Разработка радиовещательного переносного приемника нулевой группы сложности

Министерство Образования Республики Беларусь

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра радиотехнических устройств

Пояснительная записка

к курсовому проекту на тему:

"Разработка РВП нулевой группы сложности"

Минск 2011

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

. Технические требования к проектируемому приемнику

. Выбор и обоснование структурной схемы

. Предварительный расчет

.1 Определение ширины пропускания тракта

.2 Выбор блока КПЕ и проверка перекрытия диапазона

.3 Распределение заданной неравномерности усиления в полосе пропускания

.4 Определение добротности и числа контуров тракта РЧ

.5 Проектирование избирательной системы тракта ПЧ

.6 Определение числа каскадов АМ тракта

.7 Определение числа каскадов, охваченных системой АРУ

.8 Предварительное проектирование тракта низкой частоты

. Электрический расчет для диапазона СВ

.1 Расчет контура входной цепи

.2 Расчет усилителя радиочастоты

.3 Расчет сопряжения тракта гетеродина и преселектора

.4 Расчет гетеродина

.5 Расчет смесителя

.6 Расчет тракта УПЧ

.7 Расчет АМ детектора

.8 Расчет схемы АРУ

. Поверочный расчет на ЭВМ

. Конструктивный расчет

Заключение

Литература

Введение

Радиоприемник является одним из наиболее распространенных радиотехнических устройств, значение которого в экономической, социальной и культурной жизни людей огромно. Радиосвязь невозможна без радиоприемника, с изобретением которого практически и началась эра радио.

В состав радиоприемного устройства входят собственно радиоприемник, антенна и оконечное устройство. Антенна воспринимает энергию электромагнитного поля и преобразует ее в радиочастотное напряжение. Приемник выделяет из спектра входных колебаний полезные сигналы; усиливает их за счет энергии местного источника питания; осуществляет обработку, ослабляя действие помех, присутствующих во входном колебании; детектирует радиочастотные сигналы, формируя колебания, соответствующие передаваемому сообщению. В оконечном устройстве энергия выделяемых сигналов используется для получения требуемого выходного эффекта - звукового, визуального, механического и т.д. Оконечное устройство может быть совмещено с приемником или представлять собой отдельное устройство.

Достижения и тенденции техники радиоприема в последние десятилетия обусловлены взаимосвязанными процессами развития интегральной микроэлектроники, внедрения методов и средств цифровой обработки сигналов и вычислительной техники и дальнейшего освоения микроволновых диапазонов. Цифровые интегральные модули средней и большой степени интеграции обеспечивают повышение технических и эргономических показателей приемников. Внедрение микропроцессоров позволяет автоматизировать радиоприемные устройства; реализовать эффективные методы обработки сигналов, анализ помеховой обстановки с использованием результатов для адаптивного регулирования приемника и др. Все это расширяет функциональные возможности приемников, упрощает технологию изготовления, обеспечивает удобство эксплуатации.

Развитие спутниковой связи привело к совершенствованию приемников СВЧ, в частности к внедрению малошумящих квантовых и параметрических усилителей. Последние десятилетия характеризуются освоением миллиметрового диапазона волн и волн оптического диапазона.

1. Технические требования к проектируемому устройству

1. Приемник радиовещательный переносной

2. Таблица входящих компонентов.

Таблица 1.1

1. Состав и границы диапазонов:

ДВ - 148,0...285,0 кГц ( 2027,0...1050,0 м );

СВ - 525,0...1607,0 кГц (571,4...186,7 м);

КВ1 - 3,95...6,00 МГц (75,95...50,0 м);

КВ2 - 6,0...6,2 МГц (50,0...48,4 м);

КВ3 - 7,15...7,30 МГц (41,96...41,10 м);

КВ4 - 9,50...9,78 МГц (31,57...30,67 м);

КВ5 - 11,70...11,98 МГц (25,64...25,04 м);

УКВ - 65,8…74,0МГц (4,56-4,06 м)

2. Промежуточная частота : 465 ± 2 кГц (АМ тракт), 10,7 ± 0,1 МГц (ЧМ тракт).

3. Чувствительность АМ тракта, ограниченная шумами, при соотношении сигнал/шум не менее 20 дБ по напряженности, мВ/м, не хуже, в диапазонах:

ДВ - 1;

СВ - 0,5;

КВ - 0,1.

4. Односигнальная избирательность АМ тракта по соседнему каналу при рас стройке ± 9 кГц не менее 56 дБ.

5. Односигнальная избирательность по зеркальному каналу, дБ, не менее, в диапазонах:

ДВ (на частоте 200 кГц) - 60;

СВ (на частоте 1000 кГц) - 60;

КВ (на частоте 11,8 МГц) - 30.

. Односигнальная избирательность АМ тракта по промежуточной частоте на частотах 280 кГц и 560 кГц, не менее 34 дБ.

. Действие автоматической регулировки усиления в АМ тракте

изменение уровня сигнала на входе - 60 дБ;

изменение уровня сигнала на выходе - не более 6 дБ.

. Диапазон воспроизводимых частот всего тракта по звуковому давлению при неравномерности 14 дБ в диапазоне СВ и 18 дБ в диапазоне ДВ - не уже 80...5000 Гц.

. Коэффициент гармоник АМ тракта по электрическому напряжению на частотах модуляции свыше 400 Гц, не больше 2 %.

. Выходная мощность тракта УНЧ при питании от автомобильного источника постоянного тока - 1 Вт.

. Диапазон воспроизводимых частот тракта УНЧ по электрическому напряжению на уровне 3 дБ - не менее 40 - 16000 Гц.

. Коэффициент гармоник тракта УНЧ по электрическому напряжению на частоте 1000 Гц, не более 0,5 %.

. В трактах АМ и ЧМ должны быть предусмотрены следующие потребительские удобства:

розетка для подключения внешней антенны;

розетка для подключения магнитофона на запись;

встроенная антенна;

индикатор настройки;

регулятор полосы пропускания по промежуточной частоте ("широкая - узкая").

16.    В тракте УНЧ должны быть предусмотрены следующие потребительские удобства:

- розетка для подключения головного телефона;

регулятор тембра по низким и высоким звуковым частотам.

. Дополнительно должны быть предусмотрены следующие свойства общего назначения:

подсветка шкалы;

индикатор включения;

встроенный блок питания;

указатель рабочего положения регуляторов.

. Нормы на параметры входа для подключения внешних источников программ ("УНЧ - универсальный вход"):

·   входное сопротивление - не менее 470 кОм;

·   минимальная ЭДС источника сигнала не менее 0,2 В.

19. Нормы на параметры выходов трактов АМ и ЧМ для подключения магнитофона на запись:

·   выходное сопротивление нагрузки - не более 150 кОм;

·   номинальное сопротивление нагрузки - 47 кОм;

- минимальный выходной ток - не менее 0,2 мВ/кОм.

2. Выбор и обоснование структурной схемы

Структурные схемы приемников различаются построением тракта радиочастоты, в котором может осуществляться прямое усиление входных сигналов и усиление их с преобразованием частоты.

В приемниках прямого усиления тракт радиочастоты содержит входную цепь (ВЦ) и усилитель поступающего с антенны радиосигнала - так называемый усилитель радиосигнала (УРС). В этом случае все резонансные цепи настроены на частоту принимаемого радиосигнала, на которой и осуществляется усиление. Входная цепь обеспечивает предварительную частотную селекцию до первого каскада УРС, а сам УРС - основную частотную селекцию и до детекторное усиление сигналов. Резонансные контуры ВЦ и УРЧ перестраиваются в пределах нужного диапазона рабочих частот. Так как обычно необходима высокая избирательность и усиление, то может потребоваться несколько усилительных каскадов и резонансных контуров. Из-за конструктивной сложности реализации перестройки число контуров редко превышает 3...4. При этом усиление на радиочастоте может оказаться неустойчивым, а селективность недостаточной.

Для уменьшения числа усилительных каскадов и упрощения конструкции в тракте радиочастоты приемников прямого усиления используются регенеративные и суперрегенеративные усилители. В приемнике с регенеративным усилителем за счет положительной обратной связи в резонансный контур вносится отрицательное сопротивление, частично компенсирующее потери в нем, что увеличивает коэффициент усиления. Однако такие приемники обладают невысокой устойчивостью, так как работают в режиме близком к самовозбуждению. При этом возможно проникновение генерируемых колебаний в антенну, а их излучение ведет к усилению помех другим приемником, что крайне нежелательно с точки зрения электромагнитной совместимости.

В суперрегенеративном приемнике положительная обратная связь с УРС периодически изменяется с некоторой вспомогательной частотой, значительно превышающей частоту модуляции сигнала. Суперрегенеративному приемнику, как и регенеративному, свойственны искажения сигналов и интенсивные паразитные излучения, что не отвечает требованиям электромагнитной совместимости. Их достоинством является малая мощность источников питания при минимальных размерах и массе. Поэтому подобная структура используется для портативных приемников, допускающих большой уровень искажений.

Наибольшее распространение для подавляющего большинства радиосистем различного назначения получила супергетеродинная структура приемника с одно- или многократным преобразованием частоты (рис.2.1).

Часть приемника - преселектор, включающий ВЦ и УРС, подобен структуре приемника прямого усиления и обеспечивает чувствительность и предварительную селекцию по частоте. С выхода преселектор напряжение сигналов и помех поступает на преобразователь частоты (ПЧ), где происходит изменение несущей частоты сигнала

Рис.2.1. Структурная схема приемника супергетеродинного типа

Для этого сигнал и колебания местного генератора - гетеродина (Г) одновременно воздействуют на смеситель (См), представляющий собой нелинейный или параметрический элемент.

В результате на выходе смесителя возникает колебание, содержащие составляющие с частотой сигнала  и его гармоник, гетеродина и его гармоник и большое число комбинационных составляющих с частотами  (n,m=0,1,2...- целые числа). Одна из этих комбинационных частот и используется в качестве новой несущей частоты выходного сигнала, называется промежуточной частотой:

 (2.1)

Поскольку сигнал несет в себе полезную информацию, в процессе преобразования частоты эта информация должна сохраняться, то есть ПЧ должен быть линейным. Таким образом, в процессе преобразования частоты происходит перенос спектра сигнала в область промежуточной частоты без нарушения амплитудных и фазовых соотношений его составляющих. Частотно-избирательные блоки, расположенные за смесителем, настроены на частоту  и называются усилителями сигналов промежуточной частоты (УСПЧ). Промежуточная частота  всегда фиксирована, не зависит от частоты принимаемого сигнала  и выбирается намного ниже частоты сигнала. Поэтому на частоте  легко обеспечить требуемое устойчивое усиление. Так как УСПЧ не перестраивается по частоте, то это позволяет получить в супергетеродинном приемнике высокую частотную избирательность при неизменной полосе пропускания, а также реализовать оптимальную фильтрацию сигнала от помех, применяя согласованные фильтры на промежуточной частоте. Таким образом, в супергетеродинном приемнике устраняются основные недостатки приемника прямого усиления.

3.     
Предварительное проектирование приемника в диапазонах СВ, ДВ, КВ1,КВ2,КВ3,КВ4,КВ5,УКВ

.1 Определение ширины полосы пропускания тракта высокой частоты

Полоса пропускания высокочастотного тракта определяется по формуле

 (3.1.1)

3.2 Выбор блока КПЕ и проверка перекрытия диапазонов

Проверяем правильность выбора блока КПЕ для диапазона СВ, так как это диапазон с наибольшим коэффициентом перекрытия. Зададимся минимальным и максимальным значениями емкости КПЕ

Границы диапазона СВ с обеспечением производственного запаса

 (3.2.2)

 (3.2.3)

Коэффициент перекрытия с учетом запаса

 (3.2.4)

Вычисляем эквивалентную емкость схемы , включенной паралельно емкости КПЕ и ограничиваемой коэффициент перекрытия ВЦ или УРС

 (3.2.5)

где - емкость монтажа,

 - собственная емкость катушки контура,

- емкость, вносимая в контур со стороны источника сигнала и нагрузки,

- среднее значение емкости подстроечного конденсатора.

 (3.2.6)

Определим требуемую емкость схемы , при которой выбранный блок КПЕ обеспечивает перекрытие диапазона

 (3.2.7)

Дополнительная емкость , которую необходимо включить в контур для получения заданного перекрытия

 (3.2.8)

Для данного диапазона рассчитываем минимальную и максимальную эквивалентные емкости контура, значения которых понадобятся при оценке требуемого усиления до детектора и в электрическом расчете

 (3.2.9)

 (3.2.10)

Аналогично определим предельные значения эквивалентной емкости контуров на диапазоне ДВ. Границы диапазона ДВ с обеспечением производственного запаса

 (3.2.11)

 (3.2.12)

Коэффициент перекрытия с учетом запаса

 (3.2.13)

Вычисляем эквивалентную емкость схемы , включенной параллельно емкости КПЕ и ограничиваемой коэффициент перекрытия ВЦ или УРС

(3.2.14)

Определим требуемую емкость схемы , при которой выбранный блок КПЕ обеспечивает перекрытие диапазона

 (3.2.15)

Дополнительная емкость , которую необходимо включить в контур для получения заданного перкрытия

 (3.2.16)

Для данного диапазона рассчитываем минимальную и максимальную эквивалентные емкости контура

 (3.2.17)

 (3.2.18)

Для диапазона КВ1 используем параллельно - последовательную схему (рис.3.2.2)

Рис.3.2 Параллельно - последовательная схема уменьшения коэффициента перекрытия контура

Определяем емкость схемы

 (3.2.19)

Выбираем эквивалентную емкость схемы  Границы диапазона КВ1 с обеспечением производственного запаса

 (3.2.20)

 (3.2.21)

Коэффициент перекрытия с учетом запаса

 (3.2.22)

Определяем вспомогательный коэффициент

 (3.2.23)

Где

. (3.2.24)

Определим дополнительные емкости

, (3.2.25)

 (3.2.26)

Где

 (3.2.27)

Выбираем подстроечный конденсатор, так чтобы выполнялось условие

. (3.2.28)

Берем конденсатор КТ4-21Б с параметрами: ,.

Определяем емкость уравнительного конденсатора

. (3.2.29)

Определяем максимальную и минимальную емкости контура

 (3.2.30)

, (3.2.31)

, (3.2.32)

. (3.2.33)

Для диапазона КВ2

Границы диапазона КВ2 с обеспечением производственного запаса

 (3.2.34)

 (3.2.35)

Коэффициент перекрытия с учетом запаса

 (3.2.36)

Определяем вспомогательный коэффициент

 (3.2.37)

Где

. (3.2.38)

Определим дополнительные емкости

, (3.2.39)

 (3.2.40)

Где

 (3.2.41)

Выбираем подстроечный конденсатор, так чтобы выполнялось условие

. (3.2.42)

Берем конденсатор КТ4-21Б с параметрами: ,.

Определяем емкость уравнительного конденсатора

. (3.2.43)

Определяем максимальную и минимальную емкости контура

 (3.2.44)

, (3.2.45)

, (3.2.46)

. (3.2.47)

Для диапазона КВ3

Границы диапазона КВ3 с обеспечением производственного запаса

 (3.2.48)

 (3.2.21)

Коэффициент перекрытия с учетом запаса

 (3.2.49)

Определяем вспомогательный коэффициент

 (3.2.50)

Где

. (3.2.51)

Определим дополнительные емкости

, (3.2.52)

 (3.2.53)

где

 (3.2.54)

Выбираем подстроечный конденсатор, так чтобы выполнялось условие

. (3.2.55)

Берем конденсатор КТ4-21Б с параметрами: ,.

Определяем емкость уравнительного конденсатора

. (3.2.56)

Определяем максимальную и минимальную емкости контура

 (3.2.57)

, (3.2.58)

, (3.2.59)

. (3.2.60)

Для диапазона КВ4

Границы диапазона КВ4 с обеспечением производственного запаса

 (3.2.61)

 (3.2.62)

Коэффициент перекрытия с учетом запаса

 (3.2.63)

Определяем вспомогательный коэффициент

 (3.2.64)

Где

. (3.2.65)

Определим дополнительные емкости

, (3.2.66)

 (3.2.67)

Где

 (3.2.68)

Выбираем подстроечный конденсатор, так чтобы выполнялось условие

. (3.2.69)

Берем конденсатор КТ4-21Б с параметрами: ,.

Определяем емкость уравнительного конденсатора

. (3.2.70)

Определяем максимальную и минимальную емкости контура

 (3.2.71)

, (3.2.72)

, (3.2.73)

. (3.2.74)

Для диапазона КВ5

Границы диапазона КВ5 с обеспечением производственного запаса

 (3.2.75)

 (3.2.76)

Коэффициент перекрытия с учетом запаса

 (3.2.77)

Определяем вспомогательный коэффициент

 (3.2.78)

Где

. (3.2.79)

Определим дополнительные емкости

, (3.2.80)

 (3.2.81)

Где

 (3.2.82)

Выбираем подстроечный конденсатор, так чтобы выполнялось условие

. (3.2.83)

Берем конденсатор КТ4-21Б с параметрами: ,.

Определяем емкость уравнительного конденсатора

. (3.2.84)

Определяем максимальную и минимальную емкости контура

 (3.2.85)

, (3.2.86)

, (3.2.87)

. (3.2.88)

.3 Распределение заданной неравномерности усиления в полосе пропускания

В соответствии с ГОСТ 5651-82 неравномерность по звуковому давлению в номинальном диапазоне воспроизводимых частот не должна превышать 14дБ в диапазоне СВ и 18дБ в диапазоне ДВ.

С учетом производственного запаса 2...3 дБ, допустимая неравномерность АМ тракта (ослабление на краях полосы) составляет 11...12 дБ в диапазоне СВ и 15...16 дБ в диапазоне ДВ. Это ослабление распределяем между трактом радиочастоты (РЧ), трактом промежуточной частоты (ПЧ) и детектором АМ сигнала. Распределение ослабления на краях полосы пропускания приведено в таблице 3.3.2.

3.4 Определение добротности и числа контуров тракта радиочастоты

Расчет ведется отдельно на диапазонах ДВ,СВ, КВ1..5,УКВ. Исходными данными к расчету являются избирательность по зеркальному каналу  и ослабление на краях полосы пропускания тракта РЧ (табл.3.3.2). Расчёт диапазона ДВ.

.

Выбираем одноконтурную ВЦ с индуктивной связью с антенной и резонансный УРС. Тогда число контуров n=2.

Определяем максимально допустимую добротность контуров, обеспечивающую заданное ослабление на краях полосы :

 (3.4.89)

Определяем минимальную допустимую добротность, обеспечивающую заданную избирательность по зеркальному каналу

, (3.4.90)

Где

, (3.4. 91)

 для диапазона ДВ.

Эквивалентная добротность контура  должна удовлетворять условиям:

 , , . (3.4.92)

Выбираем .

 (3.4.93)

Поскольку  , то расчет произведен правильно.

Для выбранных n и  в худших точках диапазона производим контрольный расчет показателей

 (3.4.94)

 (3.4.95)

Где

 (3.4.96)

 (3.4.97)

 (3.4.98)

, при  (3.4.99)

По вышеописанной методике осуществим предварительный расчет для диапазона СВ.

.

 (3.4.100)

Определяем минимальную допустимую добротность, обеспечивающую заданную избирательность по зеркальному каналу

 (3.4.101)

Где

 (3.4.102)

 для диапазона CВ.

Эквивалентная добротность контура  должна удовлетворять условиям:

 , ,  (3.4.103)

Выбираем .

 (3.4.104)

Поскольку , то расчет произведен правильно.

Для выбранных n и  в худших точках диапазона производим контрольный расчет показателей

 (3.4.105)

 (3.4.106)

Где

 (3.4.107)

 (3.4.108)

 (3.4.109)

, при  (3.4.110)

Аналогичный расчет произведем для диапазона КВ1.

 (3.4.111)

Определяем минимальную допустимую добротность, обеспечивающую заданную избирательность по зеркальному каналу

, (3.4.112)

Где

, (3.4.113)

 для диапазона КВ1.

Эквивалентная добротность контура  должна удовлетворять условиям:

 , , . (3.4.114)

Выбираем .

 (3.4.115)

Для выбранных n и  в худших точках диапазона производим контрольный расчет показателей

. (3.4.116)

Аналогичный расчет произведем для диапазона КВ2

 (3.4.117)

Определяем минимальную допустимую добротность, обеспечивающую заданную избирательность по зеркальному каналу

 (3.4.118)

Где

 (3.4.119)

 для диапазона КВ2. Эквивалентная добротность контура  должна удовлетворять условиям:

 , , . (3.4.120)

Выбираем .

. (3.4.121)

Для выбранных n и  в худших точках диапазона производим контрольный расчет показателей

. (3.4.122)

Аналогичный расчет произведем для диапазона КВ3.

 (3.4.123)

Определяем минимальную допустимую добротность, обеспечивающую заданную избирательность по зеркальному каналу

, (3.4.124)

Где

, (3.4.125)

 для диапазона КВ3.

Эквивалентная добротность контура  должна удовлетворять условиям:

 , , . (3.4.126)

Выбираем .

. (3.4.127)

Для выбранных n и  в худших точках диапазона производим контрольный расчет показателей

. (3.4.128)

Аналогичный расчет произведем для диапазона КВ4.

 (3.4.129)

Определяем минимальную допустимую добротность, обеспечивающую заданную избирательность по зеркальному каналу

, (3.4.130)

Где

, (3.4.131)

 для диапазона КВ4.

Эквивалентная добротность контура  должна удовлетворять условиям:

 , , . (3.4.132)

Выбираем .

. (3.4.133)

Для выбранных n и  в худших точках диапазона производим контрольный расчет показателей

. (3.4.134)

Аналогичный расчет произведем для диапазона КВ5.

 (3.4.135)

Определяем минимальную допустимую добротность, обеспечивающую заданную избирательность по зеркальному каналу

, (3.4.136)

Где

, (3.4.137)

 для диапазона КВ5.

Эквивалентная добротность контура  должна удовлетворять условиям:

 , , . (3.4.138)

Выбираем .

. (3.4.139)

Для выбранных n и  в худших точках диапазона производим контрольный расчет показателей

. (3.4.140)

3.5 Проектирование избирательной системы тракта промежуточной частоты

Избирательную систему тракта промежуточной частоты построим при помощи пьезокерамического фильтра (ПКФ),который при небольших габаритах и массе обеспечивает высокую избирательность по соседнему каналу. Выберем из таблицы 3.3 [1] стандартный ПКФ - ПФ1П-2. Он имеет следующие параметры:

полоса пропускания на уровне -6дБ - 8,5...12,5 Кгц;

избирательность при расстройке ± 9 кГц - 40 дБ;

коэффициент передачи ПКФ на средней частоте полосы пропускания, не менее -8 дБ;

- сопротивление источника сигнала ;

сопротивление нагрузки  ;

неравномерность коэффициента передачи в полосе пропускания не превышает 2 дБ.

Но этот фильтр не обеспечивает в полной мере требуемую избирательность по соседнему каналу. Недостающую избирательность сформируем при помощи добавления двух настроенных каскадов. Сделаем их более широкополосными

. (3.5.141)

С учетом допустимого подавления полосы сигнала на 8дБ, и ослабления ПКФ на краях полосы на 6дБ выбираем для заданного значения значение обобщенной расстройки на краях полосы пропускания ξ=0,56. Вычисляем необходимую добротность.

, (3.5.142)

.

Так как  то принимаем .

 (3.5.143)

Тогда по графику определяем избирательность по соседнему каналу.

.6 Определение числа каскадов АМ тракта

Первоначально определим тип детектора. Используем последовательный диодный детектор с предварительным смещением. Методика определения параметров такого детектора следующая:

задаемся величиной входного сопротивления тракта НЧ ;

задаемся величиной сопротивления нагрузки детектора по постоянному току ;

номинальное сопротивление нагрузки ;

Так как  ,то необходимо разделить нагрузку. Для этого определим коэффициент передачи разделенной нагрузки

 (3.6.144)

Определим верхнее и нижнее сопротивления разделенной нагрузки:

, (3.6.145)

. (3.6.146)

Определим действующее выходное напряжение детектора

, (3.6.147)

где  для кремниевых транзисторов.

Определим требуемое усиление до детектора. Поскольку прием осуществляется на наружную антенну, то требуемое усиление рассчитывается по формуле

,  (3.6.148)

ДВ диапазон

Определяем напряжение на входе первого каскада РВП, мВ:

, где

где E - чувствительность по полю, мВ/м;  - действующая высота встроенной антенны, м; - эквивалентная добротность контура ВЦ; m - коэффициент включения первого усилительного прибора в контур ВЦ.

Требуемое усиление на всех диапазонах увеличивается с целью обеспечения производственного запаса

. (3.6.70)

СВ диапазон

Определяем напряжение на входе первого каскада РВП, мВ:

 , где

где E - чувствительность по полю, мВ/м;  - действующая высота встроенной антенны, м; - эквивалентная добротность контура ВЦ; m - коэффициент включения первого усилительного прибора в контур ВЦ.

Требуемое усиление на всех диапазонах увеличивается с целью обеспечения производственного запаса

.

КВ1 диапазон

КВ2 диапазон

КВ3 диапазон

КВ4 диапазон

КВ5 диапазон

Наибольший требуемый коэффициент усиления будет в диапазоне ДВ и СВ, его и примем для расчета числа каскадов.

Требуемое усиление на всех диапазонах увеличивается с целью обеспечения производственного запаса

 (3.6.150)

Определим количество каскадов тракта УПЧ.

Максимальный устойчивый коэффициент усиления:

где Y21 - крутизна транзистора на ПЧ, мА/В;

fпч - промежуточная частота в МГц;

Скб - емкость коллектор-база, пФ.

Расчеты приведены для транзистора КТ315Б.

Наибольший достижимый коэффициент усиления каскада в режиме согласования по мощности:

.

.

Коэффициент передачи преобразователя частоты: .

Тогда требуемое число каскадов УПЧ рассчитываем следующим образом:

.

Число каскадов усиления тракта ПЧ примем равным 3.

3.7 Определение числа каскадов, охваченных схемой АРУ

Порядок определения числа каскадов, охваченных схемой АРУ следующий:

выбираем изменение усиления, практически легко осуществимое в одном каскаде  ;

определяем требуемое изменение коэффициента усиления приемника под действием АРУ

 (3.7.153)

где , .

Определяем необходимое число регулируемых каскадов

. (3.7.154)

.8 Предварительное проектирование тракта низкой частоты

В качестве усилителя низкой частоты применим интегральную микросхему (ИМС) К174УН14, имеющую следующие параметры:

; ; ; ; ; ; .

После детектора используем усилительный каскад на полевом транзисторе КП307Д с крутизной . В этом каскаде с легкостью можно получить коэффициент усиления 10 раз. Между полевым транзистором и ИМС используем двухполосный пассивный регулятор тембра. Итак , при выходной мощности 3Вт нам необходимо на выходе детектора иметь амплитуду напряжения порядка 50 мВ. В результате предварительного расчета имеем .

4. Электрический расчет диапазона СВ

4.1 Расчет контура входной цепи

Принципиальная схема входной цепи (магнитной антенны) представлена на рисунке 4.1

Рис.4.1. Схема входной цепи

Определяем индуктивность контура по формуле:

(мкГн), (4.1.1)

где - коэффициент перекрытия диапазона,

- верхняя граница диапазона СВ, увеличенная с целью обеспечения производственного запаса,

- максимальная и минимальная емкости контура соответственно.

Далее, по заданной избирательности входной цепи, рассчитываем индуктивность катушки связи:

(мкГн), (4.1.2)

где- эквивалентное затухание контура, при котором достигается заданная избирательность ВЦ,

=0.01 - конструктивное затухание контура ненагруженной магнитной антенны,

=0.8 - коэффициент связи между контуром катушки и катушкой связи.

При индуктивно-емкостной связи со входом каскада УРЧ, при заданном эквивалентном затухании, емкость конденсатора связи определяется уравнением:

 (4.1.3)

.2 Расчет усилителя радиочастоты

В качестве УРЧ выбираем схему с включением транзистора с ОЭ. Схема представлена на рис.4.2.

Рис.4.2.-Схема каскада УРЧ.

В качестве усилительного элемента выбирается биполярный транзистор с малым коэффициентом шума КТ368А.

Исходные данные для расчета: В; В; мА; мкА; ; В; пс; пФ; С.

Ом, (4.2.1)

См. (4.2.2)

Вычисляем :

(мкА). (4.2.3)

Определяем :

(В). (4.2.4)

Определяем :

(мА). (4.2.5)

Рассчитываем :

(Ом), (4.2.6)

откуда выбираем Ом.

Рассчитываем :

(Ом), (4.2.7)

откуда выбираем Ом.

Находим сопротивления делителя (вх.урс.) в цепи питания базы:

(кОм). (4.2.8)

Сопротивления резисторов и :

(кОм), (4.2.9)

откуда выбираем кОм;

(кОм), (4.2.10)

откуда выбираем кОм;

Рассчитываем емкость конденсаторов:

 (мкФ), (4.2.11)

откуда выбираем 0.68мкФ;

(нФ), (4.2.12)

откуда выбираем 9нФ.

Разделительные конденсаторы:

(пФ), (4.2.13)

откуда выбираем 27пФ.

Произведём расчёт каскада УРЧ по переменному току.

В качестве избирательной нагрузки каскада УПЧ используем контур, рассчитанный для входной цепи.

Исходные данные:

,, ,,мА/В

Определим характеристическое сопротивление контура на крайних частотах поддиапазона:

 (4.2.14)

 (4.2.15)

Коэффициент включения контура со стороны коллектора, исходя из условия получения максимального устойчивого усиления на максимальной частоте поддиапазона, находим по формуле:

 (4.2.16)

где (берём из предварительного расчёта) (4.2.17)

 - коэффициент включения контура предыдущего каскада во входную цепь транзистора.

 (4.2.18)

Коэффициент включения контура со стороны коллектора исходя из условия получения оптимального согласования на минимальной частоте поддиапазона:

 (4.2.19)

Где

 (4.2.20)

Для m₁ принимается меньшее из m_Y и m_ОПТ: m₁=0,065.

Берём индуктивность контура =170мкГн, равную вычисленной для входной цепи. Вычисляем коэффициент подключения m₂:

; (4.2.21)

_.

Для обеспечения требуемого ослабления по зеркальному каналу, выбираем m₂=0,071.

Определяем резонансный коэффициент усиления каскада на максимальной частоте:

; (4.2.22)

.

Эквивалентное затухание каскада на частоте :

; (4.2.24)

;

Рассчитываем напряжение на выходе каскада УРЧ:

; (4.2.25)

мкВ.

.3 Расчёт сопряжения тракта гетеродина и преселектора

Обеспечить сопряжение настроек гетеродина и преселектора - значит сделать так, чтобы при всех положениях ручки настройки приёмника частота гетеродина отличалась от частоты настройки преселектора  в большую (верхнее сопряжение) сторону на промежуточную частоту , т.е. чтобы имело место равенство:

Контур гетеродина перестраивается в диапазоне частот:

 (4.3.1)

кГц

 (4.3.2)

кГц

Контур гетеродина имеет коэффициент перекрытия по частоте:

 (4.3.3)

,

отличающийся от коэффициента перекрытия по частоте контура преселектора:

 (4.3.4)

Рассчитываем частоты сопряжения:

 (4.3.5)

кГц

 (4.3.6)

кГц

 (4.3.7)

кГц

При точном сопряжении в трёх точках контур гетеродина выполняется по схеме рис 4.3.

Рис.4.3. Контур гетеродина

Находим вспомогательные коэффициенты:

 (4.3.8)

 (4.3.9)

 (4.3.10)

 (4.3.11)

 (4.3.12)

 (4.3.13)

 (4.3.14)

 (4.3.15)

Рассчитываем значения емкостей:

(4.3.16)

 (4.3.17)

 (4.3.18)

 (4.3.19)

По ГОСТ выбираем %, %, %

Произведём проверку правильности выполнения расчета:

 (4.3.20)

 (4.3.21)

Если расчёт выполнен правильно, то, с небольшой погрешностью, должно выполняться следующее равенство:

 (4.3.22)

 (4.3.23)

Расчёт проведён правильно.

Рассчитываем индуктивность катушки контура гетеродина:

 (4.3.24)

.4 Расчёт гетеродина

Схема гетеродина представлена на рис.4.4.

Рис.4.4- Схема гетеродина

Выбираем постоянную составляющую тока эмиттера при отсутствии генерации (отсутствия обратной связи) и минимальную амплитуду напряжения эмиттер-база:

 ,

С уменьшением  в преобразователе уменьшается крутизна преобразования . Увеличение  сверх 1мА, не давая существенных преимуществ, приводит к нежелательному росту потребления электроэнергии от источника. Уменьшение  ведет к уменьшению надежности генерации.

Выбираем  и рассчитываем:

, (4.4.1)

где  - минимальное значение температурного изменения у транзистора.

Рассчитываем:

, (4.4.2)

где ,  - допустимые величины относительных отклонений тока эмиттера.

Рассчитываем внутренние сопротивления:

где  - период удвоения тока

 (4.4.3)

Рассчитываем сопротивление цепей питания эмиттера и базы:

 (4.4.4)

 (4.4.5)

 (4.4.6)

По ГОСТ выбираем ,

Должно выполняться следующее условие:

,

Где

 (4.4.7)

С увеличением  растёт  и, как следствие, увеличивается сопротивление, вносимое в контур транзистором.

Находим отношение наибольшей амплитуды напряжения на коллекторе к наименьшей амплитуде этого напряжения:

 (4.4.8)

где

 (4.4.9)

Находим наибольшее допустимое значение амплитуды коллекторного напряжения:

(4.4.10)

Где

 (4.4.11)

Находим добротность контура с учётом сопротивления, вносимого из цепи эмиттер-база:

 (4.4.12)

Находим минимальное значение постоянной составляющей тока эмиттера при наличии генерации:

Определяем наименьшую амплитуду тока коллектора:

Минимальное значение эквивалентного сопротивления контура:

 (4.4.14)

Где

 (4.4.15)

Коэффициенты включения контура в коллекторную цепь:

 (4.4.16)

в эмиттерную или базовую цепь:

 (4.4.17)

Определяем индуктивности катушек:

 (4.4.18)

 (4.4.19)

Должны выполняться условия:

 (4.4.20)

 (4.4.21)

Принимаем

%, %

Находим значения ёмкостей:

 (4.4.22)

Выбираем

%, %

.5 Расчет смесителя

Рис.4.5 Схема смесителя сигналов

Основные параметры ПКФ ПФ1П-2:

_г =1,2 кОм; ; (4.5.1)

R_н =0,6 кОм;  (4.5.2)

где  и  - характеристические проводимости со стороны соответственно входных и выходных зажимов.

Основные параметры транзистора КТ368:

= 38 мСм, = 1,35 мСм,

= 20 мкСм, = 0,094 мСм,

= 63,8 20 мкСм, = 0,94 мСм.

Находим допустимое значение обобщенного показателя связи:

 (4.5.3)

 (4.5.4)

где  = 0,2 .

Рассчитаем значения показателя, характеризующего степень связи входа транзистора смесителя с УРС:

 (4.5.5)

 (4.5.6)

Где

= 28,71 (кОм), = 56,36 (кОм), = 0,052, = 0,013.

Показатели связи:

 (4.5.7)

 (4.5.8)

где q = 1.

Находим наименьшее значение А₂, при котором обратная связь через транзистор по промежуточной частоте еще не оказывает существенного влияния на работу преобразователя:

Где

=  (4.5.9)

Находим наименьшее значение А_2, при котором обратная связь через транзистор на частоте сигнала еще не оказывает существенного влияния на работу преобразователя:

 (4.5.10)

Где = 4= (кГц) - полоса пропускания вспомогательного эквивалентного контура и =0.

Находим минимальные значения показателей А₂ и А_{1 сл} :

 (4.5.11)

где =1.

Большее из найденных А_{2 ,} А_2ПЧ, А_2с обозначаем А_2о.с : А_{2 о.с} = 29,165

Большее из , - : = 4

Большее из , обозначаем А₂ : А₂ = 4

Находим следующие параметры:

) величину емкости:

 (4.5.12)

По ГОСТ выбираем С_к = 2,2 (нФ)±10%

) конструктивную добротность:

 (4.5.13)

3) коэффициент включения :

 (4.5.14)

Находим индуктивность катушки :

(мкГн) (4.5.15)

Принимаем с и находим

, (4.5.16)

. (4.5.17)

Принимаем .

Находим коэффициент усиления преобразователя:

 (4.5.18)

где  (4.5.19)

b₀ = 8 дБ - собственное затухание фильтра.

Т.к. коэффициент усиления преобразователя не соответствует полученному в ходе предварительного расчёта, то необходимо принять меры по его уменьшению. Для этого нам необходимо уменьшить . Зададимся , т.е. в 5 раз меньше, чем сразу. Т.к. , то с уменьшением в 5 раз  во столько же увеличится . А исходя из формулы  мы видим, что с увеличением растёт . Следовательно  уменьшиться в связи с обратно пропорциональной зависимостью  и .

Пересчитаем:

.6 Расчёт тракта УПЧ

Исходными данными к расчёту тракта УПЧ является: количество каскадов тракта УПЧ; вид избирательной системы; добротности избирательных систем, обеспечивающих заданное подавление соседнего канала при заданном подавлении полосы пропускания; коэффициент усиления каскада УПЧ.

Схема 1-го каскада УПЧ представлена на рис.4.5.

Рис. 4.6.1 Схема 1-го каскада УПЧ.

Рассчитаем параметры избирательной системы.

Эквивалентная добротность тракта (по полосе пропускания), обеспечивающая заданное подавление соседнего канала, равна .

По таблицам находим для заданного типа избирательной систем (одиночный резонансный контур) вспомогательные величины:

;

.

Эквивалентное затухание контура:

. (4.6.1)

Абсолютные отклонения емкостей транзистора КТ315Б равны:

;

.

Тогда минимально допустимая эквивалентная ёмкость рассчитывается следующим образом:

. (4.6.2)

Определяем индуктивность контурной катушки:

. (4.6.3)

Пологая собственное затухание контуров равным , находим проводимости g и :

; (4.6.4)

. (4.6.5)

Рассчитываем N и М:

; (4.6.6)

. (4.6.7)

Определяем коэффициенты включения контурной катушки с цепью коллектора и последующего каскада соответственно:

; (4.6.8)

. (4.6.9)

Полагая монтажные и паразитные ёмкости равными:

,

находим ёмкость в контуре:

. (4.6.10)

Выбираем ёмкость из стандартного ряда: .

 (4.6.11)

Рассчитаем сопротивления резисторов и ёмкости конденсаторов, обеспечивающих режим работы транзистора.

Принимаем падение напряжения на резисторе фильтра  и находим его сопротивление

. (4.6.12)

Определяем ёмкость конденсатора :

. (4.6.13)

Принимаем .

Вычисляем напряжение на эмиттерном сопротивлении:

. (4.6.14)

Ток базы:

. (4.6.15)

Вычисляем сопротивление резистора :

. (4.6.16)

Определяем ёмкость конденсатора :

. (4.6.17)

Принимаем .

Положим . Тогда:

. (4.6.18)

Ток через делитель в цепи базы:

. (4.6.19)

Тогда сопротивления в цепи базы рассчитываются следующим образом:

; (4.6.20)

. (4.6.21)

Сопротивления резисторов делителя базы выбираем из стандартного ряда сопротивлений:

;

.

Характеристическое сопротивление контура :

 (4.6.22)

Резонансный коэффициент усиления:

 (4.6.23)

Расчёт второго каскада аналогичен.

Рассчитаем 3-й каскад УПЧ.

Рассчитаем параметры избирательной системы.

Т.к. каскад должен быть широкополосным, то добротность избирательной системы должна быть малой. Пусть .

По таблицам находим для заданного типа избирательной систем (одиночный резонансный контур) вспомогательные величины:

;

.

Эквивалентное затухание контура:

. (4.6.24)

Тогда минимально допустимая эквивалентная ёмкость рассчитывается следующим образом:

. (4.6.25)

Определяем индуктивность контурной катушки:

. (4.6.26)

Пологая собственное затухание контуров равным , находим проводимости g и :

; (4.6.27)

. (4.6.28)

Рассчитываем N и М:

; (4.6.29)

. (4.6.30)

Определяем коэффициенты включения контурной катушки с цепью коллектора и детектором соответственно:

; (4.6.31)

. (4.6.32)

Полагая монтажные и паразитные ёмкости равными:

,

Находим ёмкость в контуре:

. (4.6.33)

Выбираем ёмкость из стандартного ряда: .

 (4.6.34)

Расчет по постоянному току такой же как и для 1-го каскада УПЧ.

Характеристическое сопротивление контура :

 (4.6.35)

Резонансный коэффициент усиления:

 (4.6.36)

.7 Расчёт АМ детектора

В качестве амплитудного детектора был выбран последовательный диодный детектор, работающий в режиме линейного детектирования, т.к. он имеет относительно большое входное сопротивление.

Схема детектора представлена на рис.6.

Рис.6. Схема последовательного детектора

Исходные данные для электрического расчёта:

Напряжение несущей на входе детектора: .

Максимальный коэффициент модуляции: m=0.8.

Диапазон модулирующих частот: 80...5000Гц

Выбираем диоды с малы внутренним сопротивление, малой ёмкостью и большим обратным сопротивлением:

Д9Б:; ; .

Определяем требуемое входное сопротивление детектора:

. (4.7.1)

Сопротивление нагрузки:

. (4.7.2)

Эквивалентная ёмкость нагрузки детектора:

 (4.7.3)

Рассчитываем сопротивления резисторов , :

 (4.7.4)

Выбираем .

. (4.7.5)

Выбираем

Определяем ёмкости конденсаторов:

, (4.7.6)

где  - ёмкость монтажа.

 (4.7.7)

Выбираем .

 (4.7.8)

Выбираем .

.8 Расчёт схемы АРУ

Согласно результата предварительного проектирования, системой АРУ следует охватить 3 каскада: УРЧ и 2 первых каскада УПЧ.

Будем использовать задержанную АРУ. В приёмнике 0 для системы АРУ применяется отдельный выпрямитель .Схема задержанной АРУ изображена на рисунке 4.8.

Рис.4.8. Схема задержанной АРУ

Выбираем диод выпрямителя АРУ типа Д9В.

Принимаем . Максимальный коллекторный ток примем равным .

Определяем параметра :

 (4.8.1)

Для максимального коллекторного тока принимаем:

; ; ; ; .

Рассчитаем сопротивление резистора фильтра АРУ:

. (4.8.2)

Выбираем .

Емкость фильтра конденсатора:

. (4.8.3)

Выбираем .

Коэффициент управления:

. (4.8.4)

Полагаем . Коэффициент передачи цепи управления равен .

 (4.8.5)

Возьмем

 (4.8.6)

 (4.8.7)

 (4.8.8)

 (4.8.9)

Устойчивый коэффициент усиления:

. (4.8.10)

Вычисляем коэффициенты включения с коллектором транзистора:

. (4.8.11)

Находим необходимую проводимость на выходе транзистора:

. (4.8.12)

Коэффициент включения с детектором:

. (4.8.14)

При этих коэффициентах включения для максимального регулирующего напряжения будем иметь:

. (4.8.15)

Минимальный коэффициент усиления каскада:

, (4.8.16)

что больше устойчивого.

Снизим коэффициент включения:

. (4.8.17)

Глубина регулировки для УРЧ (таблица 11-12[4]):

 (4.8.18)

 (4.8.19)

Для первого каскада УПЧ:

 (4.8.20)

Для второго каскада УПЧ:

 (4.8.21)

Глубина регулирования всей системы АРУ:

. (4.8.22)

Таким образом, рассчитанная система АРУ обеспечивает заданную глубину регулирования усиления приёмника.

5. Поверочный расчет на ЭВМ

Произведем поверочный расчет 3-го каскада УПЧ. Данная схема промоделирована в Micro-Cap.

Рис.5.1. - схема 3-го УПЧ

Рис.5.2. - зависимость U_вых от частоты

6. Конструктивный расчет магнитной антенны

Входная цепь с магнитной антенной обычно является входным контуром приемника. Она содержит конденсатор и катушку индуктивности, внутри которой помещен магнитный стержень. Такого типа магнитная антенна при правильном ее исполнении сравнима по эффективности со штыревой антенной высотой 1-2 метра.

Для уменьшения длины соединительных проводов магнитную антенну необходимо устанавливать как можно ближе к входному каскаду приемника. Вблизи от антенны не должно быть короткозамкнутых витков.

Закреплять антенну необходимо в держателях с мягкими прокладками. Во избежание увеличения собственной емкости магнитная антенна должна быть удалена от шасси на расстояние не менее 3см, а также максимально удалена от трансформаторов и электродинамического громкоговорителя.

. Из таблицы 11.5 [3] выбираем тип и размеры сердечника антенны:

, , µ=1000 с граничной частотой f_гр=2Мгц.

. По графику рис.11.9 [3] при µ=1000 и  определяем эффективную магнитную проницаемость сердечника .

. Ориентировочное значение действующей магнитной проницаемости антенны

 (6.1)

4. Ориентировочная расчетная индуктивность антенной катушки

 (6.2)

5. Вибираем вид намотки катушки антенны - однослойная сплошная намотка на каркасе диаметром D=9мм.

. Вибираем для намотки провод типа ПЭВ-2, для которого d=0.25 мм, do=0.3, .

. Число витков на один сантиметр длины намотки

 (6.3)

8. Вспомогательный параметр

 (6.4)

9. По графику рис.11.6 [3] и значению  определяем точку, для которой .

. Длина намотки

 (6.5)

11. Число витков намотки

 (6.6)

12. Действующая высота антенны

 (6.7)

13. Величины вспомогательных коэффициентов

 (6.8)

электрический приемник антенна частота

По графику рис.11.11. [3] и отношению  получается , по графику рис.11.12. [3] и отношению  получается .

. Точное значение действующей магнитной проницаемости антенны

 (6.9)

. Тоочная расчетная индуктивность антенной катушки

 (6.10)

 (6.11)

 (6.12)

По графику 5.7 [4] находим a’=5мм.

Для магнитной антенны принимают :

Заключение

В данном курсовом проекте согласно заданию разработали радиовещательный переносной приемник нулевой группы сложности.

Произвели расчет основных качественных показателей и полный электрический расчет блоков приемника для диапазона СВ. Выполнили конструктивный расчет магнитной антенны.

Разработанный РВП отвечает требованиям технического задания и обеспечивает необходимую чувствительность, избирательность и диапазон воспроизводимых частот.

Литература

1. Окулич Н. И. Методическое пособие по курсовому проектированию по курсу "Радиоприемные устройства" (предварительное проектирование радиовещательных приемников)./ Под редакцией Б. М. Богдановича. -Мн.: МРТИ, 1986г.

2. Сиверс А.П. Проектирование радиоприемных устройств. -М., Сов. Радио, 1976г.

3. Екимов В.Д. Павлов К.М. Проектирование радиоприемных устройств. -М., Связь, 1968г.

4. Бобров Н. В. Расчет радиоприемников. -М., Радио и Связь, 1981г.

5. Музыка З. Н., Пустовалов В. Е., Синицкий Б. Г. Расчет высокочастотных каскадов радиоприемных устройств на транзисторах. -М., Энергия, 1975г.