Проектирование канала изображения телевизионного приемника

Проектирование канала изображения телевизионного приемника

Содержание

1. Исходные данные

. Эскизное проектирование

.1 Выбор структурной схемы

.2 Определение числа диапазонов

.3 Расчет сквозной полосы пропускания приемника

.4 Выбор структурной схемы первых каскадов преселектора и числа преобразования частоты

.5 Выбор первых каскадов приемника

.6 Определение избирательной системы тракта промежуточной частоты

.7 Выбор электронных приборов для высокочастотного тракта

.8 Распределение усиления между каскадами

.9 Выбор регулировок приемника

.10 Выбор тракта УНЧ

. Рабочее (электрическое) проектирование

.1 Расчет параметров электронных приборов

.2 Расчет ВЦ

.3 Расчет УРЧ

.4 Расчет смесителя

.5 Расчет УПЧ

.6 Расчет детектора с ограничителем амплитуды

Заключение

Литература

1. Исходные данные

2. Эскизное проектирование

электронный прибор телевизионный приемник

Эскизное проектирование должно включать в себя решение следующих вопросов:

-          выбор типа структурной схемы приемника;

-          определение числа поддиапазонов (в дальнейшем расчет ведется только для одного поддиапазона);

-           расчет сквозной полосы пропускания приемника;

-           выбор структуры первых каскадов преселектора и числа преобразования частоты;

-          выбор первых каскадов приемника;

-          определение избирательной системы тракта промежуточной частоты;

-           выбор электронных приборов для высокочастотного тракта;

-           распределение усиления между трактами радиоприем-выбор тракта усиления низкой частоты;

-           выбор тракта усиления низкой частоты;

2.1 Выбор структурной схемы

В качестве структурной схемы проектируемого приемника была выбрана схема супергетеродинного приемника с однократным преобразованием частоты.

Данный выбор основан на том, что схема прямого усиления не может обеспечить заданные показатели чувствительности и избирательности, схема прямого преобразования сложна в проектировании и главной проблемой является трудность синхронизации колебаний местного гетеродина с принимаемым сигналом с точностью до фазы.

А схема супергетеродинного приемника позволяет получить хорошую избирательность, поскольку основная селекция происходит на более низкой частоте, по сравнению с принимаемым сигналом/

Рис. 1. Возможные структурные схемы радиоприемника с одним преобразованием частоты

2.2 Расчет числа поддиапазонов

Относительная ширина диапазона оценивается коэффициентом перекрытия Kg.

Для обеспечения большого Kg при простоте настройки диапазон Дf разбивают на поддиапазоны. Коэффициент перекрытия характеризуется отношением граничных частот диапазона. Значение K_g находится в пределе от 1,2 до 3. Когда коэффициент перекрытия K_g<3 то разделять диапазон частот на поддиапазоны не требуется.

Разбивка на поддиапазоны не требуется.

2.3 Расчет сквозной полосы пропускания приемника

Для радиовещательных приемников, как показывает практика, что полоса пропускания всего ВЧ - тракта имеет порядка 1,1-1,2 от Дfc:

Дfc=220000 Гц

К=1,1…1,2

ДF_вч= К* Дfc= 2,42 * 10⁵ Гц

.4 Выбор структурной схемы первых каскадов преселектора и числа преобразования частоты

В супергетеродинных приемниках подавление зеркального канала обеспечивается селективными элементами преселектора, а помехи по соседнему каналу - селективными элементами усилителя промежуточной частоты. В простейшем случае преселектор может состоять из одноконтурной входной цепи. В принципе, увеличения степени подавления зеркального канала можно достигнуть, применяя большое количество контуров в преселекторе.

Однако, практика показала, что такой путь нецелесообразен в силу аппаратного усложнения. Требуемую степень подавления зеркального канала следует при этом осуществлять за счет применения двухкратного преобразования частоты.

При заданном значении по зеркальному каналу можно найти нижнюю границу для промежуточной частоты

f_max = 73*10⁶ Гц

перевод из дБ в разы db = 25 k=10^db/20 = 17,783

Q_э = 50; у_зк = 17,78; n=1

п = 7,062*10⁶; fп=10,7*10⁶ Стандартная ПЧ

Входная цепь: одноконтурная

Радиоприемник с одним преобразователе частоты.

2.5 Выбор первых каскадов приемника

Первые каскады в значительной степени определяют чувствительности приемника. Для обеспечения высокой чувствительности требуется применение, как правило, одного каскада УРЧ после ВЦ. Для оценки необходимости применения каскада УРЧ в преселекторе следует использовать неравенство:

где Т_А - шумовая температура антенны, которая характеризуется интенсивность воздействующих на антенну внешних шумов.

T_А = 190К

kT₀=4*10^-21 Вт/Гц - произведение постоянно Больцмана на температуру

Т₀=290К

П_Ш = 1,1 *ДF_ВЧ - эффективная шумовая полоса (Гц)

Применение г_вх - минимально допустимое отношение сигнал-шум.

Т₀=290; Е_а=5*10^-6 В; R_a=75Ом

ДF_вч=2,42*10⁵ Гц

г=10; П_ш = 1,1 * ДF_вч = 2,662*10⁵; kТ₀=4*10^-21

меньше 200

Необходим УРЧ, структурная схема приемника имеет вид, рис.2.

Рис.2. Структурная схема приемника

2.6 Определение избирательной системы тракта промежуточной частоты

Построение тракта промежуточной частоты основано на двух принципах, справедливых для любых радиоприемников:

- первый заключается в распределении селективности и усиления между всеми каскадами УПЧ,

- второй в разделении между каскадами этих функции (при этом необходимая селективность создается фильтром сосредоточенной селекции, включаемым после смесителя, а требуемое усиление обеспечивается последующими каскадами УПЧ со слабой избирательностью). Второй метод с точки зрения качества работы приемника более перспективен.

При ДF_с/f_np > 0,014 и высоких требованиях к избирательности по соседнему каналу рационально применить фильтр сосредоточенной избирательности (ФСИ) на промежуточной частоте, так как в этих условиях ФСИ может дать лучшую избирательность, чем УПЧ с распределённой избирательностью. При ДF_с/f_np < 0,014 для обеспечения избирательности по соседнему каналу рационально использовать УПЧ с распределённой избирательностью.

ДF_вч=2,42*10⁵ Гц; f_пр=10,7*10⁶Гц

Отсюда следует, что в данном случае, в УПЧ, лучше применить ФСС.

Селективность по соседнему каналу обеспечивается ФСС Murata SFELF10M7GACO-DO, необходимое усиление добиваются каскадами со слабой избирательностью.

Параметры фильтра:

Fном - 10,7+-0,1 МГц

Дf(3дБ) - 240+-30КГц

Дf(45дБ) - 460+-50КГц

Затухание в полосе пропускания, не более - 3дБ

Сопротивление вх/вых - 330 Ом

К_П=460/240=1,1917 зн. (по Т.З. - К_П=2) этот фильтр подходит.

.7 Выбор электронных приборов для высокочастотного тракта

Для работы в УРЧ, смесителе подходят транзисторы 2Т396А-2. В УПЧ и амплитудном ограничителе применим 2Т324В-1.

Справочные данные:

Т324В-1

I_кmax=50*10^-3A; h₂₁=250; f_гр=0,8*10⁹ Гц;

К_ш=4; С_к=2,5*10^-12 пФ; ф=25*10^-12 С

Т396А-2

I_кmax=40*10^-3A; h₂₁=200; f_гр=2,1*10⁹ Гц;

К_ш=4; С_к=1,3*10^-12 пФ; ф=17*10^-12 С

2.8 Распределение усиления между каскадами

Определяем коэффициент усиления высокочастотного тракта:

Е_а = 5*10-6 В

U_д= 0,5

К_зап = 3

U_см= 30*10-6 В

Необходимо обеспечить К_вц*К_урч = 13

Преобразовательные каскады К_пр = 5

Так же, необходимо обеспечить напряжение 0,5 В на входе детектора, значит: U_д=0,5

.9.Выбор регулировок приёмника

В радиоприёмных устройствах на транзисторах наибольшее распространение получили регулировки усиления с управлением по току базы или эмиттера, а также высокочастотные делители напряжения с изменяющимся коэффициентом деления. Применение высокочастотных делителей объясняется тем, что при регулировании усиления параметры транзисторов регулируемого тракта не изменяются.

В нашем случае, регулировка АРУ происходит в УПЧ.

Число регулируемых каскадов должно быть равно:

где L₁ - изменение коэффициента усиления на каскад, равное L₁ = 6... 10;

L_o - изменение коэффициента усиления приёмника под действием АРУ, равное:

ДU_вых - изменение выходного напряжения приёмника под действием АРУ, по заданию равное ДU_вых = 12 (дБ) или 3,98.

Примем L1 = 10, тогда:

Необходимо использовать 2 каскада для регулировки.

.10 Выбор тракта УНЧ

В качестве УНЧ используем микросхему К174УН4, имеющую достаточный регулируемый коэффициент усиления от 4 до 40.

Требуемый коэффициент усиления УЗЧ при выходной мощности 1 Вт на 4 Омах. U_выхунч = 2В

Принимаем напряжение на выходе детектора Uвыхд = 80*10^-3 В.

Типовая схема включения ИМС К174УН4

Таблица. Электрические параметры К174УН1

Регулировка коэффициента усиления напряжения на низких частотах может быть проведена изменением емкостей конденсаторов С2 и С4. Ослабление усиления на верхней граничной частоте 20кГц - не более 3 дб. Допускается регулировка коэффициента усиления напряжения с помощью изменения сопротивления резистора обратной связи R2 (в пределах 240 Ом...2,7 кОм) и емкости конденсатора С2. Допустимое значение статического потенциала 200 В.

3. Рабочее (электрическое) проектирование

На этапе рабочего проектирования выполняется электрический расчет функциональных узлов и отдельных каскадов, составляется принципиальная схема в целом.

3.1 Расчет параметров электронных приборов

Рассчитываем работу транзисторов 2Т396А в качестве УРЧ

Параметры рассчитываются при: Iэ = 10*10^-3А; f=73*10⁶ Гц

Ток эмиттера выбран экспериментальном, при этом токе коэффициент передачи по мощности ВЦ максимален.

Входная проводимость:

Входная емкость транзистора (схема ОЭ):

Выходная емкость транзистора (схема ОЭ)

Выходная проводимость транзистора (ОЭ):

Усиление не достаточно, применим каскадную схему УРЧ.

Расчет параметров каскада ОЭ-ОБ

g11_K=g11_Э=0,013 См

С11_К=С11_Э=2,459*10^-11Ф

.2 Расчет ВЦ

Диапазон частот работы приемника:

f_min = 6,58 *10⁷ Гц; fmax=7,3*10⁷ Гц

R_a=75Ом

Минимальная емкость контура:

С_пкmin=1*10^-12Ф; СL=1*10^-12Ф; С_м=1*10^-12Ф

С_кmin=_Cпкmin=+CL+C_м+0,1*С11_э;

Скmin=5,459*10^-12 Ф

Индуктивность контура:

Зададимся: d=0,01; Q_квц=1/d; Q_квц=100

Эквивалентная добротность каждого контура (ВЦ и УРЧ): у_гзк = 17.78

Ослабление по зеркальному каналу ВЦ:

Дополнительно к ВЦ, ослабление на этих частотах даст контур УРЧ.

Коэффициент шума ВЦ: R_a=75;

.3 Расчет УРЧ

Избирательность УРЧ: N=1

Избирательность ВЦ и УРЧ:

По зеркальному каналу

По промежуточной частоте

Коэффициент усиления ВЦ и УРЧ на средней частоте Квц*Курч:

,053*0,445=34,289

Расчет элементов, задающих режим работы УРЧ

I_к=10*10^-3 А; t_min = 10 C; t_max = 40 C; T₀=293 K_кбо=1*10^-6 А; E_п=12 В; U_кв=5 В

Дt= t_max- t_min

Определение обратного тока коллектора:

ДI_кбо=I_кбо*2^0,05Дt; ДI_кбо= 2,828*10^-6 A

Тепловое смещение напряжение базы: г=1,8 мв/К

ДU_эб = г*Дt*10^-3; ДU_эб = 0,054 В

Нестабильность коллекторного тока:

ДI_к=I_к*Дt/T₀;

ДI_к=1,024*10^-3 A

Необходимые параметры:

b11 = 2р*f_max*C11_э*b11=0,011

G=20*I_э*(1-б);

G=9,95*10^-4 См

Рассчитаем общий коэффициент передачи УРЧ и ВЦ:

К_вц(f)=m_вц*n_вц*2р*f*L_к*Q_эвц*G_a; К_вц=0,537

К_вч1(f)=К_вц(f)*К_урч(f)

К_вч1(f_min)=38,836; К_вч1(f_ср)=41,396; К_вч1(f_max)=43,965.

3.4 Расчет смесителя

Смеситель с нагрузкой на ФСС.

Коэффициент усиления смесителя не должен превышать коэффициент устойчивого усиления. Снижение усиления осуществляется за счет m1.

Фильтр включается по схеме межкаскадной связи, в которой фильтр подключен к коллекторной и базовой цепям через широкополосный контур и согласующий трансформатор.

Параметры транзистора в преобразовательных каскадах:

g11_пр = g11_э = 0.013 См

g22_пp := 0.65*g22_э = 5.563*10^-4 См

C11_пp = C11_э = 2.459 * 10^-11 Ф С22_пр := С22_э = 6.904*10^-12 Ф

Y21_пp = 0.8*Y21_э = 0.277 См Y12_пp := 0.25*Y12_э= 1.491*10^-4 См

g21_пp := Y21_пp*0.5 = 0.138 См

Расчет каскада

Зададимся следующими параметрами:

f_пp = 1,07*10⁷ Гц; П07= ДF_вч = 2,42*10⁵ Гц

Q_кпр = 100 - добротность контура

Расчет проводится в соответствии с [1] стр.295 Входное и выходное сопротивление фильтра

W_k = 330 Ом; W_б = W_k

Коэффициент связи k полагаем равным 0,9: k = 0,9

Схема согласования фильтра представлена ниже

Рис. Схема согласования фильтра.

Показатель связи фильтра с усилителем А_св: d=0,01;

Индуктивности катушек согласующего трансформатора:

Коэффициенты включения:

Индуктивность катушки связи с контуром:

Усилитель устойчив.

Расчет элементов, задающих режим работы смесителя:

I_к=0,01 А; I_кбо=1*10^-6 А; Дt=40-(-20)=60 C; Т₀=293 К

Е_п=12 В; U_кэ= 5 В

Д I_кбо= I_кбо*2^{0,05 Дt};

Д I_кбо=8*10^-6 А

Тепловое смещение напряжения базы: г=1,8 мВ/К

ДU_эб=г* Дt*10^-3;

ДU_эб=0,108 В

Нестабильность коллекторного тока:

ДI_к=; ДI_к=2,048*10^-3 A

Расчет шума для смесителя:

Необходимые параметры:

b11 = 2р*f_пр*C11_пр=1,653*10^-3

G=20*I_э*(1-б);

G=9,95*10^-4 См

.5 Расчет УПЧ

Последующие каскады должны обеспечить усиление, не менее (Кп):

U_a=5*10-6 B; К_вц=К_вц(f_ср)=0,537; К_урч=К_урч(f_ср)=77,053

U_д=0,5 В; К_зап=3

Последующие каскады могут быть слабоизбирательным построенные по каскадной схеме. Последний каскад нагружен на амплитудный ограничитель с R_вx=l/g11_э (рассчитан позже), усиление этих каскадов стремится к К_уст.

Уровень входного сигнала следующего каскада:

U_упч2=U_a*К_вц*К_урч(f_ср)*К_упч1=2,066*10^-3В

Рассчитываем работу транзисторов 2Т324В-1 в качестве УПЧ:

Параметры рассчитываются при: I_э=0,005; f=10,7*10⁶ Гц

f^гр=0,8*10⁹ Гц; С^к=2,5*10^-12 пФ; h21=250; ф=25*10^-12

Входная проводимость:

Выходная емкость транзистора (схема ОЭ):

Выходная проводимость транзистора (ОЭ):

t11g11=20*I_э*(1-б)+rб*(2*р*С11э)²; t11g11=3,984*10^-4

Рассчитываем параметры каскадной схемы ОЭ-ОБ:

g11к=g11э=3,282*10^-3 См

С11к=С11э=3,755*10^-11 Ф

Входная проводимость ограничителя амплитуды:

g_вхд=g11_э=3,282*10^-3 См

С_кп=50*10^-12 Ф; Q_к=100

Полоса пропускания слабоизбирательных каскадов в 2...5 раз шире ДF_вч

П07=2* ДF_вч=4,84*10⁵

Расчет шума

Необходимые параметры:

b11=2р*f_п*С11_к=1,666*10^-3

G=20*I_к*(1-б); G=7,968*10^-4 См

Расчет элементов, задающих режим работы предпоследнего каскада УПЧ:

I_к=5*10^-3 А; tmin=-20С; tmax=40 C; T₀=293 K

E_п=12 В; U_кэ=5 В

Дt= tmax-tmin

Определение обратного тока коллектора:

Д I_кбо= I_кбо*2^{0,05 Дt};

Д I_кбо=8*10^-6 А

Тепловое смещение напряжения базы: г=1,8 мВ/К

ДU_эб=г* Дt*10^-3;

ДU_эб=0,108 В

Нестабильность коллекторного тока:

ДI_к=;

ДI_к=1,024*10^-3 A

Усиление К_опр больше К_уст, значит К01 принимаете равным К_уст и принимаются меры по снижению усиления за счет введения шунта gшl, т.е. увеличения g22

Необходимо 4,66; К_уст=15,066

Уменьшаем усиление за счет m1:

Для развязки по постоянному напряжению, используем трансформаторную связь c детектором.

Рассчитаем индуктивность катушки связи при k = 0.9; L_k=1,016*10^-5Гн

Необходимые параметры:

b11=2р*f_п*С11_к=1,666*10^-3

G=20*I_к*(1-б); G=3,984*10^-4 См

.6 Расчет детектора с ограничителем амплитуды

Расчет ограничителя проводится по методике [1] стр.378, детектора - [1] стр.388, сначала рассчитаем детектор, затем ограничитель.

Исходные данные:

U_вх = 0,5 В

f_пр=1,07*10⁷ Гц

R_вхунч = 10*10³ Ом

П=Дf_вч=2,42*10⁵ Гц

Коэффициент паразитной АМ модуляции: m_вх=0,3

Эффективность ограничения: М=12 дБ

Амплитуда ограниченного напряжения: U_огр= 1 В

I_к=5*10^-3 А

Расчет детектора:

. Определяем R_вхд. Зададимся: R1=R2=5 кОм; R2=5*10³ Ом; R1=R2

Используем экспоненциальную аппроксимацию характеристики диода. Для точечного германиевого диода можно принять:

i₀=3*10^-3 А

г=29 В

Рис. Схема частотного детектора с ограничителем амплитуды.

Рассчитаем:

R1=10

A=г* i₀*R1=0,87

Bc=7

. Определим параметры фазовращательного трансформатора.

Для обеспечения заданной полосы частот:

2П=

Выбираем затухание нагруженных контуров: d_эо=0,01; в=2

Требуемое эквивалентное затухание контура:

d_э=

Индуктивность контуров L1 и L2:

. Определяем напряжение на входе УНЧ. Глубина амплитудной модуляции на каждом диоде: m=0,36

U_вхнч = U_д*=0,142 В

Расчет ограничителя

. Выбираем X=3 - обобщенная амплитуда напряжения.

Y=1,25

R_кэкв = (2*р*f_п*Q_кэкв)= 2,081*10³ Ом

. Транзистор аналогичен транзисторам УПЧ, его параметры для ПЧ рассчитаны выше.

. По входным характеристикам определяем: U_кэ=5 В; Е_пк=U_кэ; U_бэ=0,18 В; Е_п=12.

Uвх1=X*Uбэ=0,54 В

Заключение

В ходе работы был спроектирован канал изображения телевизионного приемника.

Параметры по исходным данным обеспечены следующим образом: чувствительность - в результате расчетов обеспечена не менее 5 мКв ослабление зеркального канала - 53дб (Т3-50дб) коэффициент прямоугольности менее 2.

Рассчитаем коэффициент шума приемника:

N_вц = 4,97

К_рвц = 0,201

N_урч = 1,762 К_рурч = 86,97

N_см = 1,564 K_рcm = 278,303

N_упч1 = 1,394 К_рупч1 = 7,539*10⁴

N_упч2 = 1,257 К_рупч2 = 168,137

Получили, что N_p<N_don (8,787<9,826), а это означает, что рассчитанный приёмник обеспечивает шумовые характеристики приёма сигналов на заданном диапазоне частот и подтверждает правильность выбора транзисторов и их режимов.

Предельную чувствительность приёмника можно характеризовать коэффициентом шума, равным отношению мощности шумов, создаваемых на выходе линейной части приёмника эквивалентом антенны и линейной частью, к мощности шумов, создаваемых только эквивалентом антенны.

Распределение усиления приемника показано на рисунке.

Рис. Распределение усиления приемника (без действия АРУ)

Список литературы

1. Проектирование радиоприёмных устройств./ Под редакцией Сиверса. - М.; Сов. Радио, 1976 г./

. Основы проектирования радиоприёмников. /Горшелёв 3.Г. и др. - Л. «Энергия» 1977 г./

. Расчет радиоприемников. /Н.В. Бобров М. Воениздат, 1975 г./

. Радиоприемные устройства. Методические указания к курсовому проектированию. - Л.; СЗПИ 1988 г.

. Радиоприемные устройства. /Под редакцией Чистякова. - М.; Радио и связь, 1986 г.

. Полупроводниковые приборы. Транзисторы: Справочник. /Под редакцией Горюнова. - М.; Энергоатомиздат. 1983 г.