Выбор и обоснование структурной схемы приемника
Государственное бюджетное образовательное учреждение
среднего профессионального образования
Свердловской области
«Уральский радиотехнический колледж им. А.С. Попова»
Приемник радиовещательный КВ диапазона.
Пояснительная записка к курсовому проекту
по предмету
«Радиоприёмные устройства»
РТ 210308 34012 ПЗ
Нормоконтроль:
____________Рогов.Ю.А
«_____» ____________ 2012
__________ Пыжьянов Д.А.
Группа Рт-340
2012г
Введение…………………………………………………………
1. Выбор и обоснование структурной схемы приемника…...………….……...6
- Обоснование выбора супергетеродинной
схемы. Выбор промежуточной частоты……………………………………………...…..
.……..6
1.2. Выбор транзисторов и диодов…………………...………………..……....
1.3 Распределение частотных
1.4 Эскизный расчет тракта приема…
1.4.1 Расчет контуров преселектора и гетеродина…………………………….12
1.4.2 Выбор избирательной системы преселектора (определение количества контуров и их добротности, необходимость применения УРЧ)……………...14
1.4.3 Выбор схемы входной цепи и УРЧ (при необходимости)………………16
1.4.4 Выбор избирательной системы тракта промежуточной частоты……....17
1.4.5 Определение коэффициента
1.5 Эскизный расчет тракта
2. Выбор и обоснование схемы электрической принципиальной……………23
3. Электрический расчет
4. Список литературы………………………………… …………………………28
Приложение
Введение
Изобретение радиосвязи великим русским ученым А.С. Поповым в 1895 г. – одно из величайших открытий науки и техники.
В 1864 г. английский физик Максвелл теоретически доказал существование электромагнитных волн, предсказанное еще Фарадеем, а в 1888 г. немецкий ученый Герц экспериментально доказал существование этих волн. Опыт Герца состоял в том, что с помощью катушки Румкорфа в пространстве создавались слабые электромагнитные волны, воспринимаемые тут же расположенным «резонатором». Слабая искра в резонаторе свидетельствовала о приеме высокочастотных электромагнитных колебаний. Казалось, что принцип связи без проводов уже найден, стоит лишь увеличить мощность передающего устройства. Именно по этому пути и шли ученые, которые хотели использовать волны Герца для связи без проводов. Однако это не привело к существенным результатам.
Другим путем пошел А.С.Попов, обратив основное внимание на отыскание возможностей приема очень слабых сигналов, т.е. на повышение чувствительности приемника.
7 мая 1895 г. А.С.Попов на заседании Физического отделения Русского физико-химического общества в Петербурге демонстрировал прибор, принимающий электромагнитные колебания. Этот прибор был первым в мире радиоприемным устройством; к нему было добавлено регистрирующее устройство и создан грозоотметчик.
Радиоприемное устройство Попова отличалось от приемных устройств, предшествующих исследователей (Герца, Лоджа) двумя особенностями: наличием антенны и использованием усиления принятого сигнала.
В дальнейшем Попов значительно повысил чувствительность своего приемника, введя в схему своего радиоприемника колебательный контур, настраиваемый в резонанс с частотой электромагнитных колебаний.
В 1904 г. английский ученый Флеминг изобрел двухэлектродную лампу (диод), а в 1906 г. Ли де Форест ввел в нее третий электрод – управляющую сетку. Электронная лампа вызвала большие изменения в технике радиосвязи.
Дальнейшее развитие техники радиоприема было связано с усовершенствованием электронных ламп. С 1918г. стали применять так называемую регенеративную схему, которая позволила значительно повысить чувствительность и избирательность радиоприемников.
В 1918 г. Армстронг получил патент на схему супергетеродинного приемника. В начале 30-х годов были созданы многосеточные лампы, в связи, с чем супергетеродинные схемы становятся основными для большинства выпускаемых радиоприемников. В 60-е годы началось освоение инфракрасного и оптического диапазонов волн. Развитие радиолокационной техники привело к разработке новых методов усиления слабых электрических колебаний. Были созданы малошумящие усилители СВЧ с использованием ламп бегущей волны, молекулярные и параметрические усилители, усилители на туннельных диодах. Развитие полупроводниковой электроники привело к новому направлению в разработке методов и устройств приема и обработки информации – микроэлектронике. Успехи в развитии современной микроэлектроники позволяют значительно улучшить основные параметры радиоприемников. Замена целых функциональных узлов и блоков радиоприемника интегральными микросхемами, замена конденсаторов переменной емкости или варикапными матрицами позволяют использовать новые методы конструирования радиоприемников, как-то: синтез частот, бесшумная настройка, автоматическая регулировка полосы пропускания при изменении уровня входных сигналов, программное управление приемником и т.д.
Современные радиоприемные устройства обеспечивают надежную связь с космическими станциями, работают в системах спутниковой связи, в многокилометровых радиорелейных линиях. Судовождение, авиация немыслимы сегодня без совершенных радиолокационных станций.
Современная научно-техническая революция находит свое яркое выражение в бурном развитии радиотехники, в частности техники радиоприемных устройств.
В настоящее время широко распространились приемники супергетеродинного типа, так как их применение дало более качественный и стабильный прием. В связи с широким применением интегральных микросхем габариты приемников уменьшаются до немыслимо малых размеров.
1. Обоснованиевыбораструктурнойсх емыприемника.
1.1.Обоснование выбора супергетеродинной схемы. Выбор промежуточной частоты.
Существует два типа радиовещательных приемника, это приемник прямого усиления и приемник супергетеродинного типа. Приемник прямого усиления, в котором усиление и фильтрация сигнала осуществляется на частоте сигнала поступающего из эфира. В приемнике супергетеродинного типа у которого основное усиление и преобразование сигнала происходит на промежуточной частоте, получается в результате преобразование частоты принимаемого сигнала.
Рассмотрим достоинства и недостатки приемников, прямого и супергетеродинного типа.
Преимущество приёмника прямого усиления — простота конструкции,чем у приемника супергетеродинного типа. В приемнике супергетеродинного типа схема является сложной, а значит низкая надежность, существует возможность появления “фона”- сигнал соседних станций. В приемниках прямого усиления (в отличие от супергетеродинных) отличаются отсутствием паразитных излучений в эфир.
Схемеприемника супергетеродинного
типапозволяетдостичьвысокуюизб
-высокая чувствительность. Супергетеродин позволяет получить большее усиление по сравнению с приёмником прямого усиления за счёт дополнительного усиления на промежуточной частоте, не приводящего к паразитной генерации: положительная обратная связь не возникает из-за того, что в каскадах ВЧ и ПЧ усиливаются разные частоты;
-высокая избирательность, обусловленная фильтрацией сигнала в канале ПЧ. Фильтр ПЧ можно изготовить со значительно более высокими параметрами, так как его не нужно перестраивать по частоте. Например, широко используют кварцевые, пьезокерамические и электромеханические фильтры сосредоточенной селекции. Они позволяют получить сколь угодно узкую полосу пропускания с очень большим подавлением сигналов за ее пределами;
В приемнике супергетеродинного
типа за счет преобразования частоты принимаемого
сигнала существенно снижаются “паразитные”
обратные связи и повышается устойчивость.Супергетеродинная
схема приемапредусматриваетпреобразо
В радиовещательных АМ приемниках КВ диапазона наибольшее распространение получила промежуточная частота 465 кГц. Относительная
расстройка соседнего канала составляет уже около 1%. Это позволяет эффективно подавить соседние каналы относительно простыми, а значит и дешевыми цепями. Так как усиление производится на относительно низких частотах, можно достаточно простыми средствами получить высокое значение чувствительности. Кроме этого, на низких частотах снижаются требования к паразитным параметрам цепей устройства, можно использовать менее прецизионные элементы. Все вышеперечисленное позволяет как
ослабить технологические допуски при неизменном качестве, так и повысить качество при неизменной сложности технологии.
Усложнение схемы приемника - супергетеродина по сравнению с приемником прямого усиления может оказаться несущественным в случае использования интегральных схем, инкапсулирующих целые функциональные звенья или даже узлы.
Рис.1.Схема супергетеродинного типа
1-Преселектор
2-Смеситель 6-тракт ВЧ
3-Гетеродин
4-тракт ПЧ
1.2 Выбор транзистора и диода
Транзистор выбираем из условия (1)
<0,1 (1)
где - максимальная частота рабочего диапазона приёмника, МГц
- граничная частота коэффициента передачи тока, МГц
= 300 МГц , следовательно
= = = 300 МГц
Из условия (1) выбираем транзистор 2П341А, граничная частота которого = 500 МГц.
Основные технические характеристики транзистора 2П341А:
-структура транзистора с p-n-переходом иn-каналом;
- -рассеиваемая мощность сток-исток 150 мВт;
- - напряжение отсечки транзистора, напряжение между затвором и истоком, не более 3 В;
- - максимальное напряжение сток-исток, 15В;
-- максимальное напряжение затвор-сток, 15В;
- - максимальное напряжение затвор-исток, 10В;
- - начальный ток стока, не более 20 мА;
-S-крутизна характеристики 1530мА/В (5В);
-С11и- входная емкость транзистора - емкость между затвором и истоком, не более 5 пФ;
-С12и - емкость обратной связи в схеме с общим истоком при коротком замыкании на входе по переменному току, не более 1 пФ;
-С22и - выходная емкость транзистора, емкость между стоком и истоком, 1,6 пФ;
-Кш – коэффициент шума транзистора, не более 2,8 дБ на частоте 400 МГц
-fр – рабочая частота транзистора, 300 МГц
Выбираем диод Шоттки2Д419А, так как онимеет по сравнению с кремниевым диодами более низкий барьерный потенциал, что позволяет уменьшить коэффициент передачи тракта приема и повысить его линейность.
0,5
где – пороговое напряжение открывания диода, В
Основные технические
-=15 В - максимальное постоянное обратное напряжение;
-=10 мА– максимальный прямой ток;
-=400 МГц – рабочая частота диода;
-- постоянное прямое напряжение, не более 0,4 В при 1мкА;
-- постоянный обратный ток, не более 10 мкА при 15 В
-Сд – общая емкость, 15 пФ;
-= – крутизна характеристики диода, ;
-=15В- максимальное построечное напряжение.
1.3: Распределение частотных искажений
между трактами радиоприемника.
Значение допустимых частотных искажений, заданное в исходных данных коэффициентом М, должно быть распределено по всем трактам приёмника.
Частотные искажения на один контур преселектора для КВ диапазона:
Мпр= 0,5 дБ
Частотные искажения низкочастотной части приёмника задаем:
Мнч = 3 дБ
Из задания общие частотные искажения равны:
М= 7,5 дБ
Определим частотные искажения в тракте ПЧ:
Мпч= М – Мпр – Мнч = 7,5-0,5-3=4 дБ
Мпч = 4 дБ
1.4: Эскизный расчет тракта приема.
1.4.1. Расчет контуров преселектора и гетеродина.
Если Кf1,4 , то в качестве контуров преселектора выбираем обычный подстроечный контур, расчетная схема которой приведена на рис.1.
Рис.2. Схема электрическая расчетная контура преселектора.
Расширение заданного рабочего диапазона частот приемника.
f 'макс= 1,02*fмакс= 1,02*8МГц = 8.16МГц
f 'мин= 0,98*fмин= 0,98*5МГц = 4.9МГц(где fмакс - максимальная частота рабочего диапазона;
fмин - минимальная частота рабочего диапазона;
f 'макс - максимальная расширенная частота рабочего диапазона;
f 'мин - минимальная расширенная частота рабочего диапазона.
=== 1,665306122
Выбираем =173 пФ
Определяем минимальную емкость
пФ
Рассчитываем индуктивность контура преселектораL по формуле:
мкГн
а) Определяем частоты сопряжения, в котором fг – fпр = , т.е.рассопряжение между частотой настройки контура преселектора и гетеродина равно нулю.
МГц
МГц
б) Определяем расчетные коэффициенты сопряжения.
a = + + = 6.53+5.118378595+7.941621408 =19.59
= + + =
=6.53*5.118378595+5.118378595*
= = 6.53*5.118378595*= 265.4329094
d = a + 2fпч =19.59 + 2 * 0,465 = 20.52
= =
= ad + - + =19.59*20.52+ – 125.930025+ = 2769.695115
= =
=
= = = 6489.5156
в) Расчет элементов контура гетеродина.
Рис.3. Схема электрическая расчетная контура гетеродина.
Выбираем конденсатор ,
где - = 20 30 пФ, тогда примерно = 25 пФ
A = = 6489.5156083002.9561
= A=
= 3002.95613027.7513пФ
= =-22.17129325 пФ
= L * = *
=мкГн
Проверка расчетов
= =2493.173337
= = 2769.695115
= =2.1615727
г)Определяем частоты гетеродина.
=
где - частота гетеродина, соответствующая частоте настройки преселектора f
Результаты расчета приведены в таблице.
f, Мгц |
, МГц |
∆, кГц |
5.36602 |
1.01888 | |
5.58338 |
0.00000 | |
|
|
6.99500 |
0.00000 |
8.40662 |
0.00000 | |
8.62430 |
-0.70325 |
= –f - , где = 465 кГц
1.4.2. Выбор избирательной сиситемы тракта ПЧ.
Поверяем возможность применения одноконтурной входной цепи и необходимость применения УРЧ.
Дано: =5000 кГц; =8000 кГц; Fв = 5кГц; =45дБ;
= 465 кГц; = 0,5дБ; = 22дБ;
пределить эквивалентную добротность , при котором выполняется заданные значения:, ,
Перевести (), , , ,
0,5 = 1,059
45 = 177.827941
22 = 12.58925412
а) Определить полосу пропускания преселектора ПЧ.
(),
где - полоса пропускания преселекторана минимальная частоте
= 2 + 2+,
где = +
=5000+465 = 5465 кГц
= 2 * 5+ 2 * 0,001*5465 = 20.93 кГц
б) Определить относительные расстройки.
(), (), ()
= =
= 10.659688
где - частота зеркального канала определяется по формуле
=+ 2= 8000 + 2*465 = 8930 кГц
=
в) Определить обобщенные расстройки, при котором выполняются заданныеМпр, dпч, dзк
ξumin =
ξumin= ξumax = =0,348
ξпч =
ξзк = 12.5494748614
г) Определить добротность входной цепи .
Qпч = = = 16.682020
Qзк = = =56.941263
Принимаем за эквивалентную добротность контура Qэ=Qmax= 56.941263
ξиmin = 0,004186*56.941263=0,262192
Dиmin= = 1.033801
dиmin = 20=20*1,033801 = 0,288739дБ
Вывод:Частотные искажения ослабление по зеркальному каналу, по каналу на промежуточной частоте обеспечивается. В качестве избирательной системы тракта ПЧ выбираем одноконтурную входную цепь.УРЧ не требуется.
1.4.3 Выбор схемы входной цепи.
Применим одноконтурную входную цепь. Выбираем индуктивно-емкостная связь контура входной цепи с антенной, чтобы обеспечить требования избирательности, частотным искажениям и неравномерности коэффициента передачи в рабочем диапазоне частот.
Избирательность и частотные искажения определяются количеством контуров входной цепи и их эквивалентной добротностью, которые обеспечивают выполнение заданных требований.
Для нормальной работы радиоприемного устройства неравномерность коэффициента передачи входной цепи должна быть не более 1,5. При большей неравномерности на частотах с большим коэффициентом передачи увеличивается влияние нелинейных эффектов, возникающих в тракте под воздействием больших по уровню помех, на качество приема. Поэтому при проектировании принимаем 1,5.
Одноконтурная входная цепь.
При емкостной связи контура входной цепи с антенной неравномерность её коэффициента передачи в рабочем диапазоне частот равна , т.е. емкостную связь можно применить, если коэффициент перекрытия по частоте 1,4.
При индуктивной связи контура входной цепи с антенной неравномерность её коэффициента передачи в рабочем диапазоне частот определяется по формуле =;1.96=;1.96=3.03 .Если выполняется условие можно применить индуктивную связь контура входной цепи с антенной. А так как условие не выполняется то выбираем комбинированную связь входной цепи с антенной.
1.4.4 Выбор избирательной системы тракта промежуточной частоты.
Проверяем применение полосового фильтра
Дано: fпч=465 кГц; Fв=5 кГц; ==4 дБ
=25дБ 10 кГц
а) Определяем затухания, которые должен обеспечить каждый фильтр. Количество фильтровпринимаем n=3
= = = 1,3 дБ
== = 8,3дБ
Переводим децибелы разы по формуле,
==1,1614864
= = 2,600159
б) Определить относительные расстройки.
= = = 0,02365
= = = 0,043010
Выбираем фактор связи А, который обеспечивает затухание на частоте настройки, то есть А выбираем равной 1,25.
По графику обобщенной резонансной кривой определяем ξипч=1.44, Определив ξипч можно посчитать остальные параметры
в) Определяем эквивалентную добротность контура.
= = = 62.6086
г) Определяем обобщенную расстройку на частоте соседнего канала
ξск= * =0,043010752*62.6086=2,6928
по графику обобщенной резонансной кривой для выбранного факторасвязиА определяем затухание= 2.60 ,соответствующее обобщеннойрасстройкеξск= 2,673
д) переводим в децибелы по формуле,
=20*2.60 =8,62
е) В результате расчетов получены следующие параметры тракта ПЧ:
-частотные искажения
==3*1,3=3,9
-затухание на частоте соседнего канала
=3*8,62 =25,86 дБ
Вывод
Полученные результаты соответствуют требованиям исходных данных. То в качестве избирательной системы тракта ПЧ примем три полосовых фильтра.
1.4.5 Определение коэффициента
усиления тракта приема и
В диапазоне КВ прием производим на внешнюю антенну.
=
где – напряжение на входе детектора. Примем =0,5 В
– чувствительность приемника равная 90 мкВ
== 3535,533
Необходимый коэффициент усиления берем с запасом
=1,5* = 1,5*3535,533= 5303,2995
Коэффициент усиления входной цепи, т.е. преселектора принимаем
= 1,52
Коэффициент преобразователя принимаем
= 2
Коэффициент тракта промежуточной частоты рассчитываем по формуле
= = = 1767,7665
=0.9*657.423=591.68
=0.8*657.423=525.9384
=0.72*657.423 = 473.35
= 1.1157*1767.7665 = 657.4323614
Вывод: для необходимого коэффициента усиления возьмем три каскада усилителя промежуточной частоты, из них, первыйкаскад апериодические с коэффициентами усиления =525.9384, второй и третий каскад полосовые с коэффициентом усиления =657.432 и =591.68.
1.5. Эскизный расчет тракта
1.5.1. Выбор схемы детектора и
определение напряжения на
Выбираем схему последовательного диодного детектора с раздельной нагрузкой, так как она обладает лучшей фильтрацией напряжения промежуточной частоты и большим входным сопротивлением по сравнению с параллельной схемой.
Выбираем диод Д2А, у которого S=50 мА/В, R=4,7кОм
По графику при Rd*S=4,7*50=235, определяем коэффициент передачи детектора, Кд=0,93.
Kд
|
||
|
0 10 100 1000 Rd*S
Определяем напряжение на выходе детектора
гдеm – коэффициент модуляции,m=0,8
Ud – напряжение подаваемое на вход детектора,принимаем
Ud=0,5 В
1.5.2.
Эскизный расчет усилителя
а) Выбор типа схемы и транзисторов для выходного каскада.
При заданной выходной мощности Рвых=1,2 Вт, выбираем двухтактный бестрансформаторный выходной каскад, работающий в режиме АВ.
Выходная мощность, приходящаяся на один транзистор:
Рассеиваемая на коллекторе мощность:
где ξ – коэффициент использования
коллекторного напряжения.
– Безтрансформаторная схема. Принимаем =1
Выбираем транзистор КТ817А. Его параметры:
Pк доп =1 Вт Uк доп=40 В
Iк доп=3 А β=25
б) Для предварительных каскадов УЗЧ выбираем транзистор МП25, у которого β=25
в) Расчет усилителя мощности.
Амплитуда тока
коллектора обеспечивающая
где Uк – напряжение на коллекторе транзистора, В
Принимаем Uк=0,4*40=16 В
УсловиеIтк<Iк доп =3 А выполняется.
Амплитуда тока базы оконечного каскада
г) Определение требуемого предварительного усиления и числа предварительных каскадов.
Ток базы первого каскада
Требуемое усиление по току предварительного УЗЧ
С учетом разброса параметров
Необходимое число каскадов предварительного УЗЧ
Количество предварительных каскадов УЗЧ n=2.
Рис. 4. Структурная схема разрабатываемого приемника.
2. Выбор и обоснование
схемы электрической
Входная цепь:
Применяем входную цепь (преселектор) с внешней антенной. Выбираем одноконтурную схему входной цепи синдуктивно-емкостной связью с антенной и автотрансформаторной связью с последующим каскадом.
Так как один контур преселектораможет обеспечить заданную избирательность по зеркальному каналу, то необходимости в применении усилителя радиочастоты нет.
Гетеродин - маломощный генератор электрических колебаний, применяемый для преобразования частот сигнала. Выполнен на элементах , , С5, С7, С8 и L2.
Тракт ПЧ
– предназначен для основного усиления
и основной фильтрации соседнего канала.
Выполнен на элементах транзисторах VT1,VT3,VT8,VT11;
конденсаторы С- 6,10,12,14,15,16,17,18,19,21,
Первый и третий каскады – широкополосные, второй каскад апериодический. В нагрузке третьего каскада УПЧ установлен широкополосный контур для лучшего согласования последнего каскада УПЧ с входом детектора.
Детектор – это устройство которое преобразует модулированныйВЧ сигналв сигнал НЧ который изменяется в соответствии с законом модуляции высокочастотного сигнала. Выполнен на элементах: конденсаторы С-31,32,33,34,35,36,37; диод-VD2;резисторы R-31,32;катушки L-9,10.
Усилитель звуковой частоты (УЗЧ) применяются для усиления сигналов, несущих звуковую информацию. Выполнен на элементах: транзисторы VT4; VT5; VT7; VT8;VT9;VT10; резисторах R11-R18; R22-R28; конденсаторы С20-С30
В качестве нагрузки применяем громкоговоритель.
3.Электрический
расчет последнего каскада тракта ПЧ с
полосовым фильтром
3.Расчет по постоянному току.
3.1Выбор рабочей точки транзистора
3.1.1Выбор
рабочей точки транзистора
Точка 2 выбирается так, чтобы нагрузочная прямая при максимальном токе стока и минимальном напряжении сток-исток не попадала в область насыщения транзистора .Uси мин = Uотс+(2-3) т.е Uси мин=5В.
3.1.2 =0.85кОм
3.1.3 I’cт=8мА,U’си о=8В,U’зи о=0.25В.
3.2 Расчет резисторов
3.2.1 Определить
резисторы, которые обеспечат режим
транзистора, выбранный в п.3.1.3. Так
как рассчитываемые каскады в
качестве нагрузки имеют
Определить напряжение на затворе транзистора U’з=U’и-Uзи о.
Ток затворного делителя равен Iд=Eпит/(R1’+R2’).В целях стабилизации режима транзистора по постоянному току при изменении температуры выбирают Iд=Iз. Ток затвора при температуре окр. Среды 125градусов Цельсия равен Iз=100мА.
Целесообразно все каскады тракта ПЧ выполнить одинаковыми ,включая последний каскад, нагрузкой которого является входное сопротивление детектора Rвх дет.Для этого входное сопротивление Rвх ус всех каскадов усиления тракта ПЧ должно быть одинаково и равным входному сопротивлению детектора Rвх дет=10кОм. Так как входное сопротивление полевого тр-ра во много раз превышает сопротивление затворного делителя, то входное сопротивление усилителя , в том числе и по переменному току ,равно Rвх ус=R1*R2/(R1+R2).

- Выбор и обоснование схемы вскрытия и системы разработки месторождения
- Выбор и обоснование схемы вскрытия и системы разработки месторождения
- Выбор и обоснование технологии плавки
- Выбор и обоснование технологической схемы основного производства
- Выбор и обоснование типа бурового, экскавационного и транспортного оборудования при разработке условного месторождения открытым способо
- Выбор и обоснование транспортно – технологической схемы доставки грузов
- Выбор и обоснование транспортно-технологической схемы доставки грузов
- Выбор и обоснование стратегии поведения компании ОАО «Липецкий хладокомбинат» города Липецка
- Выбор и обоснование стратегии поведения ОАО «Газпром»
- Выбор и обоснование стратегии поведения «ООО Липецкая Металлургическая компания»
- Выбор и обоснование стратегии поведения предприятия (на примере предприятия быстрого питания «Subway»)
- Выбор и обоснование стратегии приведения предприятия
- Выбор и обоснование стратегии развития ЗАО «Эхо Москвы»
- Выбор и обоснование стратегии развития ООО «Мир здоровья»