Радиовещательный приемник

Радиовещательный приемник

Содержание

Введение

. Основные параметры приемника

. Предварительный расчет приемника

.1 Расчёт полосы пропускания радиоракта

.2 Разделение диапазона принимаемых частот на поддиапазоны

.3 Распределение неравномерности АЧХ приемника по каскадам

.4 Выбор селективной системы преселектора

.5 Выбор преобразователя частоты и активных элементов

.6 Расчёт количества каскадов усиления в преселекторе

.7 Выбор селективной системы в тракте промежуточной частоты

.8 Выбор детектора, стереодекодера и транзисторов для УПЧ

.9 Расчёт количества каскадов усиления в тракте промежуточной

частоты

.10 Расчёт тракта звуковой частоты

.11 Выбор системы АПЧ

. Электрический расчет резистивного УРЧ

. Описание структурной схемы приемника

Список использованных источников

Приложения

приемник частота усилитель резистивный

Введение

Для современных радиовещательных приемников наиболее характерны следующие особенности: улучшение основных показателей качества, отказ от механических и электромеханических узлов и деталей, применение цифровых систем управления, повышение требований к дизайну.

Улучшение основных показателей качества осуществляется за счет применения современной элементной базы. Существует большое число транзисторов имеющих большие коэффициенты усиления, малые собственные шумы, хорошую линейность характеристик. Выпускается широкая номенклатура специализированных ИМС и БИС, на которых выполняются любые блоки, а также их комбинации и практически весь тракт приемника. Улучшение качественных показателей радиоприемников достигается применением в них различных устройств подавления помех: устройств бесшумной настройки, подавляющих шумы и помехи при перестройки приемника с одной станции на другую либо при прекращении работы радиостанции, на которую приемник был настроен; всевозможных аттенюаторов и фильтров для подавления помех, систем подавления импульсных и флуктуационных помех.

В приемнике имеется ряд элементов и узлов, которые ранее выполнялись, как правило, с помощью механических и электромеханических блоков и деталей. В настоящее время эти устройства реализуются в электронном варианте: варикапы и варикапные матрицы, электронные переключатели с кнопочным управлением, сенсорные датчики, цифровые шкалы индикации и т. д.

Высококачественные приемники могут работать с пультом дистанционного управления (ПДУ), который позволяет осуществлять основные регулировки и управлять режимами аппаратуры на расстоянии нескольких метров. Для передачи команд используют инфракрасные лучи или акустические ультразвуковые сигналы. За счет применения цифро-аналоговых преобразователей, полевых транзисторов, а также усилителей, управляемых напряжением, регулировки осуществляются электронным способом.

Блоки автоматического управления, работающие по принципу синтеза частот, позволяют выполнить следующие сервисные функции: автоматический поиск монофонических и стереофонических вещательных станций по диапазонам, программирование работы приемника во времени с помощью встроенного таймера и т. д.

В современных приемниках все шире применяются микропроцессоры, совмещающие в себе большинство функций управления.

1. Основные параметры приемника

Приемник предназначен для приема вещательных стерео программ в ОВЧ диапазоне и имеет следующие параметры:

2. Предварительный расчет приемника

.1 Расчёт полосы пропускания радиотракта

Полоса пропускания линейного тракта приемника должна обеспечивать прохождение всего спектра радиосигнала с допустимыми линейными и нелинейными искажениями. В состав линейного тракта входят: входная цепь, усилитель радиочастоты, преобразователь частоты, усилители промежуточной частоты. При расчете полосы пропускания учитывают ширину спектра принимаемого сигнала, а также возможное расхождение частот передатчика и приемника из-за нестабильности несущей частоты передатчика и частоты гетеродина приемника.

Рассчитаем индекс частотной модуляции

где - девиация частоты, - максимальная частота звукового сигнала

Рассчитаем ширину спектра принимаемого сигнала

Для подстройки частоты гетеродина выбираем систему ФАПЧ. Полосу пропускания радиотракта определим соотношением

.

.2 Разделение диапазона принимаемых частот на поддиапазоны

Рассчитаем коэффициент перекрытия по заданным значениям максимальной и минимальной частот

Определим максимальный коэффициент перекрытия, который может обеспечить контур входной цепи, перестраиваемый варикапам [1].

Так как , диапазон не следует разбивать на поддиапазоны.

2.3 Распределение неравномерности АЧХ приемника по каскадам

Для вещательных приемников величина неравномерности АЧХ каскадов устанавливается стандартом. Выбираем следующие значения неравномерности АЧХ по каскадам [1]:

2.4 Выбор селективной системы преселектора

На этапе предварительного расчета полагаем, что эквивалентные затухания всех контуров преселектора равны. Определим эквивалентное затухание нагруженных контуров входной цепи и УРЧ

где  - коэффициент шунтирования контура биполярным транзистором, q=10;

 - минимальное затухание ненагруженного контура, =0,008.

.

Выбираем одиночный крнотур входной цепи и резистивный усилитель радиочастоты. Рассчитываем коэффициент частотных искажений для входной цепи (переведем определенную в децибелах неравномерность АЧХ входной цепи в относительные единицы)

По графику обобщенных кривых селективности определим обобщенную расстройку  для данного контура [1]

Рассчитаем эквивалентное затухание контура входной цепи

Сравним  и ; выберем большее из них

Рассчитаем обобщенную расстройку зеркального канала

По графику обобщенных кривых селективности и обобщенной расстройкой  определим селективность зеркального канала, которую может обеспечить выбранный контур входной цепи.

Так как , следует применить резонансный УРЧ с таким же контуром в цепи коллектора. Общая избирательность преселектора по зеркальному каналу будет ровна .

Рассчитаем селективность по соседнему каналу, которую обеспечивает выбранная входная цепь. Определим обобщенную расстройку соседнего канала

Найдем минимальное ослабление соседнего канала по значению , вносимое входной цепью [1]

Так как применяется резонансный УРЧ, общее подавление соседнего канала преселектором будет равно

Итак, преселектор включает в себя одиночный перестраиваемый контур входной цепи и резонансный УРЧ, и обеспечивает:

.5 Выбор преобразователя частоты и активных элементов

Выбираем смеситель на биполярном транзисторе с отдельным гетеродином с подачей напряжения радиосигнала на базу и напряжения гетеродина на эмиттер, так как уменьшается взаимная расстройка цепей сигнала и гетеродина, ослабляется излучение гетеродина приемной антенной и требуется меньше напряжения радиосигнала на входе.

Выбираем гетеродин по схеме Клаппа, перестраиваемый варикапом.

Для УРЧ, смесителя и гетеродина выбираем транзистор КТ3120А с граничной частотой 1800 МГц [2] из условия:

.

2.6 Расчёт количества каскадов усиления в преселекторе

Определим реальную чувствительность приемника с учетом запаса по усилению

где - чувствительность приемника, ;

 - коэффициент запаса по усилению, .

.

Максимально допустимый коэффициент передачи преселектором определяют соотношением

где - напряжение радиосигнала на входе смесителя, .

.

Рассчитаем коэффициент усиления преселектора

где  - коэффициент передачи входной цепи, .

Определим число каскадов УРЧ

где  - коэффициент усиления УРЧ, .

.

Итак, преселектор включает в себя два каскада УРЧ: один резистивный и один резонансный.

.7 Выбор селективной системы в тракте промежуточной частоты

Определим избирательность по соседнему каналу, которую должен обеспечить тракт промежуточной частоты

где  - избирательность по соседнему каналу, определенная заданием на курсовой проект, .

Переведем указанную в децибелах избирательность по соседнему каналу в относительные единицы

Рассчитаем коэффициент прямоугольности, требуемой селективности системы тракта промежуточной частоты

Выбираем тракт промежуточной частоты с промышленным ФСС. По заданным значениям промежуточной частоты 10,7 МГц, полосы пропускания 203082 кГц. ослабления соседнего канала 51дБ выбираем два пьезокерамических фильтра типа ПФ1П-049б с параметрами [2]:

Итак, селективная система тракта промежуточной частоты состоит из двух пьезокерамических фильтров типа ПФ1П-049б и обеспечивает избирательность по соседнему каналу 52 дБ, что соответствует требованиям задания на курсовой проект с учетом подавления, внесенного преселектором.

2.8 Выбор детектора, стереодекодера и транзисторов для УПЧ

Для обработки ЧМ сигнала выбираем ИМС К174ХА6. которая включает в себя усилитель-ограничитель напряжения промежуточной частоты и частотный детектор и имеет следующие параметры [3]:

Применение ИМС повышает надежность, сокращает время регулировочных работ и уменьшает габариты приемника.

Для преобразования комплексного стереосигнала в низкочастотное напряжение двух каналов выбираем ИМС MF5241, которая включает в себя операционный усилитель, коммутатар, эмиттерный повторитель, синхронный детектор, делитель частоты на 2, ГУН [4]:

Для усилителей промежуточной частоты выбираем транзистор КТ315А с граничной частотой 250 МГц [2] из условия

2.9 Рассчитаем число каскадов усиления в тракте промежуточной частоты

По результатам расчёта селективной системы в тракте промежуточной частоты выбираем смеситель с пьезокерамическим фильтром.

Определим напряжение на выходе смесителя

где Uвх - напряжение на входе смесителя, Uвх=20мкВ

Ксм - коэффициент передачи смесителя, Ксм=8

.

Рассчитаем коэффициент тракта промежуточной частоты

,

где  - напряжение на выходе смесителя, .

.

Т.к. , УПЧ мы не применяем.

Следовательно применяем смеситель с пьезокерамическим фильтром и без применения УПЧ..

2.10 Расчет тракта звуковой частоты

Определим коэффициент передачи стереосигнала

где UвхСД - напряжение на входе стереодекодера, UвхСД = 160мВ

UвыхД - напряжение на выходе частотного детектора, UвыхД = 210мВ

Так как КСС < 1 предварительного УЗЧ не применяем.

Выбираем двухканальную активную регулировку громкости и тембра на ИМС TDA1526 с характеристиками [4]:

Приведём максимальный коэффициент передачи активной регулировки в относительные единицы

Определим напряжение на выходе стереодекодера

где КСД - коэффициент выхода стереодекодера, КСД = 0,7;

UвхСД - напряжение на входе стереодекодера, UвхСД = 300мВ

Рассчитаем максимальное напряжение на выходе активной регулировки

По значениям выходной мощности 2Вт, коэффициенту гармоник 0,32% и максимальному входному напряжению (не менее UмаксАР) выбираем двухканальный усилитель мощности на ИМС AN7149M с характеристиками [5]:

Рассчитаем коэффициент передачи предварительного УЗЧ

где UвхИМС - напряжение на входе усилителя мощности на ИМС, UвхИМС=350мВ

.

Так как knУЗЧ>1 то следует рассчитать число предварительных каскадов УЗЧ.

Выбираем для предварительного УЗЧ транзистор КТ315А (с граничной частотой 250МГц) и определим статический коэффициент передачи по току [2]:

h21эмин=6.

Рассчитаем число каскадов УЗЧ:

Итак, тракт звуковой частоты включает в себя оконечный усилитель на ИМС AN7149M, один каскад предварительного усиления и регулировку громкости и тембра на ИМС TDA1526.

2.11 Выбор системы АПЧ

Для подстройки частоты гетеродина выбираем систему ФАПЧ, включающую в себя фазовый детектор , опорный генератор , ФНЧ и варикап ошибки в контуре гетеродина.

Для опорного генератора выбираем ёмкостную трёхточку с кварцевым генератором между коллектором и базой, выполненную на транзисторе КТ315А.

3. Электрический расчет резистивного каскада УРЧ

Схема резистивного каскада УРЧ приведена на рисунке 1. Расчет Y-параметров для транзистора КТ3120А в приложении А [6]. Результаты расчета в приложении Б [6].

Рисунок 1 - Резистивный УРЧ

Выбираем рассчитанные элементы схемы в соответствии с рядом стандартных значений.

Конденсаторы типа К10-172б ОЖО.460.172 ТУ:

СФ К10-172б-М1500-330мкФ5%

СБЛ К10-172б-М1500-330мкФ5%

Резисторы типа С2-23-0,125 ОЖО.467.036 ТУ:Э С2-23-0,125-200Ом5%К С2-23-0,125-270Ом5%С2-23-0,125-18кОм5%С2-23-0,125-75кОм5%

4. Описание структурной схемы приемника

Схема структурная приемника приведена на рисунке 2.

вход

Рисунок 2 - Структурная схема радиоприемника

Сигнал, наведенный в антенне поступает во входную цепь выполненную на элементах (L1…VD1). Входная цепь выделяет напряжение радиосигнала и подавляет паразитные каналы приема (прямой, зеркальный и частично соседний). В схеме два УРЧ, выполненные на транзисторах VT1 и VT3. Резонансный УРЧ усиливает напряжение радиосигнала и дополнительно подавляет помехи, а резистивный усиливает напряжение радиосигнала. На смесителе VT4 происходит преобразование частотно-модулированного радиосигнала с радиочастоты на промежуточную частоту (10,7 МГц) с сохранением закона модуляции под воздействием напряжения гетеродина, выполненного на транзисторе VT2 по схеме клаппа с заземленным эмиттером. Два ФСС (ZQ1, ZQ2) промышленного производства подавляют помехи соседнего канала и комбинационных частот смесителя. После, сигнал с промежуточной частотой, поступает на 18 вывод частотного детектора, выполненного на микросхеме DA2. На выходе частотного детектора получаем комплексный стереосигнал, который поступает на вывод 13 стереодекодера, выполненного на ИМС DA1, предназначенного для декодирования стереосигнала как по отечественному стандарту с полярной модуляцией (OIRT), так и по зарубежному - с пилот-тоном (CCIR). С выхода стереодекодера снимается низкочастотное напряжение двух каналов. С помощью регулировки громкости и тембра (DA3) устанавливается громкость и спектр звукового сигнала по желанию слушателя. УМЗЧ (DA4) обеспечивает номинальную выходную мощность звукового сигнала, который воспроизводится ДГ. ДГ преобразуют электрические колебания в цепях приемника в акустические колебания.

Для подстройки частоты гетеродина в приемнике применяется петля ФАПЧ.

Заключение

Радиовещательный приемник соответствует техническим характеристикам, определенным в задание на курсовой проект.

К достоинствам схемы приемника стоит отнести:

. Применение современной элементной базы (ФСС и ИМС), с которыми уменьшаются габариты, повышается надёжность приёмника в целом, сокращается время регулировочных работ.

. Применение индикации стандарта декодирования стереосигнала.

. Применение системы фазовой автоматической подстройки частоты позволяет полностью устранить расстройку частоты гетеродина, стабилизировать его частоту и промежуточную частоту.

. Приемник обладает высокой селективностью, чувствительностью и надежностью.

Список использованных источников

1 Предварительный расчет вещательных и связных приемников. Методическое пособие - Ростов-на-Дону: РГКРИПТ, 2005

Справочное пособие. Отечественные полупроводниковые приборы. Под ред. А.И.Аксёнова и А.В.Нефёдова - Москва: «СОЛОН-Пресс»,2005

Справочник. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги. Под ред. А.В. Нефёдова - Москва: «КУбК-а», 1996

Интернет порталы

Микросхемы - усилители мощности низкой частоты. Справочник. - М.: Горячая линия - Телеком, 2000

Пакет расчётных программ. РГКРИПТ, 2000

Приложение А

Расчет Y-параметров для транзистора КТ3120А.

Исходные данные

Тип транзистора: КТ3120А

Ток эмиттера (коллектора): 1.00*10^1 [мА]min: 1.00*10^1max: 1.00*10^1

Постоянная цепи обратной связи: 8.99*10^-12 [с]

Емкость коллекторного перехода: 9.99*10^-13 [Ф]

Граничная частота: 2.40*10^9 [Гц]

Y-паpаметpы биполяpного тpанзистоpа

Рабочая частота: 9.00*10^7 [Гц]

б = 2.31*10^-1-j 2.80*10^-2 [См]б = -1.42*10^-4-j 1.17*10^-3 [См]б = -2.09*10^-1+j 3.33*10^-2 [См]б = 1.86*10^-4+j 1.73*10^-3 [См]э = 2.21*10^-2+j 4.51*10^-3 [См]э = -2.29*10^-5-j 4.52*10^-4 [См]э = 2.09*10^-1-j 3.33*10^-2 [См]э = 1.86*10^-4+j 1.73*10^-3 [См]

Рабочая частота: 9.50*10^7 [Гц]

б = 2.31*10^-1-j 2.95*10^-2 [См]б = -1.58*10^-4-j 1.24*10^-3 [См]б = -2.08*10^-1+j 3.50*10^-2 [См]б = 2.07*10^-4+j 1.83*10^-3 [См]э = 2.22*10^-2+j 4.75*10^-3 [См]э = -2.55*10^-5-j 4.77*10^-4 [См]э = 2.08*10^-1-j 3.50*10^-2 [См]э = 2.07*10^-4+j 1.83*10^-3 [См]

Рабочая частота: 1.00*10^8 [Гц]

б = 2.30*10^-1-j 3.09*10^-2 [См]б = -1.75*10^-4-j 1.30*10^-3 [См]б = -2.08*10^-1+j 3.68*10^-2 [См]б = 2.29*10^-4+j 1.92*10^-3 [См]э = 2.23*10^-2+j 4.98*10^-3 [См]э = -2.81*10^-5-j 5.01*10^-4 [См]э = 2.08*10^-1-j 3.68*10^-2 [См]э = 2.29*10^-4+j 1.92*10^-3 [См]

Приложение Б

Расчет резистивного УРЧ.

Исходные данные

Напряжение питания, Eпит 9.0000E+0000 В

Ток коллектора, Iкo 1.0000E-0002 А

Контактная разность потенциалов на переходе Б-Э 5.0000E+0000 В

статический коэффициент передачи по току h21min 1.0000E+0001

статический коэффициент передачи по току h21max 1.0000E+0001

промежуточная частота, fmax 1.0700E+0007 Гц

входная проводимость транзистора

активная (g11) 2.2300E-0002 См

реактивная (b11) 4.9800E-0003 См

активная (g22) 2.2900E-0004 См

реактивная (b22) 1.9200E-0003 См

активная (g21) 2.0800E-0001 См

реактивная (b21) 3.6800E-0002 См

входная проводимость следующего каскада

активная (g11ck) 2.2300E-0002 См

реактивная (b11ck) 4.9800E-0003 Cм

Результаты расчета

Сопротивление в цепи эмиттера, Rэ 2.0000E+0002 Ом

Сопротивление в цепи коллектора, Rк 2.5000E+0002 Ом

Сопротивления делителя, R1 1.8000E+0004 Ом 7.2000E+0004 Ом

Мощность, рассеиваемая на R1 1.8000E-0004 Вт

Мощность, рассеиваемая на R2 7.2000E-0004 Вт

Мощность, рассеиваемая на Rэ 2.0000E-0002 Вт

Мощность, рассеиваемая на Rк 2.5000E-0002 Вт

Разделительные, блокировочные

и фильтровые конденсаторы 2.9749E-0008 Ф

Коэффициент усиления по напряжению 1.0863E+0001

Коэффициент усиления по напряжению 2.0719E+0001 дБ