Радиовещательный автомобильный приемник

Радиовещательный автомобильный приемник

Федеральное агентство по образованию

Дальневосточный Государственный Технический Университет

(ДВПИ имени В.В. Куйбышева)

Кафедра РТС

Пояснительная записка к курсовому проекту по курсу

«Радиоприёмные устройства связи и вещания»

Радиовещательный автомобильный приемник

Выполнил: Студент группы Р-8011

Стеценко Г.А.

Владивосток 2011г.

1. Задание на курсовую работу:

1.       Диапазон принимаемых частот:

Нижняя частота:

Верхняя частота:

2.       Диапазон модулируемых частот:

Нижняя частота:

Верхняя частота:

.        Э.Д.С. сигнала в антенне не более:

.        Селективность по соседнему каналу не менее (СК):

.        Селективность по зеркальному каналу не менее (ЗК):

.        Селективность по побочному каналу не менее (ПК):

.        Автоматическая регулировка усиления (АРУ):

Данный радиовещательный автомобильный приемник рассматриваем как приемник непрерывных двухполосных сигналов с АМ.

2.     
Введение

В настоящее время промышленность выпускает более десяти моделей автомобильных транзисторных радиоприемников, в которых широко применяются пьезоэлектрические фильтры, полупроводниковые стабилизаторы, интегральные микросхемы и другие элементы современной радиоэлектроники. В соответствии с ГОСТ 17692 - 89 приемники радиовещательные автомобильные по своим электрическим, электроакустическим параметрам и техническим требованиям делятся на три класса: I, II и III (А и Б),

Автомобильные приемники сконструированы в расчете на установку и эксплуатацию в легковых, грузовых автомобилях и автобусах. Специфической особенностью их является работа в условиях сильного воздействия индустриальных помех и непрерывного изменения напряженности электромагнитного поля при движении. Поэтому схема и конструкция автомобильных приемников должны отвечать повышенным требованиям по сравнению с теми, что предъявляются к стационарным и переносным радиоприемникам.

Автомобильный приемник работает в условиях постоянного воздействия источника помех - работающего двигателя автомобиля, цепей зажигания и заряда аккумуляторов, а также датчиков указателей температуры, давления масла и др. Уровни отдельных составляющих спектра помех от системы электрооборудования автомобиля на частотах радиовещательных диапазонов составляют сотни микровольт. Воздействие таких помех снижает качество приема радиосигналов. Поэтому помимо установки резисторов, подавляющих паразитные колебания в высоковольтных цепях зажигания, производится тщательное экранирование проводов в цепях заряда аккумуляторов и датчиков, применяются специальные съемные экраны и фильтры низких частот. Тщательно экранируется весь радиоприемник. Должен быть обеспечен надежный электрический контакт между корпусом приемника и экраном и его отдельных узлов, между общими выводами плат печатного монтажа, между корпусом приемника и корпусом автомобиля.

В качестве элемента настройки в автомобильных приемниках не применяются конденсаторы переменной емкости (КПЕ), так как при движении автомобиля за счет сильных вибраций сбивается настройка, появляется микрофонный эффект. Кроме того, использование малогабаритных КПЕ неприемлемо из-за низкого перекрытия по емкости в диапазонах ДВ и СВ. Применение крупногабаритных КПЕ для автомобильных приемников также неприемлемо по конструктивным соображениям. Поэтому настройка контуров приемника в диапазонах ДВ, СВ и KB производится при помощи ферроиндукторов (перемещением сердечников из альсифера), а для настройки блока УКВ - с помощью алюминиевых сердечников. Исключение составляют приемники, которые могут работать как в автомобиле, так и вне его (например, «Урал-авто», «Урал-авто-2»), в которых используются как ферроиндукторы, так и блоки КПЕ. Эти приемники могут работать в двух режимах: автомобильном и переносном. В автомобильном режиме питание приемника осуществляется от бортсети, а сигналы на его вход поступают с автомобильной антенны. В переносном режиме приемник питается от автономного источника, а сигналы поступают на его вход со встроенной магнитной или телескопической антенны. К автомобильным приемникам, работающим только в диапазонах ДВ и СВ можно подключать специальные коротковолновые приставки, позволяющие принимать сигналы радиостанций диапазона КВ. Приставки представляют собой конвертор, преобразующий частоты растянутых KB поддиапазонов 75, 65, 56, 49, 41, 31 и 25 м в частоты одного из участков средневолнового диапазона. В приставках предусмотрена специальная кнопка, при выключении которой автомобильная антенна переключается на выход приставки и обеспечивается возможность приема радиосигналов в диапазонах ДВ и СВ.

Важнейшим функциональным элементом радиотехнических систем является радиоприемное устройство (РПУ), способное воспринимать слабые радиосигналы и преобразовывать их к виду, обеспечивающему использование содержащейся в них информации. В состав радиоприемного устройства входят радиоприемник, антенна и оконечное устройство. 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 прочих.

По электрическим, электроакустическим параметрам и комплексу эксплуатационных удобств стационарные и переносные приёмники разделяют на четыре группы сложности, автомобильные радиовещательные приёмники на три группы и выделяют малогабаритные приёмники. Выпускаются радиоприемники, позволяющие принимать передаваемые радиовещательными станциями амплитудно-модулированные (АМ) сигналы в диапазонах длинных волн (ДВ), средних волн (СВ) и коротких волн (КВ), а также частотно-модулированные (ЧМ) сигналы в диапазоне УКВ.

Современные радиовещательные приёмники АМ и ЧМ сигналов в большинстве случаев строят по супергетеродинной схеме. Это обусловлено тем, что данная схема обладает наилучшими параметрами, а именно: хорошей стабильностью работы и очень малым уровнем искажения.

В настоящее время широкое распространение получили интегральные микросхемы (ИМС) на которых выполняются каскады приёмника. Следует отметить, что при выборе ИМС предпочтительнее те, которые включают наибольшее число каскадов, так как это повышает надёжность устройства. В ходе выполнения своего курсового проекта я продемонстрирую наилучший выбор ИМС.

3. Анализ задания и выбор схемы устройства

В курсовом проекте рассматривается радиовещательный приёмник, это указывает на то, что возможно частое изменение частоты принимаемого сигнала. Зная, что в приёмнике прямого усиления при изменении частоты принимаемого сигнала приходится менять все частотно избирательные цепи (путём физической замены элементов цепи), мы сразу можем исключить данный вариант.

При рассмотрении супергетеродинной схемы можно выделить ряд достоинств:

)Упрощённая система настройки за счёт изменения частоты гетеродина.

)Основная избирательность осуществляется в тракте ПЧ, что позволяет строить сложную систему фильтров, тем самым обеспечивать высокую избирательность.

Исходя из этого, приёмник выбираем с супергетеродинной схемой. Отличительной особенностью супергетеродинного приемника является то, что независимо от частоты принимаемого сигнала промежуточная частота постоянна и выбирается так, чтобы обеспечить наименьшие помехи от близко расположенных по частоте станций и получить требуемое усиление и избирательность по соседнему каналу.

К недостаткам можно отнести то, что схема супергетеродинного приёмника является более сложной по сравнению со схемой приёмника прямого усиления. Однако использование интегральной схемы (ИС), которая может в себе объединить функциональные узлы, делает этот недостаток несущественным.

Ниже на рисунке приведена типовая функциональная схема радиовещательного приёмника построенного по супергетеродинной схеме.

Рис.1. Функциональная схема радиовещательного приёмника.

ВЦ - входная цепь

УРЧ - усилитель радиочастоты

С - смеситель

Г - гетеродин

УПЧ - усилитель промежуточной частоты

Д - детектор

УНЧ - усилитель низкой частоты

РЧАП - устройство управления цепи автоподстройки

УЧАП - различитель частоты цепи автоподстройки.

В качестве демодулятора используется амплитудный детектор, за которым следует усилитель низкой частоты. Приемник при необходимости снабжается устройствами автоматической регулировки усиления и устройствами автоматической подстройки частоты.

В заданном частотном диапазоне появляется возможность применить интегральную микросхему. В качестве остальных элементов радиоприемника использую микросхему К174ХА36А, подключив ее к разработанной входной цепи с типовым набором навесных элементов.

Данная микросхема предназначена для работы в приемном тракте портативных и переносных АМ супергетеродинных приемников ДВ, СВ и КВ с низким напряжением питания и малым потребляемым током. Вместе с навесными элементами микросхема выполняет полную обработку радиосигнала с предварительным усилением напряжения ЗЧ.

Принцип работы микросхемы: амплитудно-модулированный РЧ сигнал после усиления усилителем РЧ поступает на сместитель. На другой вход сместителя поступает сигнал с гетеродина. Частоту гетородина определяют параметры внешнего LC-контура. Сигнал ПЧ (465кГц) выделяет внешний фильтр.

Усилитель сигнала ПЧ обеспечивает основное усиление микросхемы, а вместе с внешними элементами - избирательность приемника. После усиления сигнала ПЧ поступает на вход амплитудного детектора и далее, через регулятор громкости, на вход предварительного усиления сигнала звуковой частоты.

Для расширения динамического диапазона микросхемы по входному РЧ сигналу применен автоматический регулятор усиления. Он позволяет предотвратить перегрузку последующих ступеней приемника при сильных сигналах, сохранить необходимую форму амплитудной характеристики и минимальный уровень нелинейных искажений.

В микросхеме предусмотрен узел индикации точной настройки на принимаемую станцию. Индикатором служит светодиод, подключаемый к выводу 5 микросхемы. Ток через светодиод находится в прямой зависимости от напряжения входного РЧ сигнала.

Проверим, согласование выходного напряжения входной цепи с чувствительностью микросхемы. Чувствительность микросхемы Е_а=1мкВ.

, U> Е_а

следовательно, микросхема подходит для данного приемника.

Исходя из параметров микросхемы (см. Приложение Б) видно, что она подходит по своим электрическим параметрам (диапазон рабочих частот, промежуточная частота, напряжение питания, обеспечение необходимого коэффициента усиления, чувствительность, отношения сигнал/шум) в рассчитанный радиоприемник.

Данная микросхема предназначена для работы в приемном тракте портативных и переносных АМ супергетеродинных преемников ДВ, СВ и КВ.

Так как данная схема специально разработана для выполнения на ней радиоприемника АМ сигналов, то она обеспечивает и необходимую избирательность, и автоподстройку частоты, и автоматическую регулировку усиления. Таким образом, основной расчет приемника, связанный с расчетом входной цепи и анализом избирательности по зеркальной и промежуточной частоте, соседнему каналу и определением величины допустимого коэффициента шума всей схемы можно считать законченным.

Рис.2. Структурная схема радиовещательного приёмника.

Цоколёвка микросхемы:

-вход сигнала гетеродина,

-общий вывод,

и 4-вход усилителя сигнала радио частоты (РЧ),

и 7- вход предварительного усилителя сигнала ЗЧ ,

-выход предварительного усилителя сигнала ЗЧ,

-общий вывод предварительного усилителя сигнала ЗЧ,

- плюсовой вход питания,

-выход детектора,

- подключение фильтрующего конденсатора автоматического

регулятора усиления (АРУ)

- подключение преддетекторного LC контура,

-вход усилителя сигнала ПЧ,

-подключение блокировочного конденсатора УПЧ,

-выход смесителя.

. Расчет структурной схемы устройства

Расчет необходимой полосы пропускания

Полоса пропускания линейного тракта, форма основных характеристик в пределах частот принимаемого сигнала должны удовлетворять требованиям допустимых искажений. Необходимая полоса пропускания определяется реальной шириной спектра принимаемого сигнала , доплеровским смещением частоты сигнала  и запасом , зависящим от нестабильности частот принимаемого сигнала и гетеродина приемника, погрешностей в настройке отдельных контуров и всего приемника.

.

При проектировании линейного тракта приемника для двухполосной АМ реальную ширину спектра принимаемого сигнала следует выбирать из условия:

 - доплеровское смещение частоты, произведя перевод из км/ч в м/с и беря скорость авто = 100км/ч.

Значение  выбираем в зависимости от назначения приемника, требований к степени автоматизации связи и устойчивости приема. Для супергетеродинных приемников с однократным преобразованием частоты:

, где

 и  - относительные нестабильности несущей частоты сигнала и частоты гетеродина приемника.

 - относительная погрешность настройки приемника.

 - относительная погрешность и нестабильность частоты настройки контуров тракта преобразования частоты с .

 -так как настройка приёмника осуществляется оператором по принимаемому сигналу.

Выбираем промежуточную частоту: ,

, поэтому не учитывается.

Определим частоту гетеродина:

Необходимая ширина полосы пропускания линейного тракта

Определим коэффициент расширения полосы пропускания

Так как, 1,5÷2,0, то целесообразно применение системы автоматической подстройки частоты гетеродина по отклонению промежуточной частоты сигнала от номинального значения.

Необходимая полоса пропускания линейного тракта в приемнике с автоматической подстройкой частоты (АПЧ):

, (1.1.2)

 - коэффициент автоматической подстройки частоты, .

Пересчитаю полосу пропускания с учетом использования АПЧ:

И новый  

Этот нас устраивает

Расчет допустимого коэффициента шума приемника

В диапазонах ДВ, СВ и КВ реальная чувствительность приемников ограничена внешними помехами (промышленными и атмосферными) и собственными шумами. Поскольку эти приемники относительно узкополосные, можно считать, что внешние помехи имеют такой же характер на выходе избирательной системы, как и собственные шумы. В этом случае, если реальная чувствительность задана напряженностью поля сигнала возле приемной антенны, коэффициент шума не должен превышать значения:

Реальная чувствительность задана без учета напряженности поля внешних помех, следовательно Еп=0.

- минимально необходимое отношение сигнал/помеха на входе приемника.

где

 - заданное отношение сигнал/помеха на выходе приемника;

 - отношение максимального значения напряжения сигнала к среднему (пик-фактор), для радиовещательных приёмников

 - максимальный коэффициент модуляции сигнала, для радиовещательных приемников АМ сигналов .

 - полоса пропускания усилителя низкой частоты,

 - шумовая полоса пропускания линейного тракта приемника,

Для непрерывного АМ сигнала минимально необходимое значение отношения сигнал/помеха на входе радиовещательного приёмника:

- стандартная температура приемника;

- полное сопротивление антенны

- реальная чувствительность

-действующая высота приемной антенны

.

Распределение частотных искажений по избирательным трактам приемника

Суммарное ослабление на краях полосы пропускания -

С учетом этого частотные искажения распределяются следующим образом:

Расчёт избирательности приёмника

Рассчитаем ослабление по зеркальному каналу:

Выбираем минимально достижимое затухание контура , из списка рекомендуемых величин  , в соответствии с заданным диапазоном частот, обеспечивающее ослабление на краях полосы пропускания.

Я выбрал избирательную систему - два ДПФ и одиночный контур, для него

оpvch=0,7

И рассчитаю его по формуле :

Pc - полоса сигнала Пс= fmax-fmin=1610-525 = 1085 кГц

оpvch - избирательнсть при малых расстройках, смотрим по графику.

de>d0min => беру значение de=3.1

При этом добротность

Определим обобщенную расстройку для зеркального канала

где  - частота зеркального канала,  - частота настройки приемника.

Определим ослабление по зеркальному каналу используя график и зная, что выбрана кривая №8 (два ДПФ и одиночный контур) и оzk= 5.5

На самом деле, я только с 4 попытки получил такое ослабление, вседа получалось значение, меньше требуемого. Менял частоту с 465 до 10700 и избирательные системы по перебирал, для нахождения подходящей.

Можно сделать вывод, что входная цепь полностью обеспечивает ослабление зеркального канала.

Рассчитаем ослабление на промежуточной частоте:

Определим избирательность побочного канала на промежуточной частоте

- ближайшая частота к промежуточной частоте в заданном диапазоне,

- промежуточная частота.

Рассчитаем ослабление по соседнему каналу: 

Определим избирательность по соседнему каналу

Где  и  - параметры фильтров (избирательной системы), которые выбираются из соответствующей таблицы.

Преселектор позволяет достичь необходимой избирательности по промежуточной частоте.

В итоге можем сказать, что входная цепь полностью обеспечивает избирательность по зеркальному каналу, неплохо по промежуточной частоте и по соседнему каналу.

Микросхема К174ХА36А, обеспечит недостающую избирательность.

5. Расчет принципиальных схем функциональных узлов устройства

Предварительный расчет входной цепи

Предварительный расчет входной цепи заключается в нахождении параметров антенны, параметров связи контура входной цепи с антенной, коэффициента передачи и коэффициента шума входной цепи радиоприемного устройства.

Определим минимальную и максимальную частоту диапазона с учетом запаса на действие дестабилизирующих факторов:

 - относительный коэффициент запаса на нижней границе диапазона;

 - относительный коэффициент запаса на верхней границе диапазона;

Определим необходимый коэффициент перекрытия диапазона с учетом величины запаса:

Для настройки контура на частоту принимаемого сигнала выбираем конденсатор переменной ёмкости с механическим управлением (КПТМ) :

Конструктивная добротность контура

Коэффициент шунтирования контура полевым транзистором

Определим эквивалентную емкость схемы ВЦ, при которой выбранный элемент настройки обеспечит перекрытие диапазона:

Для СВ диапазона: =35 пФ

 следовательно, элемент настройки выбран правильно.

Выбираем индуктивную связь антенны с контуром.

Определим индуктивность контура входной цепи:

Для внешней антенны .

Определим минимальную и максимальную ёмкости антенны:

Вычислим индуктивность катушки связи с антенной:

Максимальные и минимальные резонансные частоты антенны.

Коэффициент связи с антенной, обеспечивающий допустимую расстройку контура ВЦ.

Определим коэффициент связи контура ВЦ с антенной, обеспечивающий требуемое затухание контура.

Выбираем Kсв=0,18

Коэффициент передачи ВЦ в предварительном расчете определяем для полного включения контура к последующему каскаду:

Определим коэффициент шума входной цепи:

Расчёт входной цепи

Рис3. Схема входной цепи с трансформаторной связью с антенной.

Определим параметры контура входного устройства. величина минимальной эквивалентной емкости контура:

 - минимальная емкость переменного конденсатора,

 - емкость катушки, для диапазона СВ выбираем

 - емкость монтажа, для диапазона СВ выбираем

 - среднее значение емкости подстроечного конденсатора

В качестве нагрузки ВЦ целесообразно выбрать полевой транзистор.

 - входная емкость транзистора КП305Д.

Определим максимальную эквивалентную емкость:

Определим эквивалентную индуктивность:

Определяем собственную частоту антенной цепи

Определим индуктивность катушки связи

 - коэффициенты, характеризующие возможные отклонения емкости, индуктивности от средних значений.

Определим активное сопротивление катушки связи

Определим активное сопротивление антенной цепи

Определим добротность антенной цепи

Определим значение коэффициента связи контура с антенной цепью.

Критическое значение коэффициента связи

Выбираем наименьший коэффицент

Определим резонансный коэффициент передачи входного устройства для минимальной, средней и максимальной частот поддиапазона:

Находим коэффициент неравномерности коэффициента передачи входной цепи:

Определим полосу пропускания ВЦ для минимальной, средней и максимальной частот поддиапазона:

Все остальные функциональные узлы устройства (резонансный УРЧ, блок ПЧ, гетеродин, детектор, схемы АРУ) включены в микросхему К174ХА36А и не требуют расчетов.

Проверка параметров схемы.

Одной из основных характеристик микросхемы является частотный диапазон, который в свою очередь мы должны проверить. По техническим параметрам схемы наивысшая частота входного сигнала составляет 50МГц. В моём курсовом проекте высшая частота входного сигнала составляет 1610 кГц. Следовательно, мы приходим к выводу, что по данному параметру данная микросхема подходит нам как нельзя лучше.

Следующим этапом будет проверка чувствительности микросхемы. По техническим параметрам она составляет не менее 5 мкВ.

Э.д.с сигнала на входе задана - не более 10мкВ.

Следовательно, наша микросхема подходит и по этому параметру.

По коэффициенту шума будем полагать, что она не хуже аналогичной схемы с использованием дискретных элементов.

Исходя из изложенных выше расчётов мы наглядно убедились, что моя микросхема К174ХА36А была действительно правильно выбрана и мой приёмник будет обеспечивать выполнение всех параметров, которые были поставлены в техническом задании.

Осталось посчитать преобразователь напряжения из 12В (автомобильный) в 9В (напряжение питания микросхемы). Получается, надо поставить резистор R с номиналом 1000 Ом.

6.Заключение

диапазон принимаемых частот ;

селективность по зеркальному каналу 60дБ;

селективность по каналу промежуточной частоты 56дБ;

селективность по соседнему каналу 61дБ;

чувствительность приемника 10мкВ/м.

Приёмник был спроектирован с использованием интегральной схемы К174ХА36А. Её применение даёт ряд преимуществ нашему приёмнику:

)Простота монтажа, так как микросхема выполнена в виде отдельного блока.

)Малые габариты схемы.

)Повышенная надёжность.

)Экономическая целесообразность:

а)схема изготавливается в Росси, а это в свою очередь означает более низкую стоимость, по сравнению с зарубежными аналогами, а так же то, что данную микросхему можно будет быстро и без проблем приобрести.

б)использование микросхемы приводит к более долгому сроку службы всего РПУ.

в)данная схема включает в себя практически все функциональные узлы, а следовательно использование одной лишь микросхемы значительно удешевляет весь РПУ в целом.

Однако по имеющимся сведениям данная ИС выпускалась в период с 1990 по 1997год, что может послужить проблемой при её приобретении. Но ввиду выше перечисленных преимуществ, можно сказать, что мне удалось спроектировать достаточно хороший приёмник.

7. Список литературы

радиовещательный приемник двухполосный сигнал

1. Радиоприемные устройства связи и вещания: учебное пособие / Я.В. Шкляр, И.М. Орощук; Дальневосточный государственный технический университет. - Владивосток: изд-во ДВГТУ, 2008 - 127 с.

. Белкин М.К. Справочник по учебному проектированию приемно-усилительных устройств. - Киев, Высшая школа, 1982.

. Буга Н.Н. Радиоприёмные устройства: Учебник для вузов.- М.: Радио и связь, 1986.

. Учебное пособие для вузов “Проектирование радиоприёмных устройств” под общей редакцией А.П.Сиверса.

5. Горшков Б.И. Элементы радиоэлектронных устройств. Справочник.

6. <#"537505.files/image143.gif">10%

. Потребляемый ток, не более, в режиме наибольшего допустимого напряжения входного сигнала РЧ 20мА

. Выходное напряжение детектора, не менее ….100мВ

. Коэффициент усиления предварительного усилителя сигнала ЗЧ….3...7

. Отношение сигнал/шум на выходе предварительного усилителя сигнала ЗЧ, не мнее….20

. Эффективность АРУ(изменение напряжения на выходе усилителя ЗЧ) не менее …………………6дб

. Ток индикатора настройки в режиме покоя……………………..0,4..2,4

. Сопротивление нагрузки предварительного усиления ЗЧ не менее 10 Ом

. Частота входного сигнала РЧ, не более……..50МГц

. Наибольшее входное напряжение РЧ……250мВ

. Коэффициент гармоник, не более(при входном напряжении 10 мВ)...3

. Коэффициент гармоник, не более (при входном напряжении 200 мВ)………………..10

. Температура окружающей среды…25…+70С

. Чувствительность …5мкВ

Типовая схема включения К174ХА36А для диапазона средних волн

Структурная схема микросхемы К174ХА36А

Цоколевка микросхемы: 1-вход сигнала гетеродина, 2-общий вывод, 3 и 4-вход усилителя сигнала радио частоты (РЧ), 5-подключение индикатора настройки, 6 и 7- вход предварительного усилителя сигнала ЗЧ , 8-выход предварительного усилителя сигнала ЗЧ, 9-общий вывод предварительного усилителя сигнала ЗЧ, 10- плюсовой вход питания, 11-выход детектора, 12- подключение фильтрирующего конденсатора автоматического регулятора усиления (АРУ), 13- подключение преддетекторного LC контура, 14-вход усилителя сигнала ПЧ, 15-подключение блокировочного конденсатора УПЧ, 16-выход смесителя.

Схема структурная. Радиовещательный приемник двухполосных сигналов с АМ

Схема функциональная Радиовещательный приемник двухполосных сигналов с АМ