Разработка приемника системы персонального радиовызова
Функциональное назначение радиоприемных устройств, их разделение на профессиональные и вещательные. Разработка структурной схемы приемника частотно-модулированного сигнала с заданными параметрами, его применение в приемниках персонального радиовызова.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 30.10.2013 |
| Размер файла | 766,7 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Содержание
- Введение
- 1. Разработка структурной схемы РПУ
- 1.1 Блок-схема РПУ
- 1.2 Разработка антенны РПУ
- 1.3 Расчет необходимой полосы пропускания линейного тракта приемника
- 1.4 Расчёт допустимого коэффициента шума приёмника
- 1.5 Выбор промежуточных частот и средств обеспечения избирательности
- 1.6 Распределение коэффициентов шума и усиления по блокам
- 1.7 Разработки структурной (функциональной) схемы РПУ
- 1.8 Выбор и расчёт параметров транзисторов радиотракта
- 1.9 Выбор первых каскадов приёмника
- 1.10 Расчёт средств избирательности тракта радиочастоты
- 1.11 Расчёт необходимого коэффициента усиления линейного тракта
- 2. Электрический расчёт схемы приёмника
- 2.1 Расчёт усилителя радиочастоты
- 2.1.1 Расчёт элементов схемы питания
- 2.1.2 Расчёт контура в цепи коллектора первого каскада УРЧ
- 2.1.3 Расчёт резонансного коэффициента усиления и шума первого каскада УРЧ
- 2.1.4 Расчёт контура в цепи коллектора второго каскада УРЧ
- 2.1.5 Расчёт резонансного коэффициента усиления и шума второго каскада УРЧ
- 2.1.6 Резонансный коэффициент усиления обоих каскадов УРЧ
- 2.2 Расчёт входной цепи
- 2.3 Выбор конкретных элементов в качестве рассчитанных сопротивлений и емкостей в УРЧ и ВЦ
- 2.4 Конструктивный расчёт катушки индуктивности входной цепи
- 2.5 Применение микросхемы MC3362
- 2.6 Выбор конкретных элементов в качестве сопротивлений и емкостей навесных элементов микросхемы МС3362
- 2.7 Расчёт гетеродина
- 2.8 Применение микросхемы КР142ЕН5А
- 2.9 Расчет общего коэффициента усиления и общего коэффициента шума
- Заключение
Введение
Радиоприемным устройством называют систему узлов и блоков, с помощью которых производятся такие операции, как преобразование электромагнитного поля сигнала в электрический сигнал; выделение полезных радиосигналов из совокупности других (мешающих) сигналов и помех, действующих на выходе приемной антенны и не совпадающих по частоте с полезным сигналом; усиление принимаемых сигналов; демодуляция принятого сигнала с целью выделения информации, содержащейся в полезном радиосигнале; обработка принимаемых сигналов с целью ослабления мешающего воздействия помех искусственного и естественного происхождения. РПУ являются важнейшими составными частями всех радиосистем.
В зависимости от положенных в основу признаков выделяют ряд различных классификаций РПУ.
По основному функциональному назначению РПУ делят на профессиональные и вещательные. К профессиональным приемникам относятся связные, телевизионные, телеметрические и др., а вещательные обеспечивают прием программ звукового и телевизионного вещания.
В зависимости от вида используемой модуляции бывают приемники амплитудно-модулированных (АМ), частотно-модулированных (ЧМ), фазо-модулированных (ФМ) сигналов, сигналов с одной боковой полосой (ОБП) и др. Также РПУ работают в различных диапазонах волн. В настоящее время осуществляется освоение наиболее высокочастотных диапазонов волн, включая миллиметровый, дециметровый и оптический.
Основные показатели, которые определяют качество работы приемника - это чувствительность, избирательность по соседнему каналу, избирательность по зеркальному каналу, диапазон рабочих частот, надежность, стабильность и устойчивость работы, массогабаритные показатели, экономичность питания, а также стоимость и др. показатели.
В курсовом проекте необходимо разработать приёмник ЧМ сигнала с заданными параметрами.
При частот ной манипуляции частота сигнала меняется и принимает значение , либо . Среднее значение частоты, на которую настроен радиотракт, , для частот и радиотракт расстроен. При скачке частоты в радиотракте возникает переходный процесс, являющийся источником искажений сигнала.
Частотно-манипулированные сигналы широко применяются в пейджерах, так называемых, приёмниках персонального радиовызова.
1. Разработка структурной схемы РПУ
1.1 Блок-схема РПУ
ВЦ - входная цепь,
УРЧ - усилитель радиочастоты,
СМ - смеситель,
Г - гетеродин,
АО - амплитудный ограничитель,
Дчмс - детектор частотно моделированных сигналов,
УНЧ - усилитель низкой частоты,
ИЭ - исполнительный элемент.
1.2 Разработка антенны РПУ
Так как данный тип приёмника обычно используется в пейджерах, то для того, чтобы расчёт имел практическую ценность, будем вести расчёт, учитывая параметры пейджера. Целесообразно применить рамочную антенну, так как она имеет малые габаритные размеры.
В качестве антенны будем использовать настроенную полноразмерную рамку квадратной формы. Такая антенна обладает рядом важных преимуществ по сравнению с неполноразмерными:
приемник персональный радиовызов сигнал
Такая же ЭДС на выходе при более простой конструкции и реализации
Чисто активное входное сопротивление
Предположим, что пейджер имеет конкретные размеры: 60*40*15 (т.е. периметр по большим сторонам составляет 0,2м). Необходимо согласовать размер антенны с предполагаемыми размерами пейджера, чтобы антенна поместилась в корпус. Частоте 451МГц соответствует длинна волны 0,6652м, в то время как периметр пейджера составляет около 0, 20м. Т.е. максимальный периметр рамки 0,22м. Следовательно для того что бы рамка была полноразмерной необходимо преобразовать её электрическую длину, что осуществляется покрытием антенны слоем диэлектрика с подобранной относительной диэлектрической проницаемостью .
Такой диэлектрической проницаемостью обладает стекло-эмаль. Рамочная антенна обладает направленными свойствами, в то время как для пейджера идеальным вариантом является антенна, не обладающая направленными свойствами, т.е. точечная антенна, но в ней, индуцируемая ЭДС настолько мала, что придется использовать УРЧ с огромным коэффициентом усиления.
- площадь рамки
n=1 - число витков провода в антенне
- в случае полноразмерной квадратной рамки
- сопротивление излучения антенны
- коэффициент направленного действия
- действующая высота антенны
- эффективная площадь рамки
- мощность на выходе антенны
- ЭДС на выходе антенны
1.3 Расчет необходимой полосы пропускания линейного тракта приемника
Необходимая ширина полосы частот излучения передатчика ПС зависит от вида передачи и модуляции и определяется следующим образом:
При частотной манипуляции:
для 1,5 < m < 5,5 ПС = 1,3 ?fT + 0,55B, Гц;
для 5,5 < m < 20 ПС = ?fT + 1,9B, Гц,
где m=?fT /B - индекс частотной манипуляции;
В - скорость телеграфирования, бод;
?fT - разнос между максимальной и минимальной частотами радиосигнала.
В=1200 бод
?fT =4.5кГц
В результате получим:
т.е. ПС = 1,3 ?fT + 0,55B=6510Гц
1.4 Расчёт допустимого коэффициента шума приёмника
- шумовая температура антенны на частоте 451МГц
=290 К - стандартная температура РПУ
Измерения показали, что для ,
Т.е.
- шумовая полоса линейного тракта
- постоянная Больцмана
- отношение с/ш на входе РПУ
Для того чтобы использовать все преимущества ЧМ - сигнала и получить выигрыш в отношении сигнал/шум, даваемого системой ограничитель - частотный детектор, отношение С/Ш на входе РПУ должно быть:
Примем (т.е. почти наихудший случай).
- переводим из Дб в разы
- максимальная частота модуляции
-максимальная частота сигнала на выходе УНЧ
- отношение с/ш на входе РПУ
- переводим в Дб
Таким образом, допустимый коэффициент шума
1.5 Выбор промежуточных частот и средств обеспечения избирательности
При выборе промежуточной частоты необходимо учитывать следующее:
Промежуточная частота не должна находиться в диапазоне принимаемых частот приёмника или близко от границ этого диапазона.
Промежуточная частота не должна совпадать с частотой какого-либо мощного передатчика.
С увеличением промежуточной частоты:
увеличивается избирательность по зеркальному каналу;
уменьшается избирательность по соседнему каналу;
расширяется полоса пропускания;
уменьшается входное и выходное сопротивление электронных приборов, что приводит к увеличению шунтирования контуров;
уменьшается коэффициент усиления на каскад за счёт уменьшения резонансного сопротивления контура;
С уменьшением промежуточной частоты:
увеличивается избирательность по соседнему каналу;
уменьшается избирательность по зеркальному каналу;
увеличивается входное и выходное сопротивление электронных приборов, что приводит к уменьшению шунтирования контуров;
понижается коэффициент шума.
Поэтому применение двухкратного преобразования частоты позволяет использовать достоинства высокой и низкой промежуточных частот.
Для получения требуемой селективности по зеркальному каналу при разностном преобразовании первая промежуточная частота должна удовлетворять условию:
где - обобщённая расстройка для зеркального канала;
- частота настройки;
- эквивалентное затухание контуров тракта.
Эквивалентное затухание контуров тракта целесообразно выбрать равным:
где - коэффициент шунтирования контура активными элементами (табл.3, см. приложение); - минимально достижимое значение конструктивного затухания ненагруженных контуров.
Обобщённая расстройка для зеркального канала вычисляется по формуле:
где - количество одиночных контуров;
- ослабление зеркального канала по техническому заданию;
- коэффициент рассогласования антенно-фидерного тракта и входа приёмника;
вычисляем первую промежуточную частоту:
Выбираем первую промежуточную частоту из ряда стандартных, используемых в радиотехнике: .
В качестве второй промежуточной частоты выбираем частоту 455кГц.
1.6 Распределение коэффициентов шума и усиления по блокам
ВЦ является пассивной частью РПУ, поэтому её коэффициент передачи () меньше единицы. Для одноконтурной ВЦ , для двухконтурной . Коэффициент шума для одноконтурной , для двухконтурной . Использование той или иной ВЦ зависит от того, насколько надо подавить зеркальную частоту.
Использование двух УРЧ объясняется сложностью получить достаточно большой коэффициент усиления на одном каскаде при работе на высоких частотах. Необходимость получения достаточно большого коэффициента усиления объясняется необходимостью снизить шумы последующих блоков, а также повысить чувствительность РПУ. При определении коэффициента усиления УРЧ необходимо учитывать то, что чем больше коэффициент усиления УРЧ, тем меньше динамический диапазон по входу. В связи с вышесказанным примем максимальный коэффициент усиления каждого УРЧ не более 20дБ. В целях технологичности изготовления РПУ структуру УРЧ1 и УРЧ2 сделаем одинаковой. Суммарный максимальный коэффициент усиления УРЧ1 и УРЧ2 равен 40дБ. В целях снижения коэффициента шума необходимо применять элементы УРЧ1 и УРЧ2 с наименьшими коэффициентами шума. Реально можно легко достичь коэффициента шума одного каскада УРЧ 3дБ, что будет приемлемо.
Использование двух преобразователей частоты обосновывается необходимостью достаточно сильного подавления соседнего канала, которое можно достичь использованием узкополосных фильтров. Как известно малые полосы пропускания можно получить лишь на низких частотах, поэтому и применяют преобразователи частоты. Использование двухступенчатого преобразования объясняется тем, что подавление зеркального канала облегчается при более высокой промежуточной частоте, однако высокую избирательность по соседнему каналу и устойчивое усиление легче получить при более низкой промежуточной частоте. ФОС1 подавляет зеркальный канал для СМ2, а ФОС2 соседний канал. Поскольку перед первым преобразователем частоты находится УРЧ можно сконструировать преобразователь с большим коэффициентом шума: Будем использовать активные преобразователи частоты, это может позволит избежать использования УПЧ. Поскольку основное усиление производят на НЧ, с помощью оконечных каскадов (по причине расширения динамического диапазона и повышения устойчивости усиления), коэффициент усиления СМ1 примем в пределах 20дБ. По вышесказанным причинам коэффициент усиления СМ2 можно принять , а его коэффициент усиления 20дБ.
В качестве фильтров основной селекции первой и второй промежуточных частот необходимо использовать кварцевый или пьезокерамический фильтры, обладающие кривой избирательности близкой к идеальной.
По техническому заданию стабильность настройки приёмника должна быть в диапазоне температур . Поэтому для выполнения необходимых требований по стабильности необходимо как первый, так и второй гетеродины приёмника выполнить с кварцевой стабилизацией частоты.
Т.к. АО и Дчмс являются пассивными блоками, необходимо приблизить их коэффициент передачи к единице, чтобы не тратить полученное усиление от предыдущих блоков на компенсацию ослабления в рассматриваемых блоках. Коэффициент шума данных блоков будет играть малую роль в формировании общего коэффициента шума, поэтому их коэффициент шума может быть достаточно большим.
Коэффициент усиления УНЧ зависит от напряжения на входе РПУ и от того какой минимальный уровень напряжения будет соответствовать логической единице на входе ИЭ. Коэффициент шума УНЧ, в принципе, можно не учитывать, поскольку его вес в суммарном коэффициенте шума РПУ будет ничтожным.
1.7 Разработки структурной (функциональной) схемы РПУ
Рис.2
Рассчитанная блок-схема представлена на рисунке 2. Согласно ней в РПУ осуществляется двойное преобразование частоты.
Выбор именно такой блок-схемы объясняется несколькими причинами:
1. Введение ВЦ позволяет осуществить избирательность по зеркальному и побочным каналам.
2. Использование двух УРЧ позволяет повысить чувствительность и понизить коэффициент шума.
3. Использование двух преобразователей частоты позволяет улучшить избирательность по соседнему каналу. Используется преобразование вниз.
4. Использование УНЧ позволяет сформировать необходимый уровень сигнала для работы ИЭ.
5. Использование УПЧ позволяет сформировать необходимый уровень сигнала для работы Дчмс.
6. Характерной особенностью приёмников ЧМС является наличие ограничителя амплитуды, что позволяет существенно ослабить вредную амплитудную модуляцию сигнала помехами, а это позволяет улучшить качество приёма сигнала.
7. ИЭ предназначен для формирования на выходе РПУ логического "0" или ”1”.
1.8 Выбор и расчёт параметров транзисторов радиотракта
Транзистор для высокочастотного тракта необходимо выбирать из условия:
где - частота принимаемых сигналов;
- граничная частоты крутизны характеристики в схеме с ОЭ;
- коэффициент частотного использования.
При параметры транзистора практически не зависят от частоты, что позволяет использовать его в высокочастотных трактах радиоприёмных устройств.
Таким образом, необходимо выбирать транзистор так, чтобы
Транзисторы выбирают также из условия наименьшего коэффициента шума.
Из справочника выбираем транзистор КТ399А который является одним из лучших с точки зрения шумовых характеристик и их граничная частота удовлетворяет требованиям.
Y-параметры транзисторов, включённых по схемам с ОЭ, на частотах ниже 500МГц можно рассчитать по формулам табл.1 (см. приложение).
В табл.2 (см. приложение) приведены рассчитанные Y-параметры транзисторов КТ399А.
1.9 Выбор первых каскадов приёмника
При предварительном расчете коэффициента шума и коэффициента передачи воспользуемся табл.1.1
Таблица 1.1
Минимально достижимый коэффициент шума и максимально достижимый коэффициент передачи по мощности для разных режимов работы каскада
|
Диапазон рабочих частот |
Тип каскада |
Режим работы |
Мин. достижимый коэфф. шума |
Макс. достижимый коэфф. передачи по мощности |
|
|
До 500МГц |
С общим эмиттером |
Усиление |
|||
|
Преобразов. |
|||||
|
С общей базой |
Усиление |
||||
|
Преобразов |
|||||
|
Каскодная |
Усиление |
||||
|
Одноконтурная входная цепь |
В разработке РПУ предполагается использование микросхемы МС 3362 с коэффициентом шума. Так как данная микросхема обеспечивает двойное преобразование частоты принимаемого сигнала и имеет в своём составе:
два гетеродина
два смесителя
ограничитель амплитуды
квадратурный детектор
компаратор
Предполагается применение стандартных керамических или кварцевых фильтров на 10.7 МГц и 455кГц. Рекомендованных фирмой изготовителем микросхемы.
Для того, что бы получить нужный к-т усиления, а также уменьшить шумы, необходимо добавить два однокаскадных УРЧ на транзисторе с общим эмиттером, обладающий малым и большим .
В каскаде УРЧ используется транзистор КТ399А с. В каскаде УРЧ используется транзистор КТ399А с. Определяем для него и .
1.10 Расчёт средств избирательности тракта радиочастоты
1. Задаёмся ориентировочным числом одиночных контуров тракта радиочастоты: .
2. Необходимая добротность контуров, обеспечивающая заданную избирательность по зеркальному каналу:
где
- зеркальная частота, так как частота гетеродина принимается ниже частоты сигнала.
- частота принимаемого сигнала
3. Так как (максимально осуществимое), принимаем число контуров и эквивалентную добротность контура .
4. Определяем:
вспомогательные коэффициенты для дальнейшего расчёта
где - расстройка, при которой задана избирательность по соседнему каналу.
избирательность по соседнему каналу
Т.е. избирательность по соседнему каналу средствами избирательности тракта радиочастоты обеспечено не будет.
избирательность по зеркальному каналу
Избирательность по зеркальному каналу выполнена. Таким образом, в тракте радиочастоты необходимо применить 4 контура для удовлетворения требований по зеркальному каналу.
1.11 Расчёт необходимого коэффициента усиления линейного тракта
Необходимое усиление сигналов в линейном тракте следует обеспечить при достаточной устойчивости каскадов (при этом чем меньше число каскадов, тем выше стабильность). Коэффициент усиления линейного тракта должен быть равен:
где - необходимый уровень сигнала на входе микросхемы МС3362;
- чувствительность приёмника.
Из формулы для видно, что УРЧ использовать необязательно, но здесь не учтена пассивная ВЦ, которая снизит чувствительность приёмника и усиление все равно понадобится, также УРЧ позволит снизить коэффициент шума.
Выбор средств обеспечения усиления линейного тракта можно начать с определения коэффициента усиления преселектора (ВЦ и УРЧ).
В транзисторных приёмниках коэффициент усиления преселектора:
n - количество каскадов в УРЧ
В приёмниках с фиксированной настройкой коэффициент передачи входной цепи можно рассчитать по формуле:
где - для одноконтурной входной цепи;
Будем применять двухконтурную входную цепь, следовательно коэффициент передачи будет равен (если контуры входной цепи обладают одинаковыми добротностями).
Коэффициент усиления усилителей радиочастоты и промежуточной частоты на транзисторах ограничивается устойчивостью работы усилителя.
В связи с этим при определении необходимого числа каскадов УРЧ будем считать, что при их полном электрическом расчёте обеспечивается получение усиления, близкого к максимально устойчивому.
Учитывая эти соображения, можно в большинстве случаев считать при предварительном расчёте усиления каскадов УРЧ и равным максимально устойчивому коэффициенту усиления усилителя, который принимают для усилителей на транзисторах (в данном случае КТ399А):
- коэффициент устойчивого усиления для одного каскада УРЧ
где S=110 - крутизна характеристики транзистора на рабочей частоте, мА/В;
f = 451 МГц - максимальная рабочая частота;
- ёмкость коллектор-база, пФ.
Подсчитаем предварительный коэффициент усиления преселектора
.
Для обеспечения необходимого коэффициента усиления (), в принципе, достаточно однокаскадного УРЧ, но т.к. он не обеспечивает необходимого коэффициента шума приходКфыится использовать двухкаскадный УРЧ.
Требование по необходимому коэффициенту усиления выполнено.
2. Электрический расчёт схемы приёмника
2.1 Расчёт усилителя радиочастоты
В усилителе радиочастоты используется двухкаскадная УРЧ с емкостной схемой связи (емкостной делитель). Двухкаскадная схема позволит выполнить требования по коэффициенту шума (см. п.1.6) и получить необходимый коэффициент усиления. Данная схема удобна в усилителях с фиксированной рабочей частотой, так как не требует выполнения отвода у контурной катушки при автотрансформаторном включении. На рис.2.1 показана схема одного каскада УРЧ.
Рис.2.1 Электрическая схема каскада УРЧ
В качестве активного элемента применяется транзистор КТ399А.
2.1.1 Расчёт элементов схемы питания
1. Определяем изменение обратного тока коллектора:
где - обратный ток коллектора транзистора КТ399А.
- максимальная рабочая температура
- стандартная рабочая температура
2. Находим тепловое смещение напряжения базы:
где .
- минимальная рабочая температура
3. Рассчитаем необходимую нестабильность коллекторного тока:
где - ток коллектора
4. Вычисляем сопротивление :
где - входная проводимость транзистора КТ399А.
5. Вычисляем сопротивление :
где - допустимое падение напряжения на
6. Находим и :
7. Подсчитываем ёмкости и :
8. Входное сопротивление усилителя:
где - входное сопротивление транзистора КТ399А.
9. Разделительная ёмкость :
где ; .
2.1.2 Расчёт контура в цепи коллектора первого каскада УРЧ
1. Определяем коэффициент шунтирования контура входным сопротивлением следующего каскада и выходным сопротивлением транзистора, допустимым из условий устойчивости и обеспечения заданной эквивалентной добротности:
где - устойчивый коэффициент одного каскада УРЧ;
- крутизна транзистора на рабочей частоте;
- входное сопротивление следующего каскада (второй каскад УРЧ);
- выходное сопротивление транзистора.
2. Необходимые конструктивные и эквивалентные затухания контура
,
3. Определяем характеристическое сопротивление контура, приняв коэффициент включения в цепь коллектора :
4. Выбираем эквивалентную ёмкость контура согласно табл.4 (см. приложение) .
5. Определяем коэффициент включения контура со стороны последующего каскада
6. Общая величина ёмкости емкостного делителя
где - выходная ёмкость транзистора КТ399А.
7. Величина емкостей делителя:
где - входная ёмкость транзистора КТ399А.
8. Определяем индуктивность контура
где
; ; .
2.1.3 Расчёт резонансного коэффициента усиления и шума первого каскада УРЧ
1. Рассчитаем резонансный коэффициент усиления одного каскада УРЧ:
2. Коэффициент усиления первого каскада УРЧ по мощности:
где - входное сопротивление первого каскада УРЧ
- входное сопротивление второго каскада УРЧ
Коэффициент усиления получился меньше устойчивого коэффициента усиления () , следовательно каскад устойчив.
3. Определяем коэффициент шума каскада:
где
-эквивалентная шумовая проводимость транзистора;
- эквивалентное шумовое сопротивление транзистора.
- сопротивление базы транзистора КТ399А
2.1.4 Расчёт контура в цепи коллектора второго каскада УРЧ
Второй каскад УРЧ отличается от первого только контуром в цепи коллектора, а точнее сказать, коэффициентом включения микросхемы МС 3363 в данный контур. Пересчитаем емкостной делитель в цепи контура и коэффициент усиления каскада, зависящий от коэффициента включения.
Определяем коэффициент шунтирования контура входным сопротивлением микросхемы МС 3362 и выходным сопротивлением транзистора, допустимым из условий устойчивости и обеспечения заданной эквивалентной добротности:
где - устойчивый коэффициент одного каскада УРЧ;
- крутизна транзистора на рабочей частоте;
- входное сопротивление микросхеме МС 3362
- выходное сопротивление транзистора.
2. Необходимые конструктивные и эквивалентные затухания контура
3. Определяем характеристическое сопротивление контура, приняв коэффициент включения в цепь коллектора :
4. Выбираем эквивалентную ёмкость контура согласно табл.4 (см. приложение) .
5. Определяем коэффициент включения контура со стороны последующего каскада
6. Общая величина ёмкости емкостного делителя
где - выходная ёмкость транзистора КТ399А.
7. Величина емкостей делителя:
где
- входная ёмкость микросхеме МС 3362.
8. Определяем индуктивность контура:
где
; ; .
2.1.5 Расчёт резонансного коэффициента усиления и шума второго каскада УРЧ
1. Рассчитаем резонансный коэффициент усиления второго каскада УРЧ:
2. Коэффициент усиления второго каскада УРЧ по мощности:
где - входное сопротивление первого каскада УРЧ
- входное сопротивление второго каскада УРЧ
Коэффициент усиления получился меньше устойчивого коэффициента усиления () , следовательно каскад устойчив.
3. Определяем коэффициент шума каскада:
где
-эквивалентная шумовая проводимость транзистора;
- эквивалентное шумовое сопротивление транзистора.
- сопротивление базы транзистора КТ399А
2.1.6 Резонансный коэффициент усиления обоих каскадов УРЧ
2.2 Расчёт входной цепи
Входной цепью называют часть схемы приемника, связывающую антенно-фидерную систему с входом первого каскада.
Она предназначена для передачи напряжения сигнала от антенны к первому каскаду и для ослабления внешних помех. В соответствии с этим к входной цепи приемника предъявляются следующие требования:
Входная цепь должна передать возможно большее напряжение на вход первого каскада.
Входная цепь должна обеспечить ослабление всех мешающих сигналов, в том числе помехи, проходящей по зеркальному каналу, побочному каналу, помехи на частоте, равной промежуточной. Для уменьшения перекрестных искажений входная цепь должна обеспечить ослабление мешающих сигналов большой амплитуды.
Входная цепь должна быть настроена на частоту принимаемого сигнала. Если предусмотрена работа приемника в диапазоне частот, то входная цепь должна обеспечить перекрытие этого диапазона. При этом изменение качественных показателей не должно превышать заданной нормы.
Изменение параметров антенны и входных параметров первого каскада не должно вызывать превышающих норму изменений качественных показателей. Это накладывает требования на выбор способа связи с антенной и входом первого каскада и на ее величину.
Входная цепь должна пропускать спектр частот принимаемого радиосигнала с неравномерностью не больше заданной нормы.
В данном курсовом проекте для удовлетворения требований обеспечения высокой избирательности по зеркальному каналу (65 дБ), заданной в техническом задании, необходимо использовать двухконтурную входную цепь. Такое решение принято потому, что для обеспечения заданной избирательности по зеркальному каналу необходимо 4 контура, имеется 2 резонансных УРЧ, значит надо еще 2 контура.
Многоконтурные входные цепи используются для повышения избирательности радиочастотного тракта. Они способствует более эффективному ослаблению приёма по побочным каналам (в том числе и зеркальный). Увеличивается также и подавление сильной помехи, что уменьшает перекрестные искажения. Однако многоконтурные входные цепи имеют меньший коэффициент передачи.
В качестве схемы входной цепи применим двухконтурную схему с трансформаторной связью с антенной.
Трансформаторная связь применяется на частотах до 500МГц и позволяет хорошо развязать РПУ от антенны.
Рис. 2.2 Схема двухконтурной входной цепи с трансформаторной связью с антенной.
Расчёт:
Выбираем ёмкость контура - для частот > 300МГц. Примем и собственное затухание контура (табл.6, см. приложение).
Рассчитаем предварительную ёмкость контура:
где - ёмкость монтажа
- паразитная ёмкость катушки
Рассчитаем коэффициент шунтирования ВЦ со стороны первого каскада УРЧ:
Вычисляем коэффициент включения УРЧ во входную цепь:
где - входное сопротивление каскада УРЧ
Рассчитываем суммарную ёмкость контура:
,
где - суммарная ёмкость контура.
- ёмкость вносимая во входную цепь со стороны УРЧ
- входная ёмкость каскада УРЧ
Находим индуктивность контура:
где ; ; .
Вычисляем индуктивность связи:
где
- входное сопротивление антенны
Вычисляем коэффициент связи между антенной и ВЦ:
где - коэффициент связи между антенной и ВЦ
- взаимная индуктивность
Вычисляем емкость связи между контурами:
Вычисляем коэффициент передачи входной цепи:
Вычисляем коэффициент передачи входной цепи по мощности:
где - входное сопротивление антенны,
- входное сопротивление первого каскада УРЧ.
Вычисляем коэффициент шума входной цепи:
2.3 Выбор конкретных элементов в качестве рассчитанных сопротивлений и емкостей в УРЧ и ВЦ
Выбор тех или иных элементов зависит от нескольких причин:
Допустимые размеры
Рассеиваемая мощность (данный параметр влияет на энергозатраты РПУ)
Допустимые допуски
Размеры элементов в разработке пейджера играют важную роль из-за малых габаритов последнего, поэтому выбираем элементы с наименьшими размерами.
Т.к. диапазон рабочих температур РПУ - 200С+500С необходимо выбирать резисторы с малым температурным коэффициентом сопротивления.
Выбор резисторов:
Максимальную рассеиваемую мощность резисторов можно определить как:
где - ток коллектора транзистора КТ399А
- напряжение питания
Поэтому необходимо выбирать резисторы с номинальной мощностью, не менее 0,015Вт
Резисторы R1, R2, R3, R4, RЭ1, RЭ2 влияют на задание рабочей точки каскада (R1, R2, R3, R4 непосредственно задают рабочую точку, RЭ1, RЭ2 стабилизируют её) поэтому необходимо в их качестве применять резисторы с хорошими параметрами. Т.к. резисторы R1, R2, R3, R4, RЭ1, RЭ2 располагаются в каскадах УРЧ, необходимо применять малошумящие резисторы (проволочные). Все резисторы обладают тепловыми и токовыми шумами, причём токовые значительно больше тепловых. Проволочные резисторы обладают малыми токовыми шумами, которые характерны непроволочным. В свою очередь размеры проволочных резисторов обычно превышают размеры непроволочных, поэтому будем применять непроволочные резисторы.
Всем этим требованиям отвечают резисторы серии С2-23 обладающие:
Допуском
Диапазоном рабочих температур - 600С+700С
Номинальной мощностью 0,062Вт
Номиналы сопротивлений:
R1= R2=11кОм,
RЭ1= RЭ2=267Ом,
Цепочка СфRф действует как развязывающий фильтр, защищающий каскад от паразитной обратной связи через общий источник питания, а так же как фильтр, сглаживающий пульсации напряжения питания. Как видно резисторам Rф1, Rф2 необязательно иметь такие же высокие параметры как у R1, R2, RЭ1, кроме шумовых. Используем резистор серии С2-23 обладающий:
Допуском
Диапазоном рабочих температур - 600С+700С
Номинальной мощностью 0,062Вт
Номинал: Rф1= Rф2=267 Ом.
Т.к. напряжение питания 3В, то необходимо выбирать конденсаторы с номинальным напряжением не мене 3В.
Использование высококачественных разделительных конденсаторов Ср1, Ср2 и конденсаторов Сф1, Сф2, используемых в СфRф цепочках, не имеет смысла, поэтому будем использовать конденсаторы серии К22-5, обладающие:
Допуском
Диапазон рабочих температур - 600С+850С
Номинальным напряжением 25В
Номинальная ёмкость:
Сф1= Сф2=0,0009мкФ
Ср1= Ср2=0,00059мкФ.
Конденсаторы СЭ1, СЭ2 используемые для устранения обратной связи по току шунтируют резисторы RЭ1, RЭ2 поэтому в некоторой степени влияют на стабилизацию рабочей точки; конденсаторы С5, С6, С7, С8, отвечают за избирательность по зеркальному каналу; конденсатор С1 осуществляет связь между контурами, которая близка к критической, поэтому все эти конденсаторы должны обладать хорошими параметрами. Используем конденсаторы серии К22-5, обладающие:
Допуском
Диапазоном рабочих температур - 600С+850С
Номинальным напряжением 25В
Номинальная ёмкость:
Сэ1= Сэ2=0,0005мкФ.
С5 =10пФ,
С6 =82пФ,
С7 =10пФ,
С8 =56пФ,
С1=1пФ.
Т.к. конденсаторы С2, С3 задействованы во входной цепи, предназначенной для выделения полезного сигнала, поэтому их параметры должны быть высококачественными. Также конденсаторы С2, С3 должны быть подстроечными для точной настройки ВЦ на необходимую частоту. Для конденсаторов С2, С3 используем серию КТ4-25 обладающая:
Изменением установленной ёмкости, не более (15%+1пФ)
ТКЕ=0 (группа по температурной стабильности МП0)
Диапазон рабочих температур - 600С+850С
Номинальным напряжением 250В
Номинальная ёмкость: С3= С5= (15) пФ.
2.4 Конструктивный расчёт катушки индуктивности входной цепи
По конструктивному признаку катушки контуров делятся на однослойные и многослойные, экранированные и неэкранированные, с магнитным сердечником и без сердечника.
Основные параметры катушек контуров:
величина индуктивности L;
добротность Q;
собственная емкость С;
стабильность и механическая прочность;
размеры и вес.
Однослойные цилиндрические катушки рекомендуется изготавливать с небольшой индуктивностью (до 200 мГн). Применяются они в контурах радиоприёмных устройств в диапазоне средних, коротких и ультракоротких волн. Обмотки обычно выполняются круглым медным проводом или путем нанесения металлизации в виде спирали на металлический каркас. Обмоточный провод рационально применять эмалированный (как наиболее влагостойкий). В однослойных катушках с шагом желательно применение посеребренного медного провода без изоляции.
В качестве материалов каркасов катушек следует стремиться использовать керамику, так как она наиболее стабильна в отношении высокой влажности, температуры и обладает малыми потерями на высокой частоте, а также пресшпан, эбонит, гетинакс, радиофарфор, полистирол и другой подходящий материал.
Оптимальное (с точки зрения минимума потерь) отношение между длиной намотки b и диаметром каркаса катушки D лежит в пределах b/D=0.4…0.8.
С увеличением диаметра каркаса катушки ее добротность возрастает.
Таблица 2.1. Рекомендуемый диаметр катушек
|
Тип обмотки |
Диаметр каркаса D, мм |
Предельная индуктивность, мкГн |
|
|
Однослойная намотка с шагом |
6 |
1,8 |
|
|
7 |
2,5 |
||
|
10 |
4 |
||
|
12 |
7 |
Рекомендуется использовать шаг намотки где d - диаметр провода без изоляции.
Для повышения конструктивной добротности катушки каркас должен при достаточной его прочности содержать минимальное количество изоляционного материала.
Хорошие результаты достигаются применением материала с малыми потерями на высокой частоте (полистирола, радиофарфора).
Для метровых и дециметровых волн рекомендуется выполнять бескаркасные катушки из нескольких витков толстого провода диаметром конструктивную добротность. Для создания катушек с индуктивностью меньше 1мГн применяют однослойные намотки с шагом. Цилиндрические катушки с однослойной намоткой удобны в изготовлении, обладают малой собственной ёмкостью и могут быть сравнительно точно рассчитаны на заданную индуктивность. Намотки с шагом позволяют повысить её стабильность и снизить собственную ёмкость.
Рис. 2.3 Катушка индуктивности
Рис. 2.4 Зависимость промежуточного коэффициента от отношения длинны катушки к её диаметру
Рис. 2.5 Зависимость поправочного коэффициента А от отношения диаметра провода к шагу намотки
Рис. 2.6 Зависимость поправочного коэффициента В от отношения числа витков
1. Выбираем диаметр каркаса, тип и диаметр обмоточного провода, а также вычисляем число витков намотки N для заданной индуктивности L.
Выбираем по таблице 1 диаметр намотки катушки индуктивности:
Выбранный тип обмоточного провода ПЭВ-2 со следующими параметрами:
диаметр провода без изоляции: ;
диаметр провода в изоляции: ;
коэффициент неплотности: .
2. Число витков на 1 см длины намотки:
3. Найдем вспомогательный параметр
где L - заданная величина индуктивности.
4. Из рис.2.4 находим значение , соответствующее вычисленному в пункте 3 значению параметра :
(рекомендуемое )
- длинна намотки, - диаметр намотки
5. Число витков намотки:
6. Определяем шаг намотки:
Зададимся
- диаметр выбранного провода без изоляции,
- шаг намотки.
7. По отношению и по числу витков N определим поправочные коэффициенты А и В соответственно:
- поправочный коэффициент (из рис.2.5)
- поправочный коэффициент (из рис.2.6)
8. Найдем индуктивность катушки при намотке с шагом и числом витков :
9. Число витков намотки с шагом для заданной индуктивности
10. Длина намотки
11. Расчет собственная ёмкость катушки:
В результате была конструктивно рассчитана индуктивность связи входной трансформаторной цепи. Она оказалась достаточно сложно реализуемой. Это объясняется тем, что частота принимаемого сигнала 451 МГц очень высока и относится уже к сверхвысоким частотам. Но мы были ограничены по техническому заданию тем, что пэйджер является переносимым приёмником. Из-за этого пришлось выполнять входную цепь на элементах с сосредоточенными параметрами, а не на резонансных линиях с распределенными параметрами. Иначе бы длина четвертьволновой резонансной линии для данной частоты принимаемого сигнала получилась около 16 см, что не укладывается в размеры пэйджерного приёмника.
Часто катушки индуктивности экранируют для обеспечения защиты их от внешних электрических и магнитных полей, а также для ограничения поля катушки в определённом объёме. Но при экранировке:
1. уменьшается индуктивность.
2. снижается добротность контура.
3. увеличивается ёмкость катушек.
Поскольку на частоте большую роль играет добротность контуров, а также ёмкости катушек, применять экранировку не целесообразно. Для малых диаметров экранировки (а в пейджерах создать большие по размеру экраны нет возможности) затухание вносимое контуром в экран:
- удельное сопротивление материала экрана
- рабочая частота
Т.е. при создании контура, добротность которого в основном определяется катушкой, с конструктивным затуханием 0,006, происходит увеличение затухания на 0,004.
- конструктивная добротность катушки без экранировки
- конструктивная добротность катушки с экранировкой, т.е. добротность контура снижается на треть.
2.5 Применение микросхемы MC3362
До появления специализированных МС приемные устройства РТ строились на биполярных транзисторах по схемам, аналогичным схемам транзисторных приемников, предназначенных для приема радиовещательных УКВ станций. В обоих случаях в передатчиках осуществляется частотная модуляция радиосигнала - широкополосная для радиовещания и узкополосная - для связи. В связных радиопередающих устройствах применяются и другие виды модуляции, например, фазовая. В приемниках систем персонального радиовызова - как правило частотная.
Позже были разработаны специализированные МС для построения радиоприемного тракта узкополосных связных приемников ЧМ сигналов, где девиация частоты не превышает .
Для 100% -ной надежности вхождения в связь базового и носимого блоков во всех без исключения схемах радиоприемников РТ применяется кварцевая стабилизация частоты гетеродина или ее подстройка с помощью петли ФАПЧ.
Для улучшения избирательности приемника РТ по зеркальному каналу (это особенно существенно в перегруженном радиостанциями и помехами эфире больших городов), повышения устойчивости и чувствительности приемника, облегчения его настройки и регулировки применяется супергетеродинная схема с однократным или двойным преобразованием частоты сигнала. Последнее особенно желательно для миниатюризированной радиоаппаратуры, где малые размеры катушек снижают добротность входных колебательных контуров, а плотный монтаж деталей может создавать паразитные обратные связи, вызывающие самовозбуждение УПЧ и других каскадов.
Одним из первых разработчиков специализированных микросхем была американская фирма Motorola, являющаяся мировым лидером в области производства полупроводниковых приборов для телекоммуникационного оборудования. Моtоrola выпускает целый ряд микросхем радиоприемников, начиная от наиболее ранних МС3357, МС3359 (не рекомендуются для применения в новых разработках). Впоследствии были выпущены аналоги этих МС с улучшенными характеристиками - МС3361, МС3371/72. Еще более высокие параметры имеют микросхемы второго поколения МС3335, МС3362, МС3363. Эти микросхемы предназначены, в основном, для применения в узкополосных РПУ на частотах до 250.500 МГц.
Исходя из высоких требований, предъявляемых к разработке и современного уровня развития технологий ИСМ, в радиоприемном тракте будем применять интегральную микросхему МС3362 как наиболее подходящую в данной разработке по параметрам рассчитанным в пунктах 1.1 - 1.8.
Микросхема обеспечивает двойное преобразование частоты принимаемого сигнала и имеет в своем составе:
два гетеродина,
два смесителя,
ограничитель амплитуды,
квадратурный детектор,
компаратор.
Предполагается применение керамических или кварцевых фильтров на 10.7 МГц и 455 кГц.
Первый смеситель работает на частотах до 200 МГц при использовании внутреннего гетеродина. При использовании внешнего гетеродина предельная частота входного сигнала 460МГц. Электрические параметры микросхемы приведены в таблице 2.2.
Таблица 2.2. Электрические параметры ИМ МС3362
|
Характеристика. |
Мин. Значение |
Тип. Значение |
Макс. Значение |
Величина |
|
|
Потребляемый ток |
3 |
4.5 |
7 |
||
|
Активное входное сопротивление первого смесителя |
- |
690 |
- |
Ом |
|
|
Емкостное входное сопротивление первого смесителя |
- |
7,2 |
- |
||
|
Выходное сопротивление детектора |
- |
1,4 |
- |
||
|
Диапазон рабочих температур |
-40 |
- |
+85 |
0С |
|
|
Коэффициент усиления первого смесителя |
18 |
||||
|
Коэффициент усиления второго смесителя |
22 |
||||
|
Чувствительность при с/ш=12дБ |
0.7 |
||||
|
Максимальное входное напряжение |
10 |
||||
|
Напряжение питания |
2 |
- |
6 |
В |
Рис.2.7 Выводы и структурная схема микросхемы МС3362
Рис. 2.8 Схема подключения навесных элементов к микросхеме МС3362
Таблица 2.3. Назначение выводов ИС MC3362.
|
# pin |
Назначение |
# pin |
Назначение |
|
|
1 |
Вход первого смесителя |
24 |
Вход первого смесителя |
|
|
2 |
Выход второго гетеродина |
23 |
Вход управления варикапом |
|
|
3 |
Эмиттер второго гетеродина |
22 |
Вход первого гетеродина |
|
|
4 |
База второго гетеродина |
21 |
Вход первого гетеродина |
|
|
5 |
Выход второго смесителя |
20 |
Выход первого гетеродина |
|
|
6 |
Напряжение питания |
19 |
Выход первого смесителя |
|
|
7 |
Вход ограничителя амплитуды |
18 |
Вход второго смесителя |
|
|
8 |
Развязывающий конденсатор |
17 |
Вход второго смесителя |
|
|
9 |
Развязывающий конденсатор |
16 |
Общий |
|
|
10 |
Режим драйвера |
15 |
Выход гетеродина |
|
|
11 |
Выход драйвера |
14 |
Вход компаратора |
|
|
12 |
Вход детектора |
13 |
Выход компаратора |
На выходе микросхемы МС3362 получаем необходимые логические уровни "0”или”1”.
2.6 Выбор конкретных элементов в качестве сопротивлений и емкостей навесных элементов микросхемы МС3362
Выбор резисторов:
Максимальную рассеиваемую мощность резисторов можно определить как:
где - ток коллектора транзистора КТ399А
- напряжение питания
Поэтому необходимо выбирать резисторы с номинальной мощностью, не менее 0,01Вт
Резистор R5 шунтирует колебательный контур частотного детектора, задавая тем самым необходимую крутизну и линейность как АЧХ так и ФЧХ контура, поэтому оно должно обладать стабильными параметрами. Применим резистор серии С2-23 обладающий:
Допуском
Диапазоном рабочих температур - 600С+700С
Номинальной мощностью 0.062Вт
Номинал сопротивления: R5=39кОм
Резистор R6 является подтягивающим поэтому не требует высоких параметров. Применим резистор серии С2-23 обладающий:
Допуском
Диапазоном рабочих температур - 600С+700С
Номинальной мощностью 0.062Вт
Номинал: R6=10 кОм.
Конденсаторы С9, С20, С15, С16, С13, С12 являются разделительными, а конденсаторы
С18, С19 задействованы в цепочке стабилизации питания, поэтому к ним предъявляются невысокие требования. Применим для конденсаторов С9, С20, С15, С16, С13, С12, С19 серию КБГ-И обладающие:
Допуском
Изменение емкости, не более
Диапазон рабочих температур - 600С+700С
Номинальным напряжением 200В
Номинальная ёмкость:
С9 =С15= С16=0,01мкФ
С20=0,001мкФ
С12 =С13= С19=0,1мкФ
Для конденсатора С18 (полярный) применим серию К53-1 обладающая:
Допуском
Изменением емкости, не более +50%
Диапазон рабочих температур - 600С+850С
Номинальным напряжением 6,3В
Номинальная ёмкость: С18=1мкФ
Конденсаторы С11, С10 задействованы в цепочке обратной связи второго гетеродина, конденсатор С14 задействован в колебательном контуре частотного детектора, поэтому их параметры должны быть стабильными. Применим конденсаторы серии К22-5 обладающие:
Диапазоном рабочих температур: - 600С+850С
Допуском .
Номинальным напряжением 25В
Номинальная емкость:
С11 =51пФ,
С10 =120пФ,
С14 =180пФ.
2.7 Расчёт гетеродина
Для удовлетворения стабильности настройки 10-4 % необходимо использовать гетеродин с кварцевой стабилизацией частоты.
Следовательно, целью расчёта гетеродина является выбор схемы автогенератора с кварцевой стабилизацией частоты для удовлетворения требований по стабильности настройки приёмника, а так же расчёт параметров этого автогенератора.
Подобные документы
Разработка структурной схемы линейного тракта приемника. Выбор антенны, транзистора радиотракта, промежуточных частот. Расчёт допустимого коэффициента шума приёмника, усилителя радиочастоты, входной цепи, гетеродина. Применение и подключение микросхем.
курсовая работа [416,3 K], добавлен 27.11.2013Понятия систем пейджинговой связи. Характеристика ее протоколов. Обеспечение беспроводной передачи информации абоненту в пределах обслуживаемой зоны. Структура и архитектура сети персонального радиовызова. Обобщенная схема пейджера (стандарта FLEX).
презентация [644,5 K], добавлен 16.03.2014Структурная схема приемника прямого усиления. Применение, классификация, назначение, показатели устройств. Разработка структурной схемы. Исследование принципа работы приемника. Изготовление печатной платы устройства, порядок расположения деталей.
курсовая работа [3,9 M], добавлен 20.05.2013Проектирование устройств приема и обработки сигналов и разработка функциональной схемы для супергетеродинного приемника с амплитудной модуляцией. Обоснование структурной схемы приемника. Разработка полной электрической принципиальной схемы устройства.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 12.05.2015Разработка приемного устройства системы связи с подвижными объектами, выбор и обоснование структурной схемы. Расчет базового блока радиотелефона, функциональной и принципиальной схемы приемника и передатчика, частотно-модулированного автогенератора.
дипломная работа [1,6 M], добавлен 25.10.2011Методы цифровой обработки сигналов в радиотехнике. Информационные характеристики системы передачи дискретных сообщений. Выбор длительности и количества элементарных сигналов для формирования выходного сигнала. Разработка структурной схемы приемника.
курсовая работа [370,3 K], добавлен 10.08.2009Проектирование радиотелефонного приемника: выбор структурной супергетеродинной схемы с двойным преобразованием частоты, расчет полосы пропускания общего радиотракта и второго усилителя. Разработка электрической принципиальной схемы УКВ-радиоприемника.
курсовая работа [183,5 K], добавлен 27.05.2013Структурные схемы радиоприемных устройств. Частотные диапазоны, сигналы, помехи. Чувствительность приемника, коэффициент шума, шумовая температура. Избирательность радиоприемника. Расчет коэффициента шума РПУ. Транзисторные преобразователи частоты.
учебное пособие [7,1 M], добавлен 22.11.2010Проектирование приемника сотовой связи. Выбор и обоснование структурной схемы приемника. Расчет частотного, энергетического плана приемника и выбор селективных элементов. Определение требуемого Кш приемника. Конструктивная разработка узла входной цепи.
курсовая работа [2,9 M], добавлен 04.03.2011Структурная схема системы связи и приемника. Выигрыш в отношении сигнал/шум при применении оптимального приемника. Применение импульсно-кодовой модуляции для передачи аналоговых сигналов. Расчет пропускной способности разработанной системы связи.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 09.12.2014
