разделе 1.3 было показано что необходимо использовать ФНЧ для обеспечения избирательности по соседнему каналу.

Для расчета и моделирования фильтра воспользуемся программой Micro-Cap8.

После ввода данных для расчета, представлены в таблице 2, программа рассчитает все основные характеристики фильтра, такие как АЧХ , и предоставить схему, изображенные на рисунках 5 и 4 соответственно.

Таблица 2 – Параметры для расчета фильтра

Неравномерность в полосе пропускания 

Затухание в полосе задерживания

Верхняя границы полосы пропускания

Частота соседнего канала

Коэффициент усиления ФНЧ

3дБ

60дБ

15000 Гц

25000Гц

30,6дБ


 

Рисунок 4 – Схема фильтра низкой частоты

 

Рисунок 5 – АЧХ фильтра низкой частоты

 

2.3 Усилитель высокой частоты

В пункте 1.3 было показано, что необходимо использовать УВЧ, поэтому реализуем УВЧ на полевом транзисторе 2N4416ANS(его параметры указанны в таблице 3). Принципиальная схема УВЧ приведена на рисунке 6.

 

Таблица 3 – параметры транзистора 2N4416A

Параметр

Значение

Параметр

Значение

Напряжение отсечки 

-3

Коэффициент шума

1,45

Ток насыщения 

10

Рабочая частота

600


 

Рисунок 6 – Схема усилителя высокой частоты

 

Для выполнения условия  N » Nтр , нужно чтобы коэффициент усиления УВЧ был более 3–5,так же для обеспечения термостабильности нужно что бы ток стока был как можно ближе к точке термостабильности. На рисунке 7 и 8 показаны характеристики транзистора.

 

Рисунок 7 – Зависимости тока стока от напряжения на затворе

  

                                                               

Рисунок 8 – Выходные характеристики транзистора.




 

По рисунку 7, определим ток стока , при этом токе должно обеспечится напряжение затвор – исток, равное .

Определим сопротивление  в цепи истока R3 , по формуле:

Подставив значения:   Ом

Рассчитаем крутизну транзистора в рабочей точке Sа,( мА/В), по формуле:

Подставив значения:    (мА/В)

Определить коэффициент  усиления, Кu, каскада можно по формуле:

где, – динамическое сопротивление, Ом

        – сопротивление нагрузки, равное R3 и равное 2200 Ом

Динамическое сопротивление  определяется по рисунку 8, и равно 37720 Ом

( ΔU=3.5В, ΔI=0.0924мА)

Подставив значения:

Емкость определяется по формуле

 

2.4 Усилитель низкой частоты

 

В качестве усилителя  низкой частоты предлагается использовать типовую схему включения ИМС LM386 [4], позволяющую получить на нагрузке 32 Ом выходную мощность до 1Вт. При выходной мощности Pвых=0,125 Вт коэффициент гармоник микросхемы составляет менее 1%.Схема включения которой показана на рисунке 9.

Рисунок 9 – Схема включения ИМС LM386

 

Оконечное устройство представляет собой импульсно-кодовый демодулятор фирмы Motorola на микросхеме MC 145028 параметрами [5]:

Напряжение питания 4,5-18В;

Входное напряжение -0,5В  до напряжения питания.

Выходное напряжение -0,5В до напряжения питания.

 

В качестве преобразователя напряжения 9В/5В возьмем ИМС MC7805C, включенный по стандартной схеме, с параметрами, указанными в таблице 4.  

Таблица 4 – параметры микросхемы MC7805C

Параметр

Значение

Входное напряжение, В

      8-36

Выходное напряжение, В

        5

Падение напряжения, В

        2

Потребляемый ток, мА

       8

Выходной ток, А

     до 1


 

2.5 Согласующий усилитель.

 

Для обеспечения  необходимой чувствительность приемника, нужно использовать согласующий усилитель.

Рассчитаем требуемый  коэффициент усиления, (раз), приемника по формуле :

где,  Uвых – Напряжение на нагрузке.

 

  Коэффициент усиления согласующего усилителя можно определить по формуле

 

где,  Кувч – Коэффициент усиления УВЧ, рассчитанный в пункте 2.4

Ксм – Коэффициент  усиления Смесителя, равный 50(раз)[2]

Кунч – Коэффициент  усиления УНЧ, равный 400(раз)[4].

В качестве согласующего усилителя используем активный фильтр низких частот на операционных усилителях, коэффициент усиления ФНЧ равен 34,7 раз.

В схеме ФНЧ и согласующего усилителя будем использовать операционный усилитель марки LM324DG, характеристики которого приведены в таблице 6

 

Таблица 5 –  Характеристики операционного усилителя LM324DG [6]

Параметр

Значение

Тип ОУ

Стандартный

Частота единичного усиления

10 МГц

Напряжение  питания

3…32В

Количество  каналов ОУ

4


 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

 

В данном курсовом проекте  была  разработана принципиальная схема связного приемника сигналов с кодово-импульсной частотной модуляцией в ультракоротковолновом диапазоне 26,945 МГц. Устройство рассчитано на работу с внешней антенной мс волновым сопротивление 50 (Ом).  Оконечным устройством приемника является импульсно-кодовый дешифратор.

 

 

 

ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ.

 

ЧМ – частотная модуляция

АЧХ – амплитудно-частотная  характеристика

ВЦ – входная цепь

ИМС – интегральная микросхема

РпрУ – радиоприемное  устройство

ТЗ – техническое  задание

УНЧ – усилитель низкой частоты

УВЧ – усилитель высокой частоты

ФНЧ – фильтр нижних частот

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

  

1. Поляков В. Радиовещательные ЧМ приемники с фазовой автоподстройкой.

   - М.:   Радио и связь, 1983

2. Datasheet SA612A

3. Application note AN1982

4. Datasheet LM368N-4

5. Datasheet  MC 145028

6. Datasheet  LM342 DG