Радиовещательный приемник

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО

ОБРАЗОВАНИЯ РФ

ТАГАНРОГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

кафедра РЭС и ЗиС

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

ПО КУРСУ

«Устройства приема и обработки сигнала»

НА ТЕМУ

«Радиовещательный приемник»

 

 

Таганрог 2000г.

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Номер варианта                                         1

Приемник................................................. стационарный.

Диапазон частот от f_min до f_max, МГц....... 0.15-1.6, 65.8-73.0

Вид модуляции........................................ АМ, ЧМ

Чувствительность (АМ) E_A0, мкВ/м........ 100

Чувствительность (ЧМ) Е_А0, мкВ  ……...10

Избирательность

 , дБ     46

, дБ (АМ)        56

, дБ (ЧМ)        34

, дБ (АМ)        42

Работа АРУ , дБ       40

, дБ          8

F_н, Гц          100

F_в, Гц (ЧМ) 10000

F_в, Гц (АМ) 6300

, дБ        14

Р_вых, Вт       10

t_min,C⁰          5

t_max,C⁰          45

С/Ш на вых (АМ) 20

С/Ш на вых (ЧМ) 26

ВВЕДЕНИЕ

Появление новых специализированных микроэлектронных схем с большой степенью интеграции позволяет при снижении потребляемой мощности повышать качественные показатели радиоприемных устройств. В то же время наличие к настоящему времени в эксплуатации десятков миллионов радиовещательных приемников накладывает существенные ограничения на введение новых видов модуляции, а если они и вводятся, то должны быть совместимы с системами, находящимися в эксплуатации.

Радиовещательные приемники используют амплитудную модуляцию (АМ) для приема сигналов вещания в диапазонах длинных волн (ДВ), средних волн (СВ), коротких волн (КВ). В диапазоне метровых волн (ультракоротких волн - УКВ) используется частотная модуляция (ЧМ).

Радиоприемные устройства, в свою очередь могут входить в более крупные радиотехнические системы, решающие различные технические задачи. В соответствии с этим радиоприемные устройства могут служить для организации радиосвязи, радиовещания, телевидения, радионавигации, радиолокации, радиотелеуправления и др.

В радиовещательном сигнале полезной информацией является тот или иной звуковой сигнал, например речь или музыка. В большинстве случаях полезная информацию несут его элементы, по которым определяют координаты объекта.

По назначению радиоприемники принято разделять на две группы: радиовещательные и профессиональные, первые служат для приема широковещательных радио- и телевизионных программ, а вторые - для решения специальных технических задач.

Отличительной вещательных приемников является более низкая чувствительность, но более высокие требования к качественным показателям линейным и нелинейным искажениям, избирательности, а так же эксплуатационные характеристики. Автоматизация процесса управления, настройки и поиска сигналов в настоящее время характерна только в радиовещательных приемниках высокого класса.

В соответствии со структурной схемой приемники классифицируются на приемники прямого усиления и супергетеродинные.

 

1. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

В соответствии со структурной схемой приемники классифицируются на приемники прямого усиления и супергетеродинные. В зависимости от типа приемных сигналов приемники делятся на следующие группы: для приема амплитудно-модулированных, частотно-модулированных, фазово-модулированных и импульсных сигналов.

По условию эксплуатации и конструктивному исполнению приемники подразделяются на стационарные, переносные, корабельные, самолетные, автомобильные, космические и т.п.

Каскады супергетеродинного приемника, настроенные на промежуточную частоту, называют трактом промежуточной частоты. В супергетеродинном приемнике ВЦ и УРЧ должны обеспечивать меньше усиление и избирательность, чем в приемники прямого усиления, что значительно упрощает их конструкцию. Уже в диапазонах гектометровых волн транзисторные и ламповые супергетеродинные приемники требуют меньше электронных приборов, чем приемники прямого усиления. Поэтому более 90 - 95 % современных приемников строят по супергетеродинной схеме. В соответствии с вышесказанным, будем проектировать приемник по супергетеродинной схеме, как наиболее оптимальный для данного класса приемника. Приемник первого класса. Так как приемник по техническому заданию переносной, то повышаются требования к качеству работы и наиболее рационально использовать интегральные микросхемы и малогабаритные пьезокерамические или электромеханические фильтры.

В то же время разрабатываемый приемник должен быть достаточно дешевым, конструктивно иметь небольшой вес, габариты, высокую надежность, учитывать особенности питающего напряжения (от сети переменного тока или от батареи питания), устойчиво работать в заданном диапазоне температур.

2. ВЫБОР СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ РАДИОПРИЕМНИКА

В супергетеродинном приемнике несущая частота принимаемого сигнала с помощью преобразователя частоты (ПЧ) преобразуется (обычно понижается) без изменения закона модуляции. Полученный таким образом сигнал усиливается напряжением промежуточной частоты (УНПЧ) и подводится к детектору (Д).

Сравнительно простыми техническими средствами промежуточную частоту супергетеродинного приемника можно сделать одинаково (постоянной) для принимаемых сигналов в достаточно широком диапазоне рабочих частот. Благодаря этому в каскад УНПЧ оказывается возможным применять сложные избирательные системы, обеспечивающие гораздо лучшую избирательность, чем одиночные контура. Кроме того, подбирая (снижая) промежуточную частоту, можно достаточно хорошо согласовать полосу пропускания тракта УНПЧ с шириной спектра принимаемого сигнала.

Так как супергетеродинный приемник при фиксированной настройке принимает не только полезный сигнал, на который он настроен, но и сигнал, имеющие другие частоты. Поэтому для повышения чувствительности и селективности приемника применяют много кратное преобразование частоты.

 

3. РАЗДЕЛЕНИЕ ДИАПАЗОНА РАБОЧИХ ЧАСТОТ НА ПОДДИАПАЗОНЫ

Диапазон рабочих частот приемника разделяют на поддиапазоны в том случае, если коэффициент перекрытия диапазона  больше коэффициента перекрытия диапазона применяемых резонансных систем с переменной настройкой. Если для СВ  и для УКВ , то разбивка заданного диапазона на поддиапазоны не требуется.

В нашем случае для СВ:

(разбивку делать не надо)

для УКВ: (разбивку делать не надо)

 

4 РАСЧЕТ ШИРИНЫ ПОЛОСЫ ПРОПУСКАНИЯ ЛИНЕЙНОГО ТРАКТА ПРИЕМНИКА

Необходимая полоса пропускания определяется реальной шириной спектра радиочастот принимаемого сигнала П_с, доплеровского смещения частоты сигнала f_д и запасом П_з, зависящим от нестабильности частот принимаемого сигнала и гетеродина приемника, погрешностей в настройке отдельных контуров и всего приемника по формуле /1.С.21/.

4.1 Амплитудная модуляция

Ширина спектра радиочастот принимаемого сигнала определяется по формуле (1).

Где  - верхняя (максимальная) частота модуляции.

В нашем случае F_в =6300 Гц, следовательно

.

Следует учесть, что ширина полосы пропускания ЛТП (2) складывается из ширины спектра радиочастот принимаемого сигнала (П_С), доплеровского смещения частоты сигнала (f_д) и запаса полосы, требуемой для учета нестабильности и неточностей настроек приемника (П_нс).

Так как, проектируется стационарный вещательный приемник, то, очевидно, что f_д=0.

Величина П_нс определяется из выражения (3).

где, df_С и df_Г - нестабильности частот сигнала f_С и гетеродина f_Г соответственно;

df_Н и df_П - неточности настроек частот гетеродина f_Г и УПЧ f_П.

По таблице 1.1 из [ 1 ] определяем абсолютную нестабильность частоты сигнала f_с Для этого полагаем, что передатчик имеет кварцевую стабилизацию частоты и относительную нестабильность по частоте 10^-6, тогда абсолютная нестабильность будет равна

Полагаем, что гетеродин не имеет кварцевой стабилизации, тогда из таблицы 1.1 из [1] выбираем значение относительной нестабильности гетеродина 10^-4. Тогда абсолютная нестабильность частоты гетеродина, при f_пр = 0,465 Мгц, равна:

Погрешности настройки приемника и тракта промежуточной частоты полагаем равными нулю, поскольку при ручной настройке с индикацией по звуку эти ошибки очень малы.

Тогда получим:

Общая требуемая полоса тогда будет равна

П=П_с+П_нс=12,6∙10³+414=13 кГц

У нас общая полоса приемника не намного больше полосы сигнала (П>П_С) значит применение АПЧ не обязательно.

4.2 Частотная модуляция

Определим индекс модуляции

где f_{m max} - максимальная девиация частоты.

.

При _m<4 ширина спектра радиочастот принимаемого сигнала определяется по формуле:

_.

Аналогично случаю с АМ определим ширину полосы пропускания ЛТП по формуле (2).

Очевидно, что f_д=0. Далее по формуле (3) рассчитаем П_нс. Так же как и в случае АМ полагаем, что передатчик имеет кварцевую стабилизацию частоты, следовательно, его нестабильность равна 10^-4, а абсолютная нестабильность

Гц.

По таблице 1.1 из [1] определяем относительную нестабильность гетеродина, она равна 10^-5. Выбираем стандартную промежуточную частоту f_пр = 10,7 МГц, тогда имеем

Погрешности настройки приемника полагаем равными нулю т.к. настройка на сигнал ручная.

Тогда

Определим результирующую ширину полосы пропускания ЛТП

П=184,64+167,4=352,04 кГц.

У нас П>>П_С значит целесообразно применить автоматическую подстройку частоты (АПЧ) гетеродина.

При применении АПЧ с коэффициентом автоподстройки (К_АПЧ) полоса уменьшается и определяется как

Уменьшение полосы облегчает реализацию избирательности по соседнему каналу, повышает помехоустойчивость приемника и поэтому является желательным и необходимым.

Выбираем К_АПЧ=10…20. Пусть К_АПЧ=15, тогда

.

5. РАСЧЕТ ДОПУСТИМОГО КОЭФФИЦИЕНТА ШУМА

 

5.1 Амплитудная модуляция

В диапазоне СВ реальная чувствительность приемников ограничена внешними помехами (промышленными и атмосферными) и собственными шумами. Поскольку приемники СВ относительно узкополосны, в первом приближении можно считать, что внешние помехи имеют такой же характер на выходе селективной системы, как и собственные шумы. Так как у нас реальная чувствительность задана в виде величины э.д.с.  сигнала в антенне, при которой отношение эффективных значений напряжений сигнал/помеха на выходе приемника больше минимально допустимого отношения  (), то следует вычислить допустимый коэффициент шума  из условия

Где  - минимально допустимое отношение эффективных напряжений сигнал/помеха на входе приемника;

Е_П - уровень внешних помех, определяемый по графику[2,с.6,рис1.1] (Е_П=200∙10^-6 В/м);

 действующая высота приемной антенны;

 - шумовая полоса тракта ();

 - постоянная Больцмана ( Дж/град);

 - стандартная температура приемника ();

 - внутреннее сопротивление приемной антенны.

Величину  определяют по формуле:

где  - пик - фактор модулирующего сообщения;

 - максимальная частота модуляции ();

 - глубина модуляции;

 - шумовая полоса приемника.

По ТЗ у нас:

=20 дБ или =10 (в единицах)

П_Ш=1,1∙13∙10³=14,3 кГц;

=1,1∙6300=6930 Гц.

При принятой методике испытаний приемников синусоидально модулированным генератором  и  [1].

Рассчитаем минимальное отношение сигнал/шум на входе приемника:

=32

=30 дБ

Для того чтобы, подсчитать допустимую величину коэффициента шума нам нужно выбрать антенну. Так как разрабатывается стационарный приемник целесообразно применить штыревую антенну.

Определим длину волны λ:

Где с - скорость света;

f - частота сигнала.

Получаем, что:

Пусть высота антенны h=1м.,тогда выполняется условие, что ,следовательно действующая высота антенны определяется по формуле:

 м.

С _Д=0,5 м, =150 Ом [3].

Требуемый коэффициент шума:

Так как числитель меньше нуля можно заключить, что требуемая чувствительность ввиду действия внешних помех обеспечена быть не может. Однако в ТЗ оговорена чувствительность без учета внешних помех, поэтому, принимая Е_П=0, получим

=91

 дБ

Эта величина больше шести, следовательно, внутренние шумы чувствительность не ограничивают, и принимать какие-то специальные меры по снижению внутренних шумов приемника не надо. Итак, для обеспечения чувствительности наличие усилителя радиочастот (УРЧ) не обязательно.

5.2 Частотная модуляция

В диапазоне УКВ реальная чувствительность практически не зависит от внешних помех и обусловлена внутренними шумами. Тогда коэффициент шума не должен превышать:

где    - коэффициент передачи мощности фидерной антенны, соединяющей антенну с входом приемника, но так как у нас штыревая антенна, следовательно =1;

 - шумовая полоса тракта ();

 - постоянная Больцмана ( Дж/град);

 - стандартная температура приемника ();

 - относительная шумовая температура антенны, ≈1,так как влиянием внешних помех можно пренебречь;

 - минимально допустимое отношение эффективных напряжений сигнал/помеха на входе приемника;

 - номинальная мощность сигнала, отдаваемая антенной согласованному с ней приемнику.

Номинальная мощность сигнала определяется по формуле:

Где  - сопротивление антенны (=150 Ом).

Получаем

Требуемый коэффициент шума:

=2,66

 дБ

Эта величина больше шести, следовательно, внутренние шумы чувствительность не ограничивают, и принимать какие-то специальные меры по снижению внутренних шумов приемника не надо. Итак, для обеспечения чувствительности наличие усилителя радиочастот (УРЧ) не обязательно.

6. ВЫБОР СРЕДСТВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИЗБИРАТЕЛЬНОСТИ ПО ЗЕРКАЛЬНОМУ КАНАЛУ И КАНАЛУ ПРЯМОГО ПРОХОЖДЕНИЯ

В техническом задании определена величина неравномерности частотной характеристики всего приемника по звуковому давлению . Распределим заданную неравномерность по трактам приемника. Неравномерность частотной характеристики линейного тракта приемника  (УРЧ и УПЧ) можно определить по формуле

где  - неравномерность частотной характеристики УНЧ (s_nУНЧ=4¼5дБ);  - неравномерность частотной характеристики акустической системы ();  - неравномерность частотной характеристики детектора ().

Приняв в (8) , , , , получим .

Данную неравномерность выполнить невозможно, так как завышены требования к неравномерности в техническом задании. Поэтому возьмем реализуемость линейного тракта .

Распределим полученную величину неравномерности линейного тракта (9 дБ) между преселектором и усилителем промежуточной частоты следующим образом: ,

Избирательность по зеркальному каналу обеспечивается в основном преселектором (ВЦ и УРЧ).

Воспользуемся методикой из [1, с. 18]. От избирательности преселектора зависят избирательность приемника по зеркальному каналу S_ЗК, избирательность по каналу прямого прохождения S_ПП и искажения сообщения на низких частотах сигнала.

6.1 Амплитудная модуляция

Выберем простейшую структуру преселектора и определим ее избирательность по зеркальному каналу.

Избирательность необходимо определять на максимальной частоте поддиапазона, т.е. в худших условиях.

Вначале находим обобщенную расстройку зеркального канала

Где  - промежуточная частота;

 - частота сигнала ();

 - эквивалентное затухание.

Для определения  воспользуемся таблицей из [4, с.12], по ней мы определяем значения добротности (Q=50) и коэффициента уменьшения добротности для биполярных транзисторов (α=2).

Эквивалентное затухание определяется по формуле:

.

Обобщенная расстройка на максимальной частоте:

 дБ.

Затем восстанавливаем перпендикуляры к оси абсцисс [1,с.21, рис.1.7] в точках с подсчитанными значениями  и при пересечении с графиком 3 находим значение S_ЗК. У нас получилось S_ЗК=65 дБ, значит мы можем реализовать преселектор по простейшей схеме, так как получилось ослабление зеркального канала больше требуемого (Sзк=56 дБ).

С учетом вышеизложенного получаем структурную схему преселектора:

                   ВУ                        УРЧ                                         ПЧ

Здесь К - контур;                                                          

Э - элемент.

Избирательность по каналу прямого прохождения.

Определим избирательность по каналу прямого прохождения. Наиболее плохая избирательность будет на частоте сигнала, ближайшей к промежуточной, поэтому определим избирательность выбранного нами преселектора при частоте сигнала f=17,7 МГц. Найдем предварительно обобщенную расстройку на промежуточной частоте

=

Для CВ при  получим. Находим по формуле избирательность по каналу прямого прохождения [4, с.13]:

Избирательность удовлетворяет нашему заданию (Sпр=42 дБ).

6.1 Частотная модуляция

Также как и в амплитудной модуляции выберем простейшую структуру преселектора и определим ее избирательность по зеркальному каналу. Избирательность необходимо определять на максимальной частоте поддиапазона, т.е. в худших условиях.

Вначале находим обобщенную расстройку зеркального канала

,

Где  - промежуточная частота;

 - частота сигнала ();

 - эквивалентное затухание.

Для определения  воспользуемся таблицей из [4, с.12], по ней мы определяем значения добротности (Q=95) и коэффициента уменьшения добротности для биполярных транзисторов (α=2,75). Эквивалентное затухание определяется по формуле:

Обобщенная расстройка на максимальной частоте

;

 дБ.

Затем восстанавливаем перпендикуляры к оси абсцисс [1,с.21, рис.1.7] в точках с подсчитанными значениями  и при пересечении с графиком 3 находим значение S_ЗК. У нас получилось S_ЗК=53 дБ, значит, мы можем реализовать преселектор по простейшей схеме, так как получилось больше требуемого. Возьмем преселектор который содержит два контура, настроенных на одну частоту (один контур в ВЦ и один в УРЧ).

Избирательность по каналу прямого прохождения.

Определим избирательность по каналу прямого прохождения. Найдем предварительно обобщенную расстройку на промежуточной частоте

Для УКВ при  получим. Находим по графику избирательность по каналу прямого прохождения для 3 схемы.

У нас получилось:

.

Избирательность удовлетворяет нашему заданию (Sпр=42 дБ).

 

7. ВЫБОР ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИЗБИРАТЕЛЬНОСТИ ПО СОСЕДНЕМУ КАНАЛУ

Имеется два способа обеспечения избирательности по соседнему каналу: применение УПЧ с распределенной избирательностью и с сосредоточенной избирательностью. При втором способе избирательность обеспечивается фильтром сосредоточенной избирательности (ФСИ), а усиление - стоящими за ним слабо избирательными или апериодическими каскадами УПЧ. Использование ФСИ предпочтительнее, так как:

1.   упрощается производство функциональных узлов приемника;

2.       становится возможным применение в качестве УПЧ микросхем;

.         уменьшается влияние разброса параметров транзисторов и их нестабильности на амплитудно-частотную характеристику приемника;

.         при том же количестве избирательных систем, возможно, реализовать приемник с большей избирательностью;

.         повышается реальная избирательность приемника, так как снижаются нелинейные помехи перекрестной модуляции и взаимной модуляции.

Применение УПЧ с распределенной избирательностью может быть целесообразно в широкополосных приемниках, когда отсутствуют необходимые ФСИ или трудно получить необходимое усиление, используя апериодические каскады.

Опыт показывает, что построение качественных ФСИ возможно,

где  - затухание резонаторов, составляющих фильтр. Смысл этого неравенства заключается в том, что для реализации фильтра с достаточной прямоугольностью и крутизной скатов характеристики необходимо реализовать полосу большую, чем полоса отдельного резонатора.

7.1 Амплитудная модуляция

Определим целесообразность применения ФСИ. Контуры на LC - элементах и пьезокерамике могут быть выполнены с затуханием примерно до 0,005, кварцевые и электромеханические - до 10^-5. Выбираем =0,005 и проверяем выполнение неравенства

Неравенство выполняется, поэтому фильтр на LC-элементах целесообразно применить.

Считаем, что избирательность по соседнему каналу равна нулю. Зная  кГц; П=13 кГц, расстройку соседнего канала f_АМ=10 кГц и требуемую избирательность, выберем готовый пьезокерамический фильтр. Анализируя основные параметры пьезокерамических фильтров, находим, что нам подходит фильтр ПФ1П-2 [1., с.293,табл. 6.4].

Таблица 1 Основные параметры пьезокерамического фильтра ПФ1П-2

Средняя частота полосы пропускания, кГц	Полоса пропускания, кГц	Селективность при расстройке ±10 кГц,  дБ	Затухание в полосе пропускания, дБ	Номинальное значение характеристических сопротивлений:
				Выходного, кОм	Входного, кОм
465±2	8,5-12,5	40	8	0,6	1,2

Этот фильтр обеспечивает нужную полосу, но избирательность по соседнему каналу недостаточно, всего 40 дБ вместо требуемых 46 дБ. Для разрешения этого противоречия нужно включить два фильтра последовательно.

7.2 Частотная модуляция

Выбираем =0,005 и проверяем выполнение неравенства

Неравенство выполняется, поэтому фильтр на LC-элементах целесообразно применить.

Считаем, что избирательность по соседнему каналу равна нулю. Зная  МГц; П=195,8 кГц, расстройку соседнего канала f_ЧМ= кГц и требуемую избирательность, выберем готовый пьезокерамический фильтр. Анализируя основные параметры пьезокерамических фильтров, находим, что нам подходит фильтр ФП1П - 049а.

Таблица 2

Основные параметры пьезокерамического фильтра ФП1П - 049а.

Средняя частота полосы пропускания, кГц	Полоса пропусканиякГц	Селективность при расстройке ±10 кГц,  дБ	Затухание в полосе пропускания, дБ	Номинальное значение характеристических сопротивлений:
				Выходного, кОм	Входного, кОм
10,7	150…200	40	10	0,33	0,33

Этот фильтр обеспечивает нужную полосу, но избирательность по соседнему каналу недостаточно, всего 40 дБ вместо требуемых 46 дБ. Для разрешения этого противоречия нужно включить два фильтра последовательно.

стереофонический приемник линейный тракт

8. СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕВАЮЩИЕ УСИЛЕНИЯ ЛИНЕЙНОГО ТРАКТА

Необходимое усиление сигналов в линейном тракте следует обеспечить при достаточной устойчивости каскадов (возможно меньшем их числе). При выборе средств обеспечения чувствительности и избирательности приемника были определены: схема входной цепи; число каскадов преселектора; схема и число каскадов УПЧ, необходимых для обеспечения избирательности.

Найдем коэффициент усиления линейного тракта приемника К_ОЛ по формуле

где U_П - амплитуда сигнала на выходе УПЧ приемника; Е_А - чувствительность приемника. Для обеспечения линейного детектирования напряжение на входе диодного детектора должно составлять U_П=0,5 В.

Из формулы (12) получим

Для СВ:

Для УКВ:

Коэффициент передачи одноконтурной ВЦ:

Где k_ПД - коэффициент перекрытия поддиапазона.

Для диапазона СВ имеем k_ПД==3,08; для диапазона УКВ - k_ПД=1,11. Таким образом, коэффициент передачи одноконтурной входной цепи равен:

К_ВЦ= - для диапазона СВ;

К_ВЦ= - для диапазона УКВ.

Коэффициент передачи ФСС определяется по формуле:

Где L_Ф - затухание фильтра в децибелах. В нашем примере

для СВ: ;

для УКВ:

Поскольку у нас два фильтра, то их коэффициент передачи определится как:

Тогда

Для СВ

Для УКВ

С учетом всех полученных данных найдем требуемый коэффициент передачи активных каскадов приемника с запасом в 2.5 раз:

 - для диапазона СВ;

 - для диапазона УКВ

или

для КВ: К_А=112 дБ

для УКВ :К_А=129 дБ.

 

9. Расчет функциональной схемы приемника

На основании разработанной структурной схемы произведем построение функциональной схемы проектируемого радиовещательного приемника (см. прилож) .

Расчет функциональной схемы сводится к определению входных и выходных параметров узлов: уровней сигнала с учетом их динамического диапазона, рабочей полосы, коэффициента передачи.

 

9.1 АМ-тракт

Чувствительность ЕА МИН = 100 мкВ.

Входная цепь

Полоса рабочих частот fС = (0.52 - 1.6) МГц .

Коэффициент передачи КВЦ = - -17 дБ.

Минимальное значение входного напряжения ВЦ:

UВХ.МИН = ЕА МИН = 100 мкВ ;

Минимальная величина выходного напряжения UВЫХ.МИН ВЦ:

UВЫХ.МИН = UВХ.МИН × КВЦ = 14 мкВ ;

Максимальное значение входного напряжения ВЦ:

UВХ.МАКС = ЕА МИН × a ;

UВХ.МАКС = 100×10-6 × 100 = 10 мВ ;

Максимальная величина выходного напряжения UВЫХ.МАКС ВЦ:

UВЫХ.МАКС = UВХ.МАКС × КВЦ = 1.4 мВ .

УРЧ

Зададимся значением коэффициента передачи :

КУРЧ = +20 дБ ;

Минимальное значение входного напряжения УРЧ:

UВХ.МИН УРЧ = UВЫХ.ВЦ = 14 мкВ ;

Минимальная величина выходного напряжения UВЫХ.МИН УРЧ :

UВЫХ.МИН УРЧ = UВХ.МИН УРЧ × КУРЧ = 0.14 мВ ;

Максимальное значение входного напряжения УРЧ:

UВХ.МАКС УРЧ = UВЫХ.ВЦ .МАКС ;

UВХ.МАКС.УРЧ = 1,4 мВ ;

Максимальная величина выходного напряжения UВЫХ.МАКС УРЧ:

UВЫХ.МАКС.УРЧ = UВХ.МАКС.УРЧ × КУРЧ = 14 мВ .

Преобразователь частоты

Смеситель:

Для смесителей, построенных на базе транзисторов коэффициент передачи составляет порядка КСМ = +10 дБ ;

Полоса сигнальной частоты на входе: fС = (0.52 - 1.6) МГц

Минимальное значение входного напряжения смесителя:

UВХ.МИН СМ = UВЫХ.УРЧ = 0.14 мВ ;

Минимальная величина выходного напряжения UВЫХ.МИН СМ :

UВЫХ.МИН СМ = UВХ.МИН СМ × КСМ = 0.42 мВ ;

Максимальное значение входного напряжения смесителя:

UВХ.МАКС СМ = UВЫХ. МАКС УРЧ ;

UВХ.МАКС.СМ = 14 мВ ;

Максимальная величина выходного напряжения UВЫХ.МАКС.СМ :

UВЫХ.МАКС.СМ = UВХ.МАКС.СМ × КСМ = 42 мВ .

Гетеродин:

Для гетеродинов, представленных в составе интегральных схем, величина выходного напряжения составляет:

UГ = (100 ... 250) мВ .

Полоса перестраиваемых частот : fГ » (1 - 2.1) МГц

Фильтр ПЧ:

В качестве фильтров промежуточной частоты в рассматриваемом диапазоне в настоящее время широко используется пьезокерамические фильтры . Для данного типа фильтров величина вносимого в полосу пропускания затухания составляет порядка -12 дБ, т.е:

КФПЧ = -12 дБ

Оценим входные и выходные параметры данного узла:

Минимальное значение входного напряжения ФПЧ:

UВХ.МИН ФПЧ = UВЫХ.СМ = 0.42 мВ ;

Минимальная величина выходного напряжения UВЫХ.МИН ФПЧ :

UВЫХ.МИН ФПЧ = UВХ.МИН ФПЧ × КФПЧ = 0.56 мВ ;

Максимальное значение входного напряжения ФПЧ:

UВХ.МАКС ФПЧ = UВЫХ. МАКС СМ ;

UВХ.МАКС.ФПЧ = 42 мВ ;

Максимальная величина выходного напряжения UВЫХ.МАКС.ФПЧ :

UВЫХ.МАКС.ФПЧ = UВХ.МАКС.ФПЧ × КФПЧ =168 мВ.

Преобразуемая трактом промежуточная частота : fПЧ = 0.465 МГц .

УПЧ

Коэффициент передачи УПЧ определим согласно выражению:

КУПЧ = КЛТП - КФПЧ - КУРЧ - КСМ - КВЦ ,

где КЛТП - коэффициент передачи линейного тракта приемника.

КЛТП = UВХ.ДЕТ / ЕА.МИН ,

где U_ВХ.ДЕТ - напряжение на входе детектора; для широкоиспользуемых в радиоприеме интегральных микросхем эта величина составляет порядка 100 мВ.

Тогда

КЛТП = 0.1 / 100×10-6 = 1000 ;

КЛТП = 60 дБ .

Подставляя численные данные в выражение для КУПЧ , получим :

КУПЧ = 60 + 12 -20 -10 +17 = 59 дБ

Динамический диапазон изменения выходного напряжения УПЧ составляет b = 8 дБ, за счет действия системы АРУ.

9.2 ЧМ-тракт

Чувствительность ЕА МИН = 10 мкВ.

Входная цепь

Полоса рабочих частот fС = (65.8 - 73) МГц .

Коэффициент передачи КВЦ = - 3 дБ.

UВХ.МИН = ЕА МИН = 10 мкВ ;

UВЫХ.МИН = UВХ.МИН × КВЦ = 7 мкВ ;

UВХ.МАКС = ЕА МИН × a ;

UВХ.МАКС = 10×10-6 × 100 = 1 мВ ;

UВЫХ.МАКС = UВХ.МАКС × КВЦ = 0.7 мВ .

УРЧ

Зададимся значением коэффициента передачи :

КУРЧ = +20 дБ ;

UВХ.МИН УРЧ = UВЫХ.ВЦ = 7 мкВ ;

UВЫХ.МИН УРЧ = UВХ.МИН УРЧ × КУРЧ = 70 мкВ ;

UВХ.МАКС УРЧ = UВЫХ.ВЦ .МАКС ;

UВХ.МАКС.УРЧ = 0.7 ×10-3 = 0.7 мВ ;

UВЫХ.МАКС.УРЧ = UВЫХ.МИН.УРЧ × b = 112 мкВ (за счет действия системы АРУ).

Тракт промежуточной частоты

Смеситель:

Представленные в интегральном исполнении смесители строятся, как правило, на базе транзисторов. Для данного типа смесителей КСМ = +10 дБ ;

Полоса сигнальной частоты на входе: fС = (65.8 - 73) МГц

UВХ.МИН СМ = UВЫХ.УРЧ.МИН = 70 мкВ ;

UВЫХ.МИН СМ = UВХ.МИН СМ × КСМ = 220 мкВ ;

UВХ.МАКС СМ = UВЫХ. МАКС УРЧ ;

UВХ.МАКС.СМ = 112 мкВ ;

UВЫХ.МАКС.СМ = UВХ.МАКС.СМ × КСМ = 350 мкВ .

Гетеродин:

Для гетеродинов, представленных в составе интегральных схем, величина выходного напряжения составляет:

UГ = (100 ... 250) мВ .

Полоса перестраиваемых частот : fГ » (76.5 - 84.7) МГц

Тракт УПЧ

Рассмотрение данного тракта включает в себя общую оценку характеристик (УПЧ и цепей фильтрации ПЧ в целом).

Коэффициент передачи тракта определим согласно выражению:

КУПЧ = КЛТП - КУРЧ - КСМ - КВЦ

где КЛТП - коэффициент передачи линейного тракта приемника.

Коэффициент КЛТП определим как :

КЛТП = UВХ.ДЕТ / ЕА.МИН

где UВХ.ДЕТ - напряжение на входе детекторного тракта, включающего в себя усилитель-ограничитель и частотный детектор; для широкоиспользуемых в радиоприеме интегральных микросхем эта величина составляет порядка 10 мВ.

Тогда

КЛТП = 0.01 / 10×10-6 = 1000

КЛТП = 60 дБ .

Подставляя численные данные в выражение для КУПЧ , получим :

КУПЧ = 60 -20 -10 +3 = 33 дБ

Динамический диапазон выходного напряжения тракта УПЧ составляет b = 4 дБ.

10. ВЫБОР АКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИЕМНИКА

При выборе интегральных микросхем основным критерием являются их технические характеристики и стоимость. Анализируя результаты расчета, полученные в предыдущих пунктах курсового проектирования, выбираем следующие микросхемы:

К174ХА2 - для тракта АМ;

К174УН7 - усилитель мощности низкой частоты.

Микросхема «К174ХА2» (рис.8.1) представляет собой многофункциональную микросхему радиоприемного тракта, выполняющую функции усиления и преобразования сигналов с частотой входного сигнала до 27 МГц. В состав микросхемы входят: усилитель ВЧ сигналов (A1) с системой АРУ (А2), смеситель (UZ1), гетеродин (G1), усилитель ПЧ (А4) с системой АРУ (А5) и стабилизатор (А3).

Рис. Микросхема «К174УН7» представляет собой УМ низкой частоты с номинальной мощностью 10 Вт при нагрузке 4 Ом. Полоса по уровню 3 дБ 40…20000 Гц.

10.1 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ МИКРОСХЕМЫ К174ХА2 И КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Номинальное напряжение питания - 9В±10%.

Ток потребления при U_п=9В - не более 16 мА.

Отношение сигнал/шум при U_вх=20 мкВ, m=80% - не менее 26 дБ.

Выходное напряжение НЧ:

при Uвх=20 мкВ - не менее 60 мВ;

при Uвх=500 мВ - 100...560 мВ.

Коэффициент гармоник - не более 8%.

Входное сопротивление УВЧ - не менее 3 кОм.

Входное сопротивление УПЧ - не менее 3 кОм.

В микросхеме используется двухпетлевая схема АРУ: первый детектор АРУ используется в УРЧ, второй - в УПЧ. При малых уровнях входного сигнала (до - 60 дБ) действует АРУ в УПЧ, при больших (до - 40 дБ) - АРУ в УРЧ. Таким образом, мы имеем два регулируемых каскада при выборе микросхемы К174ХА2, что противоречит полученному ранее значению. Но это не должно ухудшить характеристики приемника. Используем типовую схему включения К174ХА2 /6.С.145/.

 

.2 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ МИКРОСХЕМЫ К174УН7

Номинальное напряжение питания - 15 В.

Ток потребления при U_п=15 В, U_ВХ=0 и Т=+25⁰С - не более 20 мА.

Коэффициент гармоник при Р_ВЫХ=0.05¼4, R_Н=4 Ом - не более 2

Амплитудное значение входного напряжения U_{вх А} не более 2 В

Данные технического задания выполняются. Используем типовую схему включения К174УН14 /9.С.26/. (см. рис8.2)

 

11. РАСЧЕТ ВХОДНОЙ ЦЕПИ ДИАПАЗОНОВ

Входную цепь выберем с растянутым поддиапазоном. Эта растяжку поддиапазонов можно достичь при помощи внесения в контур дополнительных емкостей. Выбранная ВЦ имеет индуктивную связь с антенной и индуктивную связь с нагрузкой (УРЧ). Схема контура входной цепи изображена на рис.10.1.

Контур входной цепи

Для расчета входной цепи перейдем к эквивалентной схеме контура входной цепи с растянутым поддиапазоном.

Очевидно, что растяжка поддиапазона достигается включением в контур дополнительных конденсаторов С1 и С2. Выбираем четырех секционный переменный конденсатор КПЕ. Пусть С_max=495 пФ; C_min=12 пФ.

. Определяем емкость схемы /2.С.27/

С_сх=С_м+С_L

где С_м - емкость монтажа; С_L - емкость катушки индуктивности.

Выбираем из /4/ для CВ С_м=5…20 пФ, С_L=15…20 пФ; для КВ С_м=8…10 пФ, С_L=4…10 пФ.

С_м=10 пФ, С_L=15 пФ;

Тогда по формуле (9.1) получаем емкость схемы равна

С_сх=10+15=25 пФ,

. Задаемся минимальной эквивалентной емкостью схемы контура порядка С_э=(50¸200) пФ, при условии С_э>С_сх.

С_э=100 пФ,

. Определяем вспомогательные коэффициенты 7.C.142/

.

С=С_max - C_min=495 - 12 = 483 пФ

Для СВ Т=3,92^.10⁴ пФ.

4. Определяем дополнительные емкости

. Выбираем конденсатор:

·    С1 типа КТ-2 с номинальной емкостью 150 пФ, и допустимым отклонением емкости от номинальной равным 10% /9/.

·   С2 типа КТ-2 с номинальной емкостью 150 пФ, и допустимым отклонением емкости от номинальной равным 10% /9/.

6. Выбираем тип подстроечного конденсатора из соображений, чтобы С_пср£С1. Выбираем подстроечный конденсатор малогабаритный типа КПК-МН с пределами изменения емкости (8¸30) пФ /9/.

. Определяем емкость уравнительного конденсатора

С_у = С1 - С_пср

С_у=150 - 27=123 пФ,

Выбираем конденсатор С_у:

·   Для - СВ типа КД-1 с номинальной емкостью 130 пФ, и допустимым отклонением емкости от номинальной 10% /9/.

8. Определим индуктивность катушки контура по формуле

Для нахождения индуктивности катушки определим максимальную величину эквивалентной емкости контура по формуле

Для CВ ,

 

12. СОПРЯЖЕНИЕ КОНТУРОВ СУПЕРГЕТЕРОДИННОГО ПРИЕМНИКА

В современных приемниках используются схемы контуров входного устройства и гетеродина с одинаковыми переменными конденсаторами. Однако коэффициенты перекрытия поддиапазонов контуров преселектора и гетеродина должны быть неодинаковыми (у гетеродина - меньше). Это уменьшение перекрытия в гетеродине для сопряжения его настройки с настройкой входного контура может быть достигнуто с помощью конденсаторов С1 и С2.

При этом точное сопряжение настроек достигается лишь в трех точках диапазона по числу трех возможных подстроек в контуре гетеродина (С1, С2, L_Г). Частоты точного сопряжения целесообразно выбирать посреди диапазона и вблизи от крайних точек, но не равным f_{x min} и f_{c max}, чтобы уменьшить погрешность сопряжения.

При этом точное сопряжение настроек достигается лишь в трех точках диапазона по числу трех возможных подстроек в контуре гетеродина (С1, С2, L_Г).

Частоты точного сопряжения целесообразно выбирать посреди диапазона и вблизи от крайних точек, но не равным f_{x min} и f_{c max}, чтобы уменьшить погрешность сопряжения.

Расчет параметров контура гетеродина можно вести несколькими способами. Однако эти расчеты представляют довольно трудоемкую задачу, поэтому целесообразно выполнить их на ЭВМ. Если нет возможности использовать ЭВМ для расчета сопряжения, можно параметры контура гетеродина определять с помощью графиков /1.С.193/.

Параметры контура гетеродина можно определить с помощью графиков.

1. Вычесляем отношение

n = f_пр/f_ср

где f_пр - промежуточная частота; f_ср = 0.5 (f_{c max} +f_{c min}) f_ср, f_{c max} , f_{c min} - средняя, максимальная и минимальная частота сигнала соответственно.

f_{c max} = 21,75^.10⁶ , f_{c min} =21,45^.10⁶, f_ср = 21,6^.10⁶

2. По графикам /1 рис.7.21/ определяем емкость последовательного конденсатора С1 для контура гетеродина данного диапазона. Параметром в этих графиках является C_max - максимальная емкость переменного конденсатора.

С1 =1100 пФ

3. По графикам /1 рис.7.22/ определяем емкость параллельного конденсатора С2.

С2 = 8 пФ

4. По графикам /1 рис.7.23/ определим коэффициент a = L_Г/L, а по нему - индуктивность контура гетеродина (L - индуктивность входного контура).

a = 0.78

L_Г = 0.3 мкГн

13. ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ ПРИЕМНИКА

Тракт АМ. При приеме радиовещательных станций в диапазоне СВ радиочастотный сигнал выделяется соответствующим входным контуром. Катушки контуров входной цепи L1, L2 расположены на ферритовом стержне магнитной антенны. При работе в диапазоне СВ катушки соединены параллельно. Выделенный входной цепью сигнал поступает через согласующий каскад выполненный на полевом транзисторе VT1, на вход многофункциональной микросхемы DA2 типа К174ХА10 (вывод 6). Контуры гетеродинов L17C17C22C23 выполнены на дискретных элементах. Настройка контуров контуров входной цепи и гетеродина осуществляется двухсекционным конденсатором переменной емкости C16, C17.

Преобразование радиочастотного сигнала в ПЧ - АМ (465 кГц) производится преобразователем частоты, активные элементы которого находятся в микросхеме DA2. Нагрузкой смесителя служит контур L15C35, подключенный к выводу 4 микросхемы и настроенный на промежуточную частоту 465 кГц. Контур индуктивно связан через катушку связи c пьезокерамическим фильтром Z2. Последний определяет необходимую полосу пропускания и избирательность по соседнему каналу тракта ПЧ - АМ. С выхода фильтра Z2 сигнал промежуточной частоты подается через эмиттерный повторитель на транзисторе VT4 на вход усилителя промежуточной частоты (вывод 2 микросхемы DA2). Усиленный сигнал промежуточной частоты с вывода 15 микросхемы поступает на детекторный контур L15C36 и затем на вход детектора (вывод 14 микросхемы DA2). С выхода детектора (вывод 8) сигнал звуковой частоты через элементы С43, R20, R19 поступает на предварительный усилитель звуковой частоты (вывод 9). Регулировка усиления тракта ПЧ - АМ производится подстроечным резистором R18.

Тракт ЧМ. Радиочастотный сигнал с телескопической антенны WA2 выделяется двухконтурным полосовым фильтром. Первый контур L4C1 последовательный. С ним индуктивно связан параллельный контур L4C25 с внутриемкостной связью с транзистором усиления радиочастоты. Фильтр настроен на среднюю частоту диапазона (69,0 МГц) и имеет полосу пропускания, перекрывающую весь диапазон частот УКВ. Для предохранения блока УКВ от разрядов статического электричества на его входе включен диод VD1.

Выделенный полосовым фильтром сигнал подается на усилитель РЧ, собранный на транзисторе VT1 по схеме с общей базой. Нагрузкой каскада служит контур L16C11C12, обеспечивающий необходимую избирательность по зеркальному каналу. Настройка контура усилителя радиочастоты на частоту принимаемого сигнала осуществляется вариометром, содержащим катушку L6, L7 и латунный сердечник, перемещаемый внутри катушки. Усиленный каскадом радиочастотный сигнал поступает на вход микросхемы DA1 (выводы 7 - 8) типа К174ПС1. Данная микросхема выполняет функции преобразователя частоты и усилителя ПЧ - ЧМ. Контур гетеродина образован катушкой вариометра L10 и конденсаторами C18, C19, C20, C24, C25. Настраивается контур гетеродина перемещением латунного сердечника в катушке L10. Сердечники катушек L6, L7 и L10 механически связаны между собой и при настройке радиоприемника на частоту принимаемого сигнала перемещаются одновременно.

Сигнал промежуточной частоты 10,7 МГц выделяется контуром L11C21 и поступает на пьезокерамический фильтр Z1, обеспечивающий необходимую полосу пропускания и избирательность по соседнему каналу тракта ЧМ. С выхода фильтра Z1 сигнал ПЧ - ЧМ подается через эмиттерный повторитель, выполненный на транзисторе VT4, на вход усилителя промежуточной частоты (вывод 2 микросхемы DA2). После усиления и ограничения сигнал ПЧ - ЧМ с нагрузочного фильтра L13C33R15 через фазосдвигающий контур L17L18C37R16 поступает на детектор произведенний (вывод 14 микросхемы DA2). С выхода детектора сигнал звуковой частоты прходит на вход предварительного усилителя звуковой частоты, входящего в состав микросхемы DA2 (вывод 9). Усилитель имеет линейную частотную характеристику во всем диапазоне частот 200 - 7100 Гц. С выхода предварительного усилителя сигнал звуковой частоты поступает на вход усилителя мощности.

Заключение

В процессе выполнения данного курсового проекта мною были рассмотрены основные принципы проектирования и разработки устройств приема и обработки сигналов, в частности проектирование стереофонического приемника, я выбрала и обосновала структурную, функциональную и принципиальную схемы приемника, наиболее простым образом удовлетворяющие предъявленным к нему требованиям. Данный приемник обеспечивает связь в диапазоне частот 0,52-1,6 МГц и 65,8-73 МГц.

В соответствии с техническим заданием, а также оговорками при его анализе, можно заключить, что все требования, накладываемые на проектирование, выполнены:

·   избирательности по дополнительным каналам приема в полной мере обеспечены;

·   величины чувствительностей трактов радиоприемника соответствуют заданным;

·   выбранные для построения приемника ИМС отвечают требованиям низкого токопотребления.

Вся расчетная часть работы произведена с полным выполнением требований, наложенных на проектирование.

Список используемой литературы

1. Проектирование радиоприемных устройств. Под ред. А.П. Сиверса. Учебное пособие для вузов. М.: Сов. радио, 1976. - 488 с.

2. . Справочник по учебному проектированию приемно-усилительных устройств/ М.К. Белкин, В.Т. Белинский, Ю.Л. Мазор, Р.М. Терещук. Под ред. М.К. Белкина. 2-е изд. перераб. и доп. - К.: Выща шк. Головное изд-во, 1988. - 472 с.

3. Сборник задач и упражнений по курсу "Радиоприемные устройства": Учеб. пособие для вузов/ Ю.Н. Антонов-Антипов, В.П. Васильев, И.В. Комаров, В.Д. Разевит; Под ред. В.И. Сифорова.. - М.: Радио и связь, 1984. - 224 с.

4. Ю.А. Судаков. Методические указания к выполнению проекта по курсу радиоприемные устройства. Ч.2. Таганрог: ТРТИ, 1982. 48 с.

5. В.Д. Екимов. Расчет и конструирование транзисторных радиоприемников. М.: Связь, 1972. - 215 c.

6. Диоды, тиристоры, транзисторы и микросхемы широкого применения. Справочник./Бессарабов Б.Ф., Федюк В.Д., Федюк Д.В.. - Воронеж: ИПФ «Воронеж»,1994г

7.  К.Е. Румянцев, А.А. Клюй. Входные устройства радиоприемников: Учебно-методическое пособие/Таганрог. гос. радиотехн. ун-т; Таганрог, 1994. 61 с.

.    Румянцев К.Е. Усилители радиочастот приемников: учебно-методическое пособие. Таганрог: Изд-во ТРТУ,1997.49с.