Расчет радиоприемного устройства

Расчет радиоприемного устройства

1. Предварительный расчет приемного устройства

.1 Выбор структурной схемы

В настоящее время приемники в связи с высокими требованиями к их характеристикам стояться по схеме супергетеродина т.к. это позволяет снизить изменение основных показателей радиотракта при перестройке и упростить сам процесс перестройки.

Поэтому для проектирования РПУ с заданными в ТЗ характеристиками была выбрана супергетеродинная схема с одним преобразованием частоты.

Использование только одного преобразования частоты объясняется тем что требования по ослаблению зеркального канала невелики, что позволяет при выборе более низкой промежуточной частоты и увеличении числа фильтрующих систем преселектора добиться выполнения требований ослабления, как по соседнему, так и по зеркальному каналу.

Для большого перекрытия по диапазону применим конденсаторы переменной емкости с воздушным диэлектриком.

1.2 Определение числа поддиапазонов

Определим отношение максимальной заданной частоты всего диапазона к минимальной:

.

Т.к. работа РПУ будет вестись на коротких волнах, осуществим разбивку на поддиапазоны с равными коэффициентами перекрытия, выбрав .

Определим число диапазонов:

.

Таким образом число диапазонов N=4

Длина поддиапазона равна:

 Гц.

Разбивая весь диапазон на поддиапазоны с учетом перекрытия по частоте, равным 2%, получаем:

1 поддиапазон 1 -2,8 МГц,

2 поддиапазон 2,75 - 5,7 МГц,

3 поддиапазон 5,5 - 8,5 МГц,

4 поддиапазон 8,25 - 12 МГц,

1.3 Расчет чувствительности приемника

Рассчитаем чувствительность РПУ.

 , где

К - постоянная Больцмана,

Т - абсолютная температура, равная 300 К,

Ом - внутреннее сопротивление антенны,

 - коэффициент шума РПУ,

- превышение мощности сигнала над мощностью шумов на выходе РПУ,

кГц - полоса пропускания РПУ.

После подстановки получаем:

мкВ,

получившаяся чувствительность ниже заданной.

1.4 Выбор промежуточной частоты и определение структуры преселектора

Предварительный выбор промежуточной частоты необходим для того, чтобы выполнить требования к подавлению зеркального канала. При этом определяется число контуров преселектора.

Зависимость подавления зеркального канала от величины промежуточной частоты выглядит следующим образом:

,

где  - эквивалентная добротность нагруженных контуров преселектора,  - промежуточная частота, - максимальная частота принимаемого сигнала, n - число контуров преселектора.

При заданном =60дБ=1000раз можно найти нижнюю границу значения промежуточной частоты:

,

где .

Примем =75, n=2. Тогда

 и  МГц.

Промежуточная частота попадает в диапазон рабочих частот, поэтому для снижения ее значения увеличим число контуров и примем его равным n=3.

В этом случае получаем:

 и  кГц.

Получившееся значение минимальной промежуточной частоты позволяет выбрать  кГц и воспользоваться стандартным фильтром сосредоточенной селекции.

Преселектор будет иметь следующий вид: одноконтурная входная цепь и УРЧ с нагрузкой в виде двух резонансных контуров с внешнеемкостной связью.

1.5 Определение структуры тракта промежуточной частоты

Основной задачей тракта промежуточной частоты является обеспечение избирательности по соседнему каналу.

В современных РПУ тракт промежуточной частоты выполняется либо по схеме с сосредоточенной избирательностью, либо по схеме с распределенной избирательностью.

Так как выбранная промежуточная частота попадает в ряд стандартных значений то воспользуемся готовым фильтром промежуточной селекции.

Это фильтр ЭМФД со следующими характеристиками:

1.6 Предварительный расчет коэффициента усиления

В радиовещательных транзисторных РПУ, где для детектирования амплитудно-модулированных сигналов обычно используется диодный детектор. Для качественного детектирования на входе детектора должно быть напряжение В. Поэтому общий коэффициент усиления линейного тракта РПУ при заданной чувствительности составит

.

Произведем примерный расчет коэффициента усиления по каскадам РПУ:

, , , ,  тогда

,

1.7 Выбор типа усилительных проборов

В современных радиоприемных устройствах в качестве усилительных приборов используются как транзисторы (биполярные и полевые), так и микросхемы.

Для расчета РПУ были использованы биполярные и полевые транзисторы.

Для расчета УРЧ и УПЧ - КТ382Б с параметрами:

 мА

МГц  В

пФ мСм

пФ мСм

См См

Для расчета смесителя - КП303Г с параметрами:

 мА

 В

2. Подробный расчет радиоприемного устройства

.1 Расчет входной цепи

Входная цепь, как составная часть преселектора РПУ, в значительной мере определяет его электрические характеристики по чувствительности и избирательности.

Так как требуется работа в широком диапазоне то входная цепь должна работать в режиме ненастроенной антенны. При этом входная цепь проектируется так, чтобы обеспечить передачу из антенны на вход первого каскада возможно большего напряжения сигнала.

Для того чтобы осуществить прием сигнала в достаточно широком диапазоне была выбрана схема одноконтурной входной цепи с электрической штыревой антенной.

Выберем для входного контура конденсатор переменной емкости с  пФ и  пФ.

Определим необходимую дополнительную емкость схемы , которая включается параллельно переменному конденсатору:

 пФ,

где - коэффициент перекрытия диапазона.

Найдем емкость дополнительного конденсатора с учетом емкости монтажа  пФ и влияния входной емкости усилительного прибора УРЧ :

 пФ,

где  пФ,

n=0,6 - коэффициент включения транзистора УРЧ во входную цепь.

Определим минимальную эквивалентную емкость контура:

 пФ.

Тогда индуктивность входного контура:

 мкГн.

Коэффициент включения антенны найдем по следующей формуле:

 ,

.

Найдем индуктивность катушки связи с антенной:

где Ксв = 0,1 ;  мкГн.

Рассчитаем резонансный коэффициент передачи входной цепи:

,

где - эквивалентная добротность контура,

 пФ - эквивалентная емкость антенны ( м - длина штыря)

2.2 Расчет усилителя радиочастоты

В данной работе в качестве усилителя радиочастоты используется схема на биполярном транзисторе с общим эмиттером, которая обеспечивает в рабочем диапазоне частот наибольшее усиление полезного сигнала. Нагрузкой усилителя является резонансная система из двух контуров с внешнеемкостной связью.

Такой тип связи позволит упростить регулировку связи между контурами и уменьшить габариты прибор

Номиналы емкостей Ск1, Ск2, Сдоп1, Сдоп2,и индуктивностей Lк1, Lк2 возьмем такими же как и во входной цепи.

Для начала рассчитаем элементы УРЧ по постоянному току. Выберем ЕП=9В. Зададим ток коллектора Iк = 3 мА, тогда ток базы будет:

 ,

мкА.

Ток делителя  ,

 мА.

DUR3 обычно равно 0,1∙Еп ; т.к. Еп = 9 В, соответственно, DUR3 = 0,9.

Тогда ,

Ом.

Рассчитаем делитель напряжения:

 ,

 .

Таким образом,  КОм,

 Ком.

Рассчитаем емкость Cбл:

 пФ.

Рассчитаем характеристическое сопротивление контура:

 Ом.

Определим коэффициент включения в контур транзистора УРЧ:

,

где =0,013 - эквивалентное затухание контура УРЧ, =0,01 - собственное конструктивное затухание контура,  кОм - выходное сопротивление транзистора УРЧ.

Из соотношения

где m и n - коэффициенты включения предыдущего и последующего каскадов соответственно в систему контуров, - проводимость контура,  и  - входная и выходная проводимость транзисторов последующего и предыдущего каскадов, определим коэффициент включения транзистора последующего каскада в систему контуров:

Рассчитаем проводимость контура:

Тогда коэффициент включения:

.

Определим минимальные эквивалентные емкости контуров, полагая, что в каждый контур вносятся емкости только с одной стороны:

пФ,

пФ,

где ==3 пФ - собственная емкость катушки индуктивности.

Результирующие затухания контуров, учитывая вносимые в каждый контур затухания только с одной стороны, будут равны:

,

.

Выберем связь между контурами критической, т.к. при этом обеспечивается минимальные искажения сигнала при максимальных значениях полосы пропускания, избирательности и коэффициента передачи. Т.е. .

Рассчитаем необходимый коэффициент связи между контурами:

.

Определим емкость контура внешнеемкостной связи:

 пФ.

Т.к. Ссв соизмерима с емкостью монтажа, то применим неполную внешнеемкостную связь, подключив Ссв автотрансформаторно к обоим контурам с коэффициентом включения

Тогда

 пФ.

Резонансный коэффициент усиления УРЧ:

,

где  - крутизна транзистора.

Рассчитаем устойчивый резонансный коэффициент усиления

где Ку - коэффициент запаса устойчивости, обычно равный 0,8

Т.к. резонансный коэффициент усиления получился больше устойчивого, то для повышения эквивалентной добротности контура уменьшим коэффициенты включения  до 0,1, а  до 0,05. Тогда получаем:

Теперь условие  выполняется.

2.3 Выбор схемы преобразователя частоты

При выборе схемы преобразователя частоты задаются следующими требованиями:

возможно больший коэффициент передачи при преобразовании;

минимальный уровень шумов, вносимых преобразователем в тракт приемника;

высокая стабильность работы гетеродина;

минимальное просачивание энергии гетеродина в смеситель.

Исходя из подобных соображений, в данном курсовом проекте был выбран преобразователь частоты с внешним гетеродином, выполненный по схеме с общим истоком.

Кроме того, использование внешнего гетеродина позволит

уменьшить взаимосвязь между входом контура преобразователя и контуром гетеродина;

повысить стабильность работы гетеродина;

облегчить настройку контуров;

уменьшить просачивание энергии гетеродина в антенну;

исключить непосредственную связь контура гетеродина с сигнала.

Так как транзистор должен работать в нелинейном режиме то выберем рабочую точку по ВАХ из справочника исходя из этих требований.

Пусть UСИ=2В тогда IC=5,3мА при UЗИ=0 и UГ=1Ввозьмем равным 1МОм

Потерями в колебательном контуре по постоянному току пренебрежем

Найдем R5

Возьмем CК=10 нФ исходя из этого по формуле Томпсона найдем LК.

 мкГн

Рассчитаем характеристическое сопротивление контура:

 Ом.

Найдем резонансное эквивалентное сопротивление контура.

Ом

Рассчитаем коэффициент усиления по формуле:

Где m - коэффициент включения следующего каскада в контур, возьмем m=0,9

.4 Расчет усилителей промежуточной частоты

Сначала найдем необходимый коэффициент усиления

Таким образом, необходимо 3 каскада УПЧ два из которых будут апериодическими усилителями, а последний резонансным усилителем.

Расчет апериодического УПЧ:

В этом каскаде будем использовать транзистор КТ382Б в схеме с общим эмиттером для получения максимального коэффициента усиления. Нагрузкой будет являться входное сопротивление следующего каскада.

Для начала рассчитаем элементы по постоянному току. ЕП=9В, Iк = 3 мА, тогда ток базы будет:

,

мкА.

Ток делителя  ,

 мА.

DUR8 обычно равно 0,1∙Еп ; т.к. Еп = 9 В, соответственно, DUR8 = 0,9.

Ом.

Рассчитаем делитель напряжения:

 ,

 .

Таким образом,  КОм,

 Ком.

Рассчитаем емкость Cбл:

 пФ.

где Y21 - крутизна транзистора, а RН - входное сопротивление следующего каскада аналогичного данному.

Т.е. а RН =Rб1 Rб2 и Rвх транзистора включенные параллельно друг с другом

 Омб1=5кОм, Rб2=28кОм

Тогда RН =200 Ом

Второй каскад УПЧ полностью совпадает с первым по характеристикам.

Расчет резонансного УПЧ:

Расчет по постоянному току такой же, как у апериодического усилителя.

Возьмем CК=5 нФ исходя из этого по формуле Томпсона найдем LК.

 мкГн

Рассчитаем характеристическое сопротивление контура:

 Ом.

Найдем резонансное эквивалентное сопротивление контура.

Ом

Определим коэффициент включения транзистора в контур:

Коэффициент включения детектора в контур n возьмем равным 0,8.

Рассчитаем резонансный коэффициент усиления по формуле:

Рассчитаем устойчивый резонансный коэффициент усиления

где Ку - коэффициент запаса устойчивости, обычно равный 0,8

Т.к. резонансный коэффициент усиления получился больше устойчивого, то уменьшим коэффициент включения детектора  до 0,1. Тогда получаем:

Теперь условие  выполняется.

Проверим выполнение условия

Условие выполняется необходимый коэффициент усиления получен.

.5 Выбор схемы детектора

В современных транзисторных приемниках для детектирования непрерывных амплитудно-модулированных сигналов используют диодные и транзисторные детекторы.

Наибольшее распространение получили детекторы на полупроводниковых диодах из-за малых габаритов и меньших нелинейных искажений сигнала, обусловленных достаточно протяженным линейным участком детекторной характеристики.

В данном курсовом проекте была применена схема последовательного диодного детектора с раздельной нагрузкой, т.к. она

обладает относительно высоким входным сопротивлением;

обеспечивает лучшую (по сравнению с параллельной схемой) фильтрацию напряжения промежуточной частоты.

В детекторе будем использовать диод ГД403А как рекомендованный для использования в качестве детектора АМ сигналов в радиоприемных устройствах

Обычно ВХ.УНЧ для транзисторных приемников примерно 5…30кОм

Обычно ;

Зададимся RН=3кОм тогда RН1=560Ом RН=2,4кОм

Также обычно принимают

пФ

Таким образом пФ

Заключение

В данном курсовом проекте произведен расчет структурной схемы приёмника АМ-сигналов УКВ диапазона, а также произведен подробный расчет схемы электрической принципиальной преселектора и усилителя промежуточной частоты проектируемого приемника. Приемник обеспечивает ослабление по зеркальному каналу - 60 дБ, по соседнему каналу - 60 дБ. Чувствительность 10 мкВ при отношении сигнал/шум 10 дБ, диапазон частот 1 - 12 МГц, напряжение питания 9 В.

приемник сигнал частота преселектор

Список литературы

приемник сигнал частота преселектор

Аржанов В.А. Устройства приема и обработки сигналов: Учеб.-метод. пособие. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2000. - 68 с.

Аржанов В.А, Науменко А.П. Проектирование устройств приема радиосигналов: Учебное пособие.- Омск: Изд-во ОмГТУ, 1998.-136 с.

Головин О.В. и др. Радиоприемные устройства: - Учеб для техникумов.-М.:Высш. Шк., 1987.- 440 с.:ил.

ГОСТ 12252-86. Радиостанции с угловой модуляцией сухопутной подвижной службы. - М.: Изд-во стандартов, 1986. - 51 с.

ГОСТ 16019-78. Требования по устойчивости к механическим и климатическим воздействиям и методы испытаний. - М.: Изд-во стандартов, 1978. - 23 с.

Женатов Б.Д. Курсовое и дипломное проектирование. Методические указания для студентов специальности 201200. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 1997. - 40 с.

Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник / К.М. Брежнева, Е.И. Гантман, Т.И. Давыдова и др. Под ред.Б.Л. Перельмана. − М.: Радио и связь, 1981. − 656 с.

Цыкин Г.С.Усилительные устройства:-Связь:1971.-366 с.