Расчет супергетеродинного приемника в диапазоне средних волн

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

Тематика курсового проектирования

1. Предварительный расчет радиочастотной части

1.1 Проверка необходимости введение УРЧ (усилителя радиочастоты)

1.2 Определение числа поддиапазонов и выбор схемы входной цепи

1.3 Выбор схемы детектора

1.4 Определение необходимого усиления до усилителя необходимой частоты

1.5 Определение числа каскадов УПЧ

1.6 Обеспечение заданной избирательности и выбор схемы ФСС (фильтр сосредоточенной селекций)

1.7 Распределение частотных и нелинейных искажений по каскадам устройство связи (приемника)

1.8 Расчет автоматической регулировки усиления

1.9 Предварительный расчет оконечного каскада на транзисторах

2. Расчет структурной схемы УЗЧ (усилителя звуковой частот)

2.1 Выбор типа и числа динамических головок

2.2 Предварительный расчет оконечного каскада УЗЧ (усилителя звуковой частоты)

2.3 Определение усиления предварительного усилителя и числа предварительных каскад

Литература



Введение

Изобретение радиосвязи великим русским ученым А.С. Поповым в 1895 г. одно из величайших открытий науки и техники.

В 1864 г. английский физик Максвелл теоретически доказал существование электромагнитных волн, предсказанное еще Фарадеем, а в 1888 г. немецкий ученый Герц экспериментально доказал существование этих волн. Опыт Герца состоял в том, что с помощью катушки Румкорфа в пространстве создавались слабые электромагнитные волны, воспринимаемые тут же расположенным «резонатором». Слабая искра в резонаторе свидетельствовала о приеме высокочастотных электромагнитных колебаний. Казалось, что принцип связи без проводов уже найден, стоит лишь увеличить мощность передающего устройства. Именно по этому пути и шли ученые, которые хотели использовать волны Герца для связи без проводов. Однако это не привело к существенным результатам.

Другим путем пошел А.С. Попов, обратив основное внимание на отыскание возможностей приема очень слабых сигналов, т.е. на повышение чувствительности приемника.

7 мая 1895 г. А.С. Попов на заседании Физического отделения Русского физико-химического общества в Петербурге демонстрировал прибор, принимающий электромагнитные колебания. Этот прибор был первым в мире радиоприемным устройством; к нему было добавлено регистрирующее устройство и создан грозоотметчик.

Радиоприемное устройство Попова отличалось от приемных устройств предшествующих исследователей (Герца, Лоджа) двумя особенностями: наличием антенны и использованием усиления принятого сигнала.

В дальнейшем Попов значительно повысил чувствительность своего приемника, введя в схему своего радиоприемника колебательный контур, настраиваемый в резонанс с частотой электромагнитных колебаний.

В 1904 г. английский ученый Флеминг изобрел двухэлектродную лампу (диод), а в 1906 г. Ли де Форест ввел в нее третий электрод управляющую сетку. Электронная лампа вызвала большие изменения в технике радиосвязи. Дальнейшее развитие техники радиоприема было связано с усовершенствованием электронных ламп. С 1918 г. стали применять так называемую регенеративную схему, которая позволила значительно повысить чувствительность и избирательность радиоприемников.

В 1918 г. Армстронг получил патент на схему супергетеродинного приемника. В начале 30-х годов были созданы многосеточные лампы, в связи, с чем супергетеродинные схемы становятся основными для большинства выпускаемых радиоприемников. В 60-е годы началось освоение инфракрасного и оптического диапазонов волн. Развитие радиолокационной техники привело к разработке новых методов усиления слабых электрических колебаний. Были созданы малошумящие усилители СВЧ с использованием ламп бегущей волны, молекулярные и параметрические усилители, усилители на туннельных диодах. Развитие полупроводниковой электроники привело к новому направлению в разработке методов и устройств приема и обработки информации микроэлектронике. Успехи в развитии современной микроэлектроники позволяют значительно улучшить основные параметры радиоприемников. Замена целых функциональных узлов и блоков радиоприемника интегральными микросхемами, замена конденсаторов переменной емкости или варикапными матрицами позволяют использовать новые методы конструирования радиоприемников, как-то: синтез частот, бесшумная настройка, автоматическая регулировка полосы пропускания при изменении уровня входных сигналов, программное управление приемником и т.д.

Современная технология производства радиоэлектронной аппаратуры, принципиально новые схемные решения, реализация которых стала возможной на ее основе, так как количество элементов и сложность схем при использовании интегральных микросхем перестали быть ограничивающими факторами, позволили резко повысить качественные показатели всех видов радиоприемных устройств.

Современные радиоприемные устройства обеспечивают надежную связь с космическими станциями, работают в системах спутниковой связи, в многотысячекилометровых радиорелейных линиях. Судовождение, авиация, немыслимы сегодня без совершенных радиолокационных станций.

Современная научно-техническая революция находит свое яркое выражение в бурном развитии радиотехники, в частности техники радиоприемных устройств.



Тематика курсового проектирования

Тематика курсового проектирования может быть самой разнообразной, но выбираться должна с таким расчетом, чтобы охватить большинство теоретических вопросов по предмету «Радиоприемные устройства». При выборе тем необходимо использовать современную элементную базу транзисторы, микросхемы и т.д., а также современные промышленные образцы радиоприемников.

Примерный перечень тем курсового проектирования может быть следующим:

Расчет транзисторного УНЧ с трансформаторным выходом.

Расчет транзисторного УНЧ с без трансформаторным выходом.

Расчет УНЧ с использованием микросхем.

Проверочный расчет промышленного радиоприемника.

Проверочный расчет промышленного УНЧ.

Расчет транзисторного радиоприемника.

Расчет радиоприемника с использованием микросхем.

Распределять темы в учебной группе следует с таким расчетом, чтобы не было повторяющихся вариантов. Общие число вариантов заданий должно быть равно числу учащихся в группе. В подгруппах можно распределить темы одного характера, но с различными данными. При расчете усилителей низкой частоты допускается использовать в качестве ориентиров образцы усилителей, электрофонов, магнитофонов, радиол, магнитол, телевизоров. Радиоприемники могут быть так для приема сигналов амплитудной модуляции, так и частотной модуляции. В расчетную часть проекта входит предварительный расчет всего устройства и детальный расчет одного каскада.

1. Предварительный расчет высокочастотной части радиоприемника

частотный усилитель приёмник звуковой

Исходными данными для предварительного расчета ВЧ - части радиоприёмника являются:

1) Диапазон принимаемых частот - -: 525 - 1605 кГц;

2) Чувствительность приёмника - : 1 мВ/м;

3) Избирательность по соседнему каналу - : 25 дБ;

4) Избирательность по зеркальному каналу - : 26 дБ;

5) Диапазон воспроизводимых звуковых частот - , : 250-3500Гц;

6) Частотные искажения сигнала - М: 15дБ;

7) Нелинейные искажения сигнала - : 8%;

8) Показатели автоматической регулировки усиления(АРУ) - изменение сигнала на входе В: 31дБ; изменение сигнала на выходе детектора Д: 7 дБ;

9) Номинальная выходная мощность УНЧ - : 0,35 Вт;

10) Напряжение питания - : 9 В;

11) Тип антенны: МА;

12) Элементная база: Т.

В результате предварительного расчёта выясняется необходимость применения каскада усилителя радиочастоты (УРЧ), выбирается число и тип избирательных систем, тип транзисторов или микросхем, количество каскадов усилителя промежуточной частоты (УПЧ), тип детектора, диода (диодов) для чего, рассчитывается число каскадов УПЧ, на которое продается напряжение АРУ, рассчитываются суммарные частотные и нелинейные искажения принимаемых сигналов, определяются типы схем отдельных каскадов.

По результатам предварительного расчёта составляется структурная схема ВЧ - части радиоприёмника и на её основе- примерная принципиальная схема.

Предварительный расчёт ВЧ - части приёмника ведётся в следующей последовательности.

1.1 Проверка необходимости введения каскада УРЧ

В зависимости от заданной избирательности по зеркальному каналу определяется минимальная необходимая добротность контура преселектора. Сначала задаёмся минимальным числом контуров, настроенных на частоту принимаемого сигнала пс=1( только входная цепь, УРЧ) затем засчитываем минимальную эквивалентную добротность контура, обеспечивающую избирательность по зеркальному каналу, по формуле:

(1.1)

где - эквивалентная добротность контура;

- число контуров; настроенных на частоту сигнала;

- заданная избирательность по зеркальному каналу в относительных единицах;

- максимальная частота принимаемых сигналов, кГц.

- частота зеркального канала, кГц.

Частоту зеркального канала приёма находим по формуле:

(1.2)

где, fпр - промежуточная частота (465 кГц).

Из таблицы 1.1 выбираем приблизительное значение конструктивной добротности, чтобы выполнялось условие по формуле:

(1.3)

где, Qкон - конструктивная добротность.

Таблица 1.1

Значение конструктивной добротности контура

Диапазон волн		Конструктивная добротность Qкон контура с ферритовым сердечником
СВ	30 - 80	100 - 160

Далее вычисляем полосу пропускания приёмника по формуле:

(1.4)

где, - полоса пропускания радиоприёмника, кГц;

Fв - верхняя воспроизводимая частота, кГц;

- неточность сопряжения контуров, кГц;

- неточность частоты гетеродина, кГц.

Неточность сопряжения можно принять равной для диапазона СВ 3-5 кГц.

Нестабильность частоты гетеродина можно рассчитать по формуле:

(1.5)

где, - максимальная частота рабочего диапазона, кГц.

Находим эквивалентную добротность контура, обеспечивающую заданную полосу пропускания:

(1.6)

где, - минимальная частота диапазона, кГц;

- частотное искажение сигнала при селектора на краях полосы пропускания, раз;

П - расчетное значение полосы по формуле(1.4)

Частотное искажение сигнала М можно принять равным: для диапазона СВ-2 дБ (1,26 раза).

Должно выполняться условие:

(1.7)

где, - значение эквивалентной добротности, выбираемое из условия (1.3).

30›32

Условие (1.7) не выполняется, необходимо применить один каскад УРЧ и пересчитать Qэкп по формуле (1.6) с учётом искажения сигнала, которое надо взять равными М/2.

В результате расчётов выяснилось, что требуется УРЧ, значит необходимо выбрать схему включения и тип транзистора. Чаще используется схема включения ОЗ, которая обеспечивает соизмеримые значения входного и выходного сопротивлений, что облегчает согласования каскадов между собой, например, каскад УРЧ с каскадом преобразователя частоты.

Транзистор выбирается высокочастотный малой мощности, удовлетворяющий условиям:

(1.8)

где, - максимальная частота рабочего диапазона, МГц;

- предельная частота для схемы ОЭ (берётся из справочника);

- предельно допустимое напряжение между коллектором и эмиттером (из справочника);

- заданное напряжение питания приёмника.

1.2 Определения числа поддиапазонов и выбор схемы входной цепи

Для определения максимальной и минимальной частоты диапазона необходимо пользоваться требованиями ГОСТ-5651-82.

Таблица 1.2

Параметры конденсаторов переменной емкости

Тип блока	Число секций	Емкость секции пФ
С воздушным диэлектриком
КПЕ	2	12	495

Выбираем конденсатор переменной емкости из таблицы 1.2, при этом должно выполняться условие:

(1.9)



где, - коэффициент диапазонности конденсатора переменной ёмкости;

- коэффициент перекрытия по частоте рабочего диапазона.

Коэффициент перекрытия рабочего диапазона находится по формуле:

(1.10)

Коэффициент диапазонности конденсатора переменной ёмкости находится из выражения:

Кд = ; (1.11)

где, - максимальная и минимальная ёмкости выбранного из таблицы 1.2 конденсатора, пФ;

- суммарная ёмкость схемы, включающая собственную ёмкость катушки индуктивности, ёмкость подстрочного конденсатора и ёмкость монтажа, пФ;

Значениями можно задаться: для диапазона СВ = 25-30 пФ.

Подстрочный конденсатор чаще всего используется с ёмкостью 5-30 пФ.

;

Условие (1.9) выполняется, значит, приёмник должен иметь один поддиапазон. Для этого определяем границы поддиапазонов по формуле:



(1.12)

По подсчетам вышло, что частота принимаемых сигналов от 431 до 1637 кГц.

Схема входной цепи характеризуется видом связи контура входной цепи с первым каскадом приёмника, а при использовании наружной антенны ещё и видом связи контура с антенной. Связь контура с первым каскадом приёмника может быть индуктивной, внутриёмкостной или комбинированной, а связь наружной антенны - внешнеёмкостной, индуктивной, автотрансформаторной или комбинированной.

1.3 Выбор схемы детектора и типа диода

Для детектирования АМ-сигналов можно использовать как последовательную, так и параллельную схему диодного детектора. Последовательная схема получила наибольшее распространение из-за более высокого выходного сопротивления. В качестве нелинейною элемента в детекторах используются диоды типа Д9, КД521 и т.д. Режим работы диода может быть линейным или квадратичным. Линейный режим обеспечивается подачей напряжения сигнала промежуточной частоты не менее 0,3 В, квадратичный режим - при подаче сигнала величиной 0,1-0,2 В. Линейный режим используется а приёмниках невысокого класса.

Таблица 1.3

Показатели работы диодных детекторов

Вид детектора, режим работы	Амплитуда входного сигнала, В	Коэффициент передачи напряжения, раз
Диодный линейный	0,3 - 0,4	0,4 - 0,6

Находим напряжение на выходе детектора по формуле:

(1.13)

где, - выходное напряжение детектора, В;

- значение коэффициента передачи детектора из таблицы 1.3;

-- коэффициент модуляции, 0,3;

- входное напряжение детектора из таблицы 1.3, В.

Входное напряжение детектора служит входным напряжением для УЗЧ, на это напряжение должен быть рассчитан усилитель.

1.4 Определение необходимого коэффициента усиления от входа приемника до детектора

Необходимый коэффициент усиления при работе от магнитной антенны находится по формуле:

(1.14)

где, - коэффициент усиления;

- входное напряжение первого каскада приёмника, (из задания) мкВ.

Напряжение рассчитываем по формуле:

(1.15)

где, - напряжённость электрического поля в точке приёма, мкВ/м;

- действующая высота магнитной антенны, равна 0,02-0,04 м

- эквивалентная добротность контура, найденная по формуле (1.6) или (1.7);

- коэффициент включения контура.

Коэффициент включения контура рассчитывается по формуле:

(1.16)

где, - конструктивная добротность контура входной цепи, выбранная из таблицы 1.1 и подтверждённая расчётами по формулам (1.6) и (1.7);

- эквивалентная добротность контура входной цепи, найденная по формулам (1.6) или (1.7);

- входное сопротивление первого каскада приёмника, кОм;

- минимальная ёмкость контура, нФ;

- максимальная рабочая частота, мГц.

Минимальную ёмкость контура находим по формуле:

(1.17)

Входное сопротивление первого каскада приёмника можно найти следующим образом:

(1.18)



где, - входная проводимость транзистора в схеме ОЭ.

Найденные значения коэффициентов усиления до детектора по формуле (1.14) необходимо взять с запасом:

(1.19)

где, - коэффициент усиления, принимаемый при дальнейших расчётах.

1.5 Определения числа каскадов УПЧ

Для определения числа каскадов УПЧ необходимо знать коэффициент передачи входной цепи УРЧ (если он есть), преобразователя частоты, одного каскада УПЧ. Общий коэффициент усиления определяется по формуле:

(1.20)

где, - коэффициент передачи входной цепи;

- коэффициент усиления УРЧ;

- коэффициент усиления преобразователя частоты ;

- коэффициент усиления одного каскада УПЧ;

- число каскадов УПЧ.

Коэффициентом передачи входной цепи можно задаться: для диапазона СВ Квхц=1-2.

Коэффициент усиления УРЧ с учётом частичного включения контура можно принять равным = 510. Коэффициент усиления преобразователя частоты, нагруженного на фильтр сосредоточенной селекции (ФСС), находим по формуле:

(1.21)

где, - коэффициент включения контура ФСС в цепь коллектора транзистора, примерно 0,6-0,8;

- коэффициент включения контура ФСС в цепь базы первого каскада УПЧ, примерно 0,1-0,2;

- коэффициент передачи фильтра, примерно 0,2-0,25;

- крутизна транзистора в режиме преобразователя частоты, примерно 0,5 от У21, мСм/МА/В;

R - резонансное сопротивление контура ФСС, примерно 10-15 кОм.

Находим значение устойчивого коэффициента усиления УПЧ примем

(1.22)

где, У21пч - крутизна характеристики транзистора, мСм/МА/В;

fпр - промежуточная частота приёмника, МГц;

Ск - проходная ёмкость транзистора (из справочника), пФ.

Находим необходимое количество каскадов УПЧ:

(1.23)

Схему преобразования частоты выбираем либо с совмещенным, либо с отдельным гетеродином. Если приёмник рассчитан на приём станций в диапазонах ДВ и СВ, то используем схему с отдельным совмещённым гетеродином.

1.6 Обеспечение заданной частотой избирательности и выбор схемы ФСС

Схему УПЧ строим следующим образом: если nупч = 1, то каскад обязательно выбираем резонансным, если nупч > 1,то можно либо все каскады брать резонансными, либо первый - апериодическим (резисторным), а остальные - резонансными. Резонансные каскады УПЧ выбираем широкополосными при эквивалентной добротности 20-25, что обеспечивает незначительную избирательность порядка 3 дБ. При частичном включении контура добротность может составлять 40-50 и избирательность порядка 6 дБ на каскад.

Частотная избирательность обеспечивается в приёмнике за счёт колебательных контуров, избирательность по зеркальному каналу и промежуточной частоте -- входной цепью и УРЧ. Основная часть избирательности по соседнему каналу обеспечивается в УПЧ, а незначительная часть - во входной цепи и УРЧ. Схемы УПЧ строятся принципу сосредоточенной избирательности. При этом значительную долю составляет избирательность за счет фильтров сосредоточенной селекции или пьезокерамических, пьезоэлектрических фильтров которые ставятся на выходе преобразователя частоты. Каскады УПЧ выбирают широкополосными малой избирательностью, поскольку их основное назначение усиление сигнала. Эти каскады выполняются по апериодической (с нагрузкой в виде резистора), либо по резонансной схеме.

Суммарную избирательность приёмника находим как сумму избирательностей отдельных каскадов с резонансными контурами:

(1.24)

где, - суммарная избирательность приёмника, дБ;

- избирательность входной цепи, дБ;

- избирательность УРЧ, дБ;

- избирательность УПЧ, дБ;

- избирательность преобразователя частоты, дБ.

Избирательность преселектора (входной цепи и УРЧ) определяется по формуле:

(1.25)

= 9 кГц - стандартная частотная расстройка;

- максимальная рабочего диапазона, кГц;

- эквивалентная добротность, найденная по формуле (1.6) или (1.7)

Если УРЧ в радиоприёмнике, то его избирательность принимаем равной избирательности входной цепи.

Избирательность УПЧ в зависимости от числа резонансных каскадов находим:



где, -- избирательность одного каскада УПЧ (3-6 дБ), n - число резонансных каскадов УПЧ.

С учётом обеспечения заданной избирательности по соседнему каналу находим избирательность фильтра преобразователя частоты, ФСС,

(1.26)

где, - заданная избирательность по соседнему каналу, дБ;

-- избирательность преселектора (по формуле 1.25);

-- основная избирательность широкополосного резонансного УПЧ.

В случае применения фильтра сосредоточенной селекции ФСС необходимо рассчитать параметры фильтра по графикам рис.1, рис.2 определить избирательность одного звена фильтра Se1 Находим значение коэффициента по формулам:

(1.27)

где, - коэффициент;

- стандартная частотная расстройка (9 кГц);

- рабочая частота пропускания, кГц, определяется по формуле:

(1.28)

Коэффициент рассчитываем по формуле:

= (1.29)

где, - коэффициент;

- промежуточная частота, кГц;

- конструктивная добротность контура фильтра (200-250);

- рабочая полоса пропускания, кГц.

По графикам Рис. 1, Рис. 2 при найденных значениях находим избирательность одного звена фильтра Se1.

- коэффициент передачи ФСС по напряжению.

Определяем число звеньев ФСС:

(1.30)

где, - избирательность (найденная по формуле 1.26)

Полученное значение необходимо округлить до большего целого значения. Если получится , то необходимо задаться большой избирательности широкополосных каскадов УПЧ или заменить апериодическим 4 каскад УПЧ резонансным. Берем пьезофильтр пф1п-022.

Таблица (1.4)

ТИП	Полоса пропускания на уровне-6 дБ, кГц	Избирательность не менее, дБ	Затухание не более, дБ	Согласующие резисторы, кОм
				Со входа	С выхода
пф1п-022	10,5-14,5	26	9,5	2	2

1.7 Распределение частотных и нелинейных искажение по каскадам приемника

Частотные искажения в ВЧ каскадах приёмника возникают из-за недостаточной полосы пропускания, в результате чего на краях полосы пропускания спектральные, составляющие, модулированного сигнала усиливаются меньше, чем центральные спектральные составляющие.

Значениями частотных искажений отдельных каскадов приемника можно задаться из таблицы 1.5

Таблица 1.5

Частотные искажения каскадов приемника

Диапазон волн	Частотные искажения, дБ
	Преселектор	Фильтр УПЧ,	Каскад УПЧ,
	Входная цепь,	УРЧ,
СВ	2	1	3-4	2-3

Суммарные частотные искажения всех каскадов приёмника равны:

(1.31)

где, - частотные искажения всего приёмника, дБ;

- частотные искажения входной цепи, дБ;

- частотные искажения УРЧ, дБ;

- частотные искажения фильтра преобразователя частоты, дБ;

- частотные искажения всего УПЧ, дБ;

- частотные искажения УЗЧ, дБ.

После вычисления частотных искажений проверяем условие:

(1.32)

где, - частотные искажения из задания.

Так как условие выполнилось, выясняется что введение ООС не требуется.

Нелинейные искажения в каскадах приёмника возникают из-за нелинейности характеристик транзисторов, диодов, микросхем. Суммарные нелинейные искажения (коэффициент гармоник) равны:

(1.33)

где, -коэффициент гармоник всего приемника %

- коэффициент гармоник УРЧ %

- коэффициент гармоник преобразователя частоты %

-коэффициент гармоник УПЧ %

-коэффициент гармоник детектора %

-коэффициент гармоник УЗЧ %

Значение коэффициента гармоник относительных каскадов приемника можно взять из таблицы 1.6.

Таблица 1.6

Коэффициент гармоник каскадов приемника

Тип каскадов			Детектор	УЗЧ (безООС)
	0,5-1	1-2	1-3	0,5-1	6-8

Проверяем условие:

(1.34)

Так как условие не выполнилось, то уменьшаем коэффициент гармоник УЗЧ путем введение ООС, при глубине .

(1.35)

где, - коэффициент гармоник УЗЧ с ООС, дБ.

1.8 Расчет автоматической регулировки усиления

Наибольшее распространение в радиовещательных приемниках получила режимная схема автоматической регулировки усиления (АРУ), принцип действия которой заключается в изменении режима работы транзистора по постоянному току, в результате чего изменяется коэффициент усиления УПЧ. Назначения автоматической регулировки усиления-предотвращения перезагрузки детектора и УЗЧ с целью ограничения нелинейных искажений при приеме мощных сигналов. Напряжение АРУ может подаваться на базу транзистора или на эмиттер. Схема с подачей напряжения АРУ на базу более экономична, так как требует меньшей мощности регулирования от детектора.

Напряжение АРУ может создаваться либо сигнальным детектором, либо сигнальным детектором АРУ на диоде.

Полярность включения диода в детекторе определятся полярностью напряжению регулирования, подаваемого на базу первого каскада УПЧ. Если транзистор р-п-р, то на выходе первого каскада должно быть положительное напряжение регулирования, для транзистора п-р-п типа наоборот, отрицательное (диод включен в противоположной полярности)

(1.36)

где, В,Д- параметры АРУ из задания, дБ:

- необходимое изменение напряжения АРУ, дБ.

Находим число каскадов УПЧ, на которое надо подать напряжение АРУ:

(1.37)

где, - число каскадов УПЧ охваченных АРУ;

- изменение коэффициент усиления транзистора (примем ).

Полученный результат округлим до большого целого значения.

На основании предварительного расчета РЧ - части приемника составим структурную электрическую схему, как это показано на рис. 2.



Рис 2. Структурная электрическая схема ВЧ- части радиоприемника

На основе расчета схема имеет вид:

1.9 Предварительный расчет оконечного каскада на транзисторах

Задача расчета - определить ориентировочные числовые характеристики. При выполнений оконечного каскада на микросхема предварительный расчет не производится, а лишь выбирается подходящая микросхема на следующий условий: обеспечение заданной выходной мощности; обеспечение заданных частотных и нелинейных искажение сигнала заданной полосы рабочих частот, учет потребляемой микросхемой меньше, чем напряжения питание и величина его. Если питания микросхемы меньше, чем напряжения питания усилителя на транзисторах то излишек напряжения можно погасить с помощью фильтра RС. Для транзисторного каскада находим амплитуду коллекторного тока исходя из заданной выходной мощности усилителя:

(1.38)

где, - заданная выходная мощность, Вт;

- КПД выходного трансформатора;

- коэффициент использования напряжения питания;

- напряжение на коллекторе, В.

Величина коллекторного тока должна быть такой, чтобы выполнилось условие:

(1.39)

- максимальный ток коллектора выбранного транзистора (из справочника).

Так как условие выполнилось то не следует брать более мощный транзистор.

Находим амплитуду базового тока транзистора:

(1.40)

где, - минимальное значение коэффициента усиления транзистора по току для схемы ОЭ (из справочника).

Вычисляем постоянную составляющую коллекторного тока:

(1.41)

где, .

Полученное значение требуется при подсчете общего тока потребляемого приемником от источника питания.



2. Расчет структурной схемы УЗЧ

2.1 Выбор типа и числа динамических головок

Для улучшения надежности и повышения качества работы динамическая головка выбирается из условия:

(2.1)

где, - шумовая мощность головки (приводится в обозначений динамической головки), Вт;

- номинальная выходная мощность УЗЧ, Вт;

- нижняя и верхняя воспроизводимая частота динамической головки;

нижняя и верхняя воспроизводимая частота приемника из задания.

63< 250 5000> 3500

Таблица 2.1

Основные параметры динамической головки

Ост 4.383.001-85	ГОСТ 9010-78	Габаритные размеры, мм	Диапазон частот, Гц	Ом
20ГДн-1-8	10ГД-30Е	200*200	63-5000	4

При выборе динамической головки необходимо учитывать следующее. Нижняя воспроизводимая частота в данных головок соответствует резонансной частоте. В реальных корпусах приемника, ограниченных размеров, происходит увеличение резонансной частоты динамической головки в два - четыре раза, соответственно повышается и нижняя воспроизводимая частота.

2.2 Предварительный расчет оконечного каскада УЗЧ

В рассчитываемых приемниках должны применяться безтрансформаторные схемы УЗЧ, с разделительным конденсатором в режиме АВ или В.

Определяем расчетную мощность, учитывающую потери на эмиттерных резисторах.

(2.2)

где, - расчетная мощность, принимаемая при дальнейших расчетах, Вт;

- заданная номинальная выходная мощность УЗЧ, Вт.

Максимальная мощность при заданном напряжении питания вычисляется по формуле:

(2.3)

где, - сопротивление динамической головки, из таблицы 2.1

- напряжение источника питания, необходимое для получения заданной мощности, В;

- напряжение насыщения выходных транзисторов, В (для кремниевых транзисторов 0,6-5).

Если получилось меньше, чем по формуле (2.3), то необходимо или применить выходные транзисторы с меньшим напряжением насыщения, или использовать специальные схемы УЗЧ, например мостовую схему.

Для мостовой схемы формула (2.3) имеет другой вид:

(2.4)

Г

де, - максимальная мощность в мостовой схеме, Вт;

Находим амплитуду тока выходных транзисторов:

(2.5)

где, - амплитуда тока коллектора, А.

Вычисляем средний ток,потребляемый от источника питания:

(2.6)

где, - ток потребляемый от источника УЗЧ, А.

Вычисляем максимальную мощность, рассеиваемую на коллекторе выходного транзистора одного плеча:

(2.7)



где, - максимальная мощность, рассеиваемая на коллекторе выходного транзистора, Вт.

Выбираем выходные транзисторы по условиям;

(2.8)

- максимальное напряжение коллектор - эмиттер транзистора, В;

- максимально допустимый ток коллектора, А;

- максимальная рассеиваемая мощность, при данной температуре среды, Вт;

максимальная температура перехода транзистора, С;

- максимальная температура корпуса, С;

- тепловое сопротивление переход-среда. С/Вт;

- максимальная частота транзистора в схеме ОЭ, кГц.

Вычисляем ток коллектора предвыходных транзисторов:

(2.9)

где, - ток коллектора предвыходных транзисторов, А.

Выбираем тип предвыходных транзисторов по условию:



, , (2.10)

, 0,2,

2.3 Определение усиления предварительного усилителя и числа предварительных каскадов

Задаемся сопротивлением нагрузки детектора 5 - 10 кОм.

Вычисляем входную мощность транзистора УЗЧ:

(2.11)

где, - входное напряжение детектора по формуле (1.13);

- сопротивление нагрузки детектора, Ом.

, Вт

Находим коэффициент усиления предварительного усилителя по мощности:

(2.12)

где, - коэффициент усиления УЗЧ по мощности.

Если в усилителе есть отрицательная обратная связь с глубиной , то необходимо взять значение коэффициента усиления с учетом действия ООС:

(2.13)



где, - коэффициент усиления с учетом действия ООС.

Определяется число каскадов усилителя:

(2.14)

где, - коэффициент усиления транзистора в схеме ОЭ, выбранного транзистора усилителя;

- число каскадов усилителя.

При выполнении УЗЧ на микросхемах необходимо подобрать подходящую микросхему из следующих условий: обеспечение заданной выходной мощности, при заданном напряжении питания, обеспечение заданных частотных и нелинейных искажений сигнала заданной полосы рабочих частот. На основании расчетов составляется структурная схема УЗЧ.

Рис.3 Схема электрическая структурная НЧ - части приемника



Литература

1. Буланов Ю.А.. Усов С.Н. Усилители и радиоприёмные устройства, - М.: Высшая школа, 1980.

2. Баркан В.Ф., Жданов В.К. Радиоприёмные устройства. - М.: Советское радио, 978.

3. Бобров Н.В. Расчёт радиоприёмников. -М.: Радио и связь. 1981.

4. Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам. Под редакцией Н. Н. Горюнова. - М: Энергия. 1979.

5. Батушев В.А., Вениаминов В.Н. и др. Микросхемы и их применение. Справочник. М.: Энергия. 1978.

6. Транзисторы для аппаратуры широкого применения. Справочник. Под редакцией Л. Перельмана. -М.: Радио и связь, 1981.

7. Интегральные микросхемы. Справочник. Под редакцией Тараёрина. - М.: Радио и вязь. 1983.

8. Белов И.Ф. и др. Справочник по бытовой приёмоусилительной аппаратуре. - М.: радио и связь, 1981.

9. Разработка и оформление конструкторской документации РЭА. Справочное пособие. - М.: Радио и связь, 1984.

10.Методические указания. Расчёт транзисторного УНЧ. издание УМК Минбыта 'СФСР, 1979.

Размещено на Allbest.ru