Фаза спектральной плотности

Распределение фаз равновероятно на интервале от 0 до 2р.

1.3 Принципы построения устройства ПиОС с АМ

Рисунок 4 - Структурная схема радиоприемного устройства

УТ - усилительно-преобразовательный тракт (в нем проводится предварительная обработка сигнала: фильтрация, преобразование частоты, усиление);

ИТ - информационный тракт (в нем проводится основная обработка сигнала: оптимальный или квазиоптимальный фильтр, демодулятор сигнала, цепи последетекторной обработки; в состав информационного тракта могут также входить вспомогательные устройства - системы АРУ, АПЧ);

БФГЧ - блок формирования гетеродинных частот;

УУО - устройство управления и отображения (позволяет оператору вручную управлять приемным устройством или в автоматическом режиме реализует заданный алгоритм работы, а также производит отображение состояния и качества работы устройства на соответствующих индикаторах);

Рисунок 5 - Структурная схема информационного тракта при полностью известном сигнале при большом отношении сигнал/шум

Рисунок 6 - График характеризующий помехоустойчивость при АМ

При построении приемника АМ-сигналов по схеме на рисунке 4 ширина полосы пропускания полосового фильтра и фильтра нижней частоты выбирается равной соответственно ширине спектра модулированного сигнала и верхней частоте сообщений.

В большинстве случаев радиоприемные устройства АМ сигналов выполняются по супергетеродинной схеме. Основная особенность такой схемы состоит в том, что в радиотракте помимо усиления сигнала происходит и преобразование частоты принятого радиоколебания. Преимуществами супергетеродинного приемника по сравнению с приемником прямого усиления являются:

1. Обеспечение значительно лучшей фильтрации сигнала от помех (результирующая АЧХ радиотракта приемника определяется в основном АЧХ селективных цепей тракта промежуточной частоты; поскольку этот тракт не перестраивается, то в нем можно использовать сложные резонансные цепи с АХЧ, близкой к идеальной).

2. Практическая неизменность основных показателей радиотракта при перестройке, так как они в основном определяются показателями тракта промежуточной частоты, настроенного на постоянную частоту ().

3. Возможность обеспечения более высокого усиления, так как на более низкой частоте, что характерно для промежуточной частоты, паразитная связь между выходом и входом усилителя проявляется слабо.

Недостатки: наличие побочных каналов приема и паразитного излучения с частотой гетеродина на входе приемника.

Если частоту гетеродина в супергетеродинном приемнике выбрать равной частоте принимаемого сигнала, то промежуточная частота будет равна нулю. При этом в приемнике обеспечивается прямое преобразование частоты радиосигнала в низкую звуковую без предварительного переноса её на промежуточную частоту. Подобные приемники получили название приемники прямого преобразования (синхродины, гомодины). В таких приемниках подавление помех и основное усиление сигнала осуществляется в основном на низкой частоте, что реализуется значительно проще и дешевле. Побочные каналы в приемнике прямого преобразования остаются лишь на частотах , и т.д., т.е. лишь на частотах гармоник гетеродина. Эти каналы легко подавляются простейшей одноконтурной цепью.

Однако при приеме АМ-сигнала в приемнике прямого преобразования после преобразователя частоты появляются звуковые сигналы от двух боковых полос, которые могут различаться по частоте, что приводит к искажению принимаемого сигнала, такие приемники в большей степени подвержены действию различных помех и наводок.

Возможны следующие варианты реализации структурной схемы радиоприёмного устройства:

а) приёмники прямого усиления (без регенерации, с регенерацией, со сверхрегенерацией);

б) супергетеродинные приёмники;

в) инфрадины;

г) синхродины.

Приёмники прямого усиления относительно просты в реализации, но имеют низкую избирательность и чувствительность. Низкая избирательность объясняется невозможностью применения высокоэффективных фильтров (перестраиваемых пьезокерамических фильтров нет). Усиление на принимаемой радиочастоте даёт низкую чувствительность. Увеличение чувствительности дают схемы с регенерацией и сверхрегенерацией (при той же избирательности), но при этом наблюдается большое искажение сигнала, нестабильность работы и опасность проникновения усиленных колебаний в антенну.

В супергетеродинных приёмниках появляется дополнительная функция преобразования частоты, и это позволяет улучшить основные характеристики приёмника. Переход к промежуточной частоте позволяет производить на ней более эффективное усиление и применять высокоэффективные фильтры (так как эта частота всегда постоянна). Недостатки заключаются в наличии дополнительных и интермодуляционных каналов приёма.

Следующие достоинства этой схемы позволяют остановить выбор структурной схемы именно на ней:

1. Высокая избирательность.

2. Возможность получения высокого коэффициента усиления до детектора благодаря низкой промежуточной частоте.

3. Более высокая стабильность этих параметров при перестройке приёмника на другую частоту.

В инфрадинах преселектор заменяется на неперестраиваемый фильтр нижних частот. Побочные каналы приёма находятся за частотами работы, так как . Недостатком является повышенное требование к линейности преселектора (помехи, попавшие в ФНЧ, могут перегрузить его).

В синхродинах используется прямое преобразование частоты сигнала, т. е. преобразование в нулевые частоты. Особенность этого приёмника заключается в использовании синхронного детектора, который и является его минусом, так как принимаемый сигнал и сигнал гетеродина должны совпадать не только по частоте, но и по фазе.

Рисунок 7 - Структурная схема радиоприемника прямого усиления (а) и синхродина (б)

На риcунках 7 и 8 показаны структурные схемы различных реализаций радиоприёмных устройств АМ-сигналов. Существуют различные реализации демодуляторов для сигналов с амплитудной модуляцией.

Детекторы АМ-сигналов можно реализовать на полупроводниковых диодах или транзисторах. Диодные детекторы обладают малыми нелинейными искажениями. В линейном режиме, который обеспечивается при сигнале, большем 0,5-1,0 В, их коэффициент гармоник 1? 2 %. Однако и коэффициент передачи детектора 1 , причём он особенно мал в транзисторных приёмниках, где низкое входное сопротивление УНЧ обуславливает малое сопротивление нагрузки детектора или деление её на две части.

Транзисторные детекторы имеют значительно большие нелинейные искажения ( от 3 до 10 %) , но имеют коэффициент передачи от 3 до 10 и обладают малыми входным и выходным сопротивлениями, что удобно для согласования их с УНЧ.

Нелинейные искажения растут при слабых и сильных сигналах, напряжение которых поддерживают в пределах от 0,05 до 0,5 В. Поэтому в бортовых приёмниках, где уменьшение массы, габаритных размеров и потребляемой мощности весьма важно, можно применять транзисторные детекторы. Если же важны малые нелинейные искажения, то рационально использовать диодные детекторы. В таких приёмниках для уменьшения нелинейных искажений и увеличения коэффициента передачи детектора можно между детектором и УНЧ включить эмиттерный повторитель.

где и - крутизна характеристик усилительного прибора и ее вторая производная; - коэффициент амплитудной модуляции, - амплитуда несущей на входе.

При сравнительно малых отношениях сигнал/помеха используют синхронный детектор. Опорное напряжение формируется с применением системы ФАПЧ, которая здесь используется как следящий фильтр. Так как оценка фазы, выработанная в системе ФАПЧ, никогда не совпадает с фазой входного сигнала (t), то и опорный сигнал на перемножителе от подстраиваемого генератора не является точной копией полезного сигнала. Поэтому такой приемник называется квазикогерентным.

2. Разработка технического здания

Вид модуляции: АМ

Диапазон частот: 26 - 32 МГц

Расстройка, соответствующая соседнему каналу: 10 кГц

Чувствительность не более: 9 мкВ

Избирательность по дополнительные каналам не менее: 40 дБ

Динамический диапазон входных сигналов не менее: 70 дБ

Изменение выходного напряжения не более: 1,5 раз

Относительная не нестабильность частоты приемного сигнала:

Назначение: для систем подвижной радиосвязи для приема телефонных сигналов.

Антенна: несимметричный вертикальный вибратор высотой не более 2.5 м

Диапазон модулирующих частот: 250-2500 Гц

3. Эскизный расчет структурной схемы приемника

3.1 Задачи расчета

Типовая структурная схема современного приемника содержит основные узлы, изображенные на рисунке 10. Там же обозначены коэффициенты передачи отдельных узлов и уровни напряжений на входе каждого из них при задающем напряжении, равном чувствительности приемника.

Рисунок 10 - Структурная схема приемника

Обоснование структурной схемы включает в себя:

- выбор значения промежуточной частоты, избирательных систем тракта ПЧ и преселектора;

- выбор элемента настройки и обоснование способа настройки;

- выбор детектора приемника;

- выбор активных приборов (АП) ВЧ тракта и проверку возможности удовлетворения требований ТЗ при выбранной элементной базе;

- выбор ИМС УЗЧ и типа динамической головки;

- выбор узлов схемы питания приемника.

3.2 Выбор значения промежуточной частоты

Число преобразований частоты а приемнике и значение промежуточной частоты выбирается, в первую очередь, из условий обеспечения требований по ослаблению зеркального канала. В проектируемом приемнике это требование может быть обеспечено при использовании одного преобразования частоты и стандартного значения .

Для АМ сигналов КВ диапазона принято кГц.

Выбор данной частоты позволит использовать в тракте ПЧ интегральные фильтры сосредоточенной избирательности (ФСИ), выпускаемые промышленностью.

3.3 Выбор избирательной системы тракта ПЧ

Основную роль в формировании резонансной характеристики приемника и обеспечения требований ТЗ по ослаблению соседнего канала играет тракт промежуточной частоты.

Значение определяется следующим образом:

где - полоса частот принимаемого сигнала; - нестабильности частот передатчика;

Тогда:

Гц

Так как , то примем . В этом случае следует применить в приемнике систему АПЧ с коэффициентом автоподстройки

Выбор ФСИ производят исходя из требований соседнего канала и выбранного значения полосы пропускания приемника.

Выберем ФП1П-60:

полоса пропускания на уровне 6 дБ кГц

относительное затухание при расстройке на - 50 дБ

коэффициент передачи на центральных частотах

входное сопротивление кОм

выходное сопротивление кОм

Определим коэффициент передачи напряжения на центральной частоте:

раз

3.4 Определение числа и типа избирательных систем преселектора

Число избирательных систем преселектора в каждом диапазоне определяется исходя из заданного ослабления зеркального канала, которое должно обеспечиваться на максимальной частоте диапазона , то есть в худшей точке.

Зададимся значением конструктивной (максимальной реализуемой на данной частоте) добротности контура преселектора . В диапазоне КВ примем равной 180.

Оценим значения добротности эквивалентного контура и его полосы пропускания кГц.

Рассчитаем крутизну характеристики избирательности преселектора (в децибелах на декаду), при которой будет обеспечиваться выполнения требований ТЗ по ослаблению зеркального канала:

где 3 дБ - ослабление на границах полосы пропускания.

Рассчитаем число колебательных контуров преселектора:

где 20 дБ/дек - крутизна характеристики избирательности одного колебательного контура за пределами полосы пропускания.

Так как , то в преселекторе целесообразно использовать одноконтурное входное устройство и резонансный УРЧ, который помимо дополнительного ослабления помех обеспечивает снижение коэффициента шума приемника.

Приняв решение о числе колебательных контуров преселектора и значений их добротности, проверяем выполнения требований ТЗ по ослаблению помехи с частотой, равной промежуточной , на частоте диапазона , ближайшей к :

где

Таким образом видим, что избирательности преселектора достаточно для ослабления помехи с частой , поэтому не требуется включение дополнительных устройств для ее увеличения.

3.5 Выбор способа и элемента настройки

Проектируемый приемник содержит, как правило, несколько поддиапазонов с различными коэффициентами перекрытия и максимальная и минимальная расчетные частоты.

В реальном контуре параллельно конденсатору настройки всегда есть некая суммарная емкость , состоящая из паразитных емкостей схемы и, возможно, емкости подстрочного конденсатора. Выбирая элемент настройки общий для всех поддиапазонов, следует проверить выполнение условия:

где пФ.

Варикап КВ135А: Ф при 1 В и при 10 В.

Условия выполняются, следовательно, можно применять варикап КВ135А.

3.6 Выбор детектора сигнала

В качестве детектора АМ сигнала предпочтительно использовать схему диодного детектора. В этом случае детектор подключают к колебательному контуру последнего каскада УПЧ непосредственно или с помощью трансформаторной связи. Детектор должен работать в режиме сильных сигналов, что обеспечивается при напряжении на входе детектора В при использовании кремниевого диода.

3.7 Выбор активных приборов ВЧ тракта

3.7.1 Определение требуемого усиления ВЧ тракта

Исходными величинами для расчета требуемого коэффициента усиления ВЧ тракта являются заданное в ТЗ значение чувствительности по напряжению и выбранное напряжение на входе детектора . С учетом производственного разброса параметров и старения элементов необходимо обеспечить

Каскады ВЧ тракта (ВЦ, УРЧ, ПР, ФСИ, УПЧ) должны в совокупности обеспечить усиление не менее , то есть иметь:

3.7.2 Оценка коэффициента передачи входного устройства

Значение существенно зависит от типа первого активного прибора (АП1). При использовании биполярного транзистора колебательный контур входного устройства подключается ко входу транзистора частично с коэффициентом включения приблизительно . Значения при использовании в качестве АП1 биполярного транзистора для КВ диапазона .

3.7.3 Выбор активного прибора УРЧ

Конкретный тип транзистора УРЧ выбирают из следующих соображений:

1. В пределах диапазона рабочих частот модуль проводимости прямой передачи (y21) должен оставаться приблизительно постоянным

2. Коэффициент шума транзистора должен быть по возможности малым

3. Коэффициент устойчивого усиления на высшей рабочей частоте и предельный коэффициент усиления , желательно иметь как можно больше.

Транзистор КТ339:

пФ

мСм

мкСм

мСм

Зададимся значением коэффициента УРЧ .

3.7.4 Выбор активного прибора ПЧ

Лучшей из отечественных ИМС для построения преобразователя частоты является ИМС К174ПС1.

Схема допускает построение преобразователя частоты либо с совмещенным гетеродином на транзисторах, входящих в ИМС, либо с внешним гетеродином.

При работе от отдельного гетеродина его напряжение подается между выводами 11 и 13 ИМС. При этом выводы 10 и 12 ИМС соединяются непосредственно либо через небольшое сопротивление.

В зависимости от способа подключения согласующего контура (СК) к выходу ИМС реализуется либо балансная, либо кольцевая схема преобразователя частоты. В первом случае СК подключен несимметрично либо к выходу 2, либо к выходу 3 ИМС. Во втором случае СК подключен симметрично между выводами 2 и 3 ИМС.

Несимметричное подключение СК и ИМС позволяет включить в свободный вывод еще один СК, настроенный на АМ тракта, в этом случае снимаемое с контура напряжение можно подать на отдельный детектор АРУ для УРЧ.

Примем коэффициент передачи преобразователя частоты .

3.7.5 Определение структуры тракта УПЧ

Оцениваем требуемое усиление тракта УПЧ:

Реализуем тракт УПЧ на тех же транзисторах, что и УРЧ, КТ339.

В УПЧ могут быть использованы каскады, как с резистивной так и с резонансной нагрузкой. При использовании в приемнике ФСИ резонансные каскады УПЧ реализуют полосой пропускания в несколько раз превышающей и они не влияют на избирательность УПЧ в приемнике в целом.

По сравнению с каскадами с резистивной нагрузкой резонансные каскады позволяют получить большое усиление. Однако наличие катушек индуктивности приводит к усложняю процесса изготовления и настройки приемника, увеличению габаритов. Кроме того, из-за наличия проходной емкости транзистора () в резонансных каскадах возможно существование ухудшении устойчивости. Для снижения влияния уменьшают коэффициент включения контура в коллекторную цепь транзистора, однако при этом снижется коэффициент усиления.

В приемниках АМ сигналов последний каскад УПЧ желательно выполнять по схеме с резонансной нагрузкой. Это позволит ослабить влияние высших гармоник промежуточной частоты на работу детектора. Усиление такого каскада ориентировочно можно принять равным . Предварительные каскады УПЧ следует выполнить по схеме с резистивной нагрузкой. Их усиление будет менышим .

Определим число каскадов УПЧ, при котором коэффициент усиления тракта УПЧ в целом:

будет не меньше, чем .

Число каскадов равно 3.

Получаем .

Рисунок 11 - Структурная схема УПЧ

Выбрав структурную схему на и определив его усиление, уточним реализуемый коэффициент усиления высокочастотного тракта в целом:

3.8 Проверка реализации отношения сигнал/шум на выходе приемника

Предполагаем, что усиление УРЧ достаточно () и в силу этого можно пренебречь вкладом шумов последующих каскадов в общий уровень шума приемника.

Определяем коэффициент шума первого активного прибора (АП1):

где и значения минимального коэффициента шума активного прибора и проводимости генератора, при которых он обеспечивается берется из справочных на АП1; - проводимость генератора, который «видит» АП1 в реальной схеме, принимает равной .

Значение в формулу должно быть представлено в разах

Рассчитаем напряжение шума приемника, приведённое ко входу АП1:

Определяем отношение сигнал/шум на входе приемника при уровне сигнала равном чувствительности:

Вычисляем отношение сигнал/шум на выходе приемника при АМ:

где - нормальный коэффициент модуляции АМ сигнала.

3.9 Выбор ИМС УЗЧ, динамической головки и узлов блока питания

Динамическая головка проектируемого приемника выбирается из условия обеспечения нормальной выходной мощности и заданного диапазона воспроизводимых частот. Для УЗЧ следует выбирать ИМС отечественного производства К174УН8.

Используем динамическую головку 3ГД-40 с сопротивлением 4 Ом.

4. Расчет входного устройства

4.1 Расчет контуров преселектора

4.1.1 Выбор схемы контуров

Определяем номинальный коэффициент перекрытия диапазона:

Рисунок 12 - Схема входного контура

- индуктивность катушки контура

- элемент настройки (КПЕ)

- собственная емкость катушки

- емкость монтажа

- конденсатор подстройки

- дополнительный конденсатор

Для гарантированной настройки на краях диапазона определяем расчетные частоты с запасом по перекрытию .

Определим фактический коэффициент перекрытия:

Средняя расчетная частота:

4.1.2 Расчет емкостей контура

Определим минимальную и максимальную емкости контура:

Выберем тип подстрочного конденсатора, его емкость и рассчитаем его среднее значение емкости подстройки

Определим ориентировочное значение емкости дополнительного конденсатора

4.1.3 Расчет полосы пропускания и проводимости контура

Определим индуктивность контура:

На трех расчетных частотах определим проводимость и полосу пропускания контура

При

При

При

Полученные значения являются конструктивными параметрами колебательного контура, то есть без учета влияния подключенных к контуру внешних цепей. Это влияние будет учтено далее при расчете входного устройства и УРЧ в параметрах эквивалентного колебательного контура.

4.2 Выбор схемы входного устройства

Выбрать схему входного устройства означает выбрать вид связей контура с антенной и АП1. Вид связей влияет на неравномерность резонансного коэффициента передачи в пределах диапазон. Величина связи ( и ) влияет на значение , т.е. на чувствительность приемника.

При выборе вида связи необходимо учитывать также частотные зависимости проводимости антенной цепи и проводимости эквивалентного колебательного контура .

Частотная зависимость проводимости антенной цепи определяется типом антенны (характером сопротивления антенны - преимущественно емкостным или активным) и видом связи контура с антенной.

Зависимость от частоты:

где - добротность эквивалентного контура, которая с ростом частоты обычно уменьшается. Однако рост характеристического сопротивления компенсирует это уменьшение и в целом с простом частоты всегда уменьшается.

Связь контура с АП1 может быть трансформаторной, автотрансформаторной или внутриемкостной. Выберем трансформаторную связь с АП1. При трансформаторной связи - взаимная индуктивность между и . При этом:

коэффициент включения (трансформации) контура во входную цепь АП1, от частоты не зависит.

Связь контура с антенной может быть трансформаторной, либо внешнеемкостной. Рекомендуемое сочетание связи: если связь с АП1 трансформаторная, то связь с антенной желательно выбрать тоже трансформаторную.

4.3 Расчет схемы ВЦ

4.3.1 Исходные данные

1. Сопротивление антенны:

2. Входная проводимость АП1:

3. Разброс входной емкости АП1: Ф

4. Оптимальное значение проводимости:

5.Расчетные частоты диапазона: от Гц до Гц

6. Входная емкость приемника: Ф

7. Коэффициент расширения полосы:

Расчет входного устройства состоит из трех этапов:

1. определение элементов связи контура с АП1

2. определение элементов связи контура с антенной

3. расчет параметров спроектированного входного устройства при выбранных рабочих частотах

4.3.2 Определение элементов связи контура с АП1

Рассчитаем допустимые значения (связь трансформаторная, берем значения при ) исходя из условий:

- получения максимального коэффициента передачи при заданном расширении полосы

- смещения частоты настройки входного контура не более чем на половину полосы пропускания

Из полученных значений выбираем наименьшее и обозначаем

Возьмем трансформаторную связь и для нее определим значение индуктивности связи

где - коэффициент магнитной связи между катушками

4.3.3 Определение элементов связи контура при

При трансформаторной связи с антенной рассчитывают коэффициент включения контура в антенную цепь исходя из заданного расширения полосы:

Далее рассчитаем значения индуктивности катушки связи и требуемого коэффициента магнитной связи:

4.3.4 Расчёт результирующих характеристик входного устройства

Расчет производим на трех частота диапазона.

Рассчитаем модуль полного сопротивления цепи , активную составляющую проводимости антенной цепи , включенную параллельно контуру:

где ;

Рассчитываем следующие характеристики:

Проводимость эквивалентного контура:

Коэффициент расширения полосы пропускания:

Добротность эквивалентного контура:

Проводимость эквивалентного генератора:

Полоса пропускания входного устройства:

Резонансный коэффициент передачи входного устройства:

Неравномерность коэффициента передачи в пределах диапазона:

5. Расчет УРЧ и общих характеристик преселектора

Резонансными усилителями называют усилители, осуществляющие усиление высокочастотных модулированных колебаний в заданной полосе частот. В состав усилительного каскада входят: избирательная цепь, предназначенная для выделения области частот, где содержится основная часть спектра полезного сигнала; цепи связи.

Согласование усилительного прибора с избирательной цепью и этой цепи с нагрузкой осуществляется с помощью реактивных элементов с тем, чтобы не ухудшить усилительные и избирательные свойства каскада. В качестве усилительного прибора используются: транзистор, электронная лампа, туннельный диод, интегральная схема и др.

5.1 Порядок расчета

Рисунок 13 - Схема УРЧ на биполярном транзисторе

Каскады УРЧ могут быть выполнены как на полевом так и на биполярном транзисторе. Будем использовать схему с биполярным транзистором, включенным по схеме с общим эмиттером.

Сигнал поступает на базу транзистора от контура входного устройства с коэффициентом включения . Проводимость, которую видит транзистор со стороны источника сигнала - . Эти параметры известны из расчета входного устройства. Колебательный контур в нагрузке транзистора выполнен по схеме колебательного контура входного устройства, перестраивается в том же диапазоне частот и имеет те же параметры . Эквивалентные параметры и связи колебательного контура с внешними цепями и будут определены при расчете.

Исходными данными для расчета являются также параметры транзистора в режиме, выбранном ранее при расчете структурной схемы с учетом требований многосигнальной:

Модуль проводимости прямой передачи:

Проходная емкость транзистора:

Вещественная составляющая входной проводимости:

Вещественная составляющая выходной проводимости:

Входная емкость:

Выходная емкость:

Отклонения входной емкости:

Постоянная составляющая тока транзистора:

Следующим каскадом является преобразователь частот. Для расчета УРЧ необходимы его параметры. В качестве ПЧ используем ИМС К174ПС1.

Вещественная составляющая входной проводимости:

Входня емкость:

Отклонения входной емкости:

Коэффициент шума:

В качестве , , принимаем соответствующие параметры ИМС преобразователя частоты. Расчет УРЧ состоит из расчета харакеристик каскада для усиливаемого сигнала (по переменносу току) и расчета элементов цепей питания (по постоянному току).

5.2 Расчет резонансного коэффициента усиления УРЧ

Расчет производится на тех же частотах настройки, что и расчет входного устройства. Резонансный усилитель, работающий в диапазоне частот, имеет коэффициент усиления, зависящий от частоты настройки. В представленной схеме на верхней частоте диапазона имеет наибольшее значение. Влияние внешних цепей на параметры колебательного контура будут наибольшими также на верхней частое, поэтому коэффициент включения (трансформации) и выбирают, исходя из заданного допустимого влияния внешних цепей на параметры колебательного контура, именно на максимальной расчетной частоте.

Исходные данные:

Гн

Рассчитаем значение :

- из условия допустимого расширения полосы пропускания Значение выберем равным 1.2:

- из условия допустимого влияния внутренней обратной связи на устойчивость работы УРЧ:

- из условия расстройки контура не более, чем на половину полосы пропускания за счет подключения к нему :

-

Из полученных значений выбираем меньшее, которое используется при дальнейших расчётах .

Рассчитаем значение :

- из условия допустимого расширения полосы пропускания

- из условия допустимой расстройки контура

Из двух значений выбираем меньшее, которое используем в дальнейших расчетах .

Рассчитываем значение индуктивностей катушек связи:

где - коэффициент магнитной связи между катушками, при однослойной намотке .

Рассчитываем параметры УРЧ на крайних и одной средней частоте. Расчету подлежат:

-резонансная проводимость колебательного контура:

-резонансная проводимость эквивалентного контура:

-эквивалентная добротность контура:

-полоса пропускания каскада:

-резонансный коэффициент усиления:

Рассчитываем получающееся в результате значение чувствительности приемника при заданной в ТЗ отношении сигнал/шум на выходе и стандартном испытательном сигнале.

Рассчитываем квадрат напряжения шума, создаваемого преобразователем частоты на его входе:

где - эквивалентная проводимость генератора; ; .

Рассчитаем значение - квадрат напряжения шума АП1, приведенный ко входу приемника:

Суммарное напряжение на входе АП1:

Рассчитаем наихудшее в диапазоне значение чувствительности приемника:

где - наименьший в диапазоне коэффициент передачи входного устройства;

5.3 Расчет элементов цепей питания

Исходной величиной для расчета является значение постоянной составляющей тока. Можно считать . Напряжение между коллектором и эмиттером . Напряжение между базой и эмиттером можно принять равным 0.6 В. Берем резистор оптимальный с точки зрения температурной стабильности для тока .

Так как , в цепь питания правее включаем дополнительный резистор с сопротивлением .

Зададимся значением тока делителя , : . Рассчитываем напряжение между базой и корпусом:

Значения сопротивлений:

Определяем вещественную составляющую входной проводимости каскада УРЧ с учетом сопротивлений делителя:

Во избежание излишней отрицательной обратной связи по переменному току выбираем значение емкости , параллельной из условия:

где - значение минимальной частоты сигнала, на которую рассчитан УРЧ приемника.

Емкость разделительного конденсатора выбираем из условия:

Емкость блокировочного конденсатора в цепи питания выбираем аналогично:

5.4 Расчет характеристик избирательности преселектора

На и рассчитываем ослабление в УРЧ и ВЦ помехи с частотой зеркального канала:

где - частота настройки;

При

При

Результат удовлетворяет требования ТЗ - ослабление зеркального канала на 40 дБ.

6. Расчет преобразователя частоты

6.1 Варианты построения схемы преобразователя частоты

Выполним ПрЧ на ИМС К174ПС1. Она позволяет реализовать разнообразные варианты построения ПрЧ, отличающиеся способом подключения нагрузки, видами связей с предшествующим УРЧ и с цепями гетеродина, ИМС позволяет также выполнить ПрЧ с внешними и с совмещенным гетеродином.

Нагрузкой ПрЧ является ФСИ, подключаемый через согласующийся контур , . При симметричном подключении контура к выходу ИМС спектр выходного тока соответствует кольцевой схеме, при таком подключении обеспечивается ослабление помехи с частотой, равной промежуточной.

Рисунок 14 - Подключение ПрЧ к УРЧ и гетеродину и нагрузке

ИМС позволяет использовать симметричное подключение входов ИМС к выходам УРЧ и гетеродина. Симметричная схема предпочтительна при трансформаторных связях.

6.2 Расчет подключения нагрузки к преобразователю частоты

Задачей расчета является определение параметров элементов согласующего контура и коэффициента его включения во входную цепь ФСИ.

Исходными данным для расчета являются:

- значение промежуточной частоты:

- полоса пропускания ФСИ:

- входная проводимость ФСИ:

- конструктивная добротность катушки СК на :

- крутизна преобразования ИМС:

- выходная проводимость ИМС на :

Полоса пропускания согласующего контура выбирается существенно больше, чем полоса пропускания ФСИ, чтобы избежать влияния согласующего контура на полосу пропускания тракта ПЧ. С другой стороны она не должна быть слишком большой, так как это приведет к снижению коэффициента усиления ПрЧ и к ухудшению избирательности при больших отстройках. Рекомендуется выбрать:

Рассчитываем требуемое значение добротности эквивалентного контура:

Задаемся стандартным значение емкости конденсатора контура . Рассчитываем ёмкость контура с учетом емкости монтажа и выходной емкости ИМС:

и индуктивностью контура:

Полагая конструктивную добротность контура и убедившись, что она не менее чем в раза выше вычисляем проводимости ненагруженного и нагруженного (эквивалентного) контура:

и сопротивление шунтирующего резистора

Определяем коэффициент включения согласующего контура во входную цепь ФСИ, при котором обеспечивается согласование ФСИ на его входе:

Рассчитываем индуктивность катушки связи:

где - коэффициент магнитной связи, зависит от типа применяемых сердечников, для броневых сердечников, используемых при , он может достигать значений .

Определяем коэффициент усиления преобразователя частоты:

На расчётных частотах диапазона рассчитываем напряжение сигнала на входе УРЧ:

7. Расчет гетеродина

При необходимо две точки сопряжения:

Контура гетеродина перестраивается в диапазоне частот от

до

Контур гетеродина имеет коэффициент перекрытия по частоте:

Рисунок 15 - Контур гетеродина

Контур гетеродина может иметь следующий вид:

В этом случае

Индуктивность контура гетеродина:

На ИМС К174ПС1 можно выполнить ПрЧ с совмещенным гетеродином, в котором обеспечивается малое взаимное влияние цепей сигнала и гетеродина. Автогенератор выполняют на транзисторах VT3 и VT6 ИМС, к эмиттерным и базовым цепям которых подключают контур, настроенный на .

При трансформаторных связях контура гетеродина с транзисторами значения коэффициентов включения контура базовую цепь и эмиттерную цепи VT3 и VT6 ИМС не зависят от частоты. Это определяет постоянство амплитуды напряжения на контуре гетеродина при его перестройке в широких пределах.

Рисунок 16 - Подключение гетеродина к транзисторам ИМС

Задача расчета - определение коэффициентов включения и , индуктивностей катушек связи и , обеспечивающих режим автогенерации.

У транзисторов ИМС значение эмиттерного тока при отсутствии генерации ориентировочно мА. Выбираем амплитуду первой гармоники эмиттерного тока транзисторов гетеродина, исходя из условия:

Выбираем амплитуду напряжения на контуре гетеродина из условия уменьшения наводок на другие каскады приемника и паразитного излучения:

Определяем коэффициент включения контура гетеродина в цепь эмиттеров транзисторов ИМС с учетом шунтирующего действия резисторов :

где

Рассчитываем коэффициент включения контура между базами транзисторов из условия обеспечения устойчивой работы генератора:

Определяем индуктивность катушек связи:

8. Расчет детектора радиосигнала

Исходными данными для расчета детектора являются:

- значение промежуточной частоты:

- значение нижней и верхней частоты модуляции:

- допустимые амплитудные искажения на верхних и нижних частотах модуляции

- входное сопротивление и емкость выбранной ИМС УЗЧ К164УН7: ;

8.1 Расчет диодного детектора АМ сигнала

Рисунок 17 - Диодный АД

Принципиальная схема диодного АД приведена на рисунке 20. Для снижения искажений и улучшения фильтрации сопротивление нагрузки детектора разделено на две части. Потенциометр является одновременно регулятором громкости.

Для расчета АМ детектора дополнительными исходными данными будут:

- нормальное и максимальное значение коэффициента модуляции:

- значение прямого и обратного сопротивления выбранного диода:

Диод 2Д422А

Прямое напряжение:

Прямой ток:

Обратное напряжение:

Обратный ток:

Выберем сопротивление нагрузки детектора для постоянного тока . Рассчитаем значения и :

Рассчитаем сопротивление нагрузки детектора для переменного тока с частотой модуляции:

Определяем входное сопротивление детектора:

Выбираем емкость нагрузки детектора из двух условий:

- допустимых линейных искажений на максимальной частоте модуляции

- малых линейных искажений, обусловленных избыточной постоянной времени нагрузки детектора

Из двух значений выбираем меньшее

Определим емкость разделительного конденсатора, исходя из допустимых искажений в области нижних частот модуляции:

Определим коэффициент фильтрации напряжения промежуточной частоты элементами схемы детектора:

- фильтр, образованный

- фильтр, образованный

- общий коэффициент фильтрации

Рассчитываем угол отсечки тока диода

Коэффициент передачи тока детектора

Оцениваем напряжение на входе УЗЧ на средних частотах модуляции

Рассчитаем требуемый коэффициент усиления УЗЧ

где - номинальное напряжение звуковой частоты на динамической голове, имеющей сопротивление

9. Расчет тракта промежуточной частоты

9.1 Исходные данные для расчета УПЧ

Структура УПЧ: 3 каскада; первые два резистивные, последний резонансный

Требуемые коэффициенты усиления отдельных каскадов:

Параметры активного прибора КТ339:

-

-

-

-

-

-

-

-

- y21 = 30

Входная проводимость детектора, являющаяся проводимостью нагрузки последовательного каскада УПЧ:

Рисунок 18 - Каскад с резонансной нагрузкой

Выходная проводимость ФСИ, являющаяся проводимостью эквивалентного генератора для первого каскада УПЧ:

Рисунок 19 - Каскад с резистивной нагрузкой

В каскадах имеется возможность регулировки усиления системой АРУ приемника. Для этого с выхода амплитудного детектора через фильтр системы АРУ () в цепь базы транзистора подается управляющее напряжение отрицательной полярности.

9.2 Расчет резонансного каскада УПЧ

В целях унификации конденсатор контура выбираем таким же, что и в ПрЧ - 900 пФ. Емкость контура:

Индуктивность контура:

Полоса пропускания фильтра . Полоса пропускания эквивалентного контура:

Добротность эквивалентного контура:

Зададимся значением конструктивной добротности контура . Проводимость эквивалентного контура:

Проводимость контура:

Определим значение коэффициент включения входа следующего каскада в колебательный контур, при котором происходит требуемое снижение добротности:

Рассчитываем индуктивность катушки связи:

где значение k такое же, как и в ПрЧ.

Уточняем значение эквивалентной проводимости контура:

Коэффициент усиления каскада:

Так как рассчитанный коэффициент усиления существенно больше необходимого, его следует уменьшить. Наилучшим способом уменьшения усиления каскада на транзисторе является использование ООС путем включения в цепь эмиттера резистора .

Определяем требуемую глубину ООС:

Рассчитываем сопротивление резистора:

Уточняем значения параметров транзистора:

После того как усиление каскада получилось близким к требуемому, проведем расчет элементов, определяющих режим работы транзистора по постоянному току, разделительных и блокировочных конденсаторов.

Так как , то в цепь питания правее включаем дополнительный резистор с сопротивлением:

Задаем значение тока делителя:

Рассчитаем напряжение между базой и корпусом:

Сопротивление делителей:

Уточним значение проводимости каскада с учетом сопротивления резисторов в цепи базы транзистора:

Во избежание излишней отрицательной обратной связи по переменному току выберем значение емкости параллельной из условия:

Емкость разделительного конденсатора выбираем из условия:

Определим максимальное значение модуля отрицательной проводимости, вносимой во входную цепь каскада в результате действия внутренней ОС, обусловленной наличием проходной емкости активного прибора:

Оцениваем минимальное значение проводимости эквивалентного генератора (входной проводимости предшествующего каскада), при котором коэффициент устойчивости рассчитываемого резонансного каскада будет достаточным:

9.3 Расчет резистивного каскада УПЧ

Определим суммарную выходную емкость каскада

Оцениваем значение проводимости нагрузки, при которой влияние незначительно и можно считать, что каскад работает в области средних частот

Рассчитываем сопротивление резистора:

Определяем коэффициент усиления каскада:

Скорректируем коэффициент усиления путем изменения крутизны АП.

Аналоично каскаду с резистивной нагрузкой проводим расчет элементов, определяющих режим транзистора по постоянному току, разделительных и блокировочных конденсаторов.

Так как , то в цепь питания правее включаем дополнительный резистор с сопротивлением:

Задаем значение тока делителя:

Рассчитаем напряжение между базой и корпусом:

Сопротивление делителей:

Уточним значение проводимости каскада с учетом сопротивления резисторов в цепи базы транзистора:

Во избежание излишней отрицательной обратной связи по переменному току выберем значение емкости параллельной из условия:

Емкость разделительного конденсатора выбираем из условия:

Расчет первого резистивного каскада аналогичен расчету второго каскада.

9.4 Расчет общих характеристик тракта УПЧ

После того, как рассчитаны все каскады УПЧ обеспечиваем согласование входной проводимости тракта УПЧ с выходной проводимостью ФСИ .

Так как и эти проводимости отличаются не более чем в 2 раза, для обеспечения согласования между выходом ФСИ и входом УПЧ можно включить последовательный резистор с сопротивлением:

В каскадах УПЧ применяется АРУ, выбираем элементы фильтра АРУ. При приеме АМ сигналов зададимся постоянной времени фильтра

Суммарный коэффициент тракта УПЧ:

Заключение

При расчете структурной схемы было выбрано одно преобразование частоты и стандартное значение промежуточной частоты . Избирательность тракта ПЧ обеспечивается электромеханическим ФСИ, который выбран исходя из требований ТЗ по ослаблению соседнего канала.

Выбрано 2 колебательных контура преселектора: одноконтурное входное устройство и резонансный УРЧ, исходя из ослабления по зеркальному каналу.

В качестве элемента настройки выбран КПЕ. УРЧ построен на биполярном транзисторе КТ339. Преобразователь частоты реализован на базе ИМС К174ПС1. Детектор АМ сигнала выполняет выполнен на основе диода 2Д422А.