Размещено на http://www.allbest.ru/

39

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовое проектирование

на тему

Проектирование радиовещательного приемника

Введение

Теория и техника радиоприемника быстро совершенствуется. Это требует от специалистов постоянного изучения современной техники. Развитие радиоприемной аппаратуры характеризуется в основном тремя основными взаимосвязанными направлениями.

Первое состоит из освоения все более высоких частотны диапазонов. Совершенствуются как приемники, сантиметровых волн, что связано с исследованиями в космосе и развитием спутниковых систем связи, так и приемников миллиметровых волн для радиорелейной связи и радиолокации.

Второе направления связано с развитием элементной базы приемников. В современных приемниках применяются функционально-узловой метод конструирования и использованием интегральных микросхем.

Третье направление связано с широким применением цифровых устройств обработки сигналов.

1. Техническое задание на курсовой проект

приемник электрический радиочастота

Вид приемника: радиовещательный;

Вид приемного сигнала: амплитудно - модулированный;

Диапазон частот f_minf_max, [кГц]: 5350?21000;

Чувствительность E, [мкВ]: 37;

Избирательность по зеркальному каналу _зк, [дБ]: 43; (141,25 раз);

Избирательность по соседнему каналу _ск,, [дБ]: 58; (794,33 раз);

Диапазон воспроизводимых частот F_нF_в, [Гц]: 450?7000;

Напряжения источника питания, [В]: 3;

Максимальная рабочая температура, [^oC]: 50;

Допустимая неравномерность, [дБ]: 15; (5,62 раз);

Расстройка соседнего канала, [кГц]: ±18.

2. Составление и расчет структурной схемы приемника

2.1 Выбор промежуточной частоты

Так как для реализации своих исходных данных я выбираю схему супергетеродинного приемника, то большое значение для обеспечения постоянства его качественных показателей на заданном уровне, приобретает правильный выбор промежуточной частоты f_пр.

Величина промежуточной частоты выбирается из следующих соображений:

1. Промежуточная частота (ПЧ) не должна находится в диапазоне частот приемника или близко от границ этого диапазона.

2. ПЧ не должна совпадать с частотой какого-либо мощного передатчика.

3. Для получения хорошей фильтрации ПЧ на выходе детектора должна быть выполнена следующее условие:

Промежуточная частота должна иметь стандартное значение, установленное ГОСТом, поскольку на таких частотах мощные радиостанции не работают.

Выбранная промежуточная частота должна иметь такое значение, при котором наиболее эффективно можно будет обеспечить хорошую избирательность как по соседнему, так и по зеркальному каналу.

Выбираем в соответствии с ГОСТ 5651-82.

2.2 Расчет полосы пропускания приемника

В приемниках АМ сигналов полоса частот П_с, занимаемая сектором сигнала, равна удвоенной высшей частоте модуляции F_в:



Полоса пропускания тракта промежуточной частоты:

,

где - отклонение частоты гетеродина.

,

где

Тогда П=14+2*2,146=18,29 кГц.

Полоса пропускания радиочастотного тракта

,

где - погрешность сопряжения частот настроек контуров цепей сигнала и гетеродина.

Примерное значение погрешности для КВ диапазона (10?20) кГц

2.3 Выбор селективных систем и расчет требуемой добротности контуров радиочастотного тракта

Задаемся ориентировочным числом одиночных контуров входной цепи и каскадов УРЧ, которые обеспечивают. Главным образом, избирательность по зеркальному каналу N_c=2. Определяем максимально допустимую добротность контуров Q_п, обеспечивающую заданное ослабление на краях полосы пропускания:



где f_min-минимальная частота диапазона;

П_рч-ширина полосы пропускания радиочастотного тракта;

Q_п-ослабление на краях полосы пропускания, принятая для радиочастотного тракта (0?2) дБ.

Необходимая добротность контуров Q_и, обеспечивающая заданную избирательность по ЗК

,

где ;

Возможная эквивалентная конструктивная добротность с учетом шунтирующего действие входного сопротивления применяемого электронного прибора

,

где ш - коэффициент шунтирования контура электронным прибором;

Q_к - конструктивная добротность контура.

Ориентировочное значение величин Q_к=(60?150), ш=(0,5?0,8).

Так как

,

то эквивалентную добротность контуров Q_э необходимо принять равной или немного большей Q_и.

Тогда примем Q_э=150, количество одиночных контуров примем равной 2 и Q_к=160.

Проверим правильность выводов.

Расчётная избирательность по ЗК

Отсюда следует,, расчетное больше заданного , исходные данные выполнены.

Расчетное значение ослабление на краях полосы пропускания

Следовательно, технические условия полностью выполнены.

2.4 Выбор и расчет селективных систем тракта промежуточной частоты

В радиовещательных приемниках в настоящее время для формирования требуемой полосы пропускания и хорошей избирательности по соседнему каналу, находят применение фильтры сосредоточенной селекции.

2.4.1 Выбор и расчет ФСС

Задаемся числом фильтров сосредоточенной селекции. Принимаем N_пр=1. Определяем ослабление на краях полосы пропускания и избирательность по СК , который должен обеспечить один ФСС

Зададимся величиной относительной расстройки на границе полосы пропускания от (0,8…0,9).

Определяем ширину расчетной полосы пропускания ФСС

Определяем необходимую добротность контуров ФСС

Так как , то при заданных исходных условиях можно применить ФСС.

Определяем величину относительной расстройки:

на краях полосы пропускания УПЧ

,

для соседнего канала

.

Величина обобщенного затухания

.

Примем .

По семействам обобщенных резонансных кривых одного звена ФСС при значении и по определенным и определяются ослабление на краях полосы пропускания и избирательность по СК , обеспечиваемые одним звеном ФСС.

Определяем число звеньев одного ФСС, необходимое для обеспечения избирательности по соседнему каналу на один фильтр

Определяем число звеньев одного ФСС, обеспечивающие заданное ослабление на краях полосы пропускания на один фильтр



Так как, то расчет произведен правильно и можно принять число звеньев одного ФСС и число ФС .

Определяем ослабление на краях полосы пропускания УПЧ

и избирательность по соседнему каналу

Технические условия выполнены.

2.4.2 Резонансные УПЧ с одиночными контурами

В тракте промежуточной частоты используем несколько каскадов резонансных одноконтурных УПЧ с одиночными контурами в нагрузке, то они вносят дополнительную неравномерность АЧХ в пределах полосы пропускания. Эта неравномерность будет малой и ею можно пренебречь, если полосу пропускания одноконтурного каскада П1 выбрать достаточно широкой так, чтобы она в 4-6 или более раз превышала заданную полосу пропускания ТПЧ. В этом случае эквивалентная добротность одиночного контура будет равна

.

2.5 Выбор усилительных приборов и расчет их параметров

Правильность выбора электронного прибора определяется по номограмме на которой по вертикальной оси откладывается постоянная времени входа транзистора, а на горизонтальной оси максимальная рабочая частота приемника. Через эти точки проводятся горизонтальные и вертикальные линии. Точка их пересечения при правильном выборе транзистора должна лежать в нижней области номограммы.

Выбираем транзистор КТ315.

Постоянная времени транзистора определяется по формуле

где - граничная частота по крутизне.

Построив эти точки убеждаемся, что точка пересечения лежит в нижней области номограммы, отсюда следует, что транзистор выбран правильно.

Выпишем справочные данные транзистора и занесем их в таблицу 1.

Таблица 1

U (B)	I мА	h, Ом	h, B	h, См	C, пФ	fт, МГц	RC,пс	f, МГц	,мА
10	5	40	50/350	0,3*10-6	7	100	300	250	100

2.5.1 Расчет низкочастотных параметров

Крутизна характеристики

S=мА/В

Входная проводимость

g =См

Проводимость обратной связи

g =h=0,3*10^-6 См

Сопротивление базы

r= Ом

Входная проводимость

g=h(1+rS*10)=0,3*10(1+42,9*25*10)=0,62*10 См

Постоянная времени

мкс

Результаты расчета заносим в таблицу 2.

Таблица 2

SмА/В	g,См	G,См	r,Ом	g,См	,мкс
25	10	0,3*10	42,9	0,62*10	0,0006

2.5.2 Расчет высокочастотных параметров

Значения вспомогательных элементов

H=Sr10=25*42,9*10=1,07

Ф= См

Б=- пФ

Входное сопротивление

g=g+ Cм

Ом

Выходное сопротивление

g См

Ом

Входная емкость

пФ

Выходная емкость

С пФ

Крутизна характеристики

S=S мА/В

Результаты сводим в таблицу 3.

Таблица 3

S,мА/В	g,См	g,См	R,Ом	R,Ом	С,пФ	С,пФ
25	0,249*10-3	1,89*10-2	4016	52,9	13,93	14,49

2.6 Выбор средств обеспечения усиления линейного тракта приемника

В линейном тракте приемника АМ сигналов требуется обеспечить необходимое усиление полезного сигнала. Требуемый коэффициент усиления может быть определен расчетным путем.

В случае приемника АМ сигналов при условии применения отдельного диодного амплитудного детектора амплитуда сигнала, подводимого ко входу детектора, должна иметь величину порядка 0,5 В.

Требуемое усиление рассчитывается по формуле

Требуемое усиление необходимо увеличить с целью обеспечения запаса по усилению

Зададимся реальным коэффициентом передачи входной цепи для КВ диапазона от (58). Выбираем К_вц=6.

Рассчитаем усиление каскадов УРЧ и УПЧ:



Рассчитаем усиление каскада ПЧ

Определяем число усилительных каскадов

11717,5*17,5=306,25

Вывод: В тракте ПЧ два усилителя промежуточной частоты.

Общий предполагаемый коэффициент усиления приемника:

.

2.7 Выбор и обоснование структурной схемы приемника

Радиовещательный приемник, собранный по супергетеродинной схеме с однократным преобразованием частоты, обеспечивает достаточно высокие технические показатели приемника без лишнего усложнения его схемной реализации, поэтому приемник АМ сигналов строим по этой схеме.

На основании проведенного расчёта можно сделать вывод о составе структурной схемы радиоприёмника АМ сигналов (рис.1).

В составе схемы входит преселектор, состоящий из входной цепи (которая выделяет полезный сигнал из помех и уменьшает влияние внутренних шумов антенны на чувствительность приемника, а также для согласования) и одного каскада усилителя радиочастоты (служащего для выполнения избирательности по ЗК, для усиления сигнала до величины, достаточной для нормальной работы преобразователя частоты, для выполнения частотных искажений); преобразователь частоты: смеситель и гетеродин, в котором формируется промежуточная частота 465 кГц; избирательная система (ФСС), реализующий требуемую полосу пропускания высокочастотного тракта и избирательность по соседнему канал; два каскада усилителя промежуточной частоты для выполнения требуемого усиления в тракте ПЧ; амплитудный детектор; усилитель звуковой частоты; для поддержания постоянного уровня сигнала на выходе при его изменениях на входе используется автоматическая регулировка усиления.

3. Составление и расчет принципиальной электрической схемы приемника

3.1 Расчет входной цепи

Выбираем схему входной цепи с индуктивной связью с антенной, так как этот вид схемы наиболее распространен. Кроме того по сравнению со схемой емкостной связью, она наилучшим образом удовлетворяет требованиям, предъявленным ко входным цепям.

Выбираем блок приемных конденсаторов КПК МП (С_мин.=20пФ, С_мах=100пФ).

Задаемся коэффициентом прикрытия поддиапазона для КВ_кпд? (1,5?2).

Определяем коэффициент перекрытия диапазона

Так как то необходимо произвести разбивку на поддиапазоны.

Определяем эквивалентную емкость схемы:

Действительная емкость схемы:

С_сх=С_L+С_M+С_П+m₁²C_вых+m₂²С_вх,

где С_L-собственная емкость катушки контура (4?10) пФ;

С_М-емкость монтажа (8?10) пФ;

С_П-емкость подстроечного конденсатора (2?10) пФ;

С_вх-входная емкость транзистора следующего каскада;

С_вых-выходная емкость транзисторного каскада;

m₁=1 и m₂=0.3?0.5-коэффициенты подключения транзисторов к контуру.

С_сх=10+10+10+14,49+0,5²*13,93=48 пФ

Так как С_сх^/С_сх, то блок конденсаторов выбран правильно и в контур необходимо включить дополнительную емкость:

С_доп=С_сх^/-С_сх=51-48=3 пФ,

Так как С_доп<20 пФ, то расчет выполнен верно.

Определяем эквивалентную емкость контура входной цепи;

С_э=(С_min+С_сх^/)?(С_max+С_сх^/)=(20+48)?(100+48)=68?148 пФ

Определяем индуктивность контура:

Выбираем коэффициент удлинения антенны К_уд=1,2?2=1,5

Определяем величину индуктивности катушки связи с антенной, так как величина С_а не задана, то в частотах 5?30 МГц с достаточной для практики точностью примем С_аmin=50 пФ:

Находим коэффициенты А:

Определяем коэффициент связи с антенной и коэффициент включения входной цепи к входу УРЧ для получения требуемой :

Вычисляем коэффициент связи с антенной, обеспечивающий допустимую расстройку контура входной цепи:



Сравниваем (0,4…0,5); ;

Выбираем

Выбираем индуктивность связи так, чтобы она совместно с емкостью С образовывала контур, настроенный на частоту выше f+2f при верхней настройке гетеродина:

Вычисляем коэффициент связи между катушками L и L_{св вх}, необходимый для получения m_вх:

Находим емкость подстрочного конденсатора:

Вычисляем коэффициент передачи входной цепи для f_min и f_max каждого поддиапазона:

Где f-частота настройки входной цепи.

Для f_min=5,35 МГц

Для f_max=21,0 МГц

Как видно, выбор К_уд=1,5 дал достаточно хорошую равномерность К_оВЦ по диапазону.

3.2 Расчёт усилителя радиочастоты

В диапазонах умеренно высоких частот, то есть в диапазонах ДВ, КВ применяются транзисторные УРЧ по схеме с общим эмиттером, так как они обеспечивают наибольшее усиление полезного сигнала (Рис.3). Наибольшее распространение в транзисторных усилителях получила схема с двойной автотрансформаторной связью. Расчет УРЧ при известных параметрах используемого транзистора сводится к определению коэффициентов включения и элементов связи транзистора с контуром и к расчету коэффициента усиления. Определяем характеристическое сопротивление контура на крайних частотах диапазона:



Ориентировочное значение коэффициента включения:

Коэффициент включения контура со стороны коллектора, исходя из условия устойчивости:

Коэффициент шунтированного контура на минимальной частоте:

оптимальный коэффициент включения контура со стороны коллектора:

Так как , то принимается .

Коэффициент включения контура со стороны последующего каскада, при :



Коэффициент усиления на крайних точках диапазона:

Так как , то технические условия выполнены и расчет произведен верно.

Задаемся величиной напряжения Е_з=0,7…1,5 В, определяем сопротивление термокомпенсации:

Задаемся значением коэффициента нестабильности в пределах 1,5…4 и определяем сопротивление делителя

Чтобы сопротивление не создавало отрицательной обратной связи на рабочих частотах, его обычно блокируют конденсатором С₃



Определим разделительную емкость С_р:

3.3 Расчёт преобразователя частоты

Основная задача расчёта смесительной части преобразователя - определение его коэффициента усиления, а также обеспечение согласования сравнительно большого выходного сопротивления смесительного тракта с низким входным сопротивлением последующего каскада.

Определяются параметры транзистора в режиме преобразования:

Коэффициент шунтирования контуров, допустимый из условия устойчивости, задавшись фактором связи между контурами фильтра :



Необходимое конструктивное и эквивалентное затухание контура:

что вполне осуществимо (Q_к=160),

Характеристическое сопротивление контуров фильтра при m₁=1

Эквивалентная емкость контуров фильтра

Величина емкости первого контура

Принимается С₁=800 пФ.

Действительная эквивалентная емкость контуров:



Характеристическое сопротивление контуров после выбора емкости:

Коэффициенты включения контуров:

Емкости делителя второго контура:

Принимается С₂=2900 пФ.

Принимается С₃=1200 пФ.

Индуктивность контуров фильтра:

Резонансный коэффициент усиления:

Так как то расчет произведен правильно.

Задаемся величиной напряжения E_э=0,7?1,5В, определяем сопротивление термокомпенсации:

Задаемся значением коэффициента нестабильности в пределах 1,5?4 и определяем сопротивление делителя

Чтобы сопротивление не создавало отрицательной обратной связи на рабочих частотах, его обычно блокируют конденсатором С₃

Определим разделительную емкость С_р:

Схема гетеродина не рассчитывается и берется готовой из какого-либо современного серийного приемника. Выбираем схемы гетеродина из радиовещательного приемника КВ диапазона “Зенит”.

3.4 Расчет УПЧ

Параметры транзистора КТ361Б:

h_21э=150,

_к=500 пс, g₁₁=0,13 мСм

C_к=9 пФ, g₁₂=0,0025 мСм

I_кбо=1 мкА, g₂₁=33 мСм

P_крас=150 мВт, g₂₂=0,092 мСм

I_кmax=50 мА,

Параметры пьезокерамического фильтра ПФ1П-2:

- средняя частота пропускания, f₀, кГц 4652

- полоса пропускания на уровне -6 дБ, кГц 8,5…12,5

- селективность при расстройке 9 кГц, дБ 50

- затухание в полосе пропускания, дБ 8

Характеристические сопротивления фильтра:

- входное, кОм 1,2

- выходное, кОм 0,6

Расчет 1-го каскада УПЧ:

Ток коллектора в режиме покоя I_к=5 мА.

Напряжение на коллекторе:

Сопротивление эмиттерного резистора:

где U_Rэ=(0,10,2)E_и=0,13=0,3 В;

R₂₆=0,3/5=0,06 кОм.

Сопротивления резисторов делителя:

где v=37=5 - коэффициент нестабильности.

Номиналы резисторов согласно шкале номинальных сопротивлений резисторов принимаем равными 2,4 кОм и 0,3 кОм.

Показатель связи фильтра с усилителем:

,

где =2f_nd/П;

d - конструктивное затухание контура, d0,01.

Индуктивность контурной катушки:

Индуктивность катушек согласующего трансформатора:

(коэффициент связи k₂ полагают равным 0,7…0,9),

Коэффициент включения:

Индуктивность катушки связи фильтра с контуром:

(коэффициент связи k₁ полагают равным 0,7…0,9),

Емкость контура:



Резонансный коэффициент усиления каскада по напряжению:

Расчет 2-го каскада УПЧ:

Так как первый каскад обеспечивает требуемую избирательность, предъявляемую к УПЧ, то в качестве 2-го каскада выбираем одноконтурный резонансный усилитель. Чтобы этот каскад не влиял на АЧХ усилительного тракта, полоса пропускания каскада берется равной (35) полосы пропускания УПЧ.

Транзистор применяется такой же как и в первом каскаде.

Режим работы по постоянному току такой же.

Эквивалентное затухание контура, обеспечивающее заданную полосу пропускания:

Характеристическое сопротивление контура:

Находим оптимальные коэффициенты включения:

Эквивалентная емкость контура для получения заданного находим по формуле:

где f_пр - в МГц,

- в кОм,

Емкость конденсатора контура:

Индуктивность катушки контура:



Где f_пр - в МГц,

- в кОм,

Коэффициент усиления каскада:

Коэффициент устойчивого усиления при заданном коэффициенте устойчивости:

так как K₀<K_уст, то расчет усилительного каскада произведен правильно.

3.5 Расчет детектора

В качестве детектора применяется диодный детектор в последовательной схеме включения, имеющей по сравнению с параллельной схемой включения относительно большое входное сопротивление.

Исходные данные:

Промежуточная частота f_пр 465 кГц

Эквивалентная проводимость контуров

последнего каскада УПЧ G_п 0,37 мСм

максимальный коэффициент модуляции m_max 0,8

Диапазон модулирующих частот 0,085 кГц

Коэффициенты M_н и M_в частотных искажений 1,05…1,2

Параметры диода Д9Б

прямой ток, мА 90

прямое напряжение, В 0,9

внутреннее сопротивление, Ом 10

максимальное обратное напряжение, В 10

обратный ток, мкА 250

обратное сопротивление, Мом 0,4

емкость перехода, пФ 1

Расчет:

Требуемое входное сопротивление детектора:

Сопротивление нагрузки детектора

так как полученное сопротивление меньше 200 кОм, то принимаем R_н=200 кОм и выбираем автотрансформаторное подключение детектора к контуру с коэффициентом включения:



Эквивалентная емкость нагрузки детектора из условия отсутствия нелинейных искажений:

и допустимых частотных искажений:

из полученных значений выбираем меньшее, т.е. 120 пФ.

Сопротивление R₃₅:

Сопротивление R₃₄:

Определяем емкость конденсаторов:



Коэффициент фильтрации напряжения промежуточной частоты:

3.6 Выбор схемы автоматической регулировки усиления и числа регулируемых каскадов

В современных транзисторных приемниках в основном применяется схема автоматической регулировки усиления (АРУ), работающая на принципе изменения эмиттерного тока регулируемых каскадов за счет изменения регулируемого напряжения на базах транзисторов. Такая схема требует меньшей мощности сигнала и позволяет использовать для получения регулируемого напряжения диодный детектор сигнала.

Исходные данные:

изменение сигнала на входе приемника, Д, дБ 40

изменение сигнала на выходе приемника, В, дБ 6

Расчет:

Изменение коэффициента усиления одного каскада, n=10.

Необходимые пределы изменения коэффициента усиления регулируемых каскадов:

.

Считая, что регулируемые каскады идентичны, определяем необходимое количество регулируемых каскадов:

.

Получаем, что необходимо применить 3 регулируемых каскада.

Заключение

В данном курсовом проекте был спроектирован и рассчитан радиовещательный приемник КВ диапазона.

Приемник разработан по супергетеродинной схеме с однократным преобразованием частоты. Входная цепь и УРЧ полностью обеспечивают избирательность по зеркальному каналу. Избирательная система обеспечивает избирательность по соседнему каналу и ослабление в полосе пропускания. Для обеспечения усиления в тракте промежуточной частоты используется два каскада УПЧ. В результате расчета структурной схемы были обеспечены все заданные технические условия.

Были рассчитаны входная цепь, усилитель радиочастоты и преобразователь частоты, детектор. Был обоснован выбор схемы автоматической регулировки усиления и числа регулируемых каскадов. Автоматическая регулировка усиления охватывает два каскада УПЧ. При разработке данного приемника проработана техническая литература, проведен анализ работы устройств и узлов, наиболее характерных для большинства РПУ.

Главной целью курсового проектирования ставилось создание простого и недорогого приемника, отвечающего техническим требованиям.

В итоге ознакомления создана его структурная схема.

Список литературы

1. Сиверс А.П. Проектирование радиоприемных устройств. - М.: Советское радио, 1976.

2. Проектирование радиоприемных устройств./ Под общ. Ред. А.П. Сиверса. - М.: Советское радио, 19776.-486 с.

3. Белкин М.К., Белинский В.Т., Мазор Ю.Л., Терещук Р.М., Справочник по учебному проектированию приемно-усилительных устройств. - Киев: Высшая школа, 1988.-472 с.

4. Справочник «Полупроводниковые приборы. Транзисторы». Под. ред. Горюнова Н.Н. - М.: Энергоатомиздат, 1985.Справочник по полупроводниковым диодам и транзисторам. Изд. 2-е/ Под общ. ред, Н.Н. Горюнова. -М.: Энергия, 1968-350 с.

5. Белов И.Ф., Дрызго Е.В. Справочник по транзисторным радиоприемникам, радиолам и электрофонам. - М.: Советское радио, 1977.-368 с.

Размещено на Allbest.ru