| Санкт - Петербургский Государственный Университет Телекоммуникаций
им. проф. М. А. Бонч-Бруевича
курсовая работа
на тему «радиоприемники АМ сигналов»
выполнил: студент гр. ФП-91
Мишлано Дмитрий.
принял: доцент Кацнельсон Л.Н.
Санкт-Петербург
2003 г.
Задание на курсовое проектирование:
1.
диапазон частот 7,0 – 7,4 МГц
2.
чувствительность не хуже 50мВ
3.
эквивалент антенны 7.5 пФ
4.
ослабление по зеркальному каналу σЗК
>14 дБ
5.
ослабление по соседнему каналу σСК
>40 дБ
6.
СHmin
=10 пФ
7.
СН
max
=330 пФ
1.
Эскизный расчет структурной схемы приемника
1.1
. Задачи расчета
Типовая структурная схема современного приемника содержит основные узлы, изображенные на рис 1
 
Там же обозначены коэффициенты передачи отдельных узлов и уровни напряжений на входе каждого из них при задающем напряжении или напряженности поля, равными чувствительности приемника.
Работу начинаем с выбора приемника – прототипа из приемников выпускаемых промышленностью. В дальнейшей работе будем опираться на результаты этого изучения, что позволит уменьшить вероятность ошибок при проектировании и, при необходимости получить дополнительный справочный материал. Приемник – прототип построен на основе интегральной микросхемы К174ХА2. Структурная схема приемника – прототипа представлена на рисунке:
Микросхема интегральная предназначена для работы в радиовещательных приемниках АМ сигналов третьей группы сложности, но может также использоваться и в радиовещательных приемниках второй группы сложности с внешним гетеродином, что дает повышенную устойчивость к перекрестным помехам.
1,2 – вход УВЧ 10 – индикаторный выход
3 – вход УПТ 11,12 – вход УПЧ
4,5,6 – вывод 13 – вывод
7 – выход УПЧ 14 – UП
8 – общий 15,16 – выход смесителя
9 – вход УПТ
Интегральная схема содержит усилитель сигналов радиочастоты А1 с системой АРУ А2, смеситель UZ1, усилитель промежуточной частоты А4 с системой АРУ А5, гетеродин G1 и стабилизатор А3.
Обоснование структурной схемы включает в себя:
- выбор значения промежуточной частоты, избирательных систем тракта ПЧ и преселектора;
- выбор элемента настройки обоснование способа настройки;
- выбор детектора приемника;
1.2. Выбор значения промежуточной частоты
Число преобразований частоты в приемнике и значение промежуточной частоты fПЧ
выбирается из условий обеспечения требований по ослаблению зеркального и соседнего каналов. В проектируемых приемниках эти требования обычно могут быть обеспечены при использовании одного преобразования частоты и стандартного значения fПЧ
В бытовой аппаратуре приняты следующие значения fПЧ
:
- 465 кГц в радиовещательных приемниках АМ сигналов (диапазон КВ).
1.3. Выбор избирательной системы тракта ПЧ
Основную роль в формировании резонансной характеристики приемника и обеспечении требований ТЗ по ослаблению соседнего канала играет тракт промежуточной частоты. Полоса пропускания приемника (ΔFПР
) приблизительно равна полое пропускания тракта ПЧ.
Значение ΔFПР
определяют следующим образом:
 , где ΔFС
– полоса частот принимаемого сигнала
 - нестабильности частот передатчика и приемника.
Для АМ сигналов ΔFС
= 2FВ
, где FВ
– высшая частота модуляции, равная 5000Гц.
ΔFС
= 2FВ
=10000 Гц
Нестабильность частоты вещательных передатчиков не превышает 10Гц в диапазоне КВ, нестабильность частоты настройки приемника составляет приблизительно  ,  - высшая частота настройки приемника. ΔFпр=1,15 104
Гц
Из-за высокой нестабильности частоты настройки приемника рассчитанное значение превышает 1.1ΔFс ,то принимают ∆Fпр=1.1ΔFс=1.1 104
Гц. В этом случае следует либо применить в приемнике систему АПЧ с коэффициентом автоподстройки
Капч≥10-3
f0
∕(0.1∆Fс)
Либо смириться с необходимостью ручной подстройки частоты в процессе радиоприема.
В современных приемниках избирательность тракта ПЧ обеспечивается ФСИ (фильтры сосредоточенной избирательности). Выбор ФСИ производят исходя из требований ТЗ по ослаблению соседнего канала.
Тип фильтра ФП1П-60.01(пьезокерамический фильтр на среднюю частоту 465 кГц)
Для ФСИ ФП1П-60.01 определяют его коэффициент К0Ф
передачи напряжения по центральной частоте:
- коэффициент передачи на центральных частотах КР
= -6дБ;
- входное сопротивление RВХ
= 3кОм;
- выходное сопротивление RВЫХ
= 2кОм;
- выходная и входная емкости СВЫХ
= СВХ
= 10пФ;
- допустимое напряжение не более 3В;
- полоса пропускания на уровне 6дБ 4,0-6,0 кГц;
- относительное затухание 50 дБ.
1.4. Определение числа и типа избирательных систем преселектора
Число избирательных систем преселектора в каждом диапазоне определяют исходя из заданного ослабления зеркального канала, которое должно обеспечиваться на максимальной частоте диапазона (f0
= fmax
), т.е. в «худшей точке».
Задаемся значением конструктивной (максимальной реализуемой на данной частоте) добротности контура преселектора QK
=180, оцениваем значения добротности эквивалентного контура и его полосы пропускания
Qкэ=0.6·Qк=108
ΔFкэ=f
Рассчитаем крутизну характеристики избирательности преселектора, при которой будет обеспечено выполнение требований ТЗ по ослаблению зеркального канала:
3дБ – ослабление на границах полосы пропускания
Рассчитываем число колебательных контуров преселектора
round означает округление аргумента до ближайшего целого числа, превышающего аргумент, 20 дБ/дек – крутизна характеристики избирательности одного колебательного контура за пределами полосы пропускания.
Если  =1 преселектор содержит одноконтурное входное устройство, УРЧ может отсутствовать.
Приняв решение о числе колебательных контуров преселектора и значении их добротности, проверяем выполнение требования ТЗ по ослаблению помехи с частотой, равной промежуточной, на частоте диапазона ближайшей к fПЧ
:
1.5. Выбор способа и элемента настройки
Проектируемый приемник содержит несколько поддиапазонов с различными коэффициентами перекрытия по частоте КД
= fmax
/fmin
, где fmax
и fmin
максимальная и минимальная расчетные частоты.
 
В реальном контуре параллельно конденсатору настройки всегда есть некая суммарная емкость С0
, состоящая из паразитных емкостей схемы и, возможно, емкости подстроечного конденсатора. Выбирая элемент настройки общий для всех поддиапазонов, следует проверить выполнение условия
где КДмакс
-наибольший коэффициент перекрытия из числа поддиапазонов проектируемого приемника.
При механической настройке блоком КПЕ каждая из секций блока подключается к своему контуру (входного устройства, УРЧ, гетеродина). При повороте ротора конденсатора изменение емкости происходит одновременно во всех контурах. Для обеспечения минимальной погрешности сопряжения настроек гетеродина и контуров преселектора в контур гетеродина включают специальные конденсаторы сопряжения.
1.6. Выбор детектора сигнала
В качестве детектора АМ сигналов предпочтительно использовать последовательную схему диодного детектора:
В этом случае детектор подключают к колебательному контуру последовательного каскада УПЧ непосредственно или с помощью трансформаторной связи. Детектор должен работать в режиме сильных сигналов, что обеспечивает при напряжении на входе детектора UВХД
≥0,4В при использовании германиевого диода. Возьмем универсальный высокочастотный диод ГД407А:
Предназначены для работы в качестве детекторов АМ сигналов в радиовещательных приемниках. Выпускаются в металлостеклянном корпусе и имеют гибкие выводы.
Электрические параметры:
- постоянное обратное напряжение 5В;
- постоянный прямой ток при UПР
=0,5В 5мА;
- коэффициент передачи детектора 0,33 – 0,47;
- входное сопротивление детектора 15 – 30 кОм.
Предельные эксплуатационные данные:
- диапазон рабочей температуры t = -25 до 55ºC.
2. Расчет входных устройств с внешней короткой антенной
2
.1. Расчет колебательного контура растянутого диапазона
схема колебательного контура представлена на рисунках 1 и 2
на схемах обозначены:
- СА
– емкость антенны;
- СВХПР
– емкость антенного входа приемника относительно корпуса;
- С' – конденсатор, через который осуществляется внешнеемкостная связь контура с антенной;
- СL
– собственная емкость катушки индуктивности,;
- СМ
– емкость монтажа;
- СП
– подстроечный конденсатор;
- СН
– элемент настройки (варикап);
- С2
и СД1
– дополнительные растягивающие конденсаторы;
- LК
– индуктивность катушки контура;
- LАК
– индуктивность катушки связи с антенной;
- LКТ
– индуктивность катушки связи с АП1 (первый активный прибор)
Определяем крайние (расчетные) частоты диапазона с учетом запаса по перекрытию
Определяем фактический коэффициент перекрытия диапазона
Выбираем минимальную емкость контура в пределах от 50 до 100 пФ: СKmin
=50 пФ
Рассчитываем максимальную емкость контура
Задаемся значением емкости С3
, параллельной LК
до конденсатора С2
в пределах от 20 до 30 пФ и рассчитываем вспомогательные величины:
Рассчитываем емкости
Проверяем правильность расчетов
Далее определяем емкость дополнительного конденсатора, включенного в контур
Рассчитываем индуктивность контура
2.2. Расчет одноконтурного входного устройства с внешнеемкостной связью с антенной, представленной емкостным эквивалентом, и трансформаторной связью с транзистором
Схемы входных устройств приведены на рисунках 3 и 4:
Определяем емкость конденсатора связи с антенной, недостающие данные берем из справочных материалов:
Определяем емкость, вносимую в контур из антенной цепи
Для схемы 3 определяем емкость дополнительного конденсатора, включенного в контур
Для схемы 4 уточняем значение емкости подстроечного конденсатора
Определяем допустимое значение показателя связи колебательного контура с АП1 из условий:
- заданного расширения полосы
- минимизация коэффициента шума АП1
Выбираем большее из этих двух значений и обозначаем А1
min
.
Рассчитываем коэффициент включения колебательного контура во входную цепь АП1 и индуктивность катушки связи
Рассчитываем трансформирующий множитель, определяющий долю энергии, передаваемый из антенной цепи в колебательный контур
При КД
<1.1 расчет можно производить на одной (лучше максимальной) частоте диапазона. Определяем следующие параметры:
- характеристическое сопротивление
- сопротивление потерь в катушке
- сопротивление связи колебательного контура с АП1
- сопротивление, вносимое в колебательный контур из входной цепи АП1
- сопротивление потерь эквивалентного колебательного контура
- коэффициент расширения полосы пропускания
- добротность входного устройства
- показатель связи колебательного контура с АП1
- проводимость эквивалентного генератора
- коэффициент передачи входного устройства
3
. Расчет гетеродина
3.1. Расчет сопряжения настроек гетеродина и преселектора
Параметры элементов колебательного контура гетеродина при известных параметрах контура преселектора выбирают из соображений обеспечения сопряжения настроек гетеродина и преселектора с допустимой погрешностью.
Контур гетеродина перестраивается в диапазоне частот от
До 
Контур гетеродина имеет коэффициент перекрытия по частоте  , отличающийся от коэффициента перекрытия по частоте контура преселектора  .
Задача состоит в определении числа точек и частот точного сопряжения, структуры и параметров гетеродина. При использовании идентичных элементов настройки в преселекторе и гетеродине точное сопряжение возможно только в одной, двух или трех точках диапазона.
3
.2. Выбор числа точек точного сопряжения
Число точек точного сопряжения определяется значением коэффициента перекрытия по частоте рассчитываемого диапазона КД
.
При КД
≤1,1 (КД
= 1,057) достаточно одной точки точного сопряжения, частота которой рассчитывается по формуле
При условии равенства абсолютных погрешностей сопряжения в худших точках диапазона максимальная относительная погрешность сопряжения рассчитывается следующим образом:
3
.3. Сопряжение в одной точке
В этом случае структура и все емкости гетеродина выбирают такими же, как у контура преселектора. В процессе налаживания приемника с помощью подвижного сердечника катушки гетеродина осуществляют точное сопряжение (подстройку) на частоте f1
.
4. Расчет диодного детектора АМ сигналов
Исходными данными для расчета всех детекторов являются:
- значение промежуточной частоты fПЧ
;
- допустимые амплитудные искажения на нижних и верхних частотах модуляции МН
=МВ
=1,1;
- входное сопротивление (RВХУЗЧ
=51 кОм) и емкость (CВХ УЗЧ
=0,1 пФ) выбранной ИМС УЗЧ
Принципиальная схема диодного АД:
Для снижения искажений и улучшения фильтрации сопротивление нагрузки детектора разделено на две части (R1
и R2
). Потенциометр R2
является одновременно и регулятором громкости.
Для расчета АМ детектора дополнительными исходными данными будут:
- нормальное и максимальное значение коэффициента модуляции mH
= 0.3, mmax
= 0.9;
- значения прямого и обратного сопротивления выбранного диода rПР
= 100 Ом,
rОБР
= 107
Ом.
Расчет детектора проводим для режима сильных сигналов. Выбираем сопротивление нагрузки детектора для постоянного тока 10…20 кОм. Далее рассчитываем значения R1
и R2
:
Рассчитываем сопротивление нагрузки детектора для переменного тока с частотой модуляции
Определяем входное сопротивление детектора
Выбираем емкость нагрузки детектора из двух условий:
- допустимых линейных искажений на максимальной частоте модуляции
- малых нелинейных искажений, обусловленных избыточной постоянной времени нагрузки детектора
Из двух значений выбираем меньшее и подбираем стандартные конденсаторы с емкостями
Определяем емкость разделительного конденсатора, исходя из допустимых искажений в области нижних частот модуляции
Определяем коэффициент фильтрации напряжения промежуточной частоты элементами схемы детектора:
- фильтром, образованным RВХД
, С1
- фильтром, образованным R1
, С2
- общий коэффициент фильтрации
Рассчитываем угол отсечки тока диода
Коэффициент передачи детектора
Оцениваем напряжение на входе УЗЧ на средних частотах модуляции
Рассчитаем требуемый коэффициент усиления УЗЧ
Выбор ИМС УЗЧ и динамической головки: динамическая головка выбирается из условия обеспечения номинальной выходной мощности и заданного диапазона воспроизводимых частот. Для УЗЧ выберем ИМС отечественного производства, предпочтительней ИМС не требующие большого числа дополнительных элементов: К174УН9. Динамическая головка типа 3ГДШ – 8.
Содержание
1. Эскизный расчет структурной схемы приемника.....................................
1.1. Задачи расчета……………………………………………………………………………………..
1.2. Выбор значения промежуточной частоты……………………………………………
1.3. Выбор избирательной системы тракта ПЧ…………………………………………..
1.4. Определение числа и типа избирательных
систем преселектора…………………………………………………………………………….
1.5. Выбор способа и элемента настройки……………………………………………
1.6. Выбор детектора сигнала……………………………………………………………………..
2
. Расчет входных устройств с
внешней короткой антенной……………………………………………………………
2.1. Расчет колебательного контура растянутого диапазона………………………
2
.2. Расчет одноконтурного входного устройства
с внешнеемкостной связью с антенной, представленной
емкостным эквивалентом, и трансформаторной связью
с транзистором……………………………………………………………………………………
3. Расчет гетеродина……………………………………………………………………………..
3.1. Расчет сопряжения настроек гетеродина
и преселектора………………………………………………………………………………………
3.2. Выбор числа точек точного сопряжения……………………………………………….
3.3. Сопряжение в одной точке……………………………………………………………………
4. Расчет диодного детектора АМ сигналов………………………………………
Список используемой литературы
1. Пособие по проектированию «АМ, ОМ, ЧМ сигналов»
издание четвертое, Санкт – Петербург, 2000г.
2. Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам.
Издательство «Энергия», Москва, 1972 г.
|